Un team internazionale ha sviluppato degli imballaggi antimicrobici di origine naturale in grado di contrastare la proliferazione di batteri sia sulla superficie del packaging, sia sul prodotto.
I materiali di imballaggio alimentare attivi che sono sostenibili e in grado di fornire con precisione gli ingredienti attivi antimicrobici (AI) sono molto richiesti. Un gruppo di ricercatori della Nanyang Technological University di Singapore (NTU Singapore) e della statunitense Harvard T.H. Chan School of Public Health ha sviluppato delle nuove fibre antimicrobiche sensibili agli enzimi e all’umidità relativa (RH) con un diametro medio di 225 ± 50 nm, che possono essere depositate come strato funzionale per i materiali di imballaggio.
Nel dettaglio, i nanocristalli di cellulosa (CNC), la zeina (proteina) e l’amido sono stati elettrofilati (electrospinning) per formare fibre reattive a più stimoli, che incorporavano un cocktail di antimicrobici di origine naturale come olio di timo, acido citrico e nisina e complessi di inclusione di ciclodestrina (CD-ICs) di olio di timo, acido sorbico e nisina.
Le fibre multistimoli-reattive sono state progettate per rilasciare gli AI liberi e i CD-IC degli AI in risposta rispettivamente ai trigger di enzimi e RH. Il rilascio sensibile agli enzimi di AI liberi si ottiene grazie alla degradazione di polimeri selezionati, che formano la spina dorsale delle fibre. Ad esempio, l’enzima proteasi può degradare il polimero di zeina, accelerando ulteriormente il rilascio di AI dalle fibre. Allo stesso modo, il rilascio sensibile all’RH si ottiene grazie alla natura chimica unica dei CD-IC, che consente il rilascio di AI dalla cavità ad alta RH. La sintesi di successo di CD-IC di IA e l’incorporazione di antimicrobici nella struttura delle fibre multistimolo-reattive sono state confermate dalla diffrazione dei raggi X e dalla spettrometria a infrarossi in trasformata di Fourier.
Le fibre erano in grado di rilasciare IA libere quando attivate da enzimi essudati da microrganismi in modo dose-dipendente e rilasciando forme CD-IC di IA in risposta a un’elevata umidità relativa (95% RH). Con 24 h di esposizione, le fibre sensibili agli stimoli hanno ridotto significativamente le popolazioni di surrogati batterici patogeni di origine alimentare Escherichia coli (di ∼ 5 log di unità) e Listeria innocua (di ∼ 5 log di unità), nonché i funghi Aspergillus fumigatus (di > 1 log unità). Ancora più importante, le fibre hanno rilasciato più AI al 95% di umidità relativa rispetto al 50% di umidità relativa, il che ha comportato una maggiore riduzione della popolazione di E. coli al 95% di umidità relativa. Ciò consente all’imballaggio di resistere a diverse esposizioni anche per mesi senza perdere le proprietà antimicrobiche.
Tali fibre antimicrobiche biodegradabili, non tossiche e reattive a più stimoli hanno un grande potenziale per ampie applicazioni come sistemi di imballaggio attivi e intelligenti. Ma non solo. Poiché la formulazione è in grado di contrastare la proliferazione di batteri sia sulla superficie del packaging sia sull’alimento al suo interno, può aumentare la shelf-life dei prodotti. Come dimostra un esperimento condotto in laboratorio su fragole confezionate nel nuovo imballo che hanno resistito per sette giorni prima di presentare segni di muffa, rispetto ai quattro giorni dello stesso tipo di frutta conservata in una convenzionale confezione di plastica per prodotti ortofrutticoli. Infine, questa soluzione è potenzialmente adatta per un’ampia varietà di alimenti, inclusi cibi pronti, carne cruda, frutta, e verdure.
“Questa invenzione potrebbe essere una valida opzione per il confezionamento nell’industria alimentare, poiché ha dimostrato qualità antimicrobiche superiori nel combattere una miriade batteri e funghi potenzialmente dannosi per l’uomo – commenta la Prof.ssa Mary Chan, direttrice del Centro di bioingegneria antimicrobica della NTU, che ha co-diretto il progetto. – La confezione può essere utilizzata per svariati prodotti come pesce, carne, verdura e frutta. Il rilascio intelligente di antimicrobici solo in presenza di batteri o umidità elevata fornisce la protezione solo quando è necessaria, riducendo così al minimo l’uso di sostanze chimiche e preservando la composizione naturale degli alimenti confezionati”.
“Abbiamo utilizzato solo composti naturali tra cui biopolimeri, solventi non tossici e antimicrobici ispirati alla natura – aggiunge il Prof. Philip Demokritou, docente di Environmental Health presso la Harvard Chan School, direttore del Nanotechnology and Nanotoxicology Center e condirettore del progetto di ricerca. – Abbiamo sviluppato sistemi scalabili per sintetizzare materiali antimicrobici intelligenti che possono essere utilizzati non solo per migliorare la sicurezza e la qualità degli alimenti, ma anche per eliminare il danno all’ambiente e alla salute e ridurre l’uso di plastica non biodegradabile a livello globale, promuovendo l’uso di sistemi agroalimentari sostenibili”.
Gli autori dello studio hanno ora l’obiettivo di sviluppare questa tecnologia con un partner industriale, per poterla proporre sul mercato nell’arco di qualche anno.
