Packaging attivo contro lo spreco alimentare: i coating antimicrobici a rilascio controllato

Conservare il cibo: etica ed economia finalmente a braccetto.

Lo spreco di cibo, in tutte le sue accezioni, è un enorme problema globale ed una sfida per tutta la catena alimentare. Circa 90 milioni di tonnellate di cibo sono sprecati ogni anno in Europa, mentre secondo dati FAO, lo spreco mondiale può essere stimato attorno ai 1.300[1] milioni di tonnellate annue. Come mostrato in figura 1 (tratta da “Food Wastage Footprint – FAO”[2]), gli sprechi si distribuiscono lungo tutta la catena produttiva concentrandosi in medi all’inizio, nella produzioni agricole, ed alla fine, nel consumo. Vanno sottolineate differenze tra le diverse aree: nei paesi più sviluppati lo spreco è concentrato nel consumo, mentre nei paesi più arretrati il punto debole è nel trattamento post-raccolta e nello stoccaggio.

La domanda, che ha evidenti valenze sia economiche che etiche è quindi “Come possiamo agire per diminuire lo scarto di cibo durante la fase finale della catena: nella distribuzione e al consumo?”. La Commissione europea delinea la prevenzione come l’opzione più favorita, seguita dal riutilizzo e il riciclaggio, per recuperare le risorse ad un livello massimo. Infine, lo smaltimento – come ad esempio la messa in discarica – è considerato l’opzione meno favorita, da usare solo quando le altre opzioni non sono possibili. Progetti e studi effettuati finora hanno tuttavia affrontato la sfida da un punto di vista tecnologico, senza coinvolgere imprese e il comportamento dei consumatori. Il problema nella sua complessità deve essere affrontato a livello di “educazione al consumo del consumatore finale”, ma anche l’industria alimentare e più in particolare l’industria dell’imballaggio alimentare può fare molto in questa direzione. La maggior parte dei rifiuti domestici alimentari viene dal prodotto, perché i prodotti raggiungono la data di scadenza o il termine minimo di conservazione TMC (“da consumarsi preferibilmente entro”).

[1] http://www.fao.org/docrep/014/mb060e/mb060e00.htm 

[2] http://www.fao.org/docrep/018/i3347e/i3347e.pdf

 

Per questo motivo, una significativa riduzione dei rifiuti alimentari può essere ottenuta mediante l’estensione della shelf life dei prodotti. Un report della WRAP (2013) stima che allungare la shelf life del latte, per esempio, anche solo da 7 a 9 giorni porterebbe gli sprechi dall’8 % al 3%.

In quest’ottica, grazie alle atmosfere modificate e ai film plastici in grado di mantenerle tali – EVOH e nuovi coating barriera – sono stati fatti grandi passi avanti. Queste soluzioni, però, agiscono solo fino a quando è mantenuta la chiusura ermetica e quindi falliscono in tutti i casi di consumo parziale da parte del consumatore. Tuttavia, come dimostrato da molti enti (FAO, 2011; BCFN, 2012), la più importante fonte di rifiuti alimentari si trova a livello domestico, essendo il comportamento dei consumatori una delle questioni più importanti su cui agire al fine di evitare lo spreco di cibo. È quindi di particolare interesse trovare soluzioni che permettano di estendere la durata di conservazione dei prodotti alimentari, anche dopo l’apertura del pacchetto, evitando che i prodotti facilmente deperibili vengano buttati.

La ricerca, accademica e non solo, propone da alcuni anni soluzioni per questo problema, tramite il cosiddetto active packaging [1]; gli esempi più noti sono gli assorbitori di ossigeno, gli assorbitori ed emettitori di anidride carbonica, gli assorbitori di umidità, gli assorbitori di etilene e i film (o coating) con proprietà antimicrobiche. Tra tutte queste tipologie fino ad oggi la maggior parte dei sistemi attivi ha lavorato per estendere la shelf life dei prodotti confezionati, ma sempre di più negli ultimi anni si è capito di dover agire anche su prodotti aperti e conservati finora refrigerati, per garantire una loro massima durata e per questo lo sviluppo di coating antimicrobici, di cui parleremo in questo articolo, sta prendendo sempre più piede.

 

I Coating Antimicrobici

Nei laboratori di ricerca del Cipack e del dipartimento di Chimica dell’Università degli Studi di Parma, si lavora da molti anni nello studio di trattamenti superficiali e anche nello sviluppo di materiali con proprietà antimicrobiche seguendo questo tipo di approccio: si utilizzano come supporto comuni film plastici  – PET e PLA soprattutto – e si depositano su di essi delle lacche che, dopo asciugatura, si trasformano in coating uniformi e ben aderenti al supporto.

[1] Con «Active packaging» si indicano soluzioni di packaging che interagiscono attivamente con l’atmosfera interna di una confezione, variandone la composizione quali-quantitativa, oppure direttamente con il prodotto in essa contenuto, mediante il rilascio di sostanze utili per migliorarne la qualità o attraverso il sequestro di sostanze indesiderate.

Nella messa a punto di questo tipo di lacche devono essere identificati a priori:

  1. la molecola (o ione) che si vuole utilizzare come antimicrobico;
  2. il meccanismo di interazione che si vuole sfruttare (diffusione per via aerea, diffusione per contatto con il cibo, azione superficiale senza rilascio, ecc.).

Le strutture che abbiamo scelto di utilizzare, come matrice per contenere gli agenti attivi, sono ibridi organico-inorganici a base di ossido di silicio con un polimero organico. Questo agisce come modificatore, per rendere più flessibile il coating stesso e facilitare, quando necessario, l’interazione con l’acqua presente nel cibo. Uno schema è riportato in figura 4; i legami tra la struttura silicea e gli agenti antimicrobici non sono da considerare covalenti, ma interazioni chimiche più deboli.

Nei test condotti nei laboratori CIPACK, come agenti antimicrobici sono state testate tre diverse sostanze: il lisozima, la natamicina ed il cluster di argento (l’attività antibatterica dell’argento è nota da secoli).

 

Lisozima

Il lisozima è un enzima naturale estratto dalle uova e già usato in modo diffuso, per esempio nella produzione del Grana Padano. Nello studio svolto (Corradini et al., 2013) è stato dimostrato come questa proteina possa essere rilasciata lentamente nel tempo dal coating depositato sul film plastico e che il lisozima rilasciato rimane efficacie nella sua azione contro il Micrococcus lysodeikticus (utilizzato come modello di batterio gram positivo).

 

Natamicina

La natamicina è un additivo alimentare con azione antifungina, particolarmente efficace contro le muffe. Lo studio effettuato utilizzando questa molecola (Lantano et al., 2014) si è dimostrato particolarmente interessante in quanto ha mostrato che i coating attivi possono lavorare, se a contatto con il cibo – nei test è stato usato un formaggio molle – anche se il rilascio dell’antimicrobico è molto limitato e quindi il consumatore ne assume quantità molto basse. Tutti i coating rispettano i limiti per la migrazione totale (migrazione totale massima misurata: 0,1 mg/dm2 in simulante EtOH/H2O = 50/50 a 4°C).

Argento

L’attività antibatterica dell’argento è nota da secoli, oggi è possibile utilizzare aggregati di argento molto piccoli per sfruttarne le proprietà inglobandoli in lacche o coating come quelli di cui abbiamo parlato più sopra. Anche in questo caso, sono state usate matrici ibride organico-inorganiche per inglobare i cluster metallici; le caratteristiche della matrice permettono che gli ioni metallici, grazie all’umidità dell’alimento, interagiscano con il cibo e svolgano la loro azione. Test effettuati con Escherichia coli, un batterio gram-negativo potenzialmente patogeno, hanno mostrato una riduzione dei batteri del 95% per semplice contatto con il coating (contenuto in argento circa 10 mg/m2). Interessante il confronto con film in PE contente argento in massa: con 500 mg di argento per metro quadro, la riduzione non è arrivata al 60%.