Nanomateriali “attivi” per imballaggi alimentari

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Il termine “attivi” indica imballaggi che svolgono un ruolo dinamico nella conservazione degli alimenti, ad esempio perché incorporano sostanze che possono essere rilasciate nel prodotto imballato oppure, in alternativa, perché possono assorbire sostanze provenienti dagli alimenti e/o dall’ambiente che li circonda. Lo scopo è quello di prolungare il tempo di conservazione dei prodotti alimentari, mantenendo inalterate la qualità nutrizionale e la sicurezza microbiologica. Gli imballaggi alimentari attivi di dimensioni nanometriche rappresentano la quota maggiore del mercato delle nanotecnologie ed è l’area in cui si prevede nei prossimi anni il maggior sviluppo. L’Asia, e in particolare il Giappone, è il leader del mercato degli imballaggi attivi, seguita dagli Stati Uniti e dall’Australia, in cui gli imballaggi attivi vengono usati, soprattutto per i prodotti da forno, la carne, le bibite gassate e l’acqua. In quest’ambito, in prima linea ci sono alcune imprese di grandi dimensioni, come Honeywell, Mitsubishi Gas and Chemicals, Bayer, Triton Sistemi e Nanocor. In Europa, le applicazioni industriali si stanno diffondendo lentamente; le principali ragioni di questa lentezza sono le restrizioni legislative e la poca conoscenza del grado di accettazione di questi materiali da parte dei consumatori, così come dell’efficacia di questi materiali e dell’impatto economico ed ambientale che tali sistemi possono avere. Va anche detto che, ad oggi, i costi e le difficoltà di produzione dei nanomateriali polimerici attivi sono ancora troppo grandi rispetto ai vantaggi che si hanno nella confezione finale. Di conseguenza, la maggior parte di questi imballaggi sta ricevendo più attenzione dal mondo della ricerca piuttosto che avere delle applicazioni commerciali. Al momento, il settore in cui i nanomateriali attivi sono principalmente usati è quello degli imballaggi antimicrobici; altre applicazioni promettenti riguardano gli assorbitori di ossigeno e la rimozione dell’etilene. Tutte queste applicazioni sono riassunte in un articolo di C. Silvestre et al. (2011).
1) Imballaggi antimicrobici. In quest’ambito vengono usati diversi materiali, tra cui le particelle metalliche, gli ossidi metallici e i nanotubi di carbonio. Queste particelle solitamente agiscono a contatto diretto con il prodotto alimentare, ma possono anche migrare lentamente e reagire con sostanze organiche con cui non sono a diretto contatto. Tra le nanoparticelle metalliche con funzione antimicrobica, le più studiate sono quelle di argento, oro e zinco. Le particelle d’argento sono già note per la loro azione anti-fungina, anti-batterica e antimicrobica contro 150 batteri diversi, tra cui l’Escherichia coli. Queste nanoparticcelle sono già utilizzate in numerose applicazioni commerciali, incorporate in polimeri a dare nanomateriali attivi per l’inibizione della crescita di microrganismi negli alimenti: per esempio, i contenitori da imballaggio FresherLongerTM contengono particelle d’argento in polipropilene, mentre diverse aziende come Sharper Image® e BlueMoonGoods negli Stati Uniti, Quan Zhou Zeng Hu Nano Technology in Cina e A-DO Global in Corea del Sud producono materiali con particelle d’argento incorporate in altri contenitori di plastica. Si è trovato che l’uso combinato dell’argento e della zeolite e dell’argento e dell’oro produce un effetto anti-batterico maggiore rispetto all’argento da solo: le zeoliti d’argento, commercializzate dalla Zeomic Sinanen Zeomic Co. Ltd., sono nanoparticelle utilizzate in pellicole polimeriche attive, approvate per il contatto con gli alimenti dalla FDA (Food and Drug Administration). Le zeoliti d’argento di Agion Technologies hanno anche l’approvazione per l’utilizzo alimentare da parte dell’EFSA (European Food Safety Authority). Anche i nanocristalli di zinco sono stati recentemente incorporati in materiali polimerici e usati come agente anti-microbico, anti-biotico e anti-fungino. Tra gli ossidi metallici, vengono usati il biossido di titanio, l’ossido di zinco, l’ossido di silicio e l’ossido di magnesio come agenti antibatterici e bloccanti dei raggi ultravioletti (UV).

Supermarket Queste particelle sono generalmente bianche, ma non sono più visibili ad occhio nudo quando le loro dimensioni sono al di sotto dei 100 nm e quindi non compromettono la trasparenza delle pellicole polimeriche. Ad esempio, le pellicole per imballaggio ricoperte con biossido di titanio sono trasparenti e al tempo stesso attive contro la proliferazione di Escherichia coli sulle superfici degli alimenti. Più recentemente, sono state scoperte le proprietà antimicrobiche dell’ossido di zinco e dell’ossido di magnesio: rispetto all’argento, queste nanoparticelle dovrebbero fornire in futuro soluzioni per il packaging alimentare più sicure, venendo incorporate in diversi polimeri, compreso il polipropilene. Infine, anche i nanotubi di carbonio potrebbero essere usati in futuro per migliorare le proprietà antibatteriche dei materiali. Finora infatti il contatto diretto con nanotubi di carbonio si è dimostrato fatale per l’Escherichia coli, probabilmente perché nelle cellule microbiche vengono provocati danni irreversibili. Tuttavia, lo sviluppo dei nanotubi di carbonio al momento è molto lento, perché numerosi studi indicano che sono citotossici per le cellule umane, almeno per contatto con la pelle.
2) Assorbitori di ossigeno. I nanomateriali attivi possono anche contribuire a ridurre il deterioramento di molti alimenti incorporando delle sostanze in grado di assorbire l’ossigeno. L’ossigeno agisce sui prodotti alimentari attraverso reazioni ossidative che danno effetti negativi come odori e sapori indesiderati, cambiamenti di colore e ridotte qualità nutrizionali. Gli assorbitori rimuovono l’ossigeno, ritardando in tal modo tutte le reazioni ossidative. Diversi tipi di nanoparticelle, incluse quelle di biossido di titanio, sono state usate per produrre materiali assorbitori di ossigeno. Alcune di queste vengono già applicate industrialmente, ad esempio nelle bottiglie di plastica contenenti assorbitori di ossigeno attivi e nano compositi di argilla, che impartiscono 6 mesi di durata alla birra.
3) Assorbitori di etilene. Alcune nanoparticelle d’argento, che hanno attività antimicrobica, sono in grado anche di assorbire e decomporre l’etilene, che è un ormone naturale prodotto dalla maturazione dei prodotti alimentari come la frutta e la verdura. La rimozione dell’etilene dall’ambiente dell’imballaggio consente di prolungare il tempo di conservazione dei prodotti freschi. In conclusione, i nanomateriali polimerici attivi mostrano grandi performance nel packaging alimentare, anche se le applicazioni industriali si stanno sviluppando abbastanza lentamente.

Bibliografia
Silvestre et al., Progress in Polymer Science 36, 2011, 1766