Polimeri derivanti dai rifiuti della frutta forniscono materiali da imballaggio biodegradabili
Una risposta alla plastica negli imballaggi sono i materiali biodegradabili, che sono presenti sul mercato da molti anni e la cui quota di mercato continua a registrare un tasso di crescita. Esistono tuttavia severe restrizioni che impediscono la loro più ampia applicazione negli imballaggi per alimenti, poiché questi materiali non forniscono una barriera sufficiente contro il vapore acqueo, l’ossigeno o gli aromi. Il progetto HyperBioCoat, finanziato dall’UE, ha affrontato questa sfida sviluppando e testando nuovi rivestimenti organico-inorganici ibridi biodegradabili per l’uso in imballaggi per alimenti, cosmetici e dispositivi medici. «Abbiamo sviluppato un materiale di rivestimento a base di biopolimeri estratti dalla biomassa lignocellulosica combinandoli con la classe di materiali bioORMOCER®», afferma il coordinatore del progetto Stefan Hanstein, di Fraunhofer IWKS. I bioORMOCER® sono rivestimenti biodegradabili a base biologica, sviluppati dall’Istituto Fraunhofer per la ricerca sui silicati.
Biopolimeri da residui di mela
I membri del consorzio hanno studiato i rivestimenti barriera biodegradabili per i materiali da imballaggio in plastica in cui i biopolimeri sono derivati da residui di frutta fibrosa (lignocellulosa). Secondo Hanstein: «Una delle maggiori sfide del progetto ha riguardato la ricerca del residuo di frutta corretto per l’estrazione della lignocellulosa e la modifica dell’emicellulosa per creare le proprietà desiderate». La polpa di mela depectinizzata (il principale rifiuto solido generato nelle fabbriche che producono sidro e succo di mela) ha funzionato bene come materia prima. «Il processo sviluppato è una combinazione di estrazione e idrolisi parziale (estrazione intensificata). Fornisce 1 kg di polimero di carboidrati da 25 kg di polpa secca, con il potenziale per raddoppiare la resa», spiega Hanstein. I ricercatori hanno anche approfondito possibili applicazioni industriali per altri tipi di residui di frutta, quali la polpa di bacche e i gusci di cacao per nuovi sistemi di produzione alimentare e per l’industria biotecnologica. Essi hanno dimostrato un percorso per la modifica chimica dei polimeri di carboidrati che raggiunge la necessaria compatibilità con la lacca. «Questo ha dimostrato come il nuovo rivestimento polimerico a base biologica e biodegradabile possa essere facilmente applicato su scala industriale e apra la strada a ulteriori applicazioni nel settore», commenta Hanstein. Il passo successivo è stato quello di adattare il rivestimento barriera ai diversi materiali di supporto, una fase che ha coinvolto substrati in biopolimero flessibile e rigido e test per le applicazioni di imballaggio. Secondo Hanstein: «Questo approccio migliora le proprietà dei materiali da imballaggio e dei materiali riciclabili biocompatibili utilizzando un rivestimento barriera biodegradabile».
Impatto ambientale ridotto
La produzione di flaconi per la cosmetica a base di cera rinforzata con fibre è stata portata a livello industriale rendendo il materiale compatibile con lo stampaggio ad iniezione. Hanstein osserva: «Il partner del progetto, Stefanski Design, ha iniziato a utilizzare una colata a rovesciamento, un approccio di fabbricazione artigianale che produce prototipi per un bio resort di lusso leader in Spagna. Nell’ambito del progetto HYPERBIOCOAT, il materiale di base è stato ulteriormente sviluppato ed è ora compatibile con la produzione di stampaggio a iniezione su larga scala». I partner del progetto hanno anche dimostrato una nuova struttura di estrazione magra di biomassa che può essere installata in piccole bioraffinerie. La struttura copre una vasta gamma di applicazioni, dalla fornitura di materie prime su misura per i processi di fermentazione (ad esempio il biogas) e per nuovi sistemi di produzione alimentare, quali la coltura degli insetti, alla distribuzione di estratti di erbe con composti bioattivi, quali gli antimicrobici naturali. HYPERBIOCOAT giova all’ambiente grazie alla sua minore impronta di CO2 e alla conservazione delle risorse naturali: La catena di approvvigionamento non richiede ulteriori aree di coltivazione né forniture aggiuntive di acqua, fertilizzanti e pesticidi. Inoltre, l’industria di trasformazione alimentare beneficerà di una nuova catena del valore per le sue risorse fibrose. «Il vantaggio di questi residui è che non competono con gli alimenti per animali o con la produzione alimentare e forniscono materie prime abbondanti per materiali da imballaggio in plastica compostabili e riciclabili», osserva Hanstein. Il progetto HYPERBIOCOAT ha ricevuto finanziamenti dall’impresa comune per le bioindustrie, un partenariato pubblico-privato tra l’UE e l’industria.
Parole chiave
HYPERBIOCOAT, imballaggio, polimero, biodegradabile, lignocellulosa, emicellulosa, impronta di CO2