26 Gen PACKAGING INTELLIGENTE E SOSTENIBILE

Una ricerca pubblicata alla fine dello scorso anno, indaga la possibilità di sviluppare un packaging sostenibile e intelligente a partire dal chitosano, un biopolimero rinnovabile con capacità di formare film.

Qui di seguito potete trovare una traduzione di alcuni estratti della ricerca*.

Materiali di imballaggio alocromici green, intelligenti e attivi, basati su film di chitosano caricato con nanoparticelle: Funzionalità, proprietà fisico-chimiche e applicazioni

Abstract

Nonostante i numerosi interventi commerciali e normativi, il deterioramento degli alimenti e la contaminazione degli imballaggi in plastica continuano ad avere grandi ripercussioni sulla salute umana e sull’economia globale. È necessario un imballaggio attivo intelligente che possa monitorare la freschezza degli alimenti in tempo reale e migliorarne la qualità. In questo studio sono state preparate nanoparticelle di curcumina-zeina-quercetina-condroitina solfato (CZQC NPs) con sensibilità all’ammoniaca/acido acetico e attività antiossidante, poi caricate all’interno di un film di chitosano per ottenere un film intelligente. È stato studiato l’effetto del caricamento delle NPs sulla struttura e sulle caratteristiche fisico-chimiche dei film a base di chitosano. La microscopia elettronica a scansione ha confermato che le NPs avevano una buona compatibilità con il chitosano e riempivano i vuoti nella matrice del film. Le NPs si sono integrate uniformemente all’interno del film di chitosano, migliorandone significativamente le proprietà meccaniche (resistenza alla trazione da 26 a 62 MPa; allungamento a rottura dal 35 al 61%), la barriera all’ossigeno e all’acqua e la protezione dalla luce ultravioletta. I film di NPs hanno mostrato una significativa efficacia antibatterica, attività antiossidante e una vantaggiosa sensibilità all’ammoniaca/acido acetico/pH. Pertanto, il film composito di NPs è stato in grado di rilevare sensibilmente la freschezza dei filetti con cambiamenti di colore percepibili. Pertanto, i film compositi di NPs possono essere applicati per indicare e prolungare la freschezza degli alimenti confezionati.

Introduzione

I problemi legati allo spreco di cibo e alle malattie di origine alimentare persistono a livello globale, nonostante il miglioramento degli aspetti tecnici e normativi. Per quanto riguarda i rifiuti alimentari, ogni anno vengono sprecati miliardi di tonnellate di cibo, di cui il 50% proviene dalle famiglie dei Paesi sviluppati e il 20% è legato alle norme di utilizzo, come la data di scadenza e la data di scadenza “da usare preferibilmente entro” (Roy & Rhim, 2021b). Nonostante gli sforzi compiuti per comprendere meglio i meccanismi di deterioramento di ciascun alimento, il deterioramento è altamente suscettibile alle condizioni ambientali e diventa un processo non standardizzato (Khan et al., 2023). Pertanto, gli imballaggi intelligenti e attivi sono venuti alla luce per soddisfare l’esigenza di un monitoraggio in tempo reale e per aiutare a mantenere la qualità degli alimenti durante la conservazione e il trasporto, riducendo così gli sprechi alimentari e garantendo la sicurezza degli alimenti. Tuttavia, la plastica rimane uno dei principali componenti dei materiali per l’imballaggio degli alimenti, soprattutto perché il passaggio globale da contenitori riutilizzabili a contenitori monouso è aumentato dall’inizio della pandemia COVID-19 (Thuy, Hao, Jeon, Koo, & Oh, 2021). Le materie plastiche sono polimeri sintetici con i vantaggi di economicità, leggerezza, plasticità, durata e resistenza chimica (Charles et al., 2022; Charles, Jin, Mu, & Wu, 2021).

Tuttavia, questi materiali plastici a base di petrolio minacciano l’ambiente marino e la salute umana perché non sono degradabili (Sheldon & Norton, 2020). Con l’aumento della domanda dei consumatori, i materiali biologici ecocompatibili hanno attirato una crescente attenzione nel settore degli imballaggi alimentari, grazie ai loro vantaggi di rinnovabilità, abbondanza e degradabilità.

Il chitosano (CS) è il secondo biopolimero più abbondante dopo la cellulosa, noto per la sua rinnovabilità, biocompatibilità ed eccellente capacità di formare film (Wang, Sui, & Wang, 2022). Sorprendentemente, alcuni composti bioattivi possono essere legati all’-OH del CS, fornendo attributi funzionali che il film di chitosano stesso non possiede. Ad esempio, alcuni agenti conservanti e indicatori naturali possono essere aggiunti ai film di CS per migliorare e monitorare la qualità degli alimenti.

Tra i vari indicatori naturali di pH colorimetrici, la curcumina (cur) è un polifenolo naturale componente della curcuma. Il gruppo idrossile fenolico del cur può reagire con uno ione idrossido per formare un anione fenolo in un ambiente alcalino, che è stato utilizzato nei materiali di imballaggio intelligenti come indicatore colorimetrico (Redfearn, Warren, & Goddard, 2023). La quercetina (Que), un composto bioattivo lipofilo presente nelle calendule, ha sei gruppi -OH nella sua struttura molecolare. Può eliminare i radicali liberi dell’ossigeno responsabili dell’inizio della perossidazione lipidica (Tian, Zhou, & Lu, 2022). Cur e que possono agire in modo sinergico per aumentare l’attività antiossidante. La combinazione ha aumentato l’attività di scavenging dei radicali liberi DPPH del ∼20% rispetto al cur da solo, e il valore dell’effetto sinergico era >1 (Choi, Li, & Zhong, 2022). Tuttavia, la loro inclusione diretta in un film porta spesso all’aggregazione a causa della loro bassa solubilità, della scarsa dispersione e delle proprietà chimiche instabili. Pertanto, l’incapsulamento di queste sostanze bioattive idrofobiche all’interno di una NPs potrebbe superare questi problemi. Tuttavia, le differenze nella struttura molecolare delle due sostanze rendono difficile incapsularle in una singola NP. È stato quindi sviluppato un sistema di co-delivery per cur e que. Il sistema era composto da un nucleo idrofobico (zeina) e da un guscio idrofilo (condroitina solfato), preparati mediante deposizione elettrostatica L-B-L e precipitazione antisolvente. In particolare, il cur idrofobico è stato incapsulato nell’interno non polare delle NPs di zeina, mentre il que era più polare e adsorbito nello strato polare di condroitina solfato usato per rivestire le NPs di zeina per formare le NPs di cur-zeina-que-condroitina solfato (CZQC NPs). Il rivestimento di condroitina solfato sulla superficie delle nanoparticelle di zeina può aumentare la stabilità del sistema aumentando la repulsione sterica ed elettrostatica tra di esse.

L’ipotesi era che l’introduzione di NPs CZQC in film a base di CS potesse migliorare la sensibilità, le caratteristiche meccaniche e di barriera, nonché le attività antibatteriche e antiossidanti. I film multifunzionali a base di CS sono stati rinforzati con NPs e sono stati studiati gli effetti delle NPs sulle caratteristiche fisico-chimiche, sulla struttura cristallina, sulle attività antiossidanti/antibatteriche e sulla sensibilità al pH/ammonia/acido acetico dei film. Inoltre, è stata testata l’efficacia dei film preparati per monitorare la freschezza dei filetti confezionati. Si spera che questa ricerca favorisca lo sviluppo di pellicole commestibili intelligenti/attive che possano essere utilizzate come sostituto della plastica negli alimenti e in altre applicazioni.

Conclusioni

I film a base di CS riempiti di NPs sono stati preparati come imballaggi attivi e intelligenti con il metodo della precipitazione antisolvente, della deposizione L-B-L e della colata con solvente. Le NPs hanno mostrato interazioni di legame a idrogeno e una buona compatibilità con la matrice del film di CS. L’incorporazione delle NPs ha migliorato la robustezza meccanica (l’allungamento a rottura è aumentato dal 34,62% al 60,96%; la resistenza alla trazione è aumentata da 25,95 MPa a 61,92 MPa), le proprietà barriera (la permeabilità all’ossigeno è diminuita da 1,37 × 10-6 g mm-m-2 s-1.

*Tutti i contenuti della ricerca sono di proprietà degli autori della ricerca. 

Fonte della ricerca: Liming Zhang, Dawei Yu, Yulu Gu, Yanshun Xu, Qixing Jiang, Fang Yang, Joe M. Regenstein, Dongxing Yu, Wenshui Xia, Green halochromic smart and active packaging materials based on chitosan film loading nanoparticles: Functionality, physicochemical properties and application, Food Hydrocolloids, Volume 150, 2024, 109667, ISSN 0268-005X, https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2023.109667.