ITMI20082064A1 - Metodo per la produzione di un film di materia termoplastica contenente una sostanza ad attività antimicrobica e utilizzo di tale film nella produzione di confezioni per alimenti - Google Patents
Metodo per la produzione di un film di materia termoplastica contenente una sostanza ad attività antimicrobica e utilizzo di tale film nella produzione di confezioni per alimentiInfo
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Description
DESCRIZIONE
Campo di applicazione
La presente invenzione si riferisce al settore deirindustria alimentare, con particolare riferimento a quella degli imballaggi per alimenti.
In particolare l’invenzione riguarda un metodo per la produzione di un film di materia termoplastica contenente sostanze con attività antimicrobica, adatto alla preparazione di confezioni per alimenti freschi in grado di aumentare la durata di conservazione di tali alimenti.
Arte nota
Sono stati sviluppati negli ultimi anni sistemi “attivi†di confezionamento di alimenti freschi (ad es. carne, pesce, formaggi, frutta o verdura), basati su materiali polimerici nei quali sono stati incorporati additivi dotati di proprietà antimicrobiche e/o antiossidanti. Tali materiali vengono utilizzati per formare contenitori rigidi o flessibili, con i quali si realizzano confezioni che assicurano un prolungamento della conservazione degli alimenti a temperatura ambiente o di frigorifero.
La sostanza attiva inglobata in tali imballaggi, a contatto con l’alimento, sia esso solido o liquido, con un’azione molto specifica, mirata e per questo generalmente molto efficace, riesce a rallentare o ad inibire completamente i fenomeni degradativi (di tipo microbiologico o ossidativi) responsabili della inaccettabilità del prodotto alimentare conservato e confezionato e a prolungare quindi la sua “shelf fife†.
Parallelamente à ̈ cresciuta la sensibilità ambientale dei consumatori ed à ̈ aumentata la richiesta di confezioni per alimenti che siano realizzate con materie riciclabili e possibilmente anche biodegradabili, per ridurre il relativo impatto ambientale. Anche riguardo agli additivi con azione antimicrobica e/o antiossidante si richiede sempre più frequentemente che essi siano il più possibile "naturali†, per evitare il rischio di reazioni allergiche o intossicazioni.
I sistemi attivi finora sviluppati generalmente utilizzano materie plastiche e/o additivi che non si conciliano con la richiesta di cui sopra e nei pochi casi in cui vengono utilizzati materiali polimerici riciclabili e/o biodegradabili e additivi naturali, le tecniche utilizzate per la produzione dei film o foglie di materia plastica sono inadatte ad un’applicazione industriale.
Ad esempio, à ̈ stato proposto da Sebastien F. et al., (“Novel biodegradable films made from chitosan and poly{lactic acid) with antifungal properties against mycotoxinogen strains†, Carbohydrate Polymers 65, 185-193, 2006), un film di PLA caricato con chitosano dotato di proprietà inibitorie nei confronti di ceppi fungini micotossinogeni. Tale film viene ottenuto mediante la tecnica di “solvent casting†, in cui il polimero e la sostanza attiva sono entrambi disciolti in un solvente e il film viene poi ottenuto mediante evaporazione del solvente.
Una simile tecnica non à ̈ adatta per un’applicazione industriale, perché industrialmente i film plastici vengono ottenuti, con costi decisamente inferiori, mediante estrusione.
Fino ad oggi sono stati fatti pochissimi studi sullo sviluppo di film biodegradabili antimicrobici mediante procedimenti di estrusione, perché le elevate temperature e pressioni raggiunte airintemo dell’estrusore possono intaccare la stabilità chimica del composto antimicrobico incorporato (che generalmente à ̈ sensibile al calore e termicamente instabile) e ridurne l’efficacia sui microrganismi responsabili del deterioramento degli alimenti.
Sommario delllnvenzione
Il problema alla base della presente invenzione à ̈ stato quello di mettere a disposizione un metodo per la produzione di film di materia termoplastica incorporanti sostanze con attività antimicrobica, che utilizzi la tecnologia dell’estrusione senza che ciò comporti una sostanziale perdita di attività della sostanza in questione.
Un simile problema à ̈ stato risolto da un metodo che comprende le fasi di:
a) mettere a disposizione un polimero termoplastico avente una temperatura di fusione inferiore o uguale a 160°C e almeno una sostanza con attività antimicrobica scelta nel gruppo costituito da lisozima, timolo ed estratto di limone;
b) miscelare i suddetti componenti, riscaldando ad una temperatura inferiore o uguale a 160°C, ottenendo una miscela omogenea,
c) sottoporre detta miscela a compressione in una pressa riscaldata alla stessa temperatura di cui alla fase b);
d) raffreddare sotto compressione fino ad una temperatura inferiore o uguale a 40°C, ottenendo strisce, che vengono suddivise in spezzoni;
e) alimentare detti spezzoni in un estrusore munito di trafila e di mezzi riscaldanti per portare la temperatura al suo interno ad un valore inferiore o uguale a 160°C;
f) estrudere attraverso la trafila il suddetto film.
Il suddetto polimero termoplastico à ̈ preferibilmente scelto dal gruppo comprendente polietilene a bassa densità (LDPE), acido polilattico (PLA) e policaprolattone (PCL).
La temperatura di riscaldamento nella fase b) Ã ̈ preferibilmente compresa tra 80 e 160°C.
La temperatura nella zona dell’estrusore in corrispondenza della trafila à ̈ preferibilmente compresa tra 1 10°C e 140°C.
La miscela viene generalmente sottoposta, nella fase c), ad una pressione di almeno 30 bar e preferibilmente compresa fra 40 e 60 bar.
La suddetta sostanza ad attività antimicrobica à ̈ generalmente contenuta nella suddetta miscela in quantità variabile da 1 a 20%, preferibilmente da 3 a 15%, in peso sul peso totale della miscela.
Le percentuali indicate qui di seguito, salvo indicazioni contrarie, sono da intendersi in peso sul peso totale della miscela.
In particolare, per il lisozima sono preferite quantità comprese tra il 3 e il 10%; per il timolo tra il 7 e il 15% e per l’estratto di limone tra il 3 e il 7%.
Un polimero termoplastico particolarmente preferito per il metodo secondo l’invenzione à ̈ il PCL. Quando si utilizza tale polimero, la temperatura di riscaldamento della miscela aH’intemo dell’estrusore à ̈ preferibilmente inferiore o uguale a 120°C e convenientemente compresa tra 80 e 120°C.
La suddetta fase c) di compressione viene protratta generalmente per un tempo compreso fra 1 e 5 minuti.
In un altro aspetto, l’invenzione riguarda un film termoplastico a base di un polimero scelto dal gruppo comprendente polietilene a bassa densità (LDPE), acido polilattico (PLA) e policaprolattone (PCL) e contenente una sostanza con attività antimicrobica scelta nel gruppo costituito da lisozima, timolo ed estratto di limone, ottenibile mediante il metodo sopra descritto.
Preferibilmente, il suddetto film à ̈ ottenuto a partire da una miscela contenente da 1 a 20%, convenientemente da 3 a 15%, della suddetta sostanza con attività antimicrobica.
In un ulteriore aspetto, la presente invenzione riguarda un contenitore per alimenti, ad esempio una vaschetta, realizzato mediante termoformatura del film summenzionato.
Breve descrizione dei disegni
La Figura la à ̈ un grafico che riporta la concentrazione di cellule vitali di M. lysodeikticus in funzione del tempo in sospensioni cellulari messe a contatto con campioni di film di LDPE secondo l’invenzione, contenenti lisozima.
La Figura lb à ̈ un grafico che riporta la concentrazione di cellule vitali di M. lysodeikticus in funzione del tempo in sospensioni cellulari messe a contatto con campioni di film di PLA secondo l’invenzione, contenenti lisozima.
La Figura le à ̈ un grafico che riporta la concentrazione di cellule vitali di M. lysodeikticus in funzione del tempo in sospensioni cellulari messe a contatto con campioni di film di PCL secondo l’invenzione, contenenti lisozima.
La Figura 2a à ̈ un grafico che riporta l’assorbanza normalizzata in funzione del tempo di sospensioni cellulari di Pseudomonas spp. messe a contatto con campioni di film di PCL secondo rinvenzione, contenenti estratto di limone.
La Figura 2b à ̈ un grafico che riporta i’assorbanza normalizzata in funzione del tempo di sospensioni cellulari di Pseudomonas spp. messe a contatto con campioni di film di PCL secondo l’invenzione, contenenti timolo.
Descrizione dettagliata
Le ricerche effettuate dalle Richiedenti allo scopo di risolvere il problema tecnico più sopra enunciato, utilizzando in particolare polimeri dotati perlomeno di caratteristiche di ottima riciclabilità e possibilmente anche di biodegradabilità , hanno condotto alla selezione di tre polimeri e precisamente l’acido polilattico (PLA), il policaprolattone (PCL) e il polietilene a bassa densità (LDPE).
Il PLA, in particolare, à ̈ dotato di biodegradabilità ed à ̈ ottenuto da fonti agricole rinnovabili. Il policaprolattone (PCL) à ̈ ottenuto da fonti petrolifere ma à ̈ biodegradabile ed ha una bassa temperatura di transizione vetrosa e un basso punto di fusione. L’LDPE infine à ̈ facilmente riciclabile.
A titolo di esempio non limitativo si riportano qui di seguito le condizioni sperimentali utilizzate in una forma di realizzazione del metodo secondo la presente invenzione.
Lisozima e timolo sono stati fomiti da Sigma-Aldrich (Italia) e l’estratto di limone à ̈ stato acquistato da Spenser Food Industriai (Amsterdam).
Si à ̈ utilizzata una procedura in tre fasi. La prima fase consiste nel miscelare la matrice polimerica (LDPE, PLA o PLC) con una delle tre sostanze attive (lisozima, timolo o estratto di limone), utilizzando un mixer Rheomix<®>600 Haake (Germania). Il contenitore del mixer (volume di 50 cm<3>) à ̈ stato riempito con 50 g di massa totale. La velocità di rotazione e il tempo di miscelazione sono stati 20 rpm e 5 minuti. La temperatura di miscelazione à ̈ stata di 155°C, 140°C e 80°C per PLA, LDPE e PCL, rispettivamente.
Nella seconda fase à ̈ stata utilizzata una pressa riscaldante P300P (Collin, Germania), per preparare strisce dello spessore di 1 mm. In tale pressa la miscela à ̈ stata compressa per 3 minuti a 50 bar, ad una temperatura uguale a quella di miscelazione, e successivamente raffreddata a 30°C sempre sotto pressione, ottenendo delle strisce. Le strisce sono state poi tagliate in piccoli pezzi allo scopo di ottenere un materiale adatto ad essere alimentato in un estrusore.
I pezzi così ottenuti sono stati alimentati in un estrusore bivite corotante (Prism Eurolab 16, Thermo Electron Corporation), dotato di trafila a testa piana della lunghezza di 10 cm. Il cilindro dell’estrusore comprendeva 7 zone (lunghezza totale 40 cm); ciascuna zona era dotata di apparecchi di riscaldamento a temperatura indipendente. I pezzi summenzionati sono stati introdotti nell'estrusore utilizzando un alimentatore a singola vite. La velocità di rotazione deH'alimentatore à ̈ stata fissata a 5 rpm mentre la velocità della vite à ̈ stata di 55 rpm, per tutti i materiali polimerici utilizzati. La temperatura delle zone di alimentazione, delle zone intermedie e della zona finale dell’estrusore sono state mantenute a 135-150-140°C, 1 10-135-130°C e 80-115-110°C per PLA, LDPE e PCL rispettivamente.
Sono state utilizzate le seguenti miscele:
PLA 97%-lisozima 3%; PLA 95%-lisozima 5%; PLA 90%-lisozima 10%
PLA 93%-timolo 7%; PLA 90%-timolo 10%; PLA 85%-timolo 15%
PLA 97%-est. limone 3%; PLA 95%-est. limone 5%; PLA 93%-est. limone 7%
LDPE97%-lisozima 3%;LDPE 95%-lisozima 5%;LDPE 90%-lisozima 10%
LDPE 93%-timolo 7%; LDPE 90%-timolo 10%; LDPE 85%-timolo 15%
LDPE 97%-est.lìmone 3%; LDPE 95%-est.limone 5%; LDPE93%-est. limone 7%
PCL 97%-lisozima 3%; PCL 95%-lisozima 5%; PCL 90%-lisozima 10%
PCL 93%-timolo 7%; PCL 90%-timolo 10%; PCL 85%timolo 15%
PCL 97%-est. limone 3%; PCL 95%-est. limone 5%; PCL 93%-est. limone 7%
Le suddette miscele, sottoposte al metodo secondo l’invenzione, hanno dato luogo a rispettivi film di uguale composizione.
E’ stata valutata l’attività antimicrobica dei film polimerici contenenti le tre sostanze attive.
1.
Per la valutazione dell’attività antimicrobica del film contenente lisozima, à ̈ stato utilizzato Micrococcus lysodeikticus come microrganismo test, in virtù della sua elevata suscettibilità all’enzima attivo.
L’attività del lisozima à ̈ stata determinata dal decremento dell’assorbanza del microrganismo inoculato in tampone fosfato. A tale scopo ima sospensione cellulare di Micrococcus lysodeikdcus liofilizzata (Sigma- Aldrich) à ̈ stata diluita a temperatura ambiente in 610 mL di tampone fosfato (0,1 M, pH 6,8), raggiungendo una concentrazione cellulare di IO<7>UFC/mL. Ciascuno dei film di PCL, LDPE e PLA contenenti lisozima sopra descritti à ̈ stato messo a contatto con la succitata sospensione microbica, utilizzando un rapporto tra volume di soluzione e superficie attiva del film di 2:1. La torbidità della suddetta sospensione, messa in agitazione continua (IKA KS 130 Control GmbH, Germania) à ̈ stata monitorata mediante l’assorbanza a 450 nm (Spettrofotometro UV 1601, Shimadzu) fino al raggiungimento di un valore costante.
L’assorbanza normalizzata à ̈ stata poi usata come una misura della concentrazione cellulare del microrganismo target utilizzato in questi test. Come controllo à ̈ stato misurato il decremento dell’assorbanza della sospensione microbica a contatto con il film senza lisozima e l’assorbanza della sospensione microbica tal quale, ovvero non sottoposta a contatto con alcun film. Tutte le analisi sono state condotte in doppio.
2.
Allo scopo di valutare l’efficacia dei film contenenti estratto di limone o timolo sono stati condotti esperimenti turbidimetrici. L’evidenza della crescita microbica à ̈ stata acquisita mediante la lettura dell’assorbanza a 420 nm, utilizzando uno spettrofotometro (UV 1601 Shimadzu) a intervalli regolari.
Quale microrganismo test à ̈ stato utilizzato un cocktail di 5 ceppi microbici di Pseudomonas spp., isolati da mozzarella deteriorata. Il terreno di coltura utilizzato à ̈ stato il brodo PCB (Piate Count Broth) (Triptone 5g/L, glucosio 1 g/L, estratto di lievito 2,5 g/L).
Inizialmente ciascun ceppo à ̈ cresciuto in piastre di PAB (Pseudomonas Agar Base) a 25°C per 48 ore e poi in brodo di PCB alla stessa temperatura per altri 2 giorni. Volumi uguali della sospensione di ciascun ceppo sono stati combinati e, dopo diluizioni seriali, il cocktail à ̈ stato inoculato in volumi predefiniti di brodo di PCB per effettuare le misure turbidimetriche. La concentrazione finale della carica microbica à ̈ stata di circa IO<5>UFC/mL. Ciascun terreno inoculato à ̈ stato messo a contatto, rispettivamente, con i film di PCL, PLA e LDPE contenenti estratto di limone e timolo sopra elencati e con corrispondenti film privi di sostanza attiva. Il rapporto tra il volume della soluzione e la superficie del film à ̈ stato di 2: 1.
Tutti i campioni preparati sono stati incubati a 25°C, in agitazione continua a media velocità , mediante un agitatore (IKA KS 130 Control GmbH, Germania). Periodicamente à ̈ stata prelevata un'aliquota di 1 mL da ciascun campione, per misurarne l’assorbanza. L’assorbanza normalizzata à ̈ stata successivamente utilizzata come misura della concentrazione cellulare del cocktail target. Tutte le analisi sono state condotte in doppio.
A titolo di esempio si riportano i risultati ottenuti nel test con Micrococcus lysodeikticus descritto al punto 1.
Le Figure da la a le riportano in un grafico la concentrazione di cellule vitali di Micrococcus lysodeikticus in funzione del tempo per campioni di sospensioni cellulari poste a contatto con campioni di film secondo l’invenzione, contenenti lisozima. A scopo di confronto sono riportate nei grafici anche le concentrazioni di cellule vitali per campioni di sospensioni cellulari di controllo e per campioni di sospensioni cellulari poste a contatto con campioni di film privi di sostanza antimicrobica.
Si nota chiaramente dai tre grafici che tutti i film incorporanti lisozima secondo la presente invenzione sono in grado di ridurre significativamente la concentrazione di cellule vitali di Micrococcus lysodeikticus in confronto ai controlli e ai film privi di sostanza antimicrobica, con un effetto particolarmente accentuato per i film secondo l’invenzione a base di PCL.
Ciò dimostra che l’attività antimicrobica del lisozima incorporato nel film si à ̈ mantenuta a un buon livello nonostante i trattamenti meccanici e termici subiti nelle varie fasi del metodo secondo la presente invenzione.
L’attività antimicrobica à ̈ stata confermata anche nei test effettuati su Pseudomonas spp. secondo la procedura descritta al precedente punto 2.
Si riportano qui di seguito, a titolo di esempio, i risultati ottenuti per i film secondo l’invenzione a base di PCL.
Le Figure 2a e 2b riportano in un grafico l’assorbanza corretta a 420 nm in funzione del tempo per campioni di sospensioni cellulari di Pseudomonas spp. poste a contatto con campioni di film secondo l’invenzione, contenenti rispettivamente estratto di limone e timolo. A scopo di confronto sono riportate nei grafici anche le assorbanze corrette per campioni di sospensioni cellulari di controllo e per campioni di sospen sioni cellulari poste a contatto con campioni di film privi di sostanza antimicrobica.
Si nota chiaramente dai due grafici che i film incorporanti estratto di limone o timolo secondo la presente invenzione sono in grado di ridurre significativamente la concentrazione di cellule vitali di Pseudomonas spp. in confronto ai controlli e ai film privi di sostanza antimicrobica.
Claims (10)
- RIVENDICAZIONI 1 . Metodo per la produzione di un film di materia termoplastica incorporante sostanze con attività antimicrobica, comprendente le fasi di: a) mettere a disposizione un polimero termoplastico avente una temperatura di fusione inferiore o uguale a 160°C e almeno una sostanza con attività antimicrobica scelta nel gruppo costituito da lisozima, timolo ed estratto di limone; b) miscelare detti componenti, riscaldando ad una temperatura inferiore o uguale a 160°C, ottenendo una miscela omogenea, c) sottoporre detta miscela a compressione in una pressa riscaldata alla stessa temperatura di cui alla fase b); d) raffreddare sotto compressione fino ad una temperatura inferiore o uguale a 40°C, ottenendo strisce, che vengono suddivise in spezzoni; e) alimentare detti spezzoni in un estrusore munito di trafila e di mezzi riscaldanti per portare la temperatura al suo interno ad un valore inferiore o uguale a 160°C; f) estrudere detto film attraverso la trafila.
- 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui detto polimero termoplastico à ̈ scelto dal gruppo comprendente polietilene a bassa densità (LDPE), acido polilattico (PLA) e policaprolattone (PCL).
- 3. Metodo secondo la rivendicazione 2, in cui la temperatura di riscaldamento nella fase b) Ã ̈ compresa tra 80 e 160°C.
- 4. Metodo secondo la rivendicazione 3, in cui la temperatura nella zona dell’estrusore in corrispondenza della trafila à ̈ compresa tra 110°C e 140°C.
- 5. Metodo secondo una qualunque delle rivendicazioni da 2 a 4, in cui detta miscela viene sottoposta, nella fase c), ad una pressione di almeno 30 bar e preferibilmente compresa fra 40 e 60 bar.
- 6. Metodo secondo una qualunque delle rivendicazioni da 2 a 5 in cui la almeno una sostanza ad attività antimicrobica à ̈ contenuta nella suddetta miscela in quantità variabile da 1 a 20%, preferibilmente da 3 a 15%, in peso sul peso totale della miscela.
- 7. Metodo secondo la rivendicazione 6, in cui detta sostanza ad attività antimicrobica à ̈ lisozima, contenuto in quantità comprese tra il 3 e il 10%, oppure limolo, contenuto in quantità comprese tra il 7 e il 15%, oppure estratto di limone, contenuto in quantità comprese tra il 3 e il 7%.
- 8. Metodo secondo una qualunque delle rivendicazioni da 2 a 7, in cui detto polimero termoplastico à ̈ PCL e la temperatura di riscaldamento di detta miscela all’interno dell’estrusore à ̈ inferiore o uguale a 120°C, preferibilmente compresa tra 80 e 120°C.
- 9. Film termoplastico a base di un polimero scelto dal gruppo comprendente polietilene a bassa densità (LDPE), acido polilattico (PLA) e policaprolattone (PCL) e contenente una sostanza con attività antimicrobica scelta nel gruppo costituito da lisozima, timolo ed estratto di limone, ottenibile mediante il metodo secondo una qualunque delle rivendicazioni da 2 a 8.
- 10. Contenitore per alimenti prodotto per termoformatura del film secondo la rivendicazione 9.
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