Préparation et caractérisation de bionanocomposites à base de protéines et nanocristaux de cellulose par casting continu

This Ph.D. thesis covers the production and characterization of gelatin-cellulose nanocrystals (CNCs) bionanocomposite films intended for multifunctional food packaging. The up-scalability of the gelatin/CNCs films was attained by continuous casting and the rheological parameters of the film-forming solutions and drying temperature required to produce 12 m film/h were established. The continuous casting processing was proven to be advantageous when compared to the bench solution casting method. Tensile tests, thermogravimetric analysis, and water vapor permeability analysis showed that the continuously cast gelatin/CNCs films had exceptionally better performance than the films obtained by bench casting. The physical and structural properties of the gelatin/CNCs bionanocomposites as tailored by pH-dependent electrostatic interactions were investigated. The suitability of CNCs was successfully extended by functionalization with rosin (r-CNCs), thus giving rise to antimicrobial reinforcing agents. Tensile tests and antimicrobial analysis showed that r-CNCs served as bacterial nanofillers in gelatin-based films, which otherwise would suffer from limited physical and biological properties. Plant-derived tannic acid was successfully used as an antioxidant and bactericidal additive, as another perspective of extending the potential of the gelatin/CNCs films as a packaging material. Non-oxidized tannic acid favored non-covalent interactions and intermolecular connections between gelatin, CNCs, and tannic acid. These physico chemical interactions showed to have a greater influence on the antioxidant and physical properties of gelatin/CNCs/Tannic acid films. This thesis provides a comprehensive understanding of how CNCs can be explored to develop biodegradable films based on gelatin with enhanced properties or extra functionalities. A continuous solution casting was applied for scaling up the production of gelatin/CNCs-based films making them highly desirable for packaging applications.Cette thèse étudie la production et la caractérisation de films bionanocomposites de gélatine-cellulose nanocristaux (CNCs) destinés aux emballages alimentaires multifonctionnels. L’évolutivité des films de gélatine/CNCs a été obtenue par casting continu, et les paramètres rhéologiques des solutions filmogènes et la température de séchage nécessaire pour produire 12 m de film/h ont été établis. Le processus de casting continu s'est avéré avantageux par rapport au processus de casting conventionnel. Les tests de traction, l'analyse thermogravimétrique et l'analyse de perméabilité à la vapeur d'eau ont montré que les films de gélatine/CNCs laminés produits continuellement ont eu une meilleure performance que ceux obtenus par casting conventionnel. Les propriétés physiques et structurelles des gélatine/CNCs modulé par des interactions électrostatiques changés par le pH ont été étudiées. La fonction des CNCs a été étendue avec succès par la fonctionnalisation avec rosin (r-CNCs), qui a produit des nanocharges antimicrobiennes. Des tests de traction et des analyses antimicrobiennes ont montré que les r-CNCs servent d’agent antibactériens dans les films à base de gélatine. Sans cela, les films souffriraient autrement de propriétés physiques et biologiques limitées. L'acide tannique a été utilisé avec succès comme antioxydant et additif antibactérien, comme une autre perspective pour développer le potentiel des films de gélatine/CNCs comme matériel d'emballage. L'acide tannique non oxydé a favorisé les interactions non covalentes et intermoléculaires entre la gélatine, les CNCs et l'acide tannique. Ces interactions physico-chimiques ont montré une plus grande influence sur les propriétés antioxydantes et physiques des films gélatine/CNCs-acide tannique. Cette thèse donne une compréhension globale de la façon dont la CNCs peut être exploitée pour développer des films biodégradables à base de gélatine avec des propriétés améliorées ou des fonctionnalités supplémentaires. Le casting continu a été appliqué afin d’augmenter la production de films de gélatine/CNCs, ce que rend les films hautement souhaitables pour les applications d'emballage