Gli imballaggi attivi e intelligenti contribuiscono a ridurre gli sprechi alimentari e l’impatto ambientale degli imballaggi. La tendenza è la combinazione di imballaggi intelligenti e attivi capaci di integrare più funzioni.
Considerate le ingenti perdite alimentari lungo tutta la filiera, è sempre più importante sviluppare nuove soluzioni di packaging attivo, in grado di rilasciare elementi funzionali su richiesta e in modo controllato per ridurre efficacemente gli sprechi alimentari. Vale anche la pena esplorare il modo in cui i diversi imballaggi rispondono a diversi fattori ambientali, tra cui pH, temperatura, luce e umidità. Tali comportamenti reattivi possono essere sinergici, pur essendo coerenti con le effettive esigenze di conservazione.
Il ruolo dei nuovi elementi funzionali non si limita agli antimicrobici, ma può anche regolare altri fattori di conservazione come l’umidità. Grazie all’integrazione di alcuni componenti antimicrobici, come antocianine, nanoparticelle metalliche e carbon dots, i nuovi imballaggi possono avere più funzioni, ad esempio l’indicazione di freschezza e la capacità antimicrobica di risposta alla luce. Il concetto di risposta multipla e il rilascio sequenziale di elementi funzionali per realizzare funzionalità secondarie nei packaging sono allo studio dei ricercatori. Lo sviluppo di nuovi imballaggi alimentari multifunzionali potrà contribuire a ridurre la dipendenza dai materiali petrolchimici.
Limitare gli sprechi
Secondo un rapporto pubblicato dall’Organizzazione delle Nazioni Unite per l’alimentazione e l’agricoltura (FAO) nel 2021, le perdite mondiali di frutta e verdura hanno raggiunto fino al 45% della produzione totale. Lo sviluppo di imballaggi alimentari biodegradabili potrebbe essere essenziale per la riduzione degli sprechi alimentari. Il concetto di sistemi di confezionamento alimentare attivi è ampio e prevede sempre l’assorbimento e il rilascio di sostanze specifiche, tra cui, imballaggi igroscopici e assorbenti l’ossigeno, imballaggi che assorbono l’etilene, imballaggi antimicrobici e antiossidanti.
Numerosi composti derivati da fonti naturali o rinnovabili sono stati utilizzati per realizzare imballaggi attivi. I materiali a base di polisaccaridi contengono molti gruppi idrossilici liberi, che possono formare legami idrogeno con altre sostanze per fare una pellicola. Tuttavia, la loro elevata idrofilia può indebolirne la resistenza in condizioni di alta umidità, rendendo necessaria l’incorporazione di sostanze idrofobiche. Amido, pectina, alginato di sodio e cellulosa (comunemente derivata in forme come metilcellulosa, idrossipropilmetilcellulosa, carbossimetilcellulosa, ecc.) sono le fonti più diffuse. Il chitosano, presente nei gusci di artropodi e insetti marini, viene prodotto rimuovendo parzialmente il gruppo acetile del polisaccaride naturale chitina.
È noto per le sue eccellenti proprietà filmogene, gli effetti antimicrobici e la bassa tossicità, fungendo sia da vettore che da agente antimicrobico. I materiali a base proteica sono principalmente proteine del siero del latte, proteine solubili in alcol, proteine isolate di soia, ecc. Questi materiali hanno una buona capacità di reticolazione e possono fornire una fonte di azoto durante la degradazione, nonostante la loro scarsa capacità di barriera all’acqua. L’eccellente resistenza all’umidità è attribuita alla grande idrofobicità dei materiali lipidici. Materiali come oli, grassi e cere sono disponibili da piante e animali, ma possono presentare problemi di screpolature superficiali e untuosità.
I materiali sopra menzionati costituiscono la base principale del sistema di conservazione attraverso la miscelazione e la stratificazione, mentre la loro attività e intelligenza sono determinate principalmente dagli elementi funzionali incorporati. Il rilascio controllato di elementi funzionali è fondamentale per il packaging attivo, poiché è influenzato dal microambiente in cui l’alimento viene conservato, come temperatura, umidità, pH, microrganismi, luce, sostanze chimiche specifiche.
Questo processo richiede un rilascio preciso su richiesta in punti e tempi specifici. Il rilascio prematuro comporta lo spreco di elementi funzionali e può alterare le proprietà organolettiche dell’alimento, mentre un rilascio tardivo non riesce a raggiungere lo scopo per cui il sistema è stato progettato. Negli ultimi anni, elementi funzionali emergenti hanno offerto diverse possibilità per il packaging attivo. Non solo combattono i microrganismi potenzialmente dannosi, ma contribuiscono anche a regolare il microambiente di conservazione.
Imballaggi attivi e intelligenti a base di cellulosa
Le plastiche tradizionali a base di petrolio sono ampiamente utilizzate nei materiali da imballaggio grazie alla loro facilità di lavorazione, al basso costo, alle buone proprietà barriera e meccaniche. Tuttavia, l’uso estensivo di plastiche a base di petrolio ha portato a inquinamento ambientale, aumento della pressione ambientale e una forte dipendenza dalle risorse petrolifere. Negli ultimi anni, l’industria del packaging alimentare si è concentrata sempre di più sullo sviluppo di sistemi di imballaggio attivi, in particolare attraverso la valorizzazione degli scarti alimentari.
Questo approccio innovativo non solo affronta le problematiche ambientali degli imballaggi in plastica, ma promuove anche la riduzione degli sprechi alimentari riutilizzando i sottoprodotti alimentari come preziosi ingredienti bioattivi. L’imballaggio attivo prevede l’integrazione di composti bioattivi estratti dagli scarti alimentari nei materiali di imballaggio, consentendo loro di influenzare attivamente l’ambiente interno della confezione. Ciò può migliorare la freschezza degli alimenti, prevenendo la crescita microbica e preservandone la qualità sensoriale e nutrizionale.
Con lo sviluppo di materiali a base di biomassa, è diventato possibile sostituire le plastiche a base di petrolio con materiali a base di biomassa ecologici e sostenibili. I materiali a base di biomassa vengono sempre più sviluppati come substrati per l’imballaggio grazie alla loro natura rinnovabile, alle proprietà non tossiche, all’eccellente biocompatibilità e alla degradabilità. La cellulosa è il polimero di biomassa più abbondante sulla Terra, con una produzione annua che raggiunge fino a 1,5 × 10 12 tonnellate. Vanta fonti diversificate e caratteristiche prestazionali superiori, tra cui resistenza meccanica, stabilità termica, proprietà barriera e biocompatibilità.
Utilizzando la cellulosa come materiale di base per lo sviluppo di pellicole per imballaggio alimentare, è possibile evitare i problemi di migrazione di plastificanti e stabilizzanti comunemente presenti nelle pellicole per imballaggio tradizionali, migliorando così la sicurezza degli alimenti durante il trasporto e lo stoccaggio. La cellulosa è diventata un materiale di imballaggio ecologico ampiamente utilizzato grazie alle sue eccellenti proprietà meccaniche, alle proprietà filmogene, al basso costo e alla rinnovabilità. Alcuni studi hanno dimostrato che l’irradiazione può essere impiegata per indurre la reticolazione nei film biopolimerici e per innestare composti antimicrobici naturali, migliorando le proprietà multifunzionali dei film a base di cellulosa.
In particolare, è stato dimostrato che la trans-cinnamaldeide (TCA) agisce sia come reticolante che come agente antimicrobico durante il trattamento di irradiazione. Questi risultati suggeriscono che la combinazione di irradiazione con composti attivi come il TCA offre una strategia ecologica ed efficace per sviluppare film antimicrobici insolubili in acqua. Inoltre, diversi studi ipotizzano che l’integrazione di imballaggio attivo con l’irradiazione potrebbe ridurre la dose di decontaminazione richiesta, prolungando al contempo la durata di conservazione dei prodotti alimentari e riducendo gli sprechi alimentari.
Sfide e prospettive future
Attualmente, gli imballaggi attivi e intelligenti sono principalmente imballaggi alimentari che rispondono a umidità, pH, contaminazione microbica e altri indicatori. Il futuro degli imballaggi intelligenti risiede nello sviluppo di sistemi che integrino imballaggi attivi con quelli intelligenti per creare un unico materiale in grado di rispondere in modo appropriato ai cambiamenti dell’ambiente interno attraverso il feedback ambientale. Attualmente, sebbene gli imballaggi intelligenti presentino potenziali vantaggi rispetto a quelli tradizionali, permangono ancora alcune problematiche nella loro applicazione su larga scala.
Il principale ostacolo al packaging attivo risiede senza dubbio nel caricamento dei principi attivi, che richiede sia il mantenimento delle proprietà meccaniche e di barriera del materiale di base, sia la garanzia dell’attività dei principi attivi caricati durante lo stoccaggio e il trasporto degli alimenti. In futuro, sarà necessario utilizzare macchinari di produzione su larga scala per semplificare il processo di produzione degli imballaggi, riducendone così i costi e rendendo più possibile la loro applicazione al packaging alimentare. Lo sviluppo di imballaggi attivi sta ricevendo sempre maggiore attenzione e sono in fase di sviluppo numerosi nuovi elementi funzionali.
Si prevede che alcuni di essi integrino più funzioni e, in effetti, gli imballaggi attivi non dovrebbero limitarsi agli antimicrobici, ma anche la regolazione di altri fattori microambientali, come pH, umidità, atmosfera e luce, è fondamentale. L’esistenza di futuri sistemi di imballaggio intelligenti consentirà di monitorare e regolare l’ambiente interno dell’imballaggio in tempo reale, leggere informazioni come fonti alimentari, tecniche di lavorazione e stato, e facilitare la comprensione da parte dei consumatori delle informazioni sul prodotto, promuovendone così il consumo. Allo stesso tempo, gli imballaggi attivi e intelligenti dovrebbero essere riutilizzabili, facili da riciclare, rispettosi dell’ambiente e sostenibili. Applicando in modo pratico e sostenibile sistemi di imballaggio intelligenti al confezionamento degli alimenti, sarà migliorare la trasparenza, la salubrità e la sicurezza della filiera alimentare, nonché accrescere il valore dei prodotti.
Conclusione
Gli imballaggi attivi e intelligenti rispondono alle tendenze dell’industria alimentare e alle esigenze dei consumatori; le ricerche esistenti dimostrano che l’aumento di materiali biodegradabili e commestibili con agenti attivi naturali contribuisce a ridurre gli sprechi alimentari e l’impatto ambientale degli imballaggi, migliorando al contempo la sicurezza alimentare e la salute dei consumatori.
Gli imballaggi attivi consentono di ritardare o prevenire la crescita e la riproduzione di vari microrganismi negli alimenti. La tendenza del futuro è la combinazione di imballaggi intelligenti e attivi. La ricerca non si concentra esclusivamente sulle proprietà antibatteriche, antiossidanti, indicatrici e reattive dei materiali di imballaggio, ma anche sulla riduzione dei costi, fattore fondamentale per una migliore applicazione di sistemi di imballaggio attivi e intelligenti nel confezionamento alimentare.
