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Alimentation nutrition

Le rôle alimentaire des nanoparticules

Les nanomatériaux (structure de l’ordre du nanomètre) représentent une science émergente dans le secteur agroalimentaire depuis quelques années. Plusieurs études et rapports ont déjà identifié des applications potentielles concernant ces nanotechnologies afin d’améliorer les procédés industriels et parfois même les facultés nutritionnelles des produits.

L’augmentation de la durée de conservation, la sécurité alimentaire, la coloration, l’aromatisation ou l’utilisation d’agents antimicrobiens font partie des applications les plus courantes des nanotechnologies dans l’industrie alimentaire. Elles représentent un avantage majeur en ce qui concerne l’hygiène alimentaire ou l’amélioration des emballages.

Les termes relatifs aux nanostructures semblent parfois étranges voire inquiétants pour tous ceux qui n’en entendent pas souvent parler. Pourtant les nanotechnologies utilisées dans l’industrie agroalimentaire ont pour principal objectif d’optimiser les produits, et cela passe notamment par la protection des aliments et donc des consommateurs contre les risques microbiens.

Les bonbons sont parmi les denrées qui contiennent le plus de nanoparticules.

Quels sont alors ces matériaux et sont-ils sans risque ?

Il existe une multitude de nanoparticules utilisées dans le domaine alimentaire pour leurs avantages de protection et de conservation.

Afin de ne pas se noyer dans les informations, cet article évoque principalement des nanostructures inorganiques car très utilisées dans la composition des emballages des aliments du quotidien.

Les nanostructures inorganiques

Ces matériaux sont généralement efficaces dans des conditions de traitement et de production difficiles, c’est pourquoi ils ont acquis une certaine popularité et sont très utilisés parmi les agents antimicrobiens.

Les nanoparticules d’argent

Les nanoparticules d’argent sont très efficaces pour combattre le risque microbien, à tel point qu’elles ne sont pas uniquement utilisées dans l’industrie alimentaire mais aussi dans les industries textile et électronique.

La nature cationique des ions Ag+ (les ions argent sont chargés positivement) favorise l’interaction électrostatique avec les membranes bactériennes chargées négativement. Les films ou enrobages protecteurs contenant des nanoparticules d’argent sont donc principalement efficaces contre les champignons et les bactéries à gram négatif comme la salmonelle afin de contrer leur apparition et leur croissance. Ils sont essentiellement utilisés pour les produits frais, laitiers et carnés.

De plus et hormis une activité antimicrobienne, les nanoparticules d’argent confèrent également une protection contre les rayons ultra-violets et la chaleur, permettant une meilleure durabilité des produits.

Cependant, en dépit des avantages et de l’efficacité des matériaux contenant ces molécules d’argent, un rejet de ces dernières peut avoir lieu dans les produits. En effet, elles peuvent migrer des emballages vers les aliments, comme cela fut observé pour le lait.

Une exposition prolongée des cellules épithéliales bronchiques humaines peut induire une fibrose voire favoriser le risque de survenue d’un cancer. Une autre atteinte biologique des nanoparticules d’argent fut également révélée et concerne le microbiote intestinal par la destruction de bactéries commensales (particulièrement des lactobacilles) du fait de l’activité antimicrobienne.

Il existe des moyens de réduire le rejet d’argent en utilisant des traitements de surface ou par liaisons covalentes des nanoparticules avec des matrices de polymères (ensemble de molécules chimiques). Toutefois il est bon de se demander si ces mesures ne seraient pas capables d’influer négativement sur l’efficacité antimicrobienne, la question reste ouverte. Bien que ces stratégies puissent être utiles pour la réduction de la migration des particules d’argent dans les aliments, elles ne feraient pas grand-chose pour contrer les effets potentiellement néfastes sur l’environnement.

Les nanoparticules d’oxydes métalliques

Les oxydes métalliques (zinc, titane etc.) sont utilisées dans des emballages alimentaires comme photocatalyseurs antimicrobiens. Elles permettent elles aussi d’inactiver les micro-organismes par des moyens semblables à l’oxydation.

Les nanoparticules d’oxydes de titane par exemple sont efficaces contre les bactéries à gram négatif et positif (comme le staphylocoque), et contre les champignons. Elles sont également utilisées pour retarder la maturation des fruits via l’emballage en inhibant l’effet des éthylènes ; ces derniers sont d’ailleurs des composés qui peuvent s’avérer toxique pour l’organisme s’ils sont oxydés.

Il existe aussi les nanoparticules d’oxydes de cuivre ou de zinc, parfois associées, efficaces contre les bactéries à gram négatif et les champignons mais aussi très utilisées pour améliorer la résistance des contenants aux vapeurs d’eau et aux rayons ultra-violets.

Du fait de l’oxydation des éléments microbiens, le risque est également d’oxyder tout ou partie de la nourriture contenue par l’emballage et de faire diminuer voire chuter la valeur nutritionnelle du produit.

Les effets sur l’organisme ne sont pas encore étudiés avec suffisamment de recul mais il se pourrait que les nanoparticules diffusent dans les denrées alimentaires et causes des dommages. Cela peut être remédiable concernant le zinc, mais pour le titane le danger est autrement plus important.

Les nano-argiles

Ces nanomatériaux, tels que la montmorillonite par exemple, sont des silicates stratifiés constitués de nanoplaquettes empilées et maintenues ensemble par des forces de Van der Waals (liaisons entre les atomes).

Les nano-argiles perturbent les membranes cellulaires microbiennes en raison de leur forte activité électrostatique. Elles sont utilisées dans un but antimicrobien et aussi de renforcement des films d’emballages afin de permettre une conservation plus longue des produits, comme les fruits.

De plus, des éléments antimicrobiens supplémentaires peuvent être combinés avec ces matériaux ; par exemple une équipe de chercheurs a expérimenté l’ajout d’agents huileux aux nano-argiles pour la composition de certains films plastiques et a pu réduire la croissance d’E. coli dans la viande emballée. L’avantage résulte donc dans la combinaison entre l’argile et d’autres agents antimicrobiens.

Étant donné les possibles combinaisons avec différentes nanoparticules associées, le risque sur la santé (ou l’environnement) des nano-argiles n’est pas suffisamment étudié de manière précise pour le moment. Cependant, puisque leur rôle est souvent de compléter la composition des films plastiques, il est logique de penser que le danger n’est pas nul.

Fruits et légumes entourés de sac plastifiés.

Un risque injustifié

Les nanoparticules qui composent en partie les emballages alimentaires ont un rôle antimicrobien très utile afin d’inhiber la croissance des micro-organismes qui est une cause majeure de détérioration des aliments et de maladies d’origine alimentaire.

Ces avancées technologiques ont rendu possible une conservation des aliments avec une durée beaucoup plus longue, permettant ainsi d’acheminer des denrées dans le monde entier.

Malheureusement, les données scientifiques sur la migration des composants des emballages vers les aliments restent à ce jour insuffisantes. En France, l’Agence Nationale de Sécurité Sanitaire de l’alimentation, de l’Environnement et du travail effectue bien nombre de travaux sur le sujet mais les niveaux de toxicité pour la santé humaine et l’environnement sont encore trop faiblement étudiés.

Malgré cela, certaines nanoparticules sont utilisées avec un risque non nul pour l’Homme, faisant passer le rendement technologique avant le bien-être humain et environnemental. C’est pourquoi toutes les lacunes sur ces aspects doivent être comblées avant que chaque produit soit approuvé pour une mise sur le marché alimentaire.

L’Union Européenne est d’ores et déjà relativement stricte sur les conditions relatives aux Autorisation de Mise sur le Marché de produits comportant de nouveaux composés alimentaires, mais un travail éthique autant que technologique se doit d’être effectué en amont.

© Avril 2021 – Thomas GAUDIN – Blog Nutrition Santé

Sources

  1. Pathakoti K., Manubolu M., Hwang H.M. ; Nanostructures : Current uses in future applications in Food Science ; Journal of Food and Drug analysis ; 2017, V25, I2, 245-253 ; DOI : 10.1016/j.jfda.2017.02.004.
  2. Azeredo H. M. C., Otoni C. G., Corrêa D. S., Assis O. B. G., Moura M. R., & Mattoso L. H. C. ; Nanostructured Antimicrobials in Food Packaging, Recent Advances ; Biotechnology Journal, 2019, DOI : 10.1002/biot.201900068 
  3. Braga L.R., Pérez L.M., Soazo M.V., Machado F., Production of antimicrobial biobased packaging and engineering ; LWT–Food Sci. Technol ; 2019, 101, 491.
  4. Tian X., Jiang X., Welch C., Croley T.R., Wong T.Y., Chen C., Fan S., Chong Y., Li R., Ge C., Chen C., Yin J.J. ; Bactericidal Effects of Silver Nanoparticles on Lactobacilli and the Underlying Mechanism ; 2018 ; 10(10), 8443-8450. Epub, pubmed, DOI : 10.1021/acsami.7b17274
  5. ZhengY., Cai C., Zhang F., Monty J., Linhardt R.J. & Simmons T.J. ; Can natural fibers be a silver bullet? Antibacterial cellulose fibers through the covalent bonding of silver nanoparticles to electrospun fibers ; Nanotechnology ; 2016, 27, 055102
  6. © Photo : Cottonbro, Fernanda Rodriguez, Karolina Grabowska – via Pexels

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