Les nanotechnologies sont une discipline en plein essor, dont les budgets de recherche sont en constante augmentation. Aux Etats-Unis, la « National Nanotechnology Initiative » (NNI) prévoit d’y consacrer 1,64 milliards de dollars, ce qui représente une augmentation de plus de 7% par rapport à la proposition budgétaire de 2009. Ces financements serviront aux travaux de recherche en nanotechnologies qui présentent de nombreuses applications et notamment en biotechnologies et en sciences des aliments. C’est à cette dernière discipline que nous nous intéresserons ici et plus particulièrement aux travaux d’un scientifique de l’Université de Purdue, Yuan Yao, qui vient de mettre au point un procédé visant à d’augmenter la durée de vie des produits alimentaires tels que les émulsions à base d’huile (mayonnaise, sauces, …) et à maintenir leurs qualités nutritionnelles.

Ce procédé est basé sur la constitution de nanoparticules élaborées à partir de molécules extraites du maïs. Yuan Yao est parvenu à modifier du phytoglycogène, une substance voisine de l’amidon qui forme près de 30% de la masse sèche de certaines variétés de maïs sucré. Cette modification permet à la nanoparticule de se lier aux huiles et de les émulsifier en agissant également comme une barrière à l’oxydation, phénomène responsable du rancissement des émulsions alimentaires. Les résultats de ces travaux ont été publiés en ligne dans la version anticipée du Journal of Agricultural and Food Chemistry (4 décembre 2009).

L’oxydation déstabilise les gouttelettes d’huile dans les aliments émulsionnés, ce qui aboutit à une dégradation et une modification de la structure chimique des lipides, diminuant ainsi la durée de vie et la qualité d’une large gamme de produits. Les résultats de ces recherches pourraient en effet trouver des applications dans l’industrie agroalimentaire, cosmétique et dans tout autre domaine concerné par l’oxydation des lipides. Dans les huiles de poissons, par exemple, l’oxydation des lipides provoque la dégradation des acides gras de type oméga 3, qui sont indispensables au développement cognitif des jeunes enfants et protecteurs dans les cas d’inflammations chroniques et de maladies du coeur chez l’adulte.

Le docteur Yao est parvenu à modifier la surface des molécules de phytoglycogène (PG) par réaction de substitution avec de l’octényl succinate, pour obtenir du phytoglycogène octényl succinate, ou PG-OS. Le PG-OS est une nanoparticule glucidique amphiphile plus épaisse et dense que les émulsifiants communément utilisés, créant une meilleure défense contre le dioxygène, les radicaux libres et les ions métalliques, responsables de l’oxydation des lipides, dans le cadre d’émulsions d’huile dans l’eau.

Les travaux de Yao montrent également que la Epsilon-polylysine (EPL), un polypeptide de qualité alimentaire peut être ajouté aux gouttelettes d’huile pour aider à la prévention de l’oxydation. La polylysine est beaucoup plus petite que les nanoparticules PG-OS, lui permettant de remplir les interstices entre les nanoparticules PG-OS.

D’après l’étude de Yao, les nanoparticules PG-OS avec l’EPL peuvent, dans certains cas, augmenter fortement, voire doubler, la durée de vie des émulsions alimentaires à base d’huile. La durée de vie a été évaluée par un procédé de chauffage (55°C pendant 6 jours) puis par le suivi des réactions chimiques signalant que l’oxydation s’est produite : à savoir l’accumulation d’hydropéroxyde et de substances réactives de l’acide thiobarbiturique (thiobarbituric acid reactive substances : TBARS). Pour étudier l’interaction entre le PG-OS et l’EPL, le potentiel zêta a été déterminé ; il s’agit d’un paramètre mesurant l’importance de la répulsion ou de l’attraction entre les particules. Les résultats indiquent la possible formation d’un complexe au niveau de la couche interfaciale eau-huile comprenant à la fois le PG-OS et l’EPL. Cette couche de complexes peut à la fois jouer le rôle de barrières physique et électrostatique contre des composés pro-oxydatifs.

Yao a effectué une demande provisoire de brevet pour cette technologie. Le  » Whistler Center for Carbohydrate Research du Department of Food Science  » de Purdue a financé les recherches. Il s’agit d’un centre de recherche soutenu par des partenaires industriels dont le but est de trouver de nouvelles applications pour les glucides ; il vise à améliorer qualitativement et quantitativement l’utilisation des glucides grâce au soutien à la recherche pour une meilleure compréhension des propriétés chimiques, physiques et biologiques des composés glucidiques et également par une implication active dans la formation universitaire.

Source :

– Nanoparticle protects oil in foods from oxidation, spoilage – Purdue University News – 08/12/2009 – https://news.uns.purdue.edu/x/2009b/091208YaoNanoparticles.html
– Proposition budgétaire de la National Nanotechnology Initiative pour 2010 – 2/06/2009 – BE Etats-Unis 167 – https://www.bulletins-electroniques.com/actualites/59289.htm
– Whistler Center for Carbohydrate Research – https://www.whistlercenter.purdue.edu/

Pour en savoir plus, contacts :

National Nanotechnology Initiative (NNI) – https://www.nano.gov/
Code brève
ADIT : 61645

Rédacteur :

Magali Muller, [email protected] ; Adèle Martial, [email protected]