ITIS “B. FOCACCIA” Salerno Indirizzo CHIMICO

PRODUZIONE DI BIOPLASTICHE DA SCARTI DELL’INDUSTRIA AGRO-ALIMENTARE

Piano dell’Offerta Formativa a.s. 2011/2012

Progetto: Dai Polimeri Sintetici alle Plastiche Biodegradabili

Referente Prof. A. Madaio

Plastiche di sintesiLe plastiche provenienti dal petrolio (poliolefine, poliesteri,

poliammidi) sono ampiamente utilizzate per la formazione di film

per l’imballaggio degli alimenti, sia a causa delle loro proprietà

(permeabilità all’O2..........) che del basso costo.

Hanno lo svantaggio di non essere permeabili all’H2O e

soprattutto di non essere biodegradabili, creando problemi di

forte e problematico impatto ambientale

La plastica infatti, essendo composta da materiali artificiali, che

non rientrano nei naturali processi di decomposizione operati dai

vari microrganismi, impiega anche secoli per essere degradata!

Pacific Trash Vortex

Nella parte settentrionale dell’ Oceano Pacifico, con un’area di estensione pari a due volte il Texas per 10 metri di profondità , si è formata negli ultimi anni un’isola di plastica, creata da 4 milioni di tonnellate di rifiuti in mare che si addensano in quella zona, per una particolare combinazione di correnti e che lasceremo in eredità ai nostri figli...!

La chimica per l’ambienteIl mondo della chimica, nell’ottica dello sviluppo sostenibile, per la

salvaguardia delle future generazioni e dell’ambiente, è alla

ricerca di nuovi materiali, derivati da fonti rinnovabili, destinati

all’imballaggio alimentare, che siano biodegradabili e compostabili.

Questi materiali possono essere addizionati con plastificanti e

additivi per migliorare le proprietà.

E’ l’esempio del Mater-Bi®, prodotto da Novamont , ottenuto

combinando componenti vegetali (amido di mais, di patate o di

grano allo stato naturale, circa 85%) con altri polimeri

biodegradabili ottenuti sia da materie prime di origine rinnovabile,

sia da materie prime di origine fossile.

Mater-Bi®

http://www.materbi.com/

Questo polimero, biodegradabile e compostabile, è prodotto

attraverso un processo di destrutturazione e di "complessazione"

dell'amido con quantità variabili di agenti complessanti

biodegradabili . Questi complessi creano un

nuovo ordine cristallino

aumentando la resistenza

all'acqua e cambiando le

proprietà meccaniche

dell'amido originale, senza

modificarne la

struttura chimica ma

potendone graduare le

caratteristiche.

Ricerca chimica

Un simile filone di ricerca nel campo dei biopolimeri è stato

seguito da alcuni ricercatori* dell’Università Federico II di

Napoli che, partendo dagli scarti di finocchio e dal siero

refluo dell’industria casearia, hanno ottenuto film

biodegradabili, flessibili, resistenti all’umidità e, in

generale, con caratteristiche tecniche paragonabili al

Mater-Bi® o a altre bioplastiche già in commercio e

utilizzabili come film edibili.* L. Mariniello – Facoltà di Agraria- Portici (NA)

Film edibili: caratteristiche• Sono formati da un sottile strato di materiale commestibile

che viene applicato sull’alimento e che ne diventa parte

integrante;

• Operano come barriera selettiva alla trasmissione di gas,

vapori e soluti, preservando la salubrità e le proprietà

organolettiche del prodotto.

• Sono usati come packaging attivo, ovvero come veicoli di

sostanze di varia natura (antiossidanti, antimicrobici,

aromi) per migliorare la qualità e prolungare la shelf-life

degli alimenti.

Esempio di utilizzo di film edibili:

Rivestimento di frutta fresca intera e/o tagliata per la

riduzione del transfer di umidità e rallentamento della

crescita microbica superficiale (i.e. muffe)

Requisiti dei film edibiliBarriera selettiva al vapore acqueo (per ritardare la

superficiale disidratazione di cibi freschi o congelati).

Barriera selettiva ai gas, es.CO2, etilene e O2. (per migliorare

il controllo della maturazione dei frutti e ridurre

significativamente l’ossidazione di cibi sensibili all’ossigeno,

quali possono essere quelli particolarmente ricchi in acidi

grassi polinsaturi)

Controllo della migrazione e dell’assorbimento di oli e grassi

Buone proprietà meccanicheQuesti requisiti sono utili anche ai fini dell’esportazione del prodotto alimentare, per conservarne la freschezza durante il trasporto.

Materiali per Film edibili

Polisaccaridialginati, pectine, cellulosa, chitosano, amidoProteinecollagene, caseine, proteine del siero di latte, glutine,proteine di soiaLipidimonogliceridi acetilati, cere naturali e derivati, grassi animali

I polimeri che formano film possono essere composti da polimeri naturali quali:

Film edibili: proprietà

I biofilm idrocolloidali derivati da polimeri naturali possiedono

proprietà che dipendono dalla natura dei loro componenti:

Film polisaccaridici offrono una migliore barriera all’O2Film proteici offrono una migliore barriera alla CO2 ed esibiscono buone proprietà meccaniche

Film lipidici offrono una migliore barriera al vapore acqueo

Gli idrocolloidi sono sostanze che messe a contatto con l'acqua si rigonfiano a tal punto da assumere una forma solida o semisolida.

Film edibili a composizione mista

La formazione di questo tipo

di biofilm coinvolge la

formazione di legami inter e

intramolecolari (cross-linking)

tra le catene polimeriche

creando un network

tridimensionale semi rigido.

Polisaccaridi + Proteine

Network

Film idrocolloidale con proprietà barriera alla CO2, all’O2 e con buone proprietà meccaniche

Naturalmente, nel tentativo di

creare nuovi materiali, si possono

ottenere biofilm a composizione

mista aventi le proprietà tipiche

delle molecole che li compongono

.

Bioplastiche da rifiuti!

Attualmente a causa

dell’aumentato inquinamento

ambientale, c’è una forte

sensibilizzazione al riciclo dei rifiuti

organici ed in particolare al riciclo

degli scarti provenienti dal settore

ortofrutticolo.

Gli scarti dell’industria agro-alimentare

possono essere recuperati per ottenere

materiale utilizzabile nella produzione di

plastiche biodegradabili per applicazioni sia in

campo alimentare, farmaceutico che

agronomico.

Bioplastiche da rifiuti: Vantaggi

L’utilizzo di omogenati di frutta e/o verdura provenienti dallo scarto di

prodotti destinati sia al consumo fresco che alla trasformazione

industriale consente di trasformare tali “waste” ad alto impatto

ambientale in materie prime per ulteriori processi di trasformazione

biotecnologici e presenta il vantaggio di ridurre il volume degli scarti,

dare ad essi un valore aggiunto e di riutilizzare sostanze ad alto valore

salutistico e nutrizionale (fibre, vitamine, proteine nobili)

Omogenati di fragola, albicocca, finocchio, albedo di pompelmo

Proteine del siero di latteProteine della soiaOvalbuminaFaseolina

BIOPLASTICHE

POLISACCARIDI

PROTEINE

Idrocolloidi a composizione mista si possono ottenere a partire dalle seguenti fonti di scarto dell’industria agroalimentare

Nella nostra attività laboratoriale, seguendo un protocollo

sperimentale*, mostreremo come gli scarti di lavorazione

del finocchio (o fragola) e il siero refluo da caseificazione

possono essere utilizzati rispettivamente come componente

polisaccaridica e componente proteica nella preparazione

di bioplastiche edibili.

*Corso di aggiornamento docenti “Biotecnologie per la scuola” a.s. 2007/2008. Facoltà di Biotecnologie dell’ Università di Napoli

Transglutaminasi

La mTG catalizza la formazione di

legami isopeptidici intra e/o

intermolecolari fra il gruppo g-

carbossiamidico di residui

glutamminici e il gruppo e-

aminico di residui lisinici

entrambi endo-proteici

L’obiettivo perseguito nel protocollo sperimentale* da noi

riprodotto, si prefigge di ottenere film edibili idrocolloidi a

composizione mista utilizzando come strumento

biotecnologico la transglutaminasi microbica (mTG) per

polimerizzare la componente proteica di tali film.

TransglutaminasiNella nostra attività laboratoriale abbiamo omesso l’aggiunta

dell’enzima transglutaminasi microbica (mTG) poiché, è

riportato in letteratura, gli omogenati provenienti dal

finocchio (Foeniculum vulgare) , possiedono di per sé notevoli

capacità filmanti

Tuttavia è riportato che i film preparati con proteine

modificate dalla mTG offrono una barriera all’acqua,

all’ossigeno ed all’anidride carbonica maggiore di quella

fornita dai film preparati in assenza di mTG.

Finocchio Il finocchio, Foeniculum vulgare, è una

pianta indigena del mediterraneo ed in

Italia viene coltivata fin dai tempi antichi.

L’Italia ne produce circa l’85 % della

produzione mondiale ma una parte cospicua

(~30%) è rappresentata da scarti. (La

Campania è la regione dove si ha la

maggiore produzione e dove si producono

notevoli scarti, soprattutto durante la

stagione estiva).

Le pectine costituiscono la componente

polisaccaridica del finocchio

Siero di latteSiero di latte : rappresenta il 70% dei reflui delle industrie

casearie (~2100 quintali al giorno nella sola Piana del Sele

e Vallo di Diano)

La frazione proteica in siero di latte (circa il 10% della

materia secca all'interno del siero) comprende quattro

frazioni proteiche principali:

β-lattoglobuline (~65%)

α-lattoalbumine (~ 25%)

Siero-albumine (~ 8%)

Altri usi dei biofilmRilascio controllato di farmaci

Utilizzo come teli per la pacciamatura in sostituzione delle

pellicole a base di polietilene, normalmente usate e di

notevole impatto ambientale (oltre a ridurre l’inquinamento

ambientale, questi teli

avrebbero infatti altri importanti e numerosi vantaggi tra

cui il possibile rilascio controllato e mirato di fitofarmaci

nel terreno).

Primo Levi...E’ il grande problema dell’imballaggio, che ogni

chimico esperto conosce: e lo conosceva bene il PadreEterno, che lo ha risolto brillantemente, da par suo,con le membrane cellulari, il guscio delle uova, la

buccia multipla degli aranci , e la nostra pelle,perché liquidi infine siamo anche noi. Ora, a queltempo non esisteva il polietilene, che mi avrebbe

fatto comodo perché è flessibile, leggero esplendidamente impermeabile: ma è anche un po’

troppo incorruttibile, e non per niente il PadreEterno medesimo, che pure è maestro in

polimerizzazioni, si è astenuto dal brevettarlo: a Luile cose incorruttibili non piacciono…

Cerio – Il Sistema Periodico, 1975

Sitografia

http://www.agraria.unina.it:20100/facolta/docs/13/rice_rSTA_1278428422331.pdf

http://www.fedoa.unina.it/134/1/giosafatto_tesi_dottorato.pdf