Piano dell’Offerta Formativa a.s. 2015/2016

Progetto: Dagli scarti, le plastiche!

PRODUZIONE DI BIOPLASTICHE DA SCARTI DELL’INDUSTRIA AGRO-ALIMENTARE

Anna Maria 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. (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 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. 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

http://www.materbi.com/

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.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 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

Polisaccaridi

alginati, pectine, cellulosa, chitosano, amido

I polimeri che formano film possono essere composti da polimeri naturali quali:

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’O2offrono 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

Polisaccaridi + ProteineNaturalmente, nel tentativo di creare

nuovi materiali, si possono ottenere

biofilm a composizione mista aventi le

proprietà tipiche delle molecole che li

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.

Network

Film idrocolloidale con proprietà barriera alla CO2, all’O2 e con buone proprietà meccaniche

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 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,

Idrocolloidi a composizione mista si possono ottenere a partire dalle seguenti fonti di scarto dell’industria agroalimentare

fragola, albicocca, finocchio, albedo di pompelmo

Proteine del siero di latteProteine della soiaOvalbuminaFaseolina

BIOPLASTICHE

POLISACCARIDI

PROTEINE

Film edibili

Polisaccaridi + Proteine del siero di latte

Network

RETICOLANTE

Transglutaminasi

Film idrocolloidale con proprietà barriera alla CO2, all’O2 e con buone proprietà meccaniche

Transglutaminasi

Si possono 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 γ-

carbossiamidico di residui

glutamminici e il gruppo ε-aminico di

residui lisinici entrambi endo-

proteici

Transglutaminasi

Formazione del legame isopeptidico intramolecolare (A) eintermolecolare (B) catalizzata dalle TG

Transglutaminasi

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).

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 � 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%)

Bioplastiche da rifiuti! http://www.youtube.com/watch?v=f33ROADn0ik&feature=player_embedded

Polisaccaridi Proteine

Scarto del Finocchio:(il 30% del raccolto

rappresenta il valore medio di scarto della lavorazione)

Siero di latte: (rappresenta il 70% dei reflui delle industrie casearie)

BioplasticaBioplastica!!

(L. (L. MarinielloMariniello, Facoltà di Agraria, Facoltà di Agraria-- Napoli)Napoli)

Nuove Frontiere: Bioplastiche da rifiuti!

Materiale plastico biodegradabile dagli scarti della lavorazione industriale dei pomodori (bucce)pomodori (bucce)

(B. (B. NicolaisNicolais, M. Malinconico, M. Malinconico-- CNRCNR--ICB Pozzuoli )ICB Pozzuoli )

Sitografia1) http://www.pslc.ws/italian/index.htm

2) http://www.novamont.com/default.asp?id=421

3) http://www.bioplastica.it/

4) http://www.fedoa.unina.it/134/1/giosafatto_tesi_dottorato.pdf

5) http://www.ilfattoalimentare.it/bioplastica-bucce-pomodoro-scarti.html

6) http://www.teatronaturale.it/tracce/ambiente/4585-plastica-biodegradabile-dagli-scarti-della-lavorazione-industriale-dei-pomodori.htm

7) http://alimentarenutrizionale.prodottigianni.com/Portals/1/Documents/ACTIVA_Brochure%20PG_Italiano_rev2.pdf

8) http://www.decorfooditaly.it/it/preparazioni-enzimatiche/196-zimolo.html

9) https://www.youtube.com/watch?v=Btpjz_Eibrg