Nuove formulazioni per l’assorbimento dell’ossigeno

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Gli imballaggi in atmosfera modificata (Modified Atmosphere Packaging, MAP) includono il confezionamento in carenza di ossigeno e l’uso di materiali che assorbono l’ossigeno all’interno delle confezioni.

Per questo motivo, il MAP è ampiamente utilizzato per prolungare la durata di conservazione di molti alimenti sensibili all’ossigeno come biscotti, caffè, tè, carni affumicate e salate, pesce, formaggi, latticini, frutta secca, spezie e condimenti. Per il MAP sarebbe di grande interesse usare una sostanza economica per l’assorbimento di ossigeno (“oxygen scavenging”). Le sostanze più adatte a questo scopo sono le particelle di ferro, i polimeri insaturi, i semiconduttori foto-attivabili come il biossido di titanio, gli enzimi e le loro miscele con ascorbato di calcio (CaAsc). Per questo tipo di applicazioni nel campo dell’imballaggio alimentare, Ramesh M. Gohil et al. (2014, 609) hanno studiato l’efficacia delle miscele CaAsc – laccasi per l’assorbimento di ossigeno all’interno di contenitori sigillati. Queste miscele sono in grado di assorbire efficacemente l’ossigeno, però non è possibile rimuovere la maggior parte dell’ossigeno entro 60-100 ore, a meno di non utilizzare una quantità molto elevata di CaAsc. Quindi, il principale obiettivo di questo studio è stato quello di ottimizzare le prestazioni delle formulazioni contenenti ascorbato di calcio e l’enzima laccasi, per aumentare la velocità di rimozione dell’ossigeno e poter così usare meno sostanza possibile.

I test di assorbimento dell’ossigeno sono stati eseguiti utilizzando un sensore di ossigeno.Questo studio ha mostrato che la velocità di assorbimento dell’ossigeno può essere aumentata agendo su 3 diversi aspetti della preparazione del materiale:

1) aumentare l’area superficiale dei cristalli ed ottenere una polvere molto fine di ascorbato di calcio-laccasi. Questo è stato ottenuto con la tecnica dello spray-drying, che in generale serve a produrre una polvere asciutta a partire da una soluzione, per asciugatura rapida a caldo, ed è molto utile per l’asciugatura delle sostanze termolabili. In questo caso la soluzione di partenza contiene il 25 % in peso di CaAsc e lo 0,25 % di enzima laccasi;

2) aumentare il contenuto di materiale amorfo usando un opportuno olio commestibile come ad esempio l’acido oleico e/o un’ammina come la monoetanolammina;

3) aggiungere catalizzatori adatti come il biossido di titanio, l’allumina, ecc.

L’aggiunta dei catalizzatori e di un olio commestibile nelle formulazioni contenenti ascorbato e laccasi induce un effetto sinergico sulla velocità di assorbimento dell’ossigeno dagli imballaggi, anche quando si usa una minore quantità di ascorbato.

Si è anche visto che un’efficace formulazione può essere preparata usando una miscela ascorbato-palmitato-laccasi, insolubile in acqua. Questa formulazione è da preferire a quella solubile in acqua contenente solo la miscela ascorbato-laccasi, perché in questa si forma dell’ascorbato di calcio solubilizzato di colore marrone (definito come “effluente”), che può fuoriuscire dal sacchetto che lo contiene, entrare in contatto con il cibo, ossidarlo e quindi cambiarne l’aspetto.

La formazione di “effluenti” non è accettabile per il mercato degli imballaggi alimentari, e quindi è stato sviluppato un sistema di assorbimento dell’ossigeno, avente una velocità elevata, usando una formulazione contenente la miscela non idrosolubile di ascorbato e palmitato (AscPalm), accoppiata con l’enzima laccasi. Come sempre, la preparazione delle formulazioni è molto semplice, poiché in generale consiste nella miscelazione dei diversi componenti. Senz’altro più complesso è definire il rapporto ottimale tra le varie componenti; ad esempio, la formulazione non idrosolubile contiene i componenti fondamentali: AscPalm 30%, CaAsc 5% e laccasi 0,5%: oltre a questi, sono stati aggiunti anche:

* l’Elvaloy DuPont™ 13,5%, una resina etilenica usata come plastificante;

*il biossido di titanio 3%, che funge da catalizzatore;

*l’acido oleico 15% e la monoetanolammina 11,4%, che, come riportato sopra, servono ad aumentare il contenuto di materiale amorfo;

*la cellulosa acetato propionato (CAP-482) 21,6%. Questo componente è usato per ottimizzare la viscosità della formulazione e ottenere una buona adesione al substrato polimerico utilizzato per il confezionamento. Purtroppo il CAP ha anche un’azione negativa sulla velocità di assorbimento dell’ossigeno, che però può essere ridotta miscelando questo componente con gli altri leganti.

Come già detto, la preparazione delle formulazioni è molto semplice e può essere riassunta nel seguente modo: le soluzioni di CAP-482 e di enzima laccasi sono state miscelate in un primo contenitore, agitate ed asciugate per una notte a 50°C sotto flusso di azoto. La polvere essiccata così ottenuta è stata quindi sciolta in acetato di etile.

In un secondo contenitore, l’Elvaloy è stato sciolto in tetraidrofurano e mantenuto sotto agitazione. A quest’ultima soluzione è stata aggiunta una soluzione contenente AscPalm in tetraidrofurano ed etanolo. La miscela così ottenuta è stata scaldata a 40°C, quindi è stato aggiunto l’acido oleico, il contenuto del primo contenitore e il biossido di titanio, agitando la miscela risultante fino a che il biossido di titanio non risultava ben disperso.

Separatamente, è stata preparata una soluzione di CaAsc in monoetanolammina, che è stata poi aggiunta alla miscela nel secondo contenitore. La viscosità della soluzione risultante è stata regolata aggiungendo quantità opportune di una miscela di solventi, contenente tetraidrofurano, acetato di etile ed etanolo. Il materiale così ottenuto, di spessore di 2-2,5 μm, viene poi inserito in una bustina rivestita su entrambi i lati con un’adesivo, che può essere montata all’interno di una confezione alimentare staccando lo strato protettivo dall’adesivo e facendolo aderire all’interno della confezione.

Normalmente, lo strato barriera superiore esterno è permeabile all’ossigeno e al vapore acqueo ma non all’acqua e quindi funge da barriera tra la miscela di scavenging e il prodotto alimentare. Poiché il nostro scavenger di ossigeno viene utilizzato come formulazione di rivestimento, la quantità del materiale che deve essere utilizzato è molto bassa. Riassumendo, questo studio mostra che è possibile realizzare una bustina contenente una formulazione efficace per l’assorbimento dell’ossigeno usando una miscela non idrosolubile di ascorbato e palmitato (AscPalm), accoppiata con l’enzima laccasi, e che con questo materiale è possibile raggiungere l’obiettivo di rimuovere una quantità considerevole di ossigeno dai contenitori entro 60-100 ore.

Riferimenti bibliografici. Ramesh M. Gohil et al., (Packaging Technology and Science 27, 2014, 609)

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