ITIS “B. FOCACCIA” Salerno Indirizzo CHIMICO 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. L'amido è presente in natura in forma cristallina con molecole lineari (amilosio) e ramificate (amilopectina). Partendo dalla rottura della struttura originaria dell'amido (destrutturazione), i ricercatori Novamont sono riusciti a ricreare un nuovo ordine sovramolecolare attraverso la formazione di complessi tra l'amilosio e molecole naturali o di sintesi 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 nuovi materiali, si possono ottenere biofilm a composizione mista aventi le proprietà tipiche delle molecole che li compongono . Polisaccaridi + Proteine 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 Omogenati di fragola, albicocca, finocchio, albedo di pompelmo POLISACCARIDI BIOPLASTICHE Proteine del siero di latte Proteine della soia Ovalbumina Faseolina PROTEINE

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 g-carbossiamidico 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_dottorato.pdf