In Brasile, i ricercatori dell'Università statale di San Paolo (UNESP) a Ilha Solteira hanno sviluppato una pellicola che può sostituire la plastica negli imballaggi alimentari. Il film è costituito da idrossipropilmetilcellulosa (HPMC) e scarti di cellulosa batterica rimasti dalla lavorazione industriale. Entrambe le materie prime sono sostenibili. Sono combinati per produrre un film biodegradabile di nanocristalli di cellulosa batterica e HPMC.

Il prodotto supera le prestazioni del solo film in HPMC. Un articolo sul progetto di ricerca, che è stato sostenuto da FAPESP, è pubblicato sulla rivista Materiale applicato e interfacce ACS.

"Abbiamo deciso di riempire la matrice HMPC con nanocristalli di cellulosa batterica per migliorarne le proprietà. Volevamo anche creare protocolli più ecologici per lo sviluppo di nuovi compositi, dal materiale stesso alla sua origine, quindi abbiamo incluso nel progetto il riutilizzo dei rifiuti industriali, " disse Márcia Regina de Moura Aouada, coautore dell'articolo. Aouada ha un dottorato di ricerca. in chimica dall'UNESP, dove insegna ed è ricercatrice presso il Center for Development of Functional Materials (CDMF), uno della Ricerca, Centri di Innovazione e Disseminazione (RIDC) supportati da FAPESP.

Dal suo dottorato di ricerca, Aouada ha studiato film realizzati con fonti rinnovabili, e film commestibili e biodegradabili, con l'obiettivo di ridurre la crescente produzione di rifiuti solidi sotto forma di imballaggi in plastica per alimenti in discarica.

"Uno dei limiti dei film realizzati in HPMC e altri biopolimeri è la loro bassa resistenza meccanica rispetto ai film tradizionali derivati ​​dal petrolio. Sono inoltre altamente permeabili al vapore acqueo, che limita le applicazioni disponibili. Abbiamo migliorato queste proprietà aggiungendo cellulosa batterica, " disse Pamela Melo, uno studente laureato in scienze dei materiali all'UNESP e primo autore dell'articolo sul progetto, che è stato condotto durante il suo dottorato di ricerca. ricerca sotto la supervisione di Aouada.

ricetta per torta

I ricercatori hanno ottenuto scarti di cellulosa batterica da Seven Indústria de Produtos Biotecnológicos, che produce biofilm per medicazioni nello stato del Paraná. Per convertire questi scarti in film adatti al confezionamento alimentare, hanno prima macinato gli scarti in polvere. "Abbiamo quindi sottoposto la polvere all'idrolisi dell'acido solforico, un processo ben descritto in letteratura, " disse Melo. Il risultato fu una sospensione di nanocristalli di cellulosa batterica, che hanno mescolato con HPMC diluito in acqua per produrre una dispersione filmogena, un target di interesse per l'industria delle bioplastiche.

"Non è sufficiente creare buoni compositi. Dobbiamo trovare la soluzione migliore per ottenere buone proprietà del film variando fattori come viscosità e concentrazione di nanoparticelle. Una buona analogia potrebbe essere una ricetta per torte:studiare la ricetta è un'altra innovazione significativa nel nostro studio , " ha detto Auada.

"Il modo in cui i nanocristalli interagiscono con la matrice HPMC e sono distribuiti al suo interno determinerà la qualità del film, quindi abbiamo condotto dei test e siamo arrivati ​​alla distribuzione ottimale tramite dispersione ad alta energia utilizzando un dispersore Turrax, " ha detto Melo. La dispersione filmogena è stata depositata su un substrato. I solventi sono evaporati dopo 24-48 ore. Il risultato è stato un più forte, prodotto meno permeabile rispetto al solo film HPMC. La quantità di acqua assorbita dal materiale è attualmente un vincolo per il suo utilizzo negli imballaggi.

Un altro risultato positivo è che i nanocristalli non alterano la trasparenza dell'HPMC.

Vantaggi della cellulosa batterica

La cellulosa è il polimero più abbondante in natura e il principale componente delle fibre vegetali, fornendo rigidità per le piante. La cellulosa vegetale è ben nota e utilizzata nella produzione di carta, ma alcuni batteri, anche le alghe e gli invertebrati marini secernono cellulosa, che è stato utilizzato per qualche tempo nei biofilm per medicazione delle ferite e si sta ora espandendo in altre aree, come gli imballaggi per alimenti.

La protezione dell'ambiente naturale ne beneficia maggiormente. "La cellulosa batterica può essere prodotta in laboratorio tutto l'anno, indipendentemente dalle condizioni meteorologiche e ambientali. È una molecola più pura e il processo di produzione genera meno inquinamento, " Ha detto Aouada. La lavorazione della cellulosa vegetale richiede l'eliminazione di impurità come la lignina utilizzando composti organoclorurati, che sono dannosi per l'ambiente.

Un altro vantaggio della cellulosa batterica è la presenza di fibre nanometriche nella sua struttura. "Questo è molto interessante perché conferisce al materiale proprietà distinte come l'elevata resistenza alla trazione, il che significa che può sopportare determinati carichi o sollecitazioni senza rompersi, " ha detto Auada.

Prossimi passi

I ricercatori intendono continuare a testare le dispersioni filmogene fino a quando non concluderanno di aver sviluppato un prodotto competitivo. Stanno studiando altre tecniche di dispersione dei polimeri, confrontandoli con l'uso di HPMC, e valutarne la biodegradabilità.

Se riescono a sviluppare dispersioni filmogene migliori, potrebbe essere possibile utilizzare la cellulosa batterica su scala più ampia. "Il nostro obiettivo principale è trovare sostituti per materiali non considerati ecologicamente corretti, come i prodotti petroliferi. Tali sostituti includono compositi biodegradabili derivati ​​da risorse rinnovabili, " ha detto Auada.

L'uso di scarti di cellulosa e altri tipi di rifiuti aiuta anche a ridurre i costi di lavorazione. I consumatori in genere preferiscono la pellicola di plastica per l'imballaggio perché è economica. Inoltre, ci sono altre fonti promettenti di cellulosa batterica, come le industrie della canna da zucchero e della soia. "Gli studi hanno dimostrato che la cellulosa batterica può essere ottenuta utilizzando la canna da zucchero o la melassa di soia come substrato, " ha detto Auada.