produzione di bioplastiche da scarti dell’industria agro-alimentare piano dell’offerta formativa...
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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