La cellulosa prodotta dai batteri per gli imballaggi alimentari

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La cellulosa prodotta dai batteri, detta anche “cellulosa batterica”, è un materiale che sta ricevendo sempre maggiore attenzione. Mentre la cellulosa convenzionale è il materiale strutturale di base della maggior parte delle sostanze vegetali, la cellulosa batterica è prodotta dai batteri, principalmente del genere Acetobacter, Sarcina ventriculi e Agrobacterium, che producono i polisaccaridi, come appunto la cellulosa, a formare strati protettivi attorno alle cellule. La cellulosa batterica presenta diversi vantaggi rispetto alla cellulosa convenzionale, come ad esempio:
• la possibilità di avere proprietà che non dipendono dalle condizioni climatiche di produzione;
• la velocità di crescita dei microorganismi può essere controllata per produrre la cellulosa nelle quantità richieste e nell’intervallo di tempo desiderato;
• la cellulosa può essere ottenuta ad elevatissima purezza, senza lignina o altri contaminanti, quindi non è richiesta energia per la sua purificazione, come invece è richiesto per la cellulosa vegetale;
• i microrganismi possono essere geneticamente modificati per produrre la cellulosa con le proprietà desiderate;
• i rifiuti agricoli e industriali possono essere utilizzati come terreno di crescita, quindi la produzione è relativamente economica.
La cellulosa batterica è biodegradabile ed è intrinsecamente sicura. Inoltre, è formata da fibre di dimensioni nanometriche, chiamate nanofibrille, che possono aggregarsi formando delle microfibrille con larghezza di 50-80 nm e spessore di 3-8 nm. Queste microfibrille a loro volta possono poi formare una struttura tridimensionale, il che rende la cellulosa batterica più adatta della cellulosa vegetale per gli imballaggi alimentari. Ad esempio, ha una buona resistenza meccanica, idrofilia, buone proprietà di stampabilità, buone capacità di assorbimento dei liquidi, non è allergenica, tant’è che è già usata in ambito medico. Molti studi vengono attualmente condotti per produrre la cellulosa in laboratorio, con l’obiettivo di passare poi al processo su larga scala. Una rassegna su questo materiale è stata scritta recentemente in Cina, in collaborazione con il centro di ricerca sugli idrocolloidi di Glyn O. Phillips della Glyndwr University, in Inghilterra (Z. Shi, 2014).

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In questo articolo sono stati trattati gli ambiti di ricerca e le possibili applicazioni della cellulosa batterica come materiale da imballaggio alimentare. Per quanto riguarda gli ambiti di ricerca, uno molto attivo è rappresentato dall’identificazione dei tipi di batteri più adatti ed economici per la sua produzione. Infatti, il tipo di batterio influenza le proprietà e le rese di produzione. Ad esempio, c’è molto interesse per l’utilizzo dei batteri Acetobacter xylinum perché formano cellulosa con caratteristiche meccaniche uniche. Si è visto che controllando il processo di sintesi, i batteri utilizzati e le loro modificazioni genetiche, la cellulosa microbica può essere “prodotta su misura” per avere specifiche proprietà e rese di produzione favorevoli a costi controllati. Per ottenere questi risultati, bisogna porre attenzione anche al tipo di reattore usato per la produzione. Vengono normalmente usati sia processi statici che sotto agitazione, come ad esempio i processi in reattori a disco rotante, in bioreattori dotati di filtri rotativi, e in reattori con membrane di silicone. Sia i processi in statico sia quelli sotto agitazione hanno dei vantaggi, tuttavia è riconosciuto che le condizioni statiche sono migliori per mantenere una forma regolare e una buona morfologia, anche se prevedono tempi lunghi di produzione e un utilizzo più intensivo della manodopera. Questo porta come conseguenza che il prezzo attuale della cellulosa batterica è ancora troppo alto per renderla commercialmente attraente ed utilizzabile su larga scala. Per quanto riguarda le possibili applicazioni, la cellulosa batterica può essere utilizzata come materiale da imballaggio “attivo”, in grado cioè di aumentare il tempo di conservazione e/o la sicurezza dei prodotti. In questo campo potrebbe sostituire alcuni sistemi di imballaggio attivi attualmente utilizzati in campo alimentare, come gli “intrappolatori”, in inglese “scavenger”, di ossigeno, etilene e di umidità. Inoltre, la cellulosa batterica è anche usata in combinazione con altri materiali, formando così compositi con proprietà molto interessanti. Per esempio, combinando la cellulosa batterica con l’acido polilattico, si ottiene un composito con proprietà meccaniche migliori dei singoli componenti e con la possibilità di mantenere inalterate la trasparenza e la biocompatibilità. Altri materiali “attivi” sono stati prodotti per incorporazione di agenti antimicrobici nelle pellicole di cellulosa batterica per creare materiali che mantengono inalterata la loro attività durante tutto il periodo di conservazione degli alimenti, offrendo così un metodo promettente per migliorare la sicurezza e prolungare il tempo di conservazione, per esempio, delle carni lavorate.