Un capteur à base d'amidon change de couleur pour signaler la présence d'humidité dans les emballages alimentaires
Des chercheurs de l'USP ont mis au point un cylindre en cryogel biodégradable qui utilise du chlorure de cobalt pour signaler visuellement une augmentation du taux d'humidité.
Des chercheurs brésiliens ont mis au point un capteur biodégradable à base d'amidon qui change de couleur lorsque de l'humidité pénètre dans un emballage alimentaire. Grâce à l’ajout de chlorure de cobalt, ce dispositif intelligent passe du bleu au rose à mesure que le taux d’humidité augmente ou diminue. Cette technologie permet aux consommateurs et aux fabricants de contrôler facilement la qualité et le croustillant des aliments, tels que les biscuits, à l’œil nu ou via l’écran d’un téléphone portable, sans avoir recours à des équipements complexes.
Ces travaux de recherche ont été menés par des scientifiques de l’Institut de chimie de São Carlos de l’Université de São Paulo (IQSC-USP) et ont bénéficié du soutien de la FAPESP dans le cadre de trois projets (23/10141-2, 20/08727-0 et 25/26623-1). Les résultats ont été publiés en juin dans la revue Food Chemistry.
Les auteurs ont commencé leurs tests avec des biscuits salés, qui sont très sensibles à l’humidité et perdent rapidement leur croustillant lorsqu’ils sont conservés dans des conditions inappropriées.
Les résultats ont montré que le changement de couleur correspondait à une augmentation de l’humidité, qui était fortement corrélée à une perte de texture des biscuits. Cela indique que le capteur reflète avec succès les changements réels des conditions de stockage.
En quelques secondes seulement, le petit cylindre à base d’amidon placé près des biscuits change de couleur, passant par différentes nuances de bleu et de rose. Lorsque le sel est sec, il vire au bleu. Lorsqu’il s’hydrate, il vire au rose, indiquant la présence de vapeur d’eau. Ce phénomène s’explique par le fait que le chlorure de cobalt subit une hydratation en présence d’eau, ce qui entraîne une modification de sa structure chimique et, par conséquent, un changement de couleur.
« Ce qui a distingué cette étude, c’est la plus grande surface de surface du capteur, ce qui le rend très sensible et nous permet d’observer différentes conditions d’humidité à l’intérieur de l’emballage. Si je le place dans un environnement très sec, il réagit. À l’inverse, si je le place dans un environnement très humide, il réagit également », explique Bianca Maniglia, professeure à l’IQSC-USP et directrice de recherche.
Selon des données récentes publiées par l’Association brésilienne de l’emballage (ABRE), le secteur de l’emballage génère actuellement environ 165,7 milliards de réaux brésiliens par an au Brésil.
On s’attend à ce qu’à l’avenir, l’industrie et les consommateurs puissent utiliser cette nouvelle technologie pour déterminer le croustillant et la teneur en humidité de divers produits.
Une inspiration tirée de souvenirs d’enfance
L’idée d’utiliser du chlorure de cobalt pour créer ce capteur est née d’un souvenir d’enfance. Lors du développement du projet, Bianca Maniglia s’est souvenue du « coq météo », un objet décoratif de cuisine inspiré du « Coq de Barcelos », l’un des symboles nationaux du Portugal. Très répandu dans les foyers brésiliens et portugais dans les années 1980, cet objet changeait de couleur pour indiquer s’il allait pleuvoir ou s’il ferait beau.
Après avoir mené plusieurs tests, les chercheurs ont décidé de recouvrir le capteur du même matériau que celui utilisé pour recouvrir les coqs. Ils l’ont toutefois adapté à une autre technologie que le groupe de recherche est en train de développer : le cryogel, un matériau hautement poreux fabriqué par congélation de polymères (d’où le nom « cryo »).
« Le gel d’amidon est congelé puis soumis à une lyophilisation [déshydratation]. Au cours de ce processus, l’eau gelée est éliminée par sublimation, passant directement de l’état solide à l’état de vapeur. L’élimination de la phase aqueuse préserve la structure poreuse formée lors de la congélation, ce qui donne un matériau doté d’une grande capacité d’interaction avec l’environnement », explique le scientifique.
D’autres études doivent encore être menées. « Pour une utilisation commerciale, il faudrait repenser les emballages classiques car, pour l’instant, la présence de chlorure de cobalt rend le capteur toxique, et il ne peut donc pas entrer en contact direct avec les aliments », note Maniglia.
Selon le scientifique, le groupe de recherche évalue différents types de techniques et de matériaux, notamment l’utilisation de composés bioactifs issus de fruits tels que l’écorce de jabuticaba. « Ces pigments naturels sont sensibles aux variations de pH, présentant des changements de couleur pouvant servir d’indicateurs visuels, tout en possédant une activité antioxydante. Dans ce cas précis, l’objectif est de développer un système capable de surveiller le processus de détérioration de la viande, par exemple. L’intégration de ces composés naturels est également importante car elle contribue à leur apporter une valeur ajoutée », explique le chercheur.
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