Preparazione e proprietà di pellicole a base di polisaccaridi e proteine

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Nell’ambito del crescente utilizzo di materiali biodegradabili nella conservazione degli alimenti, c’è particolare interesse per i legumi ed i semi come fonte di proteine e di polisaccaridi, che possono formare pellicole competitive con quelle prodotte da materie prime di sintesi.

I vantaggi delle pellicole a base di biopolimeri naturali sono molteplici, incluso il fatto che queste si possono preparare con il metodo del casting, in cui il materiale allo stato liquido viene versato in uno stampo avente la forma desiderata, e lì viene lasciato solidificare. Questo metodo di preparazione ha il vantaggio che consente di aggiungere facilmente alle pellicole un’ampie serie di sostanze, come ad esempio agenti antiossidanti, agenti antimicrobici, etc., con inibizione del deterioramento degli alimenti e conseguente prolungamento del tempo di conservazione.

Come componenti bioattivi si possono usare gli oli essenziali di cannella e di chiodi di garofano, che hanno un alto contenuto di eugenolo, una potente molecola antimicrobica. Purtroppo però, quando queste sostanze vengono incorporate in una pellicola a base di un biopolimero, hanno un elevato rischio di degradarsi a causa di diversi fattori ambientali, tra cui la luce, l’ossigeno ed il pH, ma si può proteggerli mediante il processo di emulsificazione-incapsulamento, che porta alla formazione di goccioline stabili di piccole dimensioni chiamate emulsioni all’interno delle pellicole.

Un vantaggio aggiuntivo dell’incapsulamento di un componente bioattivo in una pellicola è rappresentato dal fatto che questo può essere gradualmente rilasciato, mantenendo nel frattempo una buona stabilità. In quest’ambito si inserisce uno studio condotto in Cile e Messico da J. Castano et al. (2017, 353), che ha avuto come obiettivo la preparazione di pellicole a base di polisaccaridi e di miscele di polisaccaridi e proteine. Come fonte di polisaccaridi sono stati scelti l’amido di Karu e le carragenine, queste ultime già ampiamente utilizzate dall’industria alimentare come agenti gelificanti, mentre come fonte di proteine sono stati scelti i semi di fagioli Vicia faba.

A queste miscele sono stati aggiunti gli oli essenziali di cannella e di chiodi di garofano, sotto forma di emulsione, come agenti antifungini. La preparazione delle pellicole è avvenuta attraverso le fasi descritte di seguito, in cui si è puntato ad ottenere la massima compatibilità tra proteine e polisaccaridi attraverso condizioni mirate di pH e temperatura.

1) Le proteine sono state estratte dai semi di fagioli Vicia faba, dopo averli essiccati al sole, schiacciati e macinati. La farina di semi ottenuta è stata setacciata per ottenere grani di dimensioni inferiori a 0.2 mm, quindi gli è stata aggiunta una soluzione di solfito di sodio come conservante, ed infine il pH è stato portato a 10.5. La soluzione è stata mantenuta sotto agitazione per 24 ore a 4 °C, quindi il pH è stato abbassato a 4 per favorire la precipitazione delle proteine. Dopo centrifugazione. È stato possibile recuperare le proteine precipitate, che sono state lavate 2 volte con acqua distillata, quindi congelate a -40°C per 24 ore e conservate al freddo fino al loro utilizzo.

2) L’amido di Karu, fonte dei polisaccaridi, è stato isolato con il metodo di macinazione ad umido, che prevede la macinazione in un frullatore con acqua. L’omogenato così ottenuto è stato filtrato attraverso un panno di nylon da 60 mesh (equivalente a una granulometria di 250 μm) e il filtrato è stato omogeneizzato nelle stesse condizioni di prima, per poi essere nuovamente filtrato, questa volta però attraverso un tessuto di nylon da 270 mesh (equivalente a una dimensione delle particelle di 53 μm).

Il risultato della seconda macinazione è stato lasciato a decantare a temperatura ambiente. Il surnatante è stato scartato e il precipitato è stato sospeso in una soluzione di idrossido di sodio al fine di solubilizzare le proteine presenti. Il precipitato rimasto, contenente amido, è stato separato dalle proteine per centrifugazione. L’amido precipitato è stato portato a pH 6.0, quindi è stato filtrato sotto vuoto e accuratamente lavato con acqua distillata. I campioni sono stati essiccati in forno a 60°C, quindi conservati fino al loro utilizzo.

3) Preparazione delle pellicole polisaccaride-polisaccaride a base di amido di Karu e carragenina. L’amido di Karu è stato pre-gelatinizzato aggiungendo acqua distillata calda (60°C) e mettendo la soluzione sotto agitazione magnetica. Successivamente, alla soluzione di amido pre-gelatinizzata è stata aggiunta la carragenina, precedentemente miscelata con glicerolo. Le sostanze sono state miscelate a 70°C, quindi le miscele ottenute sono state versate in piastre di Petri. Le pellicole sono state ottenute asciugando le miscele in forno a convezione forzata a 35°C per 24 ore, quindi sono state recuperate con l’aiuto di una spatola metallica. Le pellicole con le emulsioni incorporate sono state ottenute aggiungendo le emulsioni (a base di chiodi di garofano o di cannella) alle soluzioni contenenti amido e carragenina.

4) Preparazione delle pellicole polisaccaride-proteine a base di carragenina e proteine estratte dai semi di fagioli Vicia faba. Inizialmente le proteine estratte sono state sciolte in acqua distillata, il pH è stato portato a 10 ed il tutto è stato posto sotto agitazione magnetica a 70°C.

A questa soluzione è stata aggiunta la carragenina precedentemente miscelata con il glicerolo, quindi la soluzione di proteine / carragenina è stata mantenuta sotto agitazione a 70°C ed è poi stata versata in piastre di Petri, dove si sono formate pellicole come descritto in precedenza.

5) Preparazione delle emulsioni. La fase acquosa è stata preparata sciogliendo gomma arabica e maltodestrina in acqua distillata. La fase oleosa è formata da oli essenziali (chiodi di garofano o cannella) dispersi in un olio minerale. Quindi, sono state preparate 2 emulsioni olio-in-acqua, aggiungendo alla fase acquosa ciascuno dei due oli essenziali in olio minerale, goccia a goccia, mentre la soluzione era sotto agitazione. Durante la preparazione delle emulsioni è stato utilizzato un bagno di ghiaccio per mantenere la temperatura sotto i 30°C e in tal modo ritardare la coalescenza del sistema.

Riassumendo, questo studio mostra le condizioni ottimali per realizzare pellicole di polisaccaride-polisaccaride e polisaccaride-proteina con caratteristiche adeguate per l’industria alimentare e con incorporati oli essenziali di chiodi di garofano e di cannella. Le pellicole presentano un’elevata stabilità termica, mentre le loro proprietà meccaniche rientrano nell’intervallo previsto per i materiali impiegati nell’imballaggio alimentare. Le pellicole contenenti olio di cannella sono particolarmente interessanti perché mostrano un’elevata attività antifungina contro la Botrytis cinerea e il Rhizopus stolonifer.

Riferimenti Castano et al., Journal of Materials Science 52, 2017, 353

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