Un nuovo materiale da imballaggio attivo a base di amido-caolinite e antimicrobici naturali

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Gli imballaggi attivi aumentano la sicurezza e la qualità dei prodotti alimentari interagendo direttamente con i prodotti o con i loro “spazi di testa”, cioè con gli spazi tra prodotti e imballaggi. In particolare, gli imballaggi attivi antimicrobici riducono, inibiscono o ritardano la crescita di tutti i microrganismi presenti sulla superficie degli alimenti. In questo senso, gli imballaggi attivi antimicrobici sono considerati molto utili per evitare la contaminazione degli alimenti, riducendo il rischio di crescita dei microrganismi patogeni, e quindi per prolungare il tempo di conservazione. D’altra parte, l’aumento della domanda di conservanti naturali e/o di alimenti senza additivi stimolano la messa a punto di materiali da imballaggio con incorporati degli antimicrobici, possibilmente di origine naturale. La tecnologia dell’incorporazione permette la migrazione graduale degli antimicrobici dal materiale all’alimento ed elimina la necessità di usare elevate quantità di conservanti direttamente aggiunte al prodotto alimentare. Le batteriocine sono antimicrobici naturali; quelle isolate dai batteri dell’acido lattico sono state ampiamente studiate poiché sono tradizionalmente associate al cibo e quindi vengono considerate sicure. La nisina è la batteriocina più usata negli imballaggi alimentari attivi, perché è approvata dalla Food and Drug Administration nella categoria Generally Recognized As Safe (GRAS), cioè “Generalmente Riconosciuta Come Sicura”. Questa batteriocina viene già usata in tutto il mondo nei prodotti lattiero-caseari, nelle salsicce e nella carne in scatola. Essa mostra attività antimicrobica verso una vasta gamma di batteri gram positivi, come ad esempio la Listeria monocytogenes, lo Staphylococcus aureus e il Clostridium botulinum. Un’altra importante batteriocina è la pediocina, che è prodotta dai ceppi di Pediococcus ed esplica il suo effetto battericida su alcuni batteri gram positivi patogeni. La pediocina è già usata come conservante naturale per eliminare la contaminazione post-lavorazione dei prodotti a base di carne ed è particolarmente efficace contro la L. monocytogenes. Studi preliminari avevano mostrato che per preparare pellicole antimicrobiche che incorporano nisina e pediocina, un approccio interessante consisteva nell’utilizzare come matrice ospite dei biopolimeri rinnovabili, come ad esempio i polisaccaridi. Inoltre si era visto che la nisina e la pediocina potevano essere assorbite sulla superficie della caolinite, che quindi si è rivelata un buon vettore per questi antimicrobici. Sviluppando quest’idea, S. M. Meister Meira et al. (2017) hanno messo a punto un nuovo metodo per includere i conservanti naturali (nisina e pediocina) in un materiale da imballaggio attivo per la conservazione degli alimenti, formato da amido di mais e caolinite. In generale, gli amidi sono una risorsa rinnovabile e biodegradabile ampiamente disponibile. Tuttavia, gli amidi non hanno finora trovato ampie applicazioni a causa di alcune caratteristiche che ne rendono difficile la lavorazione, come la scarsa stabilità nei processi, l’elevata sensibilità alle variazioni ambientali, le scarse proprietà meccaniche e di barriera. Si può però ottenere il rinforzo dell’amido con l’aggiunta di modeste quantità di additivi, meglio se questi ultimi sono in forma nanometrica. Il materiale che ne risulta è un nanocomposito in cui le proprietà meccaniche, come ad esempio la resistenza e l’allungamento a trazione, e di barriera risultano molto migliori rispetto all’amido tal quale. Come additivo può essere usata ad esempio la caolinite, che è un minerale appartenente alla classe dei silicati, che sono i minerali più abbondanti sulla superficie terrestre. Una forma nanometrica della caolinite è rappresentata dai nanotubi, in cui una struttura tubolare cava è racchiusa da doppi strati di silicato con dimensioni inferiori al micron. I nanotubi di caolinite sono atossici, possono assorbire sostanze con velocità elevate e successivamente rilasciarle con velocità regolabili a piacere. Gli effetti della caolinite sull’amido sono stati studiati sia in presenza sia in assenza delle batteriocine nisina e pediocina. La preparazione del nuovo materiale composito è avvenuta attraverso le seguenti fasi:

1) l’adsorbimento delle batteriocine su caolinite è stato effettuato aggiungendo una soluzione di nisina o di pediocina alla caolinite in polvere. Il sistema batteriocine-caolinite è stato mantenuto per 1 ora a 25°C sotto agitazione, quindi i campioni sono stati centrifugati, la soluzione surnatante è stata rimossa e i pellet formati dalla caolinite con le batteriocine adsorbite sono stati lavati due volte e dispersi in acqua distillata;

2) le pellicole sono state preparate utilizzando il metodo della colata: le soluzioni preparatorie contenenti l’amido di mais sono state disperse in acqua distillata. Per promuovere la loro trasformazione in gel, le soluzioni sono state riscaldate in un bagno d’acqua fino a 74°C e mantenute in temperatura per 15 min. Dopo il riscaldamento, è stato aggiunto del glicerolo come plastificante, e poi sono stati aggiunti gli altri componenti che formano il materiale da imballaggio (nisina, pediocina, caolinite). Le soluzioni sono state poi versate su piastre di Petri ed essiccate per 16 ore a 40°C in forno. Dopo questo tempo, le pellicole ottenute sono state staccate e condizionate a 25°C e 52% di umidità relativa per 48 h prima delle analisi per valutarne le proprietà.

I risultati effettuati sul materiale finale hanno evidenziato che:

  • l’aggiunta della nisina e della pediocina all’amido ha consentito di preparare materiali da imballaggio attivi con attività antimicrobica contro la L. monocytogenes e il Clostridium perfringens;
  • l’incorporazione della caolinite nell’amido ne ha migliorato le prestazioni meccaniche e le proprietà termiche. L’allungamento a rottura è aumentato in modo significativo per i campioni con nisina o pediocina, e per quelli contenenti nisina più caolinite. Inoltre, l’incorporazione ha migliorato le capacità di scambio degli agenti antimicrobici, favorendone sia la ritenzione che il rilascio controllato, e in questo senso può essere utile per pellicole destinate alla conservazione a lungo termine dei prodotti alimentari. Particolare attenzione va posta alla dispersione della caolinite nella matrice polimerica, poiché da essa dipende la trasparenza della pellicola finale. Quest’ultimo è un aspetto importante perché la trasparenza del materiale da imballaggio ha un impatto diretto sull’apprezzamento del prodotto confezionato da parte dei consumatori. In futuro dovranno essere ulteriormente studiate le applicazioni di queste pellicole su altri prodotti alimentari; tuttavia per il momento questi risultati mostrano le potenzialità delle pellicole antimicrobiche come materiale di imballaggio alimentare.

Bibliografia

S. M. Meister Meira et al., Food Hydrocolloids

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