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Prévoir la date de péremption des contenants alimentaires

Le revêtement des récipients de stockage des aliments ou d'autres objets en contact avec les aliments est important pour empêcher la détérioration ou la contamination des aliments et pour protéger le récipient lui-même des propriétés corrosives des aliments. Les boîtes de conserve sont encore très répandues comme récipients alimentaires, car les aliments y sont protégés de l'air et de la lumière pendant une longue période. Les boîtes de conserve sont des surfaces conductrices qui permettent des études électrochimiques sur elles-mêmes et sur leurs revêtements.

Dans un cas idéal, il est possible de prévoir la date de péremption d'un produit alimentaire stocké dans un conteneur. Les différents taux de réaction des composants d'altération de l'aliment, qui ne sont pas toujours constants, peuvent constituer des obstacles à la prédiction. Souvent, la vitesse de réaction est linéaire ou parabolique. En outre, la température de stockage peut varier, par exemple si l'aliment est exporté dans différents pays.

Mesures à différentes températures et durées de stockage

Comme nous l'avons vu dans les chapitres précédents, une résistance élevée à la polarisation ou la résistance ajoutée par le revêtement signifie une faible corrosion de la boîte, ce qui se traduit par une durée de conservation plus longue pour les aliments qu'elle contient. La résistance du revêtement est également influencée par la température et la durée de stockage. Pour prédire correctement la durée de conservation, des mesures effectuées à différentes températures et durées de stockage seront nécessaires.

LE SIE, en tant que technique non destructive à haute sensibilité pour les changements d'interface, est une méthode appropriée pour étudier les revêtements des boîtes de conserve. Nous supposons que vous êtes familier avec les principes expliqués dans les chapitres précédents, nous n'en parlerons donc pas ici.

La plupart des revêtements se comportent comme un revêtement idéal directement après le remplissage de la boîte, ce qui signifie qu'ils sont une résistance et un condensateur en série (voir figure 6.5). Un comportement plus complexe se développera au fil du temps en raison de la pénétration de l'eau dans le revêtement. Tant qu'il n'y a pas de corrosion, le SIE ressemblera à un circuit de Randles simplifié(figure 6.7). La résistance série reste la _Rsol, mais la résistance de transfert de charge _Rct est remplacée par la résistance du pore _Rpor et la capacité de la double couche_Cdl par la capacité du revêtement_CC.

Lorsque l'eau atteint l'interface métallique, la corrosion peut apparaître. Cette situation est illustrée par le circuit équivalent de la figure 8.1. La corrosion peut conduire à la formation de gaz sous le revêtement, ce qui entraîne la formation de cloques et le décollement. La solution à l'intérieur d'une cloque, tant que la cloque est fermée, peut être très différente de la solution en vrac. Les réactions de corrosion entraînent souvent une faible valeur de pH.

Test de la durée de conservation

Les boîtes sont d'abord enduites et emballées comme d'habitude, puis testées après certaines périodes, par exemple 1 jour, 1 semaine, 1 mois, 4 mois et 12 mois.

Si le produit contenu dans la boîte est conducteur, la mesure peut être effectuée dans le produit, qui agit comme un électrolyte. Dans le cas contraire, le produit doit être remplacé par une solution de NaCl 0,5 M. Gardez à l'esprit qu'un film de graisse ou d'huile sur le revêtement de la boîte peut agir comme un film supplémentaire, mais il est également possible que des détergents puissants utilisés pour éliminer le film de graisse altèrent votre revêtement.

La boîte est connectée en tant qu'électrode de travail. Les électrodes de référence et de contre-électrode sont immergées dans la solution de la boîte. La spectroscopie d'impédance électrochimique est réalisée et les spectres pour les différents temps de stockage sont comparés. On s'attend à ce que _Rpor diminue avec le temps, lorsque la qualité du film diminue.

Comme indiqué précédemment, il existe une corrélation entre la qualité d'un revêtement et la rapidité avec laquelle les aliments se détériorent. Il semble qu'il y ait un lien entre la résistance des pores ou du revêtement et la vitesse de réaction r des substances altérées. La vitesse de réaction r est définie comme la variation négative de la concentration du réactif. Ce changement dépend de la concentration du réactif à la puissance n et de la constante de vitesse de réaction k. Les valeurs courantes de n sont 0, 1 ou 2 (voir l'équation 8.1).

En utilisant la loi de puissance, nous pouvons remplacer la concentration C par la résistance des pores _Rpor (équation 8.2).

Si n est défini et que le comportement de k est compris, la vitesse de réaction après de longues périodes de temps peut être extrapolée. La meilleure façon de déterminer n et k est de transformer l'équation différentielle pour chacun des trois n courants (0, 1 et 2) en une relation linéaire. Les données de l'échantillon sont tracées en fonction de ces relations linéaires et un ajustement linéaire permet de déterminer l'ordre qui répond le mieux aux critères linéaires.

La résolution de l'équation d'ordre zéro donne

_R0por est la résistance du pore au jour 0. Si la différence entre _Rpor et _R0por est tracée en fonction du temps t et qu'une relation linéaire est visible, la réaction est d'ordre 0 (n = 0) et la pente de cette courbe est -k.

La solution du^1er ordre (n = 1) délivre

Un diagramme du logarithme du rapport en fonction du temps t devrait donner une courbe linéaire avec une pente de -k, si la réaction est du^premier ordre.

L'analogie des équations du^2e ordre (n = 2) donne

Si la réaction est d'ordre², le diagramme de la différence des inverses en fonction du temps t donnera une courbe linéaire, mais cette fois la pente est k (et non -k). L'ajustement avec le meilleur coefficient de corrélation R² est fait avec le bon n.

De cette manière, l'ordre et la vitesse de réaction peuvent être déterminés. Les valeurs de l'ajustement linéaire permettent de calculer le temps t nécessaire pour atteindre un certain _Rpor. Le résultat de l'ajustement linéaire est décrit par l'équation 8.6.

Avec la pente a et l'ordonnée à l'origine b. Si vous gardez à l'esprit que x dans ce cas est t, les équations nécessaires pour calculer t pour les différents n sont :

S'il faut déterminer le temps t où la boîte n'est plus acceptable, il faut définir un _Rpor qui n'est plus acceptable, par exemple 300 Ω. Avec le _R0por des mesures et les n et k déterminés par la suite, on peut calculer le temps t jusqu'à ce que le _Rpor non acceptable soit atteint. Une fois que a et b ont été déterminés à partir de l'ajustement linéaire, l'équation correspondante (8.7, 8.8 ou 8.9) est réarrangée pour t.

Cette méthode permet de prédire le comportement dans le temps pour une température fixe, si l'on connaît plusieurs valeurs à différents moments. Si les taux de réaction pour plusieurs températures sont connus, les taux de réaction et les durées de conservation pour d'autres températures peuvent être extrapolés. Toutefois, ces extrapolations doivent être prises avec des pincettes. Le changement de température peut modifier d'autres facteurs qui influencent la vitesse de réaction k. Les transitions de phase peuvent provoquer ces changements, par exemple.

Dans les emballages alimentaires, la transition vitreuse a une influence importante. En raison de la complexité de ce sujet, nous recommandons aux lecteurs qui souhaitent déterminer, à partir de la vitesse de réaction ou de la mesure de la résistance des pores, la durée de conservation pour une température qui n'a pas été utilisée dans les mesures, de consulter la littérature correspondante.