Nästan alla stora företag ger kunderna möjlighet att handla genom elektronisk handel, så kallad e-handel. E-handeln har ökat kraftigt senaste åren och under 2013 ökade den svenska detaljhandelns försäljning över internet med 17 procent. I takt med den ökande e-handeln ökar även konkurrensen, vilket leder till att e-handelsföretagen måste särskilja och positionera sig för att skapa ett starkt och konkurrenskraftigt varumärke. E-handelns fraktförpackningar kan användas som en kanal för att kommunicera företagets varumärke. En fraktförpackning bör även utformas på ett sådant sätt att den underlättar för kunden vid returer. Dock är det inte många företag som tar hänsyn till varumärkesbyggande och returanpassning i utformandet utav sina fraktförpackningar. Därför ämnar denna studie att ta fram riktlinjer för hur e-handelsföretagens fraktförpackningar bör designas. Detta för att en ge förpackningarna en ökad konkurrenskraft genom tillämpning av varumärkesstrategi och en anpassning för höga returgrader. Riktlinjerna som tas fram i denna studie är avgränsade till produktsegmentet kläder och skor inom e-handel. Som grund för intervjuguide och analys har teorier om e-handelns returer, förpackningar, varumärke kopplat till förpackningar, kärnvärden och kundbaserat varumärkesvärde använts. Intervjuer hölls med personer som jobbade på e-handelsföretag. Detta gav studien data om hur e-handelsföretagen i nuläget designar sina fraktförpackningar och hur de tror att fraktförpackningar bör designas när de måste ta hänsyn till stora returgrader och när varumärkesstrategin blir en allt viktigare del. Utifrån studiens analys drogs slutsatser som sedan resulterade i riktlinjer. Studien visar att fraktförpackningar bör utformas så de är lätta att öppna och återförsluta. Genom att utforma förpackningar på detta sätt tillfredsställer e-handelsföretagen konsumenternas önskan eftersom de värderar smidiga returer högt. Samtidigt speglar e-handelsföretagen då även sitt varumärke eftersom samtliga respondenter ansåg att det skulle vara lätt för kunder att returnera. Fraktförpackningar bör också kommunicera varumärket tydligt, samt utformas så de skapar uppmärksamhet. Detta för att ge e-handelsföretagen en ökad kännedom och medvetenhet om deras varumärke, vilket i sin tur leder till ett positiv varumärkesvärde och ökad konkurrenskraft. E-handelföretagen bör också visa hur de skiljer sig mot sina konkurrenter. Särskiljningen måste också visualiseras på förpackningen. Det räcker inte att vara annorlunda, det måste även visas utåt mot konsumenterna. Dessa riktlinjer exemplifieras i rapporten genom en referensdesign.

Les mousses de calage en plastique utilisées dans les emballages sont très volumineuses et beaucoup de travaux s'intéressent à limiter leur production et à les remplacer par des matériaux qui soient biosourcés et/ou compostables mais avec des propriétés mécaniques comparables aux mousses en plastique pétrochimique. Ainsi vient l'idée de ce projet de recherche qui consiste à développer des mousses de calage à base d'amidon par extrusion réactive, en étudiant les relations : formulation – process – structure – propriétés. L'un des objectifs de ce travail de recherche est de comprendre et d'optimiser le procédé de fabrication des plaques de mousses de calage à base d'amidon afin d'assurer la stabilité et la reproductibilité du procédé. Dans le cadre de cette étude, nous avons déterminé la combinaison idéale « procédé/matière » en étudiant l'effet des différents ingrédients de la formulation sur les propriétés mécaniques et structurales des mousses résultantes. Les mousses ayant obtenu les meilleures propriétés de calage ont été caractérisées et leurs performances mécaniques, en termes d'absorption, d'amortissement et de transmission du choc lors du transport, ont été comparées à celles des mousses de calage traditionnelles d'origine pétrochimique. Nous avons également étudié le vieillissement, la biodégradabilité et la stabilité des propriétés des mousses à différentes conditions climatiques. Ces études nous ont permis de déterminer la stabilité des mousses dans le temps et leur comportement selon que l'on soit dans une région tempérée, tropicale ou autres. Dans le but d'améliorer les propriétés et les performances mécaniques des mousses et de réduire leur sensibilité à l'humidité, nous avons rajouté des fibres naturelles, des biopolymères et des charges minérales à la formulation de base et étudié leurs effets sur les propriétés des mousses résultantes. Le développement des mousses à base d'amidon par extrusion réactive a alors été optimisé. Les mousses extrudées ont obtenu des propriétés physiques et un pouvoir amortissant comparables aux mousses en plastique traditionnelles, type polyéthylène expansé, leur permettant d'être utilisées dans diverses applications dont principalement les calages qui, à l'issu de ces travaux de recherche, va être développé à l'échelle industrielle. / Foam cushions used in packaging are very light and bulky and a lot of efforts have been made to limit their production and to replace them with materials that are from renewable resources but with comparable mechanical properties to the current petroleum plastic foams. Consequently, the aim of this project, which consists of developing starch-based foam cushions by reactive extrusion, is to study the relationship between formulation, process, structure and properties. One of the research goals was to understand and optimize the manufacturing process of starch-based foam sheets to ensure the stability and the repeatability of the process. In this study, we determined the perfect « process / material » combination by studying the effects of the various ingredients of the formulation on the mechanical and structural properties of the resulting foams. The foams with the best cushioning properties were characterized and their mechanical performances in terms of absorption, cushioning and shock transmission during transport were compared to those of petrochemical foam cushions. We also studied the aging, biodegradability and stability of the foam properties at different climatic conditions. These studies allowed us to determine the long-term stability of the material and their behavior depending on their storage conditions. In order to improve the mechanical properties of the foams and to reduce their moisture sensitivity, we added natural fibers, mineral fillers and biopolymers to the formulation and studied their effects on the resulting properties. Thus, the development of starch-based foams by reactive extrusion has been optimized. The extruded foams have comparable physical properties with the conventional plastic foams, like expanded polyethylene, allowing them to be used in various applications, especially as cushioning materials, which is now ready to be developed at industrial scale.

Les aliments et les emballages sont interdépendants. Plusieurs réactions chimiques et physiques existent entre les aliments, l’emballage et environnement, lesquelles peuvent changer la composition, la qualité et les propriétés physiques des aliments, voire de l’emballage. L’emballage actif ou antimicrobien permet la distribution d’un aliment dans le monde entier sans perte de qualité, pendant une longue période de transport. Les antimicrobiens naturels comme la nisine, le lysozyme ou l’acide lactique contrôlent la contamination microbienne d’un aliment, améliorent son stockage, éliminent les pathogènes indésirables et retardent la prolifération microbienne. L’amélioration d’un emballage en papier, contenant de la nisine, le lysozyme, l’acide lactique, ainsi que l’étude de la synergie d’action entre antimicrobiens constituent les objectifs de cette thèse.La synergie entre nisine, lysozyme et l’acide lactique a etait déterminée avec Listeria monocyotgenes CIP 82.110 mais n’a pas observée pour Staphylococcus aureus CIP 4.83 par analyses statistiques. Le papier « activé » avec un mélange de nisine, lysozyme et acide lactique permet d’assurer une action antimicrobienne vis à vis de Listeria monocytogenes CIP 82.110 et de Staphylococcus aureus CIP 4.93. La diffusion de la nisine du papier vers un aliment simulé a était démontrée pendant 48h à la vitesse de 0.03 mg/h. En 5 jours, seulement 30% de la nisine a migré vers l’agarose. Des analyses complémentaires de diffusion vont permettre de mieux comprendre l’efficacité d’un emballage antimicrobien contenant un mélange de nisine, de lysozyme et d’acide lactique / Food and packaging are closely related. Many chemical and physical reactions exist between a food, its packages and the environment, which alter the composition, quality and physical properties of the food and/or the package. Thanks to active or antimicrobial packaging, food products can be distributed over a wide geographical area over a long period of time without unacceptable quality loss. Natural antimicrobials such as nisin, lysozyme or lactic acid improve shelf-life, eliminate undesirable pathogens and delay microbial spoilage. The present PhD thesis was focused on the improvement of paper wrapping materials by adding nisin, lactic acid and lysozyme in combination and on the determination of the synergism, which could occur between these antimicrobial agents. Synergy between nisin, lysozyme and lactic acid, which was proved against Listeria monocytogenes CIP 82.110 and was not confirmed against Staphylococcus aureus CIP 4.83 by statistical analysis. The paper, containing a mixture of nisin, lysozyme and lactic acid could ensure a antimicrobial activity against Listeria monocytogenes CIP 82.110 or Staphylococcus aureus CIP 4.93. Nisin diffusion from packaging to simulated food was demonstrated. It was proved that nisin in cellulose was only able to diffuse for 48 h at a speed of 0.03 mg/h. Only 30% of nisin was diffused from paper to gel matrix after 5 days. Extra diffusion analyses on combination of nisin, lysozyme and lactic acid should be performed to confirm the antimicrobial effectiveness of this packaging

Idag ställs det allt högre krav på både företag och distributörer på grund av att e-handeln ständigt växer, och till följd av detta förändras även många av processerna i försörjningskedjan. På senare tid har även intresset för hållbar utveckling ökat hos konsumenterna, vilket har bidragit till att företagen försöker hitta lösningar för att minimera miljöpåverkan. Ett område där det finns stor förbättringspotential för att minska miljöpåverkan och reducera kostnader inom e-handeln är sekundärförpackningar. En sekundärförpackning är den förpackning som är till för att skydda artikelns originalförpackning, och i denna studie likställs den sekundära förpackningen med en transportförpackning. I nuläget innehåller e-handlade försändelser i genomsnitt 30 procent luft, vilket beror på att produkter ofta förpackas i paket som inte är anpassade till produktens storlek och mått. Detta leder till att paketen tar upp onödigt mycket plats i transporter och lagerutrymmen, vilket leder till både onödigt höga kostnader och stor miljöpåverkan. Syftet med denna studie är att undersöka hur sekundära förpackningar inom e-handel utnyttjas i nuläget, och därefter ge förslag på åtgärder och förbättringar för hur de sekundära förpackningarna kan utnyttjas optimalt för att minimera mängden luft i dem. Syftet är också att belysa vilka positiva effekter denna optimering kan leda till gällande kostnader och miljöpåverkan. De främsta resultaten från studien, för att uppnå en förpackningsoptimering, är ökad användning av hybridförpackningar samt ytterligare utfyllnadsmaterial i form av luftkuddar i mindre storlek. Studien visar på att förbättringar av Warehouse Management System (WMS) kan bidra till en minimering av luft i förpackningar. De främsta åtgärderna för att förbättra WMS-systemet är att informationen i systemet bör vara helt uppdaterad, samt att personalen kan registrera vilken förpackning de väljer. Ett annat resultat av studien är att en förpackningsoptimering leder till lägre kostnader för material och frakt, samt lägre miljöpåverkan som en följd av att färre transporter krävs. / Today the requirements on companies and distributors are higher due to the growth of e-commerce, which also results in changes of the processes in the supply chain. Recently interest in sustainable development has also increased among consumers, which has contributed to companies trying to find solutions to minimize environmental impact. One area where there is great potential for improvement to reduce environmental impact and reduce e-commerce costs is secondary packaging. The purpose of the secondary packaging is to protect the original packaging of a product, and in this study the secondary packaging is equal to a transport packaging. At present e-shipped items contain on average 30 percent air, because the products are often packed in packages that are not adapted to the size and dimensions of the product. This means that the packages use unnecessarily much space in transport and storage, which leads to both unnecessarily high costs and a large environmental impact. The purpose of this study is to investigate how secondary packaging in e-commerce is currently being used, and then propose measures and improvements on how the secondary packaging can be utilized optimally to minimize the amount of air in them. The purpose is also to illustrate what positive effects this optimization can lead to regarding costs and environmental impact. The main results of the study, to achieve a packaging optimization, are increased use of hybrid packaging as well as additional filling material in form of smaller sizes of air pillows. The study shows that improvements of the Warehouse Management System (WMS) can contribute to minimizing air in packaging. The main steps to improve the WMS-system are that the information in the system should be fully updated, and that the staff can register which package they choose. Another result of the study is that a packaging optimization leads to lower costs for materials and freight, as well as lower environmental impact as a result of the use of fewer trucks.

This report is done as master thesis for the education mechanical engineering with emphasis on sustainable and innovative product development. The master thesis is done in collaboration with the company CTC which is a part of Enertech AB. The purpose of the project is to develop a new solution to their packaging of heat pumps. The methodology used to develop the new packaging is design thinking which keeps the stakeholders in focus during the whole project. The result for the new packaging is a solution based on corrugated board which is better in both a sustainable aspect, economically and overall handling of the product. The new packaging will remove the current possibility of stacking multiple heat pumps on top of each other. The new packaging will although be able to stack one pair of the outside module (EcoAir) to optimize transport capacity. The sustainability analysis is done using OpenLCA which is a free software and the analysis has been done on both the current packaging and the new packaging that is proposed during this project. The result from this life cycle assessments is that the new packaging will reduce environmental impact drastically. The new concept is also more cost efficient for the company as it will show that an investment of approximately 500 000 SEK will payoff in less than seven months with the newsolution. The new packaging can be seen as a good packaging solution for bigger products like these since there are multiple advantages to other types of packaging solutions. The new solution will be presented in the result chapter of this report with pictures of a prototype that was made during the project. The process of assembling the prototype to the heat pump is also described with both text and pictures. Background: In the background there will be some necessary information aboutthe project and about the tools that was used. The background will include someinformation about the current packaging as well. Objectives: The objectives for this thesis is to develop a new packaging for heatpumps. The new packaging will heavily rely on on sustainability and economics. Method: The methodology used for the project is a design thinking approach.Which is heavily focused on the different stakeholders. The method has many goodtools to promote new designs and innovations. Results: The result is a new packaging made out of corrugated board. The LCAindicated that the new packaging is more environmentally sustainable. The pay offcalculation displays a pay off time that translates into about six to seven months. Conclusions: The new packaging is a more resource efficient solution and the changewould be desirable as it would also result in a higher safety. To continue the work itwould need further testing as well as an extensive risk analysis. / Denna rapport är gjord som en master uppsats till utbildningen civilingenjör inom maskinteknik med inriktningen hållbar och innovativ produktutveckling. Arbetet är gjort i samarbete med CTC som är en del av Enertech AB. Syftet är att utveckla en ny lösning för att förpacka deras värmepumpar. Metoden som är vald för att genomföra projektet är Design thinking som genom hela projektet fokuserar på intressenterna som är relaterade. Resultatet av projektet är en lösning som är baserad på wellpapp som är mer hållbar, mer kostnadseffektiv och resulterar i en lättare hantering av produkten genom hela livscykeln. Det nya emballaget tar dock bort den nuvarande möjligheten att stapla många värmepumpar på varandra. Det kommer dock fortfarande gå att stapla utomhusmodulen (EcoAir) totalt två lager högt för att transporterna ska optimeras. Hållbarhetsanalysen är gjord med mjukvaran OpenLCA som är ett kostnadsfritt program och har använts tidigare i kurser på Blekinge tekniska högskola. Analysen resulterar i att det nya emballaget visar sig ha drastiskt mindre effekter på klimatförändringarna. Emballaget som denna rapport presenterar visar sig också vara mer kostnadseffektiv för Enertech och en investering på cirka 500 000 SEK kommer att vara återbetalad på under sju månader. Den nya lösningen presenteras i resultatdelen av denna rapport, där kommer även bilder på prototypen som gjordes finnas. Processen av en monteringa av emballaget är också beskrivet i både ord och bilder. Bakgrund: I bakgrunden kommer nödvändig information att presenteras, både för att kunna förstå projektet och verktygen som användes. Bakgrunden kommer även att ta upp information om det nuvarande emballaget för värmepumparna. Syfte: Syftet för detta projekt är att utveckla ett nytt emballage för värmepumpar. Det nya emballaget kommer ha mycket fokus på både miljöpåverkan och ekonomiska aspekter. Metod: Metodiken som anänds i detta projekt är ett design thinking tillvägagångssätt. Denna metodik fokuserar mycket på de olika intressenterna som är inblandade. Design thinking inkluderar flera verktyg för att främja nya idéer och tankesätt. Resultat: Resultatet för det nya emballaget är ett emballage som är tillverkat i wellpapp. Livscykelanalysen visar att det nya emballaget är mer hållbart ur en miljöaspekt. Enligt en payoff beräkning så väntas de nödvändiga investeringarnavara återbetalda efter sex till sju månader. Slutsatser: Det nya emballaget är mer resurseffektivt och ett skifte av emballage skulle vara önskvärt då det även skulle öka säkerheten för intressenterna. Framtida arbete för lösningen är fortsatta tester och en omfattande riskanalys.

L'appertisation permet, au travers un conditionnement dans un récipient hermétique suite à un traitement thermique, d'allonger la durée de vie de nombreux produits alimentaires. Une fois le traitement thermique appliqué, la stérilisation pour les produits peu acides permet de détruire les microorganismes présents, mais dégrade fortement le produit. En plus, ce traitement est associé à un coût de production hautement significatif. De nouveaux procédés doivent donc être développés pour pallier à ces problèmes. Dans ce contexte, l'électro-activation combinée à un traitement thermique modéré pourrait contribuer à réduire les coûts de production tout en assurant une qualité adéquate du produit final. En effet, l'électro-activation combinée à un traitement thermique modéré permet de protéger le produit des microorganismes via l'action antibactérienne des solutions électro-activées. L'effet de ce procédé sur les qualités organoleptiques des petits-pois mis en conserve a été analysé ainsi que les risques toxicologiques exprimés par la migration de certains minéraux spécifiques de l'emballage métallique vers le produit. Le procédé d'appertisation a été comparé au nouveau procédé en utilisant trois solutions électro-activées et deux différents emballages. Les différentes analyses ont été menées chaque mois de stockage pendant trois mois. La couleur, la teneur en vitamine C, la fermeté ainsi que la perte en matière sèche du produit dans la saumure et la teneur en ions métalliques dans celle-ci ont été analysées. Les résultats obtenus n'ont montré aucune différence significative en ce qui concerne la couleur, la teneur en vitamine C, la perte de matière sèche du produit au bout de 3 mois de stockage entre les deux procédés. Par ailleurs, ce projet a permis de montrer que la texture du produit final était plus ferme avec le nouveau procédé utilisant l'électro-activation. En plus, il a été démontré que l'électro-activation combinée à un traitement thermique modéré a le même impact sur la qualité du produit que l'appertisation conventionnelle. Dans les solutions électro-activées, aucun ion métallique n'était présent à part le fer qui ne présente, cependant, pas de risque pour le consommateur. Finalement, comme les éléments métalliques à haut risque toxicologique comme l'étain ne migrent pas de l'emballage, l'électro-activation combinée à un traitement thermique modéré apparaît comme une alternative potentielle au procédé d'appertisation.

Les deux problèmes majeurs considérés dans cette thèse : le b-coloration problème et le graphe emballage problème. 1. Le b-coloration problème : Une coloration des sommets de G s'appelle une b-coloration si chaque classe de couleur contient au moins un sommet qui a un voisin dans toutes les autres classes de couleur. Le nombre b-chromatique b(G) de G est le plus grand entier k pour lequel G a une b-coloration avec k couleurs. EL Sahili et Kouider demandent s'il est vrai que chaque graphe d-régulier G avec le périmètre au moins 5 satisfait b(G) = d + 1. Blidia, Maffray et Zemir ont montré que la conjecture d'El Sahili et de Kouider est vraie pour d ≤ 6. En outre, la question a été résolue pour les graphes d-réguliers dans des conditions supplémentaires. Nous étudions la conjecture d'El Sahili et de Kouider en déterminant quand elle est possible et dans quelles conditions supplémentaires elle est vrai. Nous montrons que b(G) = d + 1 si G est un graphe d-régulier qui ne contient pas un cycle d'ordre 4 ni d'ordre 6. En outre, nous fournissons des conditions sur les sommets d'un graphe d-régulier G sans le cycle d'ordre 4 de sorte que b(G) = d + 1. Cabello et Jakovac ont prouvé si v(G) ≥ 2d3 - d2 + d, puis b(G) = d + 1, où G est un graphe d-régulier. Nous améliorons ce résultat en montrant que si v(G) ≥ 2d3 - 2d2 + 2d alors b(G) = d + 1 pour un graphe d-régulier G. 2. Emballage de graphe problème : Soit G un graphe d'ordre n. Considérer une permutation σ : V (G) → V (Kn), la fonction σ* : E(G) → E(Kn) telle que σ *(xy) = σ *(x) σ *(y) est la fonction induite par σ. Nous disons qu'il y a un emballage de k copies de G (dans le graphe complet Kn) s'il existe k permutations σi : V (G) → V (Kn), où i = 1, …, k, telles que σi*(E(G)) ∩ σj (E(G)) = ɸ pour i ≠ j. Un emballage de k copies d'un graphe G est appelé un k-placement de G. La puissance k d'un graphe G, noté par Gk, est un graphe avec le même ensemble de sommets que G et une arête entre deux sommets si et seulement si le distance entre ces deux sommets est au plus k. Kheddouci et al. ont prouvé que pour un arbre non-étoile T, il existe un 2-placement σ sur V (T). Nous introduisons pour la première fois le problème emballage marqué de graphe dans son graphe puissance / Two problems are considered in this thesis: the b-coloring problem and the graph packing problem. 1. The b-Coloring Problem : A b-coloring of a graph G is a proper coloring of the vertices of G such that there exists a vertex in each color class joined to at least a vertex in each other color class. The b-chromatic number of a graph G, denoted by b(G), is the maximum number t such that G admits a b-coloring with t colors. El Sahili and Kouider asked whether it is true that every d-regular graph G with girth at least 5 satisfies b(G) = d + 1. Blidia, Maffray and Zemir proved that the conjecture is true for d ≤ 6. Also, the question was solved for d-regular graphs with supplementary conditions. We study El Sahili and Kouider conjecture by determining when it is possible and under what supplementary conditions it is true. We prove that b(G) = d+1 if G is a d-regular graph containing neither a cycle of order 4 nor of order 6. Then, we provide specific conditions on the vertices of a d-regular graph G with no cycle of order 4 so that b(G) = d + 1. Cabello and Jakovac proved that if v(G) ≥ 2d3 - d2 + d, then b(G) = d + 1, where G is a d-regular graph. We improve this bound by proving that if v(G) ≥ 2d3 - 2d2 + 2d, then b(G) = d+1 for a d-regular graph G. 2. Graph Packing Problem : Graph packing problem is a classical problem in graph theory and has been extensively studied since the early 70's. Consider a permutation σ : V (G) → V (Kn), the function σ* : E(G) → E(Kn) such that σ *(xy) = σ *(x) σ *(y) is the function induced by σ. We say that there is a packing of k copies of G into the complete graph Kn if there exist k permutations σ i : V (G) → V (Kn), where i = 1,…, k, such that σ*i (E(G)) ∩ σ*j (E(G)) = ɸ for I ≠ j. A packing of k copies of a graph G will be called a k-placement of G. The kth power Gk of a graph G is the supergraph of G formed by adding an edge between all pairs of vertices of G with distance at most k. Kheddouci et al. proved that for any non-star tree T there exists a 2-placement σ on V (T). We introduce a new variant of graph packing problem, called the labeled packing of a graph into its power graph

Les plastiques sont aujourd'hui des matériaux ubiquitaires utilisés dans tous les aspects de notre vie quotidienne, en particulier pour l'emballage alimentaire. Cependant, après usage, les plastiques sont une source de pollution de notre environnement naturel. Certains plastiques biodégradables et biosourcés sont déjà disponibles sur le marché, comme l’acide polylactique (PLA), mais ils présentent des performances inférieures. Ce travail de thèse vise à: 1) étudier la stabilité des films de PLA dans diverses conditions de température, d'humidité relative, de pH, d'exposition à des liquides ou à des vapeurs... 2) mieux comprendre l'impact de certains procédés industriels tels que les traitements corona ou pressage à chaud sur le PLA 3) combiner le PLA à des couches de gluten de blé afin de produire des complexes ayant des propriétés barrière plus élevées.Les films de PLA ont été produits par la société Taghleef Industries sur demande et avec des traitements de surface spécifiques, comme le traitement Corona. Des films et des enductions à basede gluten de blé ont été développés à l’échelle laboratoire ainsi que des complexes tricouches PLA- gluten-PLA. Les propriétés physiques et chimiques des films ont été étudiées par différentes techniques issues des sciences des matériaux et des aliments ont été utilisées, telles que l’analyse enthalpique différentielle (DSC), l'analyse thermogravimétrique (TGA), la chromatographie d'exclusion de taille (SEC), la microscopie de force atomique (AFM), la microscopie électronique (SEM), la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (ATR-FTIR) et la spectroscopie de rayons X (XPS). Les propriétés fonctionnelles telles que la perméabilité à la vapeur d'eau, à l'oxygène (O2), au dioxyde de carbone (CO2) ou à l'hélium (He), la sorption de gaz et de vapeurs, les propriétés mécaniques et de surface ont également été étudiées.Exposés au CO2, les films de PLA présentent une isotherme de sorption linéaire avec l’augmentation de pression. Cependant les modifications physiques et chimiques induites à des pressions élevées n'affectent pas son utilisation dans le domaine d’application alimentaire. Au contraire, lorsque les films de PLA sont exposés à l'humidité à l'état liquide ou vapeur, leur dégradation survient après deux mois à 50 ° C (essai accéléré) suite à son hydrolyse. Cette détérioration chimique, mise en évidence par une diminution significative de la masse molaire, entraine une perte de transparence, mais également par une augmentation de la cristallinité. Par ailleurs, le pH n'affecte pas le taux d'hydrolyse, ce qui est d'un intérêt essentiel pour conditionner des aliments humides.Les films à base gluten de blé ont été choisis pour leurs propriétés de barrière élevées lorsque l’humidité relative reste faible. L'incorporation de lipides n'a pas apporté d'amélioration de leurs performances barrières. Cependant, l'utilisation d’un procédé d’homogénéisation à haute pression a permis une meilleure dispersion du gluten, ce qui a conduit à des films plus homogènes ayant ainsi de meilleures propriétés fonctionnelles. Ces conditions ont donc été retenues pour réaliser des complexes à 3 couches par assemblage d'une couche de gluten de blé entre deux couches de PLA en utilisant un pressage à chaud (10 MPa, 130 ° C, 10 min).La technologie de pressage à chaud montre une forte influence sur les films de PLA, de gluten et sur les tricouches. Elle induit une cristallisation accrue du PLA, ce qui augmente ses propriétés de barrière d'environ 40% et 60%, respectivement pour l'eau et l'oxygène. Cela masque par contre l’effet du traitement corona. D’autre part, le pressage à chaud induit une restructuration du réseau de gluten qui améliore les propriétés de barrière aux gaz des complexes, mais provoque aussi une évaporation de l'eau à l'interface gluten / PLA défavorable à l’adhésion des couches (...) / Poly(lactic acid) (PLA) is a biodegradable and renewable polyester, which is considered as the most promising eco-friendly substitute of conventional plastics. It is mainly used for food packaging applications, but some drawbacks still reduce its applications. On the one hand, its low barrier performance to gases (e.g. O2 and CO2) limits its use for applications requiring low gas transfer, such as modified atmosphere packaging (MAP) or for carbonate beverage packaging. On the other hand, its natural water sensitivity, which contributes to its biodegradation, limits its use for high moisture foods with long shelf life.Other biopolymers such as wheat gluten (WG) can be considered as interesting materials able to increase the PLA performances. WG is much more water sensitive, but it displays better gas barrier properties in dry surroundings. This complementarity in barrier performances drove us to study the development of multilayer complexes PLA-WG-PLA and to open unexplored application scenarios for these biopolymers.This project was thus intended to better understand how food components and use conditions could affect the performances of PLA films, and how these performances could be optimized by additional processing such as surface modifications (e.g. corona treatment and coatings).To that aim, three objectives were targeted:- To study the stability of industrially scale produced PLA films in contact with different molecules (CO2 and water) and in contact with vapour or liquid phases, with different pH, in order to mimic a wide range of food packaging applications.- To better understand the impact of some industrial processes such as corona or hot press treatments on PLA.- To combine PLA with WG layer to produce high barrier and biodegradable complexes.Different approaches coming from food engineering and material engineering were adopted. PLA films were produced at industrial scale by Taghleef Industries with specific surface treatments like corona. Wheat gluten films, coatings and layers were developed and optimized at lab scale as well as the 3-layers PLA-WG-PLA complexes. Different technologies able to mimic industrial processes were considered such as hot press, high pressure homogenization, ultrasounds, wet casting and spin coating. The physical and chemical properties of PLA films were then studied at the bulk and surface levels, from macroscopic to nanometer scale. The functional properties like permeability to gases (e.g. O2 and CO2) and water, gas and vapour sorption, mechanical and surface properties were also investigated.Exposed to CO2, PLA films exhibited a linear sorption behaviour with pressure, but the physical modifications induced by high pressure did not affect its use for food packaging. However, when exposed to moisture in both liquid and vapour state (i.e. environments from 50 to 100 % relative humidity (RH)), PLA was significantly degraded after two months at 50 °C (accelerated test) due to hydrolysis. This chemical deterioration was evidenced by a significant decrease of the molecular weight, which consequently induced a loss of transparency and an increase of the crystallinity. The hydrolysis was accelerated when the chemical potential of water was increased, and it was surprisingly higher for vapour compared to liquid state. In addition, pH did not affect the rate of hydrolysis.Knowing much better the limitation of PLA films, the challenge was to improve its functional properties by combining them with WG, as a high gas barrier bio-sourced and biodegradable polymer. The use of high pressure homogenization produced homogeneous WG coatings, with improved performances. This process was thus selected for making 3 layer complexes by assembly of a wheat gluten layer between two layers of PLA, together with corona treatment and hot press technologies.Corona treatment applied to PLA physically and chemically modified its surface at the nanometer scale (...) / I materiali plastici convenzionali trovano impiego in tutti campi della nostra vita, specialmente nel settore del packaging alimentare, ed in seguito all’utilizzo contaminano e danneggiano il nostro ecosistema. Materiali plastici derivanti da risorse naturali e biodegradabili, come acido polilattico (PLA), sono attualmente disponibili sul mercato anche se caratterizzati da performances inferiori.Questo progetto di dottorato è mirato 1) allo studio della stabilità di film di PLA a varie condizioni di stoccaggio come temperatura, umidità relativa, pH, o esposizione a vapori o gas; 2) a comprendere meglio le influenze di alcuni processi industriali come trattamento corona e hot press nelle proprietà dei film di PLA; 3) a sviluppare complessi multistrato tra film di PLA e di glutine che abbiano proprietà barriera più elevate rispetto ai singoli film.Gli imballaggi a base di PLA sono stati prodotti da Taghleef Industries, produttore leader nel settore e dotato di infrastrutture atte ai trattamenti di modificazione di superfice come il trattamento corona. I film a base di glutine e i coatings sono stati sviluppati e ottimizzati su scala di laboratorio, così come i complessi trilaminari PLA-glutine-PLA.Le proprietà fisiche e chimiche dei film di PLA sono state investigate a livello di superficie, così come a livello di bulk. Diverse tecniche analitiche, provenienti dal campo delle scienze dei materiali e delle scienze degli alimenti, sono state adottate in questo progetto di dottorato come calorimetria differenziale a scansione (DSC), termogravimetria (TGA), cromatografia di esclusione molecolare (SEC), microscopia a forza atomica (AFM), microscopia elettronica a scansione (SEM), spettrofotometria infrarossa a trasformata di Fourier in riflettanza totale attenuata (ATR-FTIR) e spettroscopia fotoelettronica a raggi X (XPS).Le proprietà funzionali come le permeabilità al vapore acqueo (H2O), all’ossigeno (O2), al diossido di carbonio (CO2) o all’elio (He) sono state investigate, cosi come l’assorbimento di gas e/o vapori, le proprietà meccaniche e le proprietà di superfice.Nonostante i film di PLA assorbano linearmente CO2 a pressioni crescenti, l’assorbimento di tale gas è ridotto a basse pressioni in modo da non modificare le sue proprietà fisiche – come contrariamente osservato quando il PLA è esposto a CO2 ad alte pressioni – e da non influenzare negativamente il suo utilizzo come imballaggio alimentare. Ad ogni modo, quando i film di PLA sono esposti ad ambienti umidi, o quando sono immersi in acqua liquida, sono significativamente degradati per idrolisi dopo due mesi di stoccaggio a 50 °C (test accelerato). Questo deterioramento chimico è stato evidenziato da una significativa riduzione del peso molecolare del PLA che, conseguentemente, induce una sua perdita di trasparenza e ne incrementa la sua cristallinità. Inoltre, è stato evidenziato che il pH non influenza la velocità di idrolisi. Quest’informazione ha importanza pratica per possibili utilizzi di PLA come imballaggio di alimenti ad alta umidità.Il glutine è stato scelto per le sue alte proprietà barriera, quando è protetto da ambienti ad alta umidità. Si è visto che l’incorporazione di lipidi non porta con sé grandi miglioramenti nelle performances dei film a base di glutine. Invece, l’utilizzo della tecnologia di omogeneizzazione ad alte pressioni permette una migliore dispersione del glutine, ottenendo film più omogenei e con migliori proprietà funzionali. Questa tecnologia è stata quindi scelta per produrre i complessi multistrato, intercalando i film di glutine tra due film di PLA, usando il trattamento hot press (10 MPa, 130 °C, 10 min). Si è osservato che il trattamento hot press modifica le proprietà dei film di PLA, di glutine e dei film multistrato Hot press induce cristallizzazione in PLA, e conseguentemente aumenta le sue proprietà barriera complessive, approssimativamente al 40 % all’acqua e al 60 % all’ossigeno (...) / Los materiales plásticos tradicionales son utilizados en todos los campos de nuestra vida y en particular modo como embajales de productos alimenticios; los cuales después de ser utilizados contaminan y dañan nuesto medio ambiente. Materiales plásticos derivados de recursos naturales y biodegradables, como el ácido poliláctico (PLA) se encuentran actualmente disponibles en el mercado a pesar de sus menores performances. Este proyecto de doctorado está orientado 1) al estudio de la estabilidad de películas de PLA bajo diferentes condiciones como temperatura, humedad relativa, pH o exposición a vapores o gases, 2) comprender los efectos en las propiedades de las películas de PLA de algunos procesos industriales como el tratamiento corona y hot press, 3) desarrollar complejos multicapas de PLA y gluten que tengan propiedades barrera mejores que las de las películas individuales.Los embalajes a base de PLA han sido producidos por Taghleef Industries, productor líder en el sector y dotado de las infraestructuras industriales adaptadas a los tratamientos superficiales como el tratamiento corona. Las películas de gluten y los coatings han sido desarrollados a escala de laboratorio, así como los complejos tricapa PLA-gluten-PLA.Las propiedades físicas y químicas de las películas de PLA han sido investigadas a nivel de superficie así como a nivel de bulk. Diferentes técnicas de análisis, frecuentemente utilizadas en los campos de las ciencias de los materiales y de las ciencias de los alimentos, han sido empleadas en este proyecto como calorimetría diferencial de barrido (DSC), análisis termogravimétrico (TGA), cromotagrafía de exclusión por tamaño (SEC), microscopía de fuerza atómica (AFM), microscopía electrónica de barrido (SEM), espectroscopía de infrarrojos por transformada de Fourier con reflectancia total atenuada (ATR-FTIR) y espectroscopía fotoelectrónica de rayos X (XPS).Las propiedades funcionales de los embalajes como las permeabilidades al vapor de agua, al oxígeno (O2), al dióxido de carbono (CO2) o al helio (He) han sido investigadas, asi como la absorción de gases/vapores, las propiedades mecánicas y las propiedades superficiales. A pesar de que las películas de PLA absorven linealmente CO2 a presiones mayores, la absorción del gas es reducida a bajas presiones y no modifica las propiedades físicas del PLA, como contrariamente sucede cuando el PLA es expuesto a altas presiones de CO2. Por lo tanto, su influencia en las propiedades funcionales del PLA es mínima en las normales aplicaciones alimentarias. De todos modos cuando los embalajes de PLA son expuestos a ambientes húmedos o cuando son sumergidos en agua, procesos de hidrólisis los degradan significativamente después de dos meses de conservación a 50 °C (test acelerado). Este deterioramiento químico ha sido evidenciado por una significativa reducción del peso molecular del PLA, que en consecuencia induce una pérdida de transparencia y un aumento de su cristalinidad. Además, se ha observado que el pH no influye en la velocidad de hidrólisis. Esta información tiene una importancia práctica para posibles usos del PLA como embalajes de alimentos a alta humedad. El gluten ha sido elegido por sus altas propiedades barrera cuando es protegido de ambientes a alta humedad. La incorporación de lípidos en las películas de gluten no han mejorado sus performances. Pero la tecnología de la homogenización a altas presiones ha permitido mejorar la dispersión del gluten, obteniendo películas más homogéneas y con mejores propiedades funcionales. Esta tecnología ha sido, por lo tanto, elegida para producir los complejos multicapa, intercalando las películas de gluten entre dos de PLA, utilizando el tratamiendo hot press (10 MPa, 130 °C, 10 min) (...)

Stora Enso Skoghalls Bruk är en av de största kartongtillverkarna på vår planet. Var sjätte kartongförpackning i världen som innehåller något flytande kommer från Skoghalls Bruk. Kartong har liten påverkan på miljön då huvudråvaran, trä, är en naturlig råvara. Kartong har många olika egenskaper och kan variera i utseende och styrka beroende på mängden fiber som använts vid tillverkningen. Kartong är dock inte i sig självt förseglingsbart men kan med hjälp av olika adhesiva material förseglas. Stora Enso tillverkar kartong på rullar som sedan skickas iväg till kund. Innan kartongrullarna skickas iväg packas de i skyddande kartong inför transporten. Denna packning kallas emballering.Syftet med denna studie var att tidseffektivisera emballeringsprocessen. Stora Enso har i dagsläget en överkapacitet i emballeringsprocessen och processen är en trång sektion för produktionen. Delprocessen gavelpressen har studerats då den är mer tidskrävande än omkringliggande delprocesser. När kartongrullarna kommer till gavelpressen tillsätts det sista emballaget. Kartongrullarna har innan emballerats med innerrondeller på gavlarna och mantelomslag runt om. Gavelpressen består av två värmeplattor med tillsatta ytterrondeller. Värmeplattornas uppgift är att försegla kartongrullarna genom att det yttersta lagret, LDPE-skiktet, på ytterrondellerna smälts fast på kartongrullarna. Värmeplattorna har temperaturen 180 °C och rör sig mot kartongrullens gavlar i tre olika hastigheter som gradvis sänks ju närmare kartongrullen de kommer. För att sedan under en tid av sju sekunder pressa ytterrondellerna mot kartongrullens gavlar.Målet med denna studie var att tidseffektivisera gavelpressen samt ta fram en rekommendation för i vilken ordning åtgärderna bör hanteras. Simuleringsprogrammet COMSOL Multiphysics har använts för att bygga upp systemet, simulera verkliga fall och sedan effektivisera dem genom att minska delprocessens cykeltid. Tiden som ytterrondellerna pressas mot kartongrullens gavlar studerades i en 3D-modell. För att ta reda på om presstiden var den mest optimala simulerades temperaturen på kartongrullens gavels yttersta skikt vid pressning. Värmeöverföringen mellan ytterrondellens LDPE-skikt och kartongrullen antogs öka ända tills kartongrullens gavels yttersta skikt uppnått värmeplattans temperatur 180 °C. Vidare studerades om LDPE-skiktet kunde bytas ut mot ett material som gör att värmeöverföringen sker snabbare. Densitet, specifik värmekapacitet och termisk konduktivitet var de faktorer som ändrades. Värmeplattornas maximala hastighet studerades genom beräkningar. Luften mellan värmeplattan och kartongrullen antogs ha en cylindrisk form och luftens hastighet ut ur cylindern beräknades med hjälp av Reynolds tal. Värmeplattans hastighet antogs kunna öka så länge luftflödet var laminärt. Det undersöktes även om värmeplattornas rörelse kunde starta tidigare, då de studerade kartongrullarna står stilla med tillsatta ytterrondeller under olika lång tid innan värmeplattorna börjar röra sig.För att tidseffektivisera gavelpressen rekommenderas fyra åtgärder i följande ordning: minska presstiden, starta värmeplattornas rörelse tidigare, byta ut LDPE-skiktet samt öka värmeplattornas hastighet. Åtgärderna har rekommenderats i ordning efter vad som antagits vara enklast och minst tidskrävande för företaget.Simuleringarna visade att presstiden kan minskas till 3-3,5 sekunder då ingen ökad värmeöverföring sker mellan värmeplattan och kartongrullen efter denna tid. Denna åtgärd ger en tidsbesparing på 3,5-4 sekunder. Att starta värmeplattornas rörelse tidigare är möjligt, då värmeplattorna med tillsatta ytterrondeller står redo 3,35–9,33 sekunder innan de sätts i rörelse. Företaget rekommenderas att starta värmeplattornas rörelse efter 3,35 sekunder oavsett kartongrullens bredd. Detta kan ge en tidsbesparing på upp till 5,98 sekunder.Det rekommenderas att byta ut LDPE-skiktet mot ett material med högre termisk konduktivitet och densitet, men med liknande adhesiva egenskaper. En sekunds tidsbesparing kan fås om den termiska konduktiviteten ändras från 0,33 till 0,5 W/mK samtidigt som densiteten ändras från 605 till 800 kg/m3.Beräkningar av luftens hastighet visade att den maximala hastighet som värmeplattan kan ha var 16,37 m/s på ett avstånd 1700 mm från kartongrullen. Att utföra denna åtgärd kräver en omprogrammering av värmeplattornas rörelse från tre hastighetssteg till en hastighet som hela tiden minskar allt eftersom avståndet mellan värmeplattorna och kartongrullen minskar. Detta är den sista åtgärd som rekommenderas eftersom den antas vara mest krävande för företaget och en ombyggnation kan eventuellt behövas. Värmeplattornas beräknade maximala hastighet är ca 40 gånger större än den snabba hastigheten som värmeplattorna har i dagsläget och därför bör företaget kunna öka den snabba hastigheten och medel hastigheten. Fyra sekunder är den optimala tidsbesparingen för att undvika väntetid mellan delstationerna innan och efter gavelpressen. Med de hastigheter som beräknats vara möjliga för värmeplattorna kan med enkelhet en tidsbesparing på fyra sekunder uppnås.Om samtliga åtgärder görs fås en tidsbesparing på ca 15 sekunder. Då fyra sekunder är den optimala tidsbesparingen kan företaget välja vilka åtgärder som ska göras och i hur stor utsträckning. En tidsbesparing på fyra sekunder innebär att gavelpressens cykeltid minskar med 12-13 % samtidigt som produktionskapaciteten ökar i samma takt. / Stora Enso Skoghall Mill is one of the world’s greatest manufacturers of paperboard. Every six paperboard package containing a liquid is made at Skoghall Mill. Paperboard has a small environmental impact since the main product, wood, is a natural source. Paperboard can have many different properties and vary in appearance and strength depending on the amount of fiber used in manufacture. Paperboard is not sealable by itself but can, with other adhesive materials be sealed. Stora Enso is producing paperboard on rolls which later are sent off to the customers. Before they sent them to the customers, the rolls are packed in protective paperboard before transportation. This process is called the packaging process.The purpose of this study was to make the packaging process more time efficient. Stora Enso currently has an overcapacity in the packaging process and the process is a bottleneck for the production. The process end press has been studied since it was more time consuming than surrounded processes. When the paperboard rolls enter the end press, the last packaging is added. The paperboard rolls has earlier been wrapped with inner pads on the ends and cover around. The end press consists of two heated plates with outer pads added. The heated plates purpose are to seal the paperboard rolls by melting the outer layer of the outer pad, the LDPE layer, to the paperboard rolls ends. The heated plates temperature is fixed at 180 °C and the plates are moving towards the paperboard rolls with three different velocities which are gradually decreased the closer the heated plates gets to the paperboard rolls. For later during seven seconds pressing the outer pads to the paperboard rolls ends.The goal with this study was to make the end press more time efficient and make a recommendation in which way the improvements should be handled. The simulation software COMSOL Multiphysics has been used to build the system, simulate the real cases and then making them more time efficient by decreasing the cycle time. The time in which the outer pads are pressed to the paperboard rolls ends was studied in a 3D-model. To find out if the pressing time was the most optimal, the temperature on the paperboard rolls ends outer layer was simulated during pressing. The heat transfer between the LDPE-layer of the outer pad and the paperboard roll were assumed to increase until the paperboard rolls ends reached the temperature of the heated plates 180 °C. Later, it was studied if the LDPE-layer could be replaced by a material which makes the heat conduction go faster. Density, specific heat capacity and thermal conductivity were factors which were varied. The maximum velocities of the heated plates were studied by calculations. The air between the heated plate and the paperboard roll were assumed to have a cylindrical shape and the air flow through the cylinder was calculated by the Reynolds number. The velocity of the heated plates was assumed to be increased as long as the air flow was laminar. It was also examined if the movement of the heated plates could begin earlier since the heated plates with added outer pads are standing still under different time before the heated plates start moving.To make the end press more time efficient, four improvements are recommended as follows: decrease the pressing time, start the movement of the heated plates earlier, replace the LDPE-layer and increase the velocity of the heated plates. The improvements are recommended in order of what was assumed to be easiest and least time consuming for the company.The simulations showed that the pressing time can be decreased to 3-3.5 seconds since no heat transfer occurred between the heated plates and the paperboard roll after this time. This improvement provides a time saving of 3.5-4 seconds. To start the movement of the heated plates earlier was possible since they are standing still with added outer pads 3.35-9.33 seconds before the movement starts. The company is recommended to start the movement of the heated plates after 3.35 seconds regardless of the width of the paperboard rolls. This improvement could save up to 5.98 seconds.It is recommended to replace the LDPE-layer by a material with higher thermal conductivity and density, but with similar adhesive properties. A time saving of one second can be done if the thermal conductivity is changed from 0.33 to 0.5 W/mK at the same time as the density is changed from 605 to 800 kg/m3.Calculations of the air flow showed that the maximum velocity of the heated plates was 16.37 m/s at the distance 1700 mm from the paperboard roll. To make this improvement, a reprogramming of the heated plates movement is required, from three velocity stages to one velocity which decrease as the distance between the heated plates and the paperboard roll decrease. This is the last recommended improvement since it is believed to be the most challenging one for the company and a reconstruction may be needed. The calculated maximum velocity of the heated plates was about 40 times greater than the fast velocity of the heated plates today and therefore the company should be able to increase the fast velocity and the medium velocity. Four seconds is the optimal time saving to avoid waiting time between the sub processes before and after the end press. A time saving of four seconds could easily be done by using the calculated maximum velocities.If all improvements are done a time saving of 15 seconds can be made. Since the optimal time saving is four seconds, the company can choose which improvements that should be done and in which extent. A time saving of four seconds means that the cycle time of the end press is reduced by 12-13 %, while the production capacity increase with same rate.

Ces travaux portent sur l’étude du transfert de l’arôme viennoiserie encapsulé dans une matrice constituée du mélange gomme acacia – maltodextrines et incorporé dans une génoise emballée (plastiques et papier), dans des conditions contrôlées de stockage (humidité relative et température). Le procédé d’encapsulation utilisé dans cette étude est la lyophilisation. Les propriétés physicochimiques des molécules volatiles influencent leur rétention. Ainsi, les molécules hydrophobes à haut poids moléculaire sont mieux conservées dans ce système. L’incorporation de capsules d’arômes dans les génoises influence leurs propriétés physiques (la couleur et la texture) et favorise la formation d’une croûte pouvant jouer un rôle barrière sur les transferts d’arômes. Au cours du stockage des génoises emballées, l’apport positif de l’encapsulation sur la rétention des arômes a été révélé. Le type d’emballage peut influencer la perte en composés d’arôme dans l’espace de tête génoise – emballage. Ainsi, les emballages plastiques offrent une meilleure conservation des molécules volatiles par rapport aux papiers traités / This study deals with transfer of viennoiserie aroma encapsulated in a acacia gum - maltodextrines matrix and incorporated in a packaged sponge cake (plastic and treated-paper), under controlled storage conditions (temperature and relative humidity). The process of encapsulation used in this work is freeze-drying. The physicochemical properties of the volatiles molecules influence their retention in the matrix. Thus, the hydrophobic molecules with high molecular weight are more retained. The incorporation of capsules in the sponge cake matrix influences the physical properties of food matrix (color and texture) and supports the formation of a crust which acts as a barrier in the flavour transfer. It was noted that encapsulation contributed in retaining flavour compounds during the storage of packaged sponge cake. Also, the type of packaging can influence the loss of flavour in the headspace between sponge cake and packaging. Indeed, plastic packaging offers a better conservation of volatiles molecules compared to treated-papers