Nanocompositi, nanostrati o nanoparticelle incorporati nei materiali di imballaggio ne migliorano le prestazioni, ma non si sa ancora quali potrebbero essere i reali effetti sulla salute, anche a causa della mancanza di test standardizzati e quadri normativi chiari e univoci.
Gli obiettivi delle tecnologie di confezionamento alimentare sono di preservare la qualità degli alimenti, l’integrità del prodotto e la sicurezza dei consumatori. Tra gli approcci più promettenti c’è l’integrazione di nanomateriali nel packaging alimentare. La nanotecnologia implica lo sviluppo, la caratterizzazione e l’applicazione di strutture di dimensioni comprese tra 1 e 100 nm.
Numerosi studi si sono concentrati sul miglioramento delle proprietà dei nanomateriali per il confezionamento alimentare, al fine di creare condizioni ottimali per la conservazione. Nanocompositi, nanostrati o nanoparticelle possono essere incorporati nei materiali di imballaggio per migliorarne, ad esempio, la resistenza meccanica, le proprietà barriera ai gas e la resistenza ai raggi UV.
Applicazione della nanotecnologia nel packaging alimentare
La nanotecnologia sta trasformando il settore del confezionamento alimentare introducendo materiali, tecniche e funzionalità innovative che migliorano la qualità, la sicurezza e la conservazione degli alimenti, oltre a ridurre al minimo l’impatto ambientale. Le crescenti applicazioni della nanotecnologia nelle scienze alimentari rappresentano un progresso unico con ampie implicazioni. Dal miglioramento del packaging e della conservazione dei nano-alimenti al supporto di uno stoccaggio efficiente e del rilevamento della contaminazione, la nanotecnologia sta diventando un punto di forza cruciale nell’ingegneria alimentare.
Il suo utilizzo si estende oltre il packaging, fino all’introduzione di integratori e nutrienti per la salute nei prodotti alimentari. L’alterazione e la produzione di materiali su scala nanometrica danno origine a piccole particelle con un elevato rapporto superficie/volume. Le caratteristiche ottiche, meccaniche, elettriche e pratiche della materia sono migliorate e sono la ragione delle efficaci applicazioni presenti e future di questa moderna tecnologia. L’uso di nanosensori, in combinazione con sistemi di imballaggio attivi e intelligenti, permette di rilevare rapidamente agenti patogeni alimentari, metalli pesanti, contaminanti e garantire la sicurezza alimentare.
I nanosensori sono utili nella conservazione, nel confezionamento e nel trasporto dei prodotti alimentari, perché sono in grado di rilevare e segnalare informazioni sulla qualità, la freschezza, i cambiamenti chimici, fisici e microbiologici, tutti parametri essenziali per prevenire il deterioramento degli alimenti dovuto a umidità, luce, sapori e odori sgradevoli. La nanotecnologia consente di modificare la struttura, le proprietà e le interazioni tra diversi materiali alimentari, per lo sviluppo di nuovi alimenti con gusto, consistenza, colore, freschezza e stabilità migliorati. Diversi studi hanno dimostrato che nanoparticelle, come oro e argento, aumentano la durata degli imballaggi alimentari poiché possono inibire e ridurre la contaminazione microbica.
Zinco, titanio, rame, oro e argento sono nanoparticelle metalliche emergenti con caratteristiche biocide utilizzate negli imballaggi alimentari. Polimeri con proprietà rinnovabili e biodegradabili, come il polisaccaride idrossipropilmetilcellulosa (HPMC) con nanoparticelle di argento, possono essere utilizzati come nanomateriali per l’imballaggio alimentare. Sviluppi nella preparazione di nanoparticelle, che integrano ingredienti sicuri per gli alimenti, hanno permesso ai ricercatori di studiare le modifiche funzionali di film commestibili che coinvolgono nanoemulsioni, nanoparticelle, nanoemulsioni polimeriche, nanoparticelle lipidiche solide, nanofibre, nanotubi, nanocristalli, vettori lipidici nanostrutturati o miscele di componenti inorganici e organici di dimensioni nanometriche.
Queste nanoparticelle sono tipicamente composte da proteine o polisaccaridi noti come “nanocompositi”, ovvero materiali composti da due o più fasi, dove almeno una delle fasi ha una o più dimensioni (lunghezza, larghezza, spessore) nell’ordine dei nanometri. Al fine di migliorare la conservazione, i nanocompositi consentono l’adozione di rivestimenti commestibili come “sistemi di distribuzione temporale” che trasferiscono sostanze chimiche attive da uno strato reticolare all’alimento. I nanomateriali e i rivestimenti commestibili contenenti nanoparticelle superano i materiali di imballaggio tradizionali in termini di conservazione degli alimenti e mantenimento della qualità.
I nanorivestimenti commestibili sottili (∼5 nm) possono essere utilizzati come barriere all’umidità e ai gas in frutta, carne, formaggi, verdure, prodotti da forno e prodotti dolciari. Esiste una varietà di prodotti da forno rivestiti con nanorivestimenti antibatterici commestibili. Agenti gelificanti nanostrutturati sono stati utilizzati come rivestimenti commestibili per mantenere freschi gli alimenti per periodi di tempo più lunghi. Esempi includono rivestimenti commestibili formulati con nanoparticelle di gelatina e nanocristalli di cellulosa, rivestimenti a base di nanosilice e chitosano, film a base di chitosano e nanoparticelle di biossido di silicio e rivestimenti nanolaminati a base di lisozima e alginato.
Gli imballaggi non commestibili sotto forma di nanocompositi sono utilizzati negli alimenti confezionati poiché sono biodegradabili e rispettosi dell’ambiente. Vengono utilizzati anche nanomateriali attivi, capaci ad esempio di assorbire l’ossigeno, e antimicrobici. Tali nanomateriali sono vantaggiosi perché interagiscono direttamente con gli alimenti, offrendo una migliore protezione per i prodotti alimentari. Alcuni nanomateriali hanno potenziali antimicrobici che possono essere aggiunti agli imballaggi alimentari. Nanoargento, nanoossido di magnesio, nanobiossido di titanio, nanotubi di carbonio, nanoossido di rame e altri materiali ne sono alcuni esempi.
Alcuni materiali nanocompositi sono stati utilizzati per impedire il passaggio di ossigeno, anidride carbonica e acqua negli alimenti. I nanosensori metallici (platino, oro e palladio) possono rilevare la produzione di gas e i cambiamenti di colore negli alimenti dovuti al deterioramento, qualsiasi variazione di umidità, calore, luce, gas e tossine, come l’aflatossina B1 nel latte. I nanosensori vengono creati per il packaging intelligente al fine di identificare il deterioramento degli alimenti e anche per rilasciare nanoantimicrobici, secondo necessità, per prolungare la conservazione dei prodotti alimentari.
L’uso di nanosensori avvisa i consumatori della contaminazione o del deterioramento degli alimenti rilevando pesticidi, tossine e contaminanti microbici e convertendoli in segnali leggibili, come la formazione di colore. I nanosensori vengono utilizzati anche per stabilire la conservazione degli alimenti. Ad esempio, gli enzimi incorporati nelle nanoparticelle di oro vengono utilizzati per il rilevamento di microrganismi, le nanofibrille di fluorofori a base di perilene segnalano la putrefazione della carne rilevando ammine gassose. Altri utilizzi includono nanocompositi di monossido di titanio e zinco per il rilevamento di composti organici volatili.
I nanocodici a barre vengono utilizzati sia per l’etichettatura che per le misure di sicurezza. Il concetto di “Smart Packaging” sta diventando realtà. Sono in corso ricerche sullo sviluppo di biomarcatori antigene-specifici negli imballaggi alimentari e sull’incorporazione di nanoparticelle per realizzare pellicole di polimeri nanocompositi. I biomarcatori antigene-specifici aiuteranno a rilevare la presenza dell’organismo responsabile del deterioramento degli alimenti. La nanotecnologia viene impiegata anche per migliorare le proprietà barriera (meccaniche, chimiche, termiche e microbiche) delle materie plastiche, la resistenza al calore e le caratteristiche meccaniche.
Sono stati sviluppati vari nanocompositi biodegradabili con proprietà desiderate per un’ampia varietà di prodotti. Derivati dell’amido, acido polilattico (PLA), succinato di polibutilene (PBS), policaprolattone poliestere alifatico e poliidrossibutirrato (PHB) sono attualmente i nanocompositi biodegradabili più comunemente utilizzati per il packaging.
Problemi e sfide per la sicurezza
Le conclusioni di diversi autori sulla possibilità che le nanoparticelle possano migrare dai polimeri agli alimenti sono incoerenti e persino contrastanti. Ciò suscita preoccupazioni circa le possibili implicazioni per la salute e la sicurezza. L’approvazione all’adozione di nanocompositi negli alimenti confezionati dovrebbe basarsi sui risultati dei test di migrazione di nanoparticelle dal sistema nanocomposito e all’alimento confezionato. Si è visto che quando i materiali di imballaggio sono a contatto con gli alimenti, i metalli in genere migrano. Il processo di migrazione si compone di 3 fasi: la diffusione della nanoparticella migrante, la dissoluzione della nanoparticella e la dispersione della nanoparticella negli alimenti.
Esistono diversi approcci per rilevare, studiare e caratterizzare nanoparticelle e nanomateriali negli alimenti. La microscopia (ad esempio AFM, SEM, TEM) e la spettroscopia (ad esempio, Raman, FT-IR, DLS) si sono dimostrate le tecniche più diffuse ed efficaci. Comprendere la migrazione delle nanoparticelle è fondamentale per determinare le possibili implicazioni per la salute di questi composti quando entrano in contatto con i prodotti alimentari. La velocità di migrazione delle nanoparticelle è influenzata da diversi fattori. È stato scoperto che il tempo e la temperatura aumentano notevolmente il livello di migrazione di nanoparticelle dal packaging all’alimento. La tossicità delle nanoparticelle è influenzata anche dalla loro solubilità.
Comprendere pienamente i meccanismi molecolari attraverso i quali nanoparticelle e nanomateriali interagiscono con gli alimenti e all’interno degli organismi viventi è fondamentale. A causa delle loro dimensioni, i nanomateriali possono facilmente attraversare la membrana cellulare e accumularsi nel citosol, influenzando la vitalità cellulare. Inoltre, i nanomateriali possono penetrare più in profondità nel nucleo delle cellule e danneggiare il DNA, causando rotture o mutazioni potenzialmente cancerogene. Prendere atto del livello di esposizione alle nanoparticelle è essenziale per determinare la forma e la natura delle lesioni che potrebbero causare a una varietà di cellule e tessuti. La pelle, le vie respiratorie e l’apparato digerente sono le tre principali vie di esposizione alle nanoparticelle.
Alimenti e materiali contenenti nanoparticelle possono potenzialmente entrare nel corpo umano attraverso una qualsiasi di queste vie. Alcuni organi, come il fegato, i linfonodi e la milza, assorbono i nanomateriali in modo significativamente più rapido di altri. Nonostante le promettenti innovazioni nel campo del nano-imballaggio alimentare, persistono numerose lacune nella ricerca che richiedono un’attenzione mirata. Sono necessari studi che valutino gli effetti a lungo termine sulla salute della migrazione di nanoparticelle dagli imballaggi ai prodotti alimentari. Comprendere la potenziale tossicità e il bioaccumulo di queste nanoparticelle è importante per garantire la sicurezza dei consumatori. Inoltre, la mancanza di metodi di test standardizzati per identificare e caratterizzare le nanoparticelle e le loro caratteristiche in matrici alimentari e negli imballaggi e fare una valutazione tossicologica, rende arduo effettuare una valutazione del rischio accettabile e emanare quadri normativi chiari e univoci.
