Derivati della cellulosa
Idrossipropilmetilcellulosa, carbossimetilcellulosa e metilcellulosa. Questi derivati sono già usati in maniera intensiva per formare fibre e pellicole. In particolare, le pellicole sono trasparenti, relativamente resistenti all’acqua, agli oli e ai grassi, perciò esse sono utilizzate per ritardare la migrazione di umidità e come supporto di vitamine, minerali, agenti antimicrobici quali estratti vegetali e / o oli essenziali, ecc. Il Pro-Long (Courtaulds Group, Londra, UK) e il Semperfresh (AgriCoat NatureSeal Ltd., Hungerford, Regno Unito) sono due pellicole commestibili a base di carbossimetilcellulosa già disponibili in commercio per il packaging della frutta. Un importante esempio di derivato della cellulosa con prodotti naturali incorporati è rappresentato dalle pellicole di metilcellulosa contenenti estratti naturali provenienti dai gambi di ciliegia Ginja, che vengono usate come imballaggio antibatterico (D. Campos et al., 2014, 2097). La ciliegia Ginja è un frutto originario del Portogallo che non viene consumata tal quale a causa del suo sapore amaro; gli steli e le foglie rappresentano un materiale di scarto, il cui smaltimento è un costo aggiuntivo per i produttori. Tuttavia, si è scoperto che gli estratti degli steli e delle foglie sono ricchi di composti preziosi come i polifenoli e i terpeni, che hanno proprietà antiossidanti ed attività antibatterica; quindi questi estratti possono essere utilizzati come additivi nelle pellicole per imballaggio alimentare. La preparazione delle pellicole di metilcellulosa contenenti gli estratti dei gambi di ciliegia Ginja è molto semplice: la metilcellulosa e la glicerina vengono sciolti in una miscela contenente l’acqua e l’estratto, quindi la soluzione viene versata in capsule di vetro piatte, che vengono messe ad asciugare a 37°C in condizioni di umidità relativa al 30%, protette dalla luce e dalla polvere. Queste pellicole inibiscono la crescita dei ceppi sia Gram-positivi che Gram-negativi (Listeria innocua, Staphylococcus aureus, S. aureus, Salmonella Enteritidis, Escherichia coli) e non trasmettono la radiazione ultravioletta; quindi potrebbero essere utilizzate per prevenire la contaminazione alimentare da ceppi batterici e la degradazione ad opera della radiazione ultravioletta. Pertanto, tali materiali possono prolungare il tempo di conservazione dei prodotti alimentari mediante l’utilizzo di un sottoprodotto che altrimenti verrebbe sprecato.
Solfato di cellulosa
Questo è un nuovo derivato della cellulosa solubile in acqua. In uno studio (G. Chen et al. 2014, 476) hanno descritto la preparazione di pellicole commestibili innovative a base di solfato di cellulosa. Le pellicole sono state preparate secondo la cosiddetta tecnica del casting (letteralmente “colata”), che anche in questo caso è un metodo molto semplice: si prepara una soluzione di solfato di cellulosa, alla quale viene aggiunto il glicerolo come plastificante. In seguito, la miscela viene omogeneizzata, degasata sotto vuoto e versata su una piastra circolare di Teflon. La miscela viene essiccata per circa 4 ore a 60°C in forno; in queste condizioni, si ottengono pellicole perfette, che si possono staccare intatte dalla superficie di “colata”, anche solo manualmente. Le pellicole così ottenute sono dense, trasparenti, omogenee, flessibili, solubili in acqua e resistenti agli olii e ai grassi. La soluzione di solfato di cellulosa è utilizzata per rivestire le banane, sui cui forma una barriera che le protegge dall’ambiente circostante. Anche il rivestimento delle banane può essere fatto in modo molto semplice: è sufficiente spennellare la superficie delle banane con le soluzioni di rivestimento a 20°C e quindi lasciar gocciolare la soluzione in eccesso. Questo rivestimento riesce a prolungare il tempo di conservazione dei prodotti: infatti l’aspetto delle banane rivestite dopo 10 giorni risulta migliore di quello delle banane non rivestite dopo 5 giorni. Inoltre, si è riscontrato che il peso molecolare della cellulosa e il contenuto di glicerolo controllano le proprietà meccaniche e la permeabilità al vapore acqueo delle pellicole: in particolare, aumentando il peso molecolare migliora la resistenza a trazione e l’allungamento a rottura, mentre l’aggiunta di glicerolo fa diminuire la resistenza a trazione. Inoltre, l’effetto contemporaneo dell’aggiunta di glicerolo e dell’aumento del peso molecolare della cellulosa fanno diminuire la permeabilità al vapore acqueo del prodotto finale.
La cellulosa nei materiali compositi
Priya et al. (2014, 171) hanno preparato dei materiali compositi biodegradabili a base di amido di mais e poli(vinilalcool) (PVA), rinforzati con fibre di cellulosa. Questo materiale è molto interessante perché l’amido è il polimero polisaccaridico più importante per lo sviluppo di materiali biodegradabili, mentre il PVA è un importante polimero biodegradabile di sintesi, avente ottime proprietà di barriera ai gas, elevata resistenza e flessibilità. Le pellicole composite di amido e PVA rinforzate con fibre cellulosiche hanno ottime proprietà meccaniche e di resistenza all’acqua, hanno una buona attività contro i batteri sia Gram-negativi (ad esempio, l’Escherichia coli) sia Gram-positivi (ad esempio, lo Staphylococcus aureus), ed inoltre il loro costo di produzione è contenuto. Anche queste pellicole, come quelle precedentemente descritte, sono state preparate con il metodo del “casting”, aggiungendo acido citrico come plastificante e glutaraldeide come agente reticolante. In particolare, l’acido citrico migliora la compatibilità tra l’amido e il PVA, mentre l’aggiunta di glutaraldeide aumenta la resistenza a trazione e il grado di rigonfiamento della pellicola finale.
Compositi di sola cellulosa
Una nuova classe di materiali compositi sono quelli basati unicamente su materiali cellulosici e sono indicati come compositi di sola cellulosa (all-cellulose composites, ACC). Le due tecniche principali utilizzate per la loro preparazione sono:
- metodi convenzionali di impregnazione di una matrice di cellulosa con fibre di cellulosa (chiamati anche “metodi a due fasi”);
- metodi selettivi di dissoluzione, in cui le fibre esterne di cellulosa sono parzialmente disciolte (chiamati anche “metodi ad una fase”). Materiali cellulosici diversi sono stati utilizzati per preparare compositi di sola cellulosa, compresa nanocristalli di cellulosa provenienti da varie fonti e la cellulosa batterica, che è ideale per preparare nanocompositi trasparenti.
