Design and characterization of polyvinyl alcohol-based antimicrobial films for food contact packaging

L’objectif de ce travail était de développer des films antimicrobiens à base de poly(alcool vinylique)(PVOH) réticulés par de l’acide citrique (CTR). La démarche choisie a consisté à incorporer dans le polymère du benzoate de sodium (NaBz), seul ou sous forme de complexe avec l’hydroxypropyl-β-cyclodextrine (HPβCD). La combinaison des fonctions résiduelles du CTR greffé sur le polymère et du NaBz libre permet d’envisager des effets antimicrobiens par contact et par diffusion. Les films ont été réalisés par casting à partir de solutions aqueuses et réticulés par un traitement thermique. La réaction de réticulation a été mise en évidence et suivie à travers l’étude des composés résiduels, l’évolution de la Tg et des fonctions COOH résiduelles en fonction du temps de réticulation. L’étude de différentes compositions a permis de sélectionner les concentrations de 20 et 30 wt% en CTR pour un compromis entre réticulation suffisante et ductilité du film préservée. Le temps nécessaire pour lier l’ensemble des réactifs diminue avec l’augmentation de la température ou de la quantité de CTR. La réaction de réticulation n’est pas modifiée par la présence d’HPβCD. Avec l’ajout de CTR ou d’HPβCD et la réticulation, les films restent faiblement perméables à O2 et fortement perméables à la vapeur d’eau. Concernant la libération du NaBz dans l’eau, la cinétique est ralentie à partir de 360 min de réticulation et de 20 wt% de CTR. L’HPβCD n’a pas d’influence sur la cinétique de libération mais a permis de doubler la quantité libérée. L’activité antimicrobienne par contact et par diffusion a été mise en évidence pour la majorité des films contre l’ensemble des microorganismes étudiés.The aim of this work was to develop antimicrobial films based on polyvinyl alcohol (PVOH) crosslinked by citric acid (CTR). In our approach, sodium benzoate (NaBz) was introduced in polymer, alone or in complex form with hydroxypropyl-β-cyclodextrin (HPβCD). Both CTR residual functions grafted on polymer and free NaBz are expected to provide antimicrobial effects by contact and diffusion. Films were elaborated by casting from aqueous solutions and crosslinked by heat treatment. Crosslinking reaction has been highlighted and followed through the study of residual reagents, the evolution of Tg and residual COOH functions according to crosslinking time. From this investigation, a compromise between sufficient crosslinking and preserved film ductility has been found for a CTR concentration between 20 and 30 wt%. The time required to bind all of the reagents decreases with the increase of temperature or amount of CTR. The crosslinking reaction was not modified by the presence of HPβCD. With the addition of CTR or HPβCD and the crosslinking step, the films remain slightly permeable to O2 and highly permeable to water vapor. Considering the NaBz release in water, kinetics is slowed from 360 min of crosslinking and 20 wt% CTR. HPβCD has no major influence on the kinetics of release but allow to double released amount. Antimicrobial activity by contact and diffusion has been demonstrated for the majority of films against all studied microorganisms