Alimenti: cellulosa per il packaging

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Nanocellulosa

Questa è una nomenclatura generale che indica particelle con almeno una dimensione su scala nanometrica (1 nm corrisponde a 10-9 m). La nanocellulosa ha potenziali applicazioni in diversi settori industriali e permette lo sviluppo di materiali da imballaggio innovativi e con alte prestazioni, nonché il potenziamento delle proprietà dei materiali convenzionali. Infatti, la cellulosa nanometrica può essere utilizzata come riempitivo (“filler”), come componente dei compositi, come rivestimento e sotto forma di pellicole sottili da utilizzare tal quali, e in tutti questi casi presenta proprietà meccaniche molto promettenti. Queste proprietà, insieme ad aspetti fondamentali come la sua rinnovabilità, la provenienza da fonti agricole non alimentari, la biodegradabilità, le conoscenze avanzate sulla chimica dei biopolimeri cellulosici sono i fattori chiave che rendono prevedibile il crescente utilizzo della nanocellulosa. Ad esempio, una nuova combinazione di acido polilattico (PLA) – polidrossibutirrato (PHB) e nanocristalli di cellulosa funzionalizzati ha indicato delle prospettive molto promettenti per la loro applicazione industriale come imballaggio alimentare. Sono disponibili 3 approcci principali per l’ottenimento delle nanoparticelle di cellulosa:

001480251) l’idrolisi acida della cellulosa. La logica di questo processo è la scissione delle catene di cellulosa mediante attacchi acidi che si verificano in maniera casuale, lasciando particelle più dense e cristalline con catene più corte. Questi passaggi richiedono una buona quantità di tempo, ma sono facili da realizzare e richiedono un basso costo;

2) trattamenti meccanici della cellulosa. Questo processo richiede un elevato dispendio di energia ed ha un numero molto elevato di variabili;

3) l’estrazione delle nanoparticelle di cellulosa dalle fonti che già le contengono, come la cellulosa batterica ed alcune fibre vegetali come l’erba Zoysia coreana, dove le nanofibrille sono incorporate in una matrice di emicellulosa e pectina, da cui possono essere estratte mediante un trattamento con alcali.

Per quanto riguarda la preparazione di materiali per il packaging a base di nanoparticelle di cellulosa, le tecnologie più promettenti sono:

  • l’assemblaggio strato su strato. Si tratta di una tecnica di base per la fabbricazione di pellicole multicomponenti su supporti solidi, che si basa sull’adsorbimento controllato da soluzioni o da dispersioni. Le proprietà dei materiali preparati con questa tecnica sono molto importanti nel settore del packaging e sono le proprietà di barriera ai gas, antinebbia, di rilascio di composti antimicrobici e bioattivi;
  • l’electrospinning, che è un ben noto processo per la produzione di fibre polimeriche. Si tratta di una particolare forma di estrusione che utilizza un dispositivo multi-pori, chiamato “spinneret”, attraverso il quale un materiale plastico fluido viene spinto a formare più filamenti continui di fibre;
  • l’estrusione di compositi, che è un approccio più versatile e più semplice dell’assemblaggio strato su strato e dell’electrospinning. In particolare, si tratta di una tecnica usata per preparare materiali in cui le nanoparticelle di cellulosa agiscono da “nano-riempitivi” nelle matrici polimeriche e sfruttano tutte le caratteristiche legate alle loro dimensioni per formare nuovi materiali con migliori proprietà. Per caratteristiche legate alle nano-dimensioni s’intende comunemente l’elevata aspect ratio, cioè l’elevato rapporto lunghezza-larghezza, e la loro elevata area superficiale;
  • colata (“casting”) e rivestimento. Questi due processi si basano sull’impiego di un solvente per controllare la concentrazione delle nanoparticelle di cellulosa in una soluzione che poi forma il materiale finale. Entrambi questi processi avvengono a temperature relativamente basse. In particolare, la tecnologia di rivestimento ha un grande potenziale nella produzione di nuovi materiali d’imballaggio in cui uno strato molto sottile di nanocellulosa riveste delle plastiche convenzionali, le cui proprietà risultano in questo modo notevolmente migliorate.

Conclusioni

I materiali a base di cellulosa stanno raccogliendo un sempre maggior interesse grazie alle loro interessanti proprietà. La carta sembra infatti offrire la soluzione perfetta per il packaging, perché garantisce la protezione e la confezione giusta al prodotto, con un occhio di riguardo per l’ambiente sia perché proviene da finti rinnovabili sia perché è biodegradabile. E’ un materiale sicuro, ecocompatibile, leggero, facile da smaltire e riciclabile. Comieco ha lanciato il progetto Club Carta e Cartoni: il cantiere del packaging sostenibile” (www.clubcartaecartoni.org), studiato e sviluppato dal consorzio con l’intento di alimentare e condividere tutto quello che è importante e necessario sapere sul packaging in cellulosa in termini di innovazione e responsabilità. Tuttavia, il vero exploit dei materiali a base di cellulosa necessita dell’ulteriore miglioramento di alcune proprietà e dell’implementazione di alcuni processi. Un punto importante che necessita di miglioramento è certamente la sensibilità all’umidità della cellulosa, un problema serio in molte applicazioni legate all’imballaggio alimentare. Tuttavia, si può prevedere che anche questo inconveniente verrà superato mediante l’uso di polimeri barriera come etilene vinil alcol, alcol polivinilico e poliammidi. Attualmente, la nanocellulosa è uno dei materiali più promettenti, realizzabili su scala industriale ed applicabili in diversi settori. Tutte le caratteristiche legate alle nano-dimensioni possono essere sfruttate per formare nuovi materiali con migliori proprietà. Tuttavia, in questo campo occorre monitorare i problemi legati alla sicurezza, per definire gli effetti sulla salute umana e sull’ambiente di queste nuove componenti.

Bibliografia

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