ATENA

Advanced TEchnology for NAnocoating

Progetto di ricerca e innovazione dedicato alla creazione di imballaggi attivi e ecosostenibili, che sfruttano le potenzialità delle nanotecnologie avanzate

L’obiettivo è sviluppare imballaggi in grado di proteggere naturalmente gli alimenti da contaminazioni microbiche, prolungandone la freschezza e la durata. Grazie all’uso di tecniche innovative e sostenibili, ATENA riduce al minimo l’impiego di conservanti chimici, offrendo soluzioni più sicure, naturali e rispettose dell’ambiente.

Molecole antimicrobiche e antifungine

Queste molecole derivano da estratti vegetali ottenuti tramite estrazione con fluidi supercritici (CO₂), una tecnologia che permette di estrarre composti bioattivi dalle piante in modo sostenibile. Questi estratti naturali, ricchi di principi attivi antimicrobici e antifungini, proteggono gli alimenti da contaminazioni microbiche e fungine, migliorando la sicurezza alimentare.

Molecole inorganiche scavengers di ossigeno ed etilene

Molecole inorganiche, selezionate per la loro capacità di assorbire o eliminare l’ossigeno e l’etilene all’interno degli imballaggi. L’ossigeno, infatti, accelera il deterioramento e l’ossidazione degli alimenti, mentre l’etilene stimola la maturazione di frutta e verdura. Questi scavengers inorganici riducono la concentrazione di questi gas, rallentando i processi di ossidazione e prolungando la shelf life degli alimenti.

L’integrazione di queste due tipologie di molecole (naturali e inorganiche) all’interno delle matrici polimeriche che compongono gli imballaggi garantisce due principali effetti combinati:

Protezione contro contaminazioni microbiche e fungine: gli estratti vegetali con proprietà antimicrobiche e antifungine impediscono la proliferazione di batteri e funghi, mantenendo gli alimenti sicuri e freschi per più tempo.
Prevenzione dell’ossidazione e del deterioramento: gli scavengers di ossigeno ed etilene proteggono gli alimenti da danni causati da questi gas, preservando la loro freschezza, il sapore e la qualità nutrizionale.

Il risultato è un imballaggio attivo e multifunzionale che non solo protegge gli alimenti da contaminazioni microbiche, ma ne ottimizza anche la conservazione attraverso il controllo ambientale all’interno del pacchetto. Questo approccio consente di ridurre significativamente l’uso di conservanti chimici, offrendo una soluzione più sana, sostenibile e rispettosa dell’ambiente.

Lo Scenario

Negli ultimi anni, il settore del packaging alimentare ha subito trasformazioni significative, influenzato dalla crescente consapevolezza dei consumatori riguardo alla sostenibilità ambientale e dalla necessità di soluzioni innovative per prolungare la shelf-life dei prodotti alimentari. Con l’aumento della domanda di cibi freschi, non trattati e privi di conservanti chimici, l’industria è chiamata a rispondere a una doppia sfida: garantire la sicurezza alimentare e ridurre l’impatto ambientale degli imballaggi. Secondo i rapporti dell’UNEP (United Nations Environment Programme), ogni anno milioni di tonnellate di plastica finiscono negli oceani, con gravi conseguenze per l’ecosistema marino e per la salute umana. Le soluzioni basate su materiali biodegradabili, su estratti naturali e su tecnologie avanzate, come la nanoformulazione, stanno guadagnando terreno come risposte innovative. In questo contesto, ATENA punta a fornire soluzioni concrete, che vanno oltre il semplice imballaggio, introducendo innovazioni in grado di ridurre l’impatto ambientale attraverso l’uso di tecnologie a bassa impronta ecologica, come la nanoformulazione di estratti vegetali e l’estrazione con fluidi supercritici.

Innovazione bioattiva

Il potenziale antimicrobico delle piante

Le piante sono una fonte ricca e naturale di composti bioattivi con straordinarie proprietà antimicrobiche, antifungine e antivirali. Nel progetto ATENA, la ricerca si concentra sull’isolamento e sull’estrazione di questi principi attivi da piante medicinali, utilizzando tecniche avanzate come l’estrazione con CO₂ supercritico. Questa tecnologia consente di ottenere estratti puri e altamente concentrati, preservando al massimo la qualità dei composti attivi. Molte piante contengono una vasta gamma di molecole con comprovate proprietà antibatteriche e antifungine, che le rendono ideali per applicazioni nel settore del packaging alimentare. Tra questi composti ci sono gli oli essenziali, i flavonoidi, i terpenoidi, e le saponine, che hanno dimostrato di inibire la crescita di batteri patogeni e funghi, contribuendo così a migliorare la sicurezza alimentare. I fitoestratti derivati dalle piante vengono studiati per la loro capacità di integrarsi nelle matrici polimeriche degli imballaggi, creando una protezione naturale contro la proliferazione microbica e antifungina, senza la necessità di aggiungere conservanti chimici. Questo permette di sfruttare le proprietà antimicrobiche e antiossidanti delle piante direttamente nel materiale di imballaggio.

Per garantire che questi composti siano efficaci a lungo, vengono nanoformulati. In altre parole, i principi attivi vegetali vengono incapsulati in particelle di dimensioni nanometriche, cioè estremamente piccole (nell’ordine dei nanometri, 1 miliardesimo di metro). Questa nanoformulazione permette di migliorare la stabilità e la disponibilità dei composti attivi, proteggendoli da fattori esterni che potrebbero comprometterli e garantendo una liberazione graduale e controllata all’interno del packaging.

Scavengers di Ossigeno ed Etilene: molecole “spazzine” per il packaging attivo

Nel contesto del nostro progetto, il termine “scavengers” si riferisce a molecole “spazzine” che hanno la capacità di assorbire o neutralizzare determinati gas dannosi per la qualità degli alimenti.

Gli scavengers sono integrati direttamente nei materiali di imballaggio e svolgono un ruolo cruciale nel prolungare la shelf life dei prodotti freschi e nel mantenere la loro freschezza e qualità. I due principali tipi di scavengers di interesse sono quelli per ossigeno ed etilene.

L’ossigeno è uno degli elementi principali che favorisce il deterioramento degli alimenti. Quando gli alimenti sono esposti all’ossigeno, subiscono processi di ossidazione, che portano a:

Degrado nutrizionale (perdita di vitamine, proteine e altre sostanze nutritive).
Alterazione di sapore, colore e odore (ad esempio, il burro che diventa rancido o la carne che cambia colore).
Crescita di microrganismi (come batteri e muffe) che accelerano il deterioramento.

Gli scavengers di ossigeno sono molecole che agiscono assorbendo l’ossigeno presente nell’ambiente di confezionamento. Così facendo, riducendo la concentrazione di ossigeno, impediscono i processi di ossidazione e rallentano il deterioramento degli alimenti.

L’etilene è un gas naturale che viene prodotto da molta frutta e verdura durante la loro maturazione. Tuttavia, l’etilene accelera il processo di maturazione e deterioramento dei prodotti freschi. Prodotti sensibili all’etilene, come mele, banane, pomodori e peperoni, possono deteriorarsi rapidamente a causa di questo gas.

Le molecole scavengers di etilene sono in grado di assorbire o neutralizzare l’etilene all’interno dell’imballaggio, prevenendo la maturazione prematura e riducendo la perdita di qualità dei prodotti freschi. Questo aiuta a mantenere la freschezza e la sicurezza degli alimenti per un periodo più lungo.

Approcci tecnologici

Estrazione con CO₂ supercritica

Nel progetto ATENA, la tecnologia di estrazione con CO2 supercritica viene utilizzata per ottenere estratti vegetali di alta qualità, ricchi di composti bioattivi con proprietà antimicrobiche, antiossidanti e antifungine. Questi estratti, estratti da piante medicinali selezionate, saranno integrati in imballaggi attivi multifunzionali, migliorando la protezione degli alimenti contro contaminazioni microbiche e fungine, e prolungandone la freschezza e la durata.

L’estrazione con CO₂ supercritica è una tecnica innovativa che utilizza l’anidride carbonica in uno stato supercritico, dove le proprietà di gas e liquido si combinano, permettendo di estrarre composti bioattivi dalle piante in modo particolarmente selettivo e senza l’uso di solventi chimici dannosi.

La CO₂ supercritica è in grado di penetrare facilmente nelle strutture vegetali, estraendo con grande efficienza molecole attive come antiossidanti, antimicrobici e altre sostanze benefiche.

Questo processo non solo preserva l’integrità e la purezza dei composti estratti, ma contribuisce anche a ridurre l’impatto ambientale, poiché la CO₂ è un solvente naturale e riciclabile. In questo modo, otteniamo estratti vegetali di alta qualità, pronti per essere utilizzati nella produzione di imballaggi attivi senza compromettere la sicurezza e la salute del consumatore.

Nanoformulazione

Il processo di nanoformulazione prevede che i composti attivi, come gli estratti vegetali derivanti dalla CO₂ supercritica, vengano incapsulati in nanoparticelle o in nanocapsule.

La nanoformulazione rende i composti bioattivi, come gli estratti vegetali e gli scavengers, più stabili e duraturi. Le nanoparticelle che vengono create proteggono questi composti, impedendo che si degradino a causa di fattori come luce, calore o ossidazione. In pratica, gli estratti vegetali e gli scavengers rimangono più protetti e più efficaci nel tempo.

Inoltre, queste particelle permettono un rilascio controllato dei principi attivi, ossia gli estratti vegetali o gli scavengers non vengono rilasciati tutti in una volta, ma in modo graduale. Così, l’effetto protettivo sull’alimento dura più a lungo, senza necessità di riapplicazioni o aggiustamenti.

Le nanoparticelle sono anche facili da integrare nei materiali polimerici che costituiscono gli imballaggi. Questo aiuta a distribuire i principi attivi in modo uniforme all’interno dell’imballaggio, evitando che si separino o si accumulino in determinati punti. In questo modo, l’azione protettiva contro la contaminazione microbica o l’ossidazione è omogenea e costante su tutta la superficie dell’imballaggio, migliorando l’efficacia del prodotto finale. Nel progetto ATENA, i composti attivi come gli estratti vegetali ottenuti tramite CO₂ supercritica saranno trasformati in nanoformulati grazie a un impianto prototipale dedicato.