Evoluzione dell'industria chimica, è ora degli imballaggi attivi

Il gruppo di Fondamenti Chimici delle Tecnologie del Dipartimento di Ingegneria Industriale dell'Università di Salerno sta studiando una alternativa eco-compatibile che sostituisca ai polimeri da petrolio quelli, compostabili, da fonte rinnovabile

L’ evoluzione dell'industria chimica mondiale sta determinando un profondo cambiamento strategico dovuto a un crescente interesse a conoscere e operare direttamente sui meccanismi di formazione delle sostanze chimiche fin dalla loro formulazione e sulle nuove tecnologie per la produzione finale, in modo strettamente collegato. Ogni ipotesi di sviluppo sostenibile richiede una padronanza e un attento controllo delle metodologie di trasformazione chimico-fisica della materia, con finalità di produzione di beni materiali, di erogazione di servizi e di controllo delle azioni inquinanti, che rispondano alle crescenti esigenze della società. Questo è particolarmente vero per l'industria alimentare in tutto il mondo. Infatti la crescente richiesta di prodotti alimentari pronti al consumo, la globalizzazione del commercio e la distribuzione da punti di lavorazione centralizzati, sta ponendo per il futuro la grande sfida di continuare ad assicurare e accrescere la sicurezza e la qualità degli alimenti. L'imballaggio, pertanto, deve rispondere a requisiti molto diversificati, spesso difficili da contemperare nello stesso materiale. Protezione della qualità igienica, nutrizionale, organolettica ed estetica devono affiancarsi al basso costo e alla necessità del successivo smaltimento. Fino ad oggi i materiali polimerici per imballaggio alimentare sono stati in larga parte basati su prodotti non rinnovabili e non biodegradabili. Il riuso e il riciclo di questi materiali pone molti problemi, poiché le fonti di riciclo forniscono miscele di plastiche di differente composizione, spesso deteriorate, che non possono più garantire né le proprietà meccaniche, né le ottime proprietà barriera richieste per la protezione dell'alimento. Una alternativa eco-compatibile che si sta cercando di perseguire è l'uso di materiali per imballaggio alimentare biodegradabili o da fonti rinnovabili. Per avviare questa conversione verso materiali biodegradabili, è necessario un grande sforzo di ricerca di base che, attualmente, è solo agli inizi. Infatti, per le applicazioni nel campo degli imballaggi alimentari, l'uso di polimeri derivati dal petrolio fornisce un'ampia scelta di proprietà meccaniche e di barriera a gas e vapori che può coprire tutte le esigenze. Alcune proprietà dei materiali biodegradabili, invece, non sono adatte per le applicazioni nel campo degli imballaggi alimentari e molti sforzi di ricerca sono necessari per produrre materiali biodegradabili con permeabilità e con proprietà meccaniche adatte alle esigenze specifiche. Una via per migliorare le prestazioni di questi sistemi consiste nell'incorporare nella matrice macromolecolare composti inorganici, dispersi a

di Giuliana Gorrasi, Valeria Bugatti e Vittoria Vittoria Dipartimento di Ingegneria Industriale e Nice Filler s.r.l. c/o Università di Salerno ggorrasi@unisa.it www.cronogard.com

livello nanometrico. Il gruppo di Fondamenti Chimici delle Tecnologie del Dipartimento di Ingegneria Industriale dell'Università di Salerno ha sviluppato dei sistemi di origine naturale basati su composti inorganici lamellari e tubolari, già in uso nel drug delivery, per sviluppare imballaggi attivi e intelligenti. Le molecole attive, presenti nelle liste positive dell'EU per food-contact, vengono legate con metodologie a basso costo e in presenza di solventi a base acquosa, in modo da abbattere al massimo il problema dello smaltimento del solvente. Questo accade nel caso dei composti inorganici lamellari. Nel caso di nano-containers di struttura tubolare, sono state inserite all'interno delle cavità di tali nanotubi (nanotubi di halloysite) molecole naturali ad attività antimicrobica, quali oli essenziali. In tal caso la metodologia di incorporazione è stata effettuata semplicemente per via “fisica” e senza scambio chimico. Inoltre, poiché gli oli essenziali a temperatura ambiente sono già allo stato liquido, sia pure con viscosità elevate, non è stato necessa- rio l'utilizzo di solventi per la preparazione del filler attivo. Il contributo innovativo e originale nell'ambito di tale tematica è rappresentato anche dall'avere utilizzato la tecnologia del mechanical milling (MM) come alternativa ecologica ed economica per ottenere una omogenea dispersione di nano-fillers all'interno di matrici polimeriche bio-based. Il vantaggio di lavorare a basse temperature, senza l'utilizzo di solventi, e con una ampia varietà di matrici polimeriche, apre nuovi e interessanti scenari per la preparazione di materiali innovativi strutturali e funzionali. L'uso del MM comporta diversi vantaggi: 1) forte riduzione dello smaltimento di sostanze dannose per l'ambiente, quali solventi, 2) controllo dei processi di degradazione derivanti dall'impiego delle alte temperature, 3) possibilità di compatibilizzare miscele di materiali incompatibili. La simultanea produzione e dispersione di nano-particelle, la promozione di processi di miscelazione che possono avvenire per via meccano-chimica e la possibilità di manipolare molecole organiche termosensibili, quali antimicrobici e oxygen-scavenger ha consentito di ottenere nuovi materiali per applicazioni mirate. Inoltre, tale tecnologia si è rivelata efficiente e indispensabile per la preparazione di nuovi materiali a base di polimeri naturali e da fonti rinnovabili, per i quali sia la metodica di polimerizzazione in situ, sia la miscelazione nel fuso sono impraticabili. L'analisi del rilascio delle molecole attive, sia legate ai composti lamellari che incorporate nei composti tubolari, ha consentito di progettare e modulare sistemi a rilascio controllato in funzione dell'alimento da imballare e del tempo di vita da allungare. La ricerca procede con lo sviluppo di prototipi di imballaggi “intelligenti”, basati su sistemi tubolari chiusi alle estremità con molecole sensibili a impulsi esterni (i.e. pH, radiazione elettromagnetica, campi elettrici, campi magnetici, etc…) in grado di liberare i principi attivi solo nel momento in cui effettivamente nell'imballaggio ce ne sia la necessità.