Un materiale ecosostenibile derivato da gusci di granchio e fibre di alberi potrebbe sostituire l'imballaggio di plastica flessibile utilizzato per mantenere gli alimenti freschi, secondo una nuova ricerca del Georgia Institute of Technology.

I ricercatori hanno sviluppato un metodo per spruzzare più strati di chitina dai gusci di granchio e cellulosa dagli alberi per formare un film flessibile simile agli imballaggi di plastica.

La ricerca arriva in un momento in cui il mercato dei prodotti di consumo realizzati con risorse sostenibili e rinnovabili è sempre più in crescita.

La ricerca è pubblicata sulla rivista ACS Chimica e ingegneria sostenibili.

Ispirato da materiali naturali

I ricercatori hanno iniziato a lavorare sul materiale dopo aver trovato ispirazione dai nanocristalli di cellulosa e dalle nanofibre di chitina nel loro lavoro precedente.

I materiali sono due dei biopolimeri naturali più comuni: la cellulosa, che proviene dalle piante, è la più comune, seguita dalla chitina, che si trova nei molluschi, negli insetti e nei funghi.

"Abbiamo esaminato i nanocristalli di cellulosa per diversi anni ed esplorato modi per migliorarli da utilizzare nei compositi leggeri e negli imballaggi alimentari, a causa dell'enorme opportunità di mercato per gli imballaggi rinnovabili e compostabili e dell'importanza degli imballaggi alimentari nel complesso mentre la popolazione continua a crescere ", J. Carson Meredith, un professore della Georgia Tech's School of Chemical and Biomolecular Engineering, ha detto in una dichiarazione.

Stavano studiando la chitina per un motivo non correlato quando hanno avuto l'idea di unire i due insieme.

"Il nostro interesse originale è stato ispirato da un insetto chiamato scarabeo bianco, dove la parte anteriore esterna in chitina è di un colore bianco brillante", ha detto Meredith.

"Stavamo cercando di copiare questo colore bianco in un materiale rinnovabile, ma abbiamo scoperto che potevamo realizzare anche delle belle pellicole trasparenti ".

Hanno riconosciuto che le nanofibre di chitina sono caricate positivamente e i nanocristalli di cellulosa sono caricati negativamente e hanno deciso di testare i due come strati alternati in un rivestimento.

“Si completano a vicenda nel formare una struttura densa e impenetrabile perché sono entrambi cristallini e hanno carica opposta. Ci sono studi che indicano che questi composteranno bene insieme (una volta scartati) ”, ha detto Meredith.

Sviluppo del prodotto

Il team ha sviluppato un metodo per creare un film sospendendo nanofibre di cellulosa e chitina in acqua e spruzzandole su una superficie in strati alternati.

Una volta che il materiale è completamente essiccato, il risultato è un film flessibile, resistente, trasparente e compostabile.

Non solo imita le proprietà fisiche del film plastico, ma fornisce anche una migliore barriera ai gas che impedisce la fuoriuscita dell'ossigeno, secondo i ricercatori.

Il packaging degli alimenti deve impedire il passaggio dell'ossigeno per preservare il cibo, ei ricercatori hanno scoperto che la struttura cristallina del film crea una barriera migliore per impedire la fuoriuscita di gas.

"È difficile per una molecola di gas penetrare in un cristallo solido, perché deve interrompere la struttura cristallina", ha detto Meredith in una dichiarazione. "Qualcosa come PET [polietilene tereftalato] d'altra parte ha una quantità significativa di contenuto amorfo o non cristallino, quindi ci sono più percorsi più facili da attraversare per una piccola molecola di gas ".

L'importanza delle alternative sostenibili  

I ricercatori hanno utilizzato il PET, uno dei materiali a base di petrolio più comuni negli imballaggi trasparenti, come punto di riferimento per il confronto e hanno scoperto che il loro film mostrava una riduzione fino al 67% della permeabilità all'ossigeno su alcune forme di PET.

Ciò significa che il nuovo materiale potrebbe, in teoria, mantenere il cibo più fresco più a lungo.

Inoltre, la capacità di sostituire i materiali a base di petrolio nei prodotti di consumo potrebbe avere un enorme impatto sull'ambiente, ha spiegato Meredith.

"La riduzione della quantità di plastica non degradabile negli oceani e nelle discariche è una delle ragioni principali", ha affermato Meredith.

“Un altro è che l'inevitabile allontanamento a lungo termine dal petrolio come fonte di energia (che potrebbe richiedere decenni) richiederà la ricerca di altre fonti di materiali. La maggior parte delle plastiche derivate dal petrolio sono costituite da sottoprodotti della raffinazione del petrolio per produrre energia. Se non abbiamo più quel flusso di materiale, è necessaria un'altra fonte.

“Infine, gli Stati Uniti e l'Europa hanno ampie foreste, anzi surplus. Usarli in modo sostenibile e la crescita a rotazione fa bene alle foreste e aiuta a ridurre gli incendi boschivi ".

Prossimi passi

Con la quantità di cellulosa già prodotta e una scorta facilmente disponibile di sottoprodotti ricchi di chitina lasciati dall'industria alimentare dei molluschi, Meredith ritiene che probabilmente ci sia materiale più che sufficiente per rendere questo imballaggio una valida alternativa alla plastica.

Tuttavia, i ricercatori hanno ancora del lavoro da fare. Per uno, sono necessarie ulteriori ricerche per migliorare la capacità del materiale di bloccare il vapore acqueo e i metodi per produrre chitina potrebbero essere migliorati.

Ma forse la cosa più importante è che i ricercatori devono rendere il nuovo materiale competitivo rispetto agli imballaggi in plastica in termini di costi.

“Dovrà diventare conveniente, altrimenti non diventerà commerciale. In questo momento è su scala di laboratorio e i processi devono essere progettati per produrre grandi volumi ", ha affermato Meredith.

“Non credo che questa sfida sia più significativa della sfida di dire fare la carta in modo economico; quindi, dovrebbe essere possibile farlo con gli investimenti. "