Patrizia Fava, Fabio Licciardello, Emanuela Lo Faro, Camilla Menozzi

Speciale Packaging & Tracciabilità / RICERCA

IN COLLABORAZIONE CON GSICA

Gruppo Scientifico Italiano di Confezionamento Alimentare

Carte alimentari ed eco-compatibilità

La carta è un materiale leggero, flessibile, ha buone proprietà meccaniche, ed è la compatibilità ambientale di cui vanta a confermarla molto spesso come prima scelta per diverse applicazioni alimentari, sia come imballaggio primario che secondario (Khwaldia, Arab-Tehrany and Desobry, 2010; Deshwal, Panjagari and Alam, 2019). La natura idrofilica e la struttura porosa, però, non la rendono adatta al contatto diretto con alimenti umidi e con grassi in superficie, senza opportuni trattamenti. Fra le strategie più efficaci ed economiche c’è il rivestimento con materiali funzionali come polietilene e composti fluorurati per le eccellenti proprietà barriera e processabilità che offrono. Purtroppo, l’elevata efficienza offerta da questi stessi materiali ha portato a sacrificare, quasi come in un drammatico baratto, il benessere ambientale, umano e degli esseri viventi in generale: sono ben note le preoccupazioni legate all’impatto delle materie plastiche e dei composti fluorurati e derivati sull’ecosistema e sugli organismi viventi che lo popolano. La gestione del fine vita di queste carte speciali comporta alcune criticità: il riciclo, infatti, è reso difficoltoso dalla loro composizione eterogenea e dalla contaminazione con residui alimentari, che possono eludere i sistemi di filtrazione e separazione dalle fibre degli impianti di riciclo e andare a interferire con la formazione del foglio di carta o ad aumentare il carico organico degli impianti di depurazione delle acque reflue. Questo spiega il ridotto desiderio delle cartiere di ricevere materiali cartacei utilizzati per contatto alimentare (CONAI, 2020). Il desiderio di cercare possibili alternative ha orientato diversi progetti di ricerca verso lo studio e lo sviluppo di bioplastiche compostabili che possano fungere da rivestimenti barriera per imballaggi in carta, siano in grado di preservare la qualità dei prodotti alimentari, ma con un occhio di riguardo verso la sostenibilità ambientale (Nicu et al., 2013; Nechita and Iana-Roman, 2020). Queste bioplastiche possono, in alcuni casi, essere ottenute a partire da materiali di scarto o da risorse rinnovabili, riducendo ulteriormente il carico ambientale (Bugnicourt et al., 2014).

Camilla Menozzi, Emanuela Lo Faro, Patrizia Fava, Fabio Licciardello*

Dipartimento di Scienze della Vita, Università di Modena e Reggio Emilia *Gruppo Scientifico Italiano di Confezionamento Alimentare - GSICA

Fig.1 Preparazione delle soluzioni filmogene

Fig. 2 Immagini al microscopio a scansione elettronica (SEM) di un campione di carta non trattata (a sinistra) e di uno rivestito con biopolimeri (a destra) Fig. 3 Angolo di contatto di acqua su carta fluorurata (sinistra) e su carta rivestita con PHBV con aggiunta di plasticizzante (destra)

Presso i laboratori del Dipartimento di Scienze della Vita dell’Università di Modena e Reggio Emilia è stato condotto uno studio con l’obiettivo di valutare le proprietà di carte alimentari rivestite con bioplastiche compostabili quali poli (3-idrossibutirrato-co-3-idrossivalerato) (PHBV) e policaprolattone (PCL), due diverse tipologie di poliesteri. Soluzioni dei biopolimeri sono state applicate tramite bar coating su fogli di carta calandrata e dopo evaporazione del solvente i fogli sono stati lasciati condizionare a temperatura ambiente per 24 ore. In una prima fase sono stati applicati rivestimenti in PHBV a differenti spessori, per un successivo confronto delle proprietà con due testimoni commerciali di carta politenata e fluorurata, rispettivamente. Nella seconda fase della ricerca si è ottimizzata la strategia di preparazione delle soluzioni filmogene (Fig. 1), realizzando rivestimenti di uguale spessore a base di PHBV e PCL, valutando anche l’incorporazione di polietilenglicole (PEG) come plasticizzante con l’intento di migliorare l’uniformità e le proprietà tecnologiche dei rivestimenti. Per tutti i campioni realizzati sono stati valutati: la struttura mediante SEM (Fig. 2), la trasmissione del vapore acqueo (WVTR) mediante cup method (ASTM E96) modificato, la resistenza alla trazione mediante dinamometro e le proprietà di superficie, mediante misurazione dell’angolo di contatto con acqua e olio (Fig.3). I campioni di carta rivestita hanno mostrato livelli di trasmissione del vapore acqueo generalmente inferiori rispetto al testimone di carta commerciale fluorurata, ma nettamente superiori rispetto al campione di carta politenata; tuttavia, la strategia di ottimizzazione attuata è risultata avere un impatto positivo sulle proprietà di barriera al vapore acqueo e sull’uniformità dei

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Il rivestimento di carte alimentari con biopolimeri rappresenta una strategia promettente nel solco dell’innovazione sostenibile

rivestimenti. L’aggiunta di plasticizzante è stata associata a un miglioramento delle proprietà strutturali e a una riduzione dell’idrofilicità superficiale apparente, ma a un impatto negativo sulle proprietà di barriera all’umidità: sembra, infatti, che la bagnabilità e la permeabilità al vapore acqueo siano due proprietà non collegate tra loro, ma basate su meccanismi propri legati alla rugosità/liscezza della superficie e alla tensione superficiale, da una parte, e alla natura e struttura del materiale dall’altra parte. Il rivestimento di carte alimentari con biopolimeri rappresenta una strategia promettente nel solco dell’innovazione sostenibile dei materiali a contatto con alimenti. In particolare, le soluzioni sviluppate si pongono come potenziali alternative alle convenzionali carte politenate e fluorurate, con possibili applicazioni nel settore dei prodotti alimentari freschi (es., macelleria, pescheria e salumeria), offrendo un’alternativa di finevita attraverso compostaggio industriale, scenario sicuramente più consono per prodotti che, per la contaminazione con essudati e residui organici alimentari, mal si prestano al riciclo.

BIBLIOGRAFIA

1. Bugnicourt, E. et al. (2014)

‘Polyhydroxyalkanoate (PHA): Review of synthesis, characteristics, processing and potential applications in packaging’, Express Polymer Letters, 8(11), pp. 791–808. doi: 10.3144/expresspolymlett.2014.82. 2. CONAI (2020) Linee guida per la facilitazione delle attività di riciclo degli imballaggi a prevalenza cellulosica. Available at: http:// www.progettarericiclo.com/docs/lineeguida-la-facilitazione-delle-attivita-diriciclo-degli-imballaggi-prevalenza-cellulosica. 3. Deshwal, G. K., Panjagari, N. R. and Alam,

T. (2019) ‘An overview of paper and paper based food packaging materials: health safety and environmental concerns’,

Journal of Food Science and Technology, 56(10), pp. 4391–4403. doi: 10.1007/ s13197-019-03950-z. 4. Khwaldia, K., Arab-Tehrany, E. and Desobry, S. (2010) ‘Biopolymer Coatings on Paper Packaging Materials’, Comprehensive

Reviews in Food Science and Food Safety. doi: 10.1111/j.1541-4337.2009.00095.x. 5. Nechita, P. and Iana-Roman, M. R. (2020)

‘Review on polysaccharides used in coatings for food packaging papers’, Coatings. doi: 10.3390/COATINGS10060566. 6. Nicu, R. et al. (2013) ‘Alkyl-chitosan as paper coating material to improve water barrier properties’, Cellulose Chemistry and Technology.