Piano dell’Offerta Formativa a.s. 2011/2012
Progetto: Dai Polimeri Sintetici alle
Plastiche Biodegradabili
PRODUZIONE DI BIOPLASTICHE DA SCARTI
DELL’INDUSTRIA AGRO-ALIMENTARE
Referente Prof. A. Madaio
Plastiche di sintesi
 Le 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’ambiente
 Il 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®
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.
http://www.materbi.com/
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 edibili
 Barriera 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 meccaniche
Questi requisiti sono utili anche ai fini dell’esportazione del prodotto alimentare,
per conservarne la freschezza durante il trasporto.
Materiali per Film edibili
I polimeri che formano film possono essere composti da
polimeri naturali quali:
Polisaccaridi
alginati, pectine, cellulosa, chitosano, amido
Proteine
collagene, caseine, proteine del siero di latte, glutine,proteine
di soia
Lipidi
monogliceridi acetilati, cere naturali e derivati, grassi animali
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’O2
Film 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
Naturalmente, nel tentativo di creare
Polisaccaridi + Proteine
nuovi materiali, si possono ottenere
biofilm a composizione mista aventi le
proprietà tipiche delle molecole che li
compongono .
Network
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.
Film idrocolloidale con proprietà
barriera alla CO2, all’O2 e con buone
proprietà meccaniche
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)
Idrocolloidi a composizione mista si possono ottenere a partire dalle
seguenti fonti di scarto dell’industria agroalimentare
POLISACCARIDI
Omogenati di
fragola, albicocca,
finocchio, albedo di
pompelmo
BIOPLASTICHE
PROTEINE
Proteine del siero di latte
Proteine della soia
Ovalbumina
Faseolina
 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
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.
La mTG catalizza la formazione di
legami isopeptidici intra e/o
intermolecolari fra il gruppo gcarbossiamidico di residui
glutamminici e il gruppo e-aminico di
residui lisinici entrambi endo-
proteici
Transglutaminasi
Nella 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 latte
 Siero 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 biofilm
 Rilascio 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 Padre
Eterno, 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 quel
tempo non esisteva il polietilene, che mi avrebbe
fatto comodo perché è flessibile, leggero e
splendidamente impermeabile: ma è anche un po’
troppo incorruttibile, e non per niente il Padre
Eterno medesimo, che pure è maestro in
polimerizzazioni, si è astenuto dal brevettarlo: a Lui
le 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_dottor
ato.pdf