Allonger la durée de vie d'un produit

Agressions biologiques (micro-organismes)

Dégradation par oxydation

 

14. Allonger la durée de vie d’un produit

 

La stabilité est un des paramètres clés de la bonne qualité d’un produit formulé. Elle conditionne la sécurité de l’utilisateur (produits pharmaceutiques, cosmétiques et produits de soin, alimentaire, etc.), ainsi que ses qualités organoleptiques et esthétiques (peintures, matériaux). Nous nous intéresserons ici principalement au vieillissement et à l’altération du produit dans son conditionnement, et notamment à deux facteurs importants que sont les agressions biologiques et l’oxydation.

 

14.1 Agressions biologiques (micro-organismes)

14.1.1 Les différents types de micro-organismes

Le produit peut être contaminé lors de sa fabrication (matières premières, eau, matériel, locaux, personnel) ou par le consommateur. Les micro-organismes, également appelés microbes, sont responsables de modifications organoleptiques (couleur, odeur) et physico-chimiques (acidité, état physique) du produit. Les principaux micro-organismes susceptibles de se développer sont les bactéries, les champignons ainsi que les algues microscopiques.

Bactéries

 

Figure 14.1 – Exemples de bactéries de différentes formes 202 Chapitre 14. Allonger la durée de vie d’un produit

Organismes vivants, le plus souvent unicellulaires et procaryotes (leur cellule ne

comporte pas de noyau), pouvant former des colonies. Elles présentent de nombreuses

formes (figure 14.1) : sphériques (coques), allongées ou en bâtonnets (bacilles) ou spiralées (spirillum). La plupart des bactéries sont inoffensives ou même bénéfiques pour l’organisme. Il existe cependant de nombreuses espèces pathogènes à l’origine de nombreuses maladies infectieuses.

 

R Les contaminants les plus fréquents dans les produits formulés sont, parmi les bac-

téries : pseudomonas, escherichia coli, staphylococcus, micrococcus, streptococcus, bacillus, clostridium.

 

Champignons

 

Figure 14.2 – Exemples de champignons microscopiques

 

Organismes eucaryotes (leurs cellules comportent un noyau) unicellulaires (levures)

ou pluricellulaires (moisissures).

 

R Les contaminants les plus fréquents dans les produits formulés sont, parmi les

champignons : aspergillus niger (moisissure de couleur noire sur les fruits et légumes), candida albicans (levure).

 

Facteurs de multiplication des micro-organismes

Différents facteurs favorisent le développement des micro-organismes dans un produit

fini :

• La composition : la présence d’hydrates de carbone (sucres dans certains aliments,

épaississants cellulosiques dans les peintures) favorise le développement des cham-pignons ; les protéines (ex : caséine dans les colles) et / ou graisses favorisent le développement des bactéries.

• Le pH. La plupart des bactéries n’évolue bien qu’en milieu neutre. En particulier,

leur développement est inhibé par un pH inférieur à 4,5. Par exemple, certains aliments frais, naturellement acides (citron, vinaigre, tomate, etc.), se conservent mieux que d’autres. Les champignons sont moins sensibles au pH que les bactéries.

• La température. Chaque micro-organisme possède une gamme de température dans

laquelle il est capable de vivre et de se développer. La zone comprise entre 20˚C et 14.1 Agressions biologiques (micro-organismes) 203

45˚C est particulièrement dangereuse car elle favorise la multiplication rapide des micro-organismes. Á haute température (au delà de 100˚C), les micro-organismes sont pour la plupart détruits (stérilisation). En deçà de 4˚C (réfrigération), leur multiplication est très ralentie (pas de destruction cependant), et en deçà de -18˚C (congélation) elle est stoppée (pas de destruction non plus).

• La présence d’eau, qualité de l’eau et salinité du milieu. Les produits en phase

aqueuse sont particulièrement sensibles à la prolifération des micro-organismes (ex : peintures à l’eau). L’activité de l’eau (Aw) joue également un rôle important : une grande quantité de substances dissoutes diminue la disponibilité de l’eau pour les micro-organismes. Par exemple, la conservation des aliments sera meilleure dans une eau très concentrée en sucres (confiture) ou très salée (harengs, jambon).

• La présence de dioxygène. Les bactéries aérobies ne se développent qu’en présence de

dioxygène ; les bactéries anaérobies ne se développent qu’en l’absence de dioxygène.

Il faut également noter que le respect des bonnes pratiques de fabrication du produit, ainsi que le type de conditionnement employé, ont également une grande incidence sur la stabilité microbiologique du produit.

 

14.1.2 Conservateurs antimicrobiens

Les agents conservateurs sont des substances permettant d’inhiber le développe-ment des micro-organismes. D’autres substances utilisées dans la formule peuvent par ailleurs posséder des propriétés antimicrobiennes et peuvent, de ce fait, contribuer à la conservation de ces produits comme par exemple certains alcools et certaines huiles essentielles. Le rôle des conservateurs antimicrobiens est surtout de protéger le produit lors de l’utilisation par le consommateur, qui le pollue au moment du prélèvement.

Différents types de conservateurs antimicrobiens

Quatre types d’agents antimicrobiens sont distingués :

• bactériostatiques : ils empêchent le développement des bactéries.

• bactéricides : ils tuent les bactéries.

• fongistatiques : ils empêchent le développement des champignons microscopiques.

• fongicides : ils tuent les champignons microscopiques.

Ils peuvent agir selon trois modes d’action différents :

• altération des systèmes enzymatiques de la cellule bactérienne.

• dénaturation des protéines.

• modification du système de reproduction en dénaturant les acides nucléiques.

Critères de choix

On distingue quatre principaux critères de choix d’un conservateur :

• La réglementation. Par définition, tous les conservateurs sont biologiquement actifs

et peuvent donc potentiellement conduire à des problèmes de toxicité. Chaque substance autorisée par la législation est présentée avec des conditions d’utilisation : type de produit, partie du corps (pour les cosmétiques et produits de soin), concentration maximale, restrictions d’usages, critères de pureté.

• Solubilité dans l’eau.

• Spectre d’activité. Aucun conservateur n’est polyvalent. Chacun possède un spectre

d’activité plus ou moins large vis-à-vis des micro-organismes, ainsi que des condi-204 Chapitre 14. Allonger la durée de vie d’un produit

tions optimales d’action (pH, solubilité, incompatibilité avec d’autres ingrédients, stabilité à la température, etc.). On fait ainsi souvent appel à des mélanges syner-giques réunissant des fongicides ainsi que des bactéricides.

• pH de la formule. La zone de pH dans laquelle le conservateur est actif doit contenir

ce pH.

Quelques exemples

Les acides organiques sont une classe de conservateurs très utilisés, notamment

dans l’alimentaire et les cosmétiques. Les plus utilisés sont les suivants (voir structures

chimiques figure14.3) : acide benzoïque, acide formique, acide sorbique, acide salicylique, acide propionique, ainsi que les sels de ces acides.

 

Figure 14.3 – Exemples d’acides organiques utilisés comme conservateurs

 

Ces acides possèdent un double effet antimicrobien. Tout d’abord par l’acidification

du milieu, mais également par un effet spécifique de l’acide utilisé. En effet, les acides organiques faibles peuvent agir pour inhiber les micro-organismes en modifiant le pH intracellulaire ce qui conduit à la mort du micro-organisme. C’est la forme non dissociée (groupe -COOH) qui présente un effet spécifique sur les micro-organismes. Par conséquent, l’acide est d’autant plus actif que le couple acide/base dans lequel il intervient possède un pKa faible. Mais il faut également tenir compte de la solubilité de l’acide qui doit être suffisante en phase aqueuse. De plus, l’acide doit être disponible dans sa forme protonée au pH de la formule.

 

Figure 14.4 – Mode d’action des conservateurs à base d’acides organiques 14.1 Agressions biologiques (micro-organismes) 205

R Quelques indications complémentaires concernant le mode d’action des acides

organiques. Ces substances étant lipophiles, elles sont capables de traverser la membrane des micro-organismes et ainsi de modifier le pH cytoplasmique. En effet, une fois la membrane cellulaire traversée, l’acide se dissocie, ce qui a pour effet de modifier le pH intracellulaire. Les micro-organismes doivent alors évacuer les protons et absorber des ions sodium pour maintenir l’électroneutralité de la cellule

(voir figure 14.4). Ce procédé consomme de l’énergie et diminue donc la vitesse de reproduction de la bactérie. Ce procédé abaisse également le pH en périphérie de la cellule, favorisant ainsi la formation de la forme protonée de l’acide qui est l’espèce active. L’aboutissement de ce procédé est la mort du micro-organisme.

 

Parmi ces conservateurs, les esters de l’acide 4-hydroxybenzoïque ou parabènes

(paraben dans la nomenclateur INCI, voir figure 14.5) furent les plus utilisés dans les produits cosmétiques. Fin 2010, ils étaient présents dans plus de 80 % des produits cosmétiques, principalement les esters propyliques et méthyliques. Ils possèdent de très bonnes activités bactéricides et fongicides et sont très bon marché. Cependant, des études ont montré que ces substances possèdent un risque allergisant ; par ailleurs elles sont fortement soupçonnées d’être cancérogènes et perturbateurs endocriniens. Les fabricants tendent aujourd’hui à les remplacer, et l’étiquetage « sans paraben » est même un puissant argument commercial.

 

Figure 14.5 – Formule générale des parabènes

 

Les alcools possèdent des propriétés conservatrices mais à forte concentration unique-ment. Ainsi, l’éthanol peut être considéré comme un conservateur si sa concentration dans la formule est supérieure à 20 %. Le phénoxyéthanol est souvent utilisé en remplacement des parabènes, mais il est également suspecté d’être cancérogène.

Les dérivés de l’isothiazolinone (voir figure 14.6) sont également des conservateurs efficaces : leurs propriétés fongicides, bactéricides mais également algicides (destruction des algues microscopiques) en font desconservateurs de choix pour les peintures en phase aqueuse. On les trouve également dans certains cosmétiques, notamment les shampooings : la méthylisothiazolinone est également un remplaçant des parabènes.

 

Figure 14.6 – Isothiazolinone 206 Chapitre 14. Allonger la durée de vie d’un produit