Un nuovo indicatore di temperatura fatto di carta rivestita con una pellicola di chitosano e antocianina

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tavoletta cioccolato  scartata da confezione / fondo chiaro ALPROS008CK02.eps
L’utilizzo delle pellicole a base di polimeri naturali nel settore del packaging alimentare è principalmente dovuto alla loro biodegradabilità e alla loro capacità di fare da barriera contro l’umidità, i gas, i sapori e i grassi. Sono disponibili in commercio molte pellicole di questo tipo, con caratteristiche funzionali ben note; tuttavia, in generale le loro applicazioni industriali sono ancora piuttosto scarse. Però un settore in espansione è rappresentato dagli “imballaggi intelligenti”, progettati per monitorare e comunicare specifiche informazioni sulla qualità dei prodotti confezionati. Alcuni esempi di imballaggi intelligenti sono gli indicatori di maturazione, i biosensori e gli indicatori tempo-temperatura. In particolare, questi ultimi stanno ricevendo una grande attenzione, perché le variazioni delle condizioni di temperatura nel tempo possono promuovere deterioramenti indesiderati negli alimenti. Gli indicatori tempo-temperatura servono per monitorare e tracciare cumulativamente la temperatura subita dal prodotto nella sua vita dal produttore al consumatore, durante la distribuzione e lo stoccaggio dei prodotti. Questi indicatori sono dispositivi facili da usare e generalmente si presentano come piccole etichette autoadesive che forniscono indicazioni visive sulla storia termica del prodotto. Gli indicatori tempo-temperatura messi a punto più di recente sono indicatori colorimetrici, in grado di mettere in evidenza i cambiamenti nelle condizioni dei prodotti confezionati a seguito di variazioni di colore. Un esempio di questi è il sistema basato sulla crescita e l’attività metabolica di un ceppo di Lactobacillus sakei, che può monitorare la qualità degli alimenti in tutto l’arco della catena del freddo. Un altro indicatore è basato sulla reazione tra l’enzima amilasi e una soluzione di amido e cambia il colore dal blu al giallo a seguito di un cambiamento di temperatura da 4 a 37°C. Alcuni autori hanno sviluppato un altro indicatore basato sui cambiamenti di colore, molto veloce nella risposta, in cui il chitosano è combinato con un polimero naturale. Altri autori hanno messo a punto un materiale da imballaggio che funge esso stesso da indicatore di temperatura, intelligente e biodegradabile, a base di carta su cui è disperso un pigmento naturale e sensibile al calore. Combinando e sviluppando tutti questi “spunti”, in Brasile V. B. V. Maciel et al. (2014, 5) hanno sviluppato un nuovo materiale da imballaggio intelligente e biodegradabile a base di carta ricoperta da una pellicola contenente chitosano e antocianine, sostanze naturali colorate e sensibili al calore, che cambiano visivamente il colore quando cambia la temperatura alla quale sono esposte. Le antocianine sono tra i più importanti gruppi di pigmenti presenti nei vegetali, e si ritrovano nei fiori e frutti. Il chitosano è un polisaccaride naturale che si ottiene dalla chitina, ottenuta a sua volta dall’esoscheletro dei crostacei. Esso è stato usato in questo studio perché forma pellicole resistenti con buone proprietà di barriera all’ossigeno. Per la preparazione delle pellicole, il chitosano è stato disperso in acido acetico acquoso, le sospensioni sono state rese omogenee, dopodiché è stata aggiunta l’antocianina. Le sospensioni sono state rese omogenee, quindi sono state versate in capsule di Petri, lasciate a temperatura ambiente per 36 ore e quindi mantenute a 28˚C in un incubatore con circolazione d’aria forzata per 24 ore. A questo punto le sospensioni chitosano – antocianina sono state applicate come rivestimento sulla superficie della carta, dando così luogo ad un prototipo di indicatore di temperatura. Il materiale che si ottiene in questo modo così semplice non presenta bolle né difetti, ed è abbastanza impermeabile all’acqua. Inoltre, questo materiale è biodegradabile ed è in grado di segnalare variazioni di temperatura nell’intervallo da 40 a 70 ˚C, presentando dei cambiamenti di colore ben visibili ed irreversibili. E’ stato anche studiato il meccanismo alla base del funzionamento di questo indicatore: si è visto che le variazioni di temperatura provocano cambiamenti nella struttura chimica delle antocianine, a seconda anche delle modalità di variazione della temperatura, e che questi cambiamenti portano a variazioni di colore specifiche per ogni modalità. Ad esempio, il materiale cambia il suo colore in maniera irreversibile dal viola al giallo dopo l’esposizione a 40°C per 72 ore. E’ stato fatto quindi uno studio approfondito sulle diverse tonalità di colore assunte dal materiale a seguito di trattamenti a diverse temperature (10°C, 30°C e 50°C) in condizioni di diversa luminosità, variabile dall’esposizione al buio alla simulazione dell’esposizione alla luce di un supermercato. Per poter confrontare gli effetti, tutti i trattamenti sono stati prolungati per lo stesso periodo di tempo (72 ore). Vista l’importanza del colore assunto dal materiale, la sua misura è stata oggetto di particolare attenzione. Inizialmente, il colore è stato espresso dai seguenti 2 parametri: i) a*, che rappresenta la componente verde / rossa del colore, e ii) b*, che è una misura del grado di azzurro. Successivamente, per esprimere la misura del colore con un unico parametro quantitativo, dai parametri a* e b* è stato calcolato l’angolo di tonalità secondo il modello Hue Saturation Brightness (HSB), che si può tradurre in “tonalità, saturazione e luminosità”. Il valore dell’angolo di tonalità varia da 0° a 360°. Dei tre parametri che concorrono a formare questo valore, la tonalità (detta anche tinta) varia partendo convenzionalmente dal rosso primario a 0°, passando per il verde primario a 120° e il blu primario a 240°, e quindi tornando al rosso a 360°; la saturazione (detta anche purezza) rappresenta l’intensità e la purezza della singola tonalità; mentre la luminosità (detta anche brillanza) è un’indicazione della brillantezza della tonalità. I risultati hanno mostrato che la luminosità accelera il degrado delle antocianine; ad esempio, il materiale diventa più scuro dopo essere stato esposto a temperature superiori a 50°C e ad una luminosità di 1000 lx per 72 ore. Questo significa che, per avere un indicatore affidabile di sola temperatura, occorre conservare i prodotti al buio.Riassumendo, i fogli di carta rivestiti con chitosano e antocianina possono indicare in modo efficiente i cambiamenti di temperatura dei prodotti nell’intervallo che va da 40°C a 70°C. I principali vantaggi di questi indicatori di temperatura sono la facile preparazione, la biodegradabilità, l’origine naturale ed infine il basso costo. Questi indicatori hanno quindi una potenziale applicazione nel settore alimentare, ma anche in tutti quei settori (farmaceutico, ecc.) in cui la temperatura di stoccaggio dei prodotti è un parametro importante.

Bibliografia
V. B. V. Maciel et al., J. Agricultural Chemistry and Environment, 3, 2014, 5

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