Pellicole antimicrobiche di acido polilattico rivestite con cera d’api, per il rilascio controllato dell’argento

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11596SFD2Negli ultimi anni, l’interesse per gli imballaggi alimentari con proprietà antimicrobiche è notevolmente aumentato perché questi imballaggi consentono di controllare e ridurre la contaminazione microbiologica dei prodotti alimentari deperibili.

L’incorporazione di biocidi persistenti, sicuri e ad ampio spettro di azione all’interno dei polimeri o sulle superfici dei materiali può portare benefici in molti ambiti dell’industria alimentare, dalla produzione alla conservazione.

Ricerche approfondite sono state condotte per sviluppare imballaggi in grado di mantenere il più possibile attivo l’agente antimicrobico all’interno del materiale e controllare il suo rilascio, in modo da prolungare il più possibile il tempo di conservazione del prodotto confezionato.

Tra i polimeri più interessanti in quest’ambito vi sono i polilattidi, una famiglia di polimeri provenienti da fonti rinnovabili come il mais, il grano o la barbabietola, ricche di zucchero naturale (destrosio). In particolare, l’acido polilattico (PLA) è già la plastica più utilizzata per il rilascio controllato dei farmaci e l’uso del PLA per il rilascio degli agenti antimicrobici in campo alimentare rappresenta un interessante ambito di ricerca.

Per la produzione di PLA, lo zucchero naturale, per lo più proveniente dal mais, è convertito in acido lattico attraverso un processo di fermentazione, e successivamente l’acido lattico dà l’acido polilattico attraverso il processo di polimerizzazione. Per produrre 1 kg di PLA vengono utilizzati circa 2,5 kg di mais.

Una volta usati, i prodotti in PLA sono compostabili, cioè completamente biodegradabili, in seguito a idrolisi a temperatura maggiore di 60 °C e umidità maggiore del 20%. Altre interessanti proprietà del PLA sono l’elasticità, l’elevata resistenza meccanica, la trasparenza, la facilità di lavorazione e i prezzi relativamente bassi sul mercato rispetto ad altri biopolimeri.

Il PLA quindi può essere efficacemente usato per contenere agenti antimicrobici. In quest’ambito, l’argento è già ampiamente utilizzato in quanto è attivo contro un ampio spettro di batteri, lieviti, funghi e virus. Negli Stati Uniti, il Centro per la Sicurezza Alimentare e la Nutrizione Applicata della Food and Drug Administration (FDA/CFSAN) prevede l’uso del nitrato d’argento come additivo alimentare nelle acque in bottiglia, mentre nella Comunità Europea l’uso dell’argento è accettato come colorante (E-174) senza restrizioni, ai sensi della direttiva 94/36/CE.

E’ stato dimostrato che le pellicole di PLA con incorporato l’argento sono efficaci nel ridurre la contaminazione batterica sia nei liquidi che sulla superficie degli alimenti solidi. Purtroppo però, il PLA ha un’elevata idrofilia, che però può essere ridotta rivestendo il polimero con agenti idrofobici, come ad esempio cere e resine. Questi ultimi possono essere prodotti in forma di rivestimenti sia sottili sia spessi, comunque tutti con una bassissima permeabilità al vapore acqueo.

La cera d’api è uno dei materiali più efficaci per diminuire la permeabilità al vapore acqueo, a causa della sua elevata idrofobicità. Non è un caso quindi che sia stato ritenuto interessante il suo uso per ritardare il rilascio di agenti antimicrobici dalle pellicole di PLA contenenti argento. Antonio Martínez-Abad del gruppo di Nuovi Materiali e Nanotecnologie, operante nella città spagnole di Paterna, ha descritto in un articolo la produzione del PLA contenente argento e rivestito con cera d’api, da usare per il rilascio controllato di argento (International Journal of Food Microbiology, 174, 2014, 39).

Gli obiettivi di questo studio sono stati, in primo luogo, valutare i fattori che regolano il rilascio di argento in condizioni operative diverse e quindi valutare l’idoneità di questi materiali per l’imballaggio degli alimenti. Il PLA di questo studio è stato fornito da NatureWorks (USA) ed è stato utilizzato per la produzione di pellicole contenenti lo 0,1% di argento, rivestite con strati di cera d’api di diverso spessore per avere differenti profili di rilascio dell’argento.

Le pellicole sono state preparate sciogliendo pellet polimerici di PLA in un opportuno solvente, poi il nitrato d’argento è stato aggiunto alle soluzioni, che sono state versate in capsule di Petri in modo da ottenere degli strati spessi circa 70 micron. IL rivestimento con cera d’api è stato prodotto usando una pressa idraulica: gli strati di PLA contenenti argento sono stati messa nella pressa a 90°C e su di essi sono stati deposti dei pellet di cera d’api bianca, che a 90°C si sono fusi.

Successivamente, sono stati applicati 2 MPa di pressione per 3 minuti, per distribuire omogeneamente la cera d’api sugli strati. Tutte le pellicole ottenute sono state conservate in essiccatori, cioè in condizioni di 0% di umidità relativa, per un massimo di 14 giorni, prima di essere sottoposte ai test previsti per studiare il rilascio e l’efficacia antimicrobica. Per tutte le pellicole preparate, è stato misurato il rilascio di argento nell’arco di 7 giorni in varie condizioni, dal contatto superficiale all’immersione in liquidi di varia natura, con differenti valori di pH.

Il rilascio di argento dal polimero è stato correlato alle prestazioni antimicrobiche del materiale. I risultati sperimentali hanno mostrato che le pellicole rivestite hanno un forte effetto battericida contro la Salmonella enterica o per contatto superficiale o per immersione in terreno di coltura o nella zuppa vegetale. Un rilascio più elevato è stato osservato in condizioni di pH acido, mentre il rilascio per contatto superficiale è risultato molto più lento rispetto al rilascio per immersione in liquido.

L’aggiunta di uno strato di cera d’api ha avuto come effetto un prolungamento del rilascio dell’argento. Va però detto che il rilascio diminuisce quando si aumenta lo spessore dello strato di cera d’api. Quindi, questo studio ha mostrato che, nonostante l’utilizzo di sistemi antimicrobici a base di argento sia ormai diffuso da anni, una sua possibile implementazione nel settore del packaging alimentare è ancora possibile.

I profili di rilascio delle pellicole di PLA contenenti argento possono essere controllati aggiungendo una barriera funzionale rappresentata in questo caso da uno strato di cera d’api, con diversi parametri che influenzano i profili di rilascio. La concentrazione dell’argento in varie condizioni è correlata all’efficacia antimicrobica del materiale. Questi risultati sono importanti perché possono aprire la strada alla produzione di pellicole “su misura”, da utilizzare per applicazioni specifiche.

Bibliografia
Antonio Martínez-Abad, International Journal of Food Microbiology, 174, 2014, 39