Riassunto analitico
Il packaging è una disciplina socio-scientifica il cui obbiettivo è garantire la consegna di beni al consumatore finale nelle migliori condizioni previste per il loro uso. Film e rivestimenti biodegradabili rappresentano un'interessante alternativa ai materiali plastici convenzionali. Il presente progetto ha avuto l’obbiettivo di produrre film compositi in idrossipropil-metilcellulosa (HPMC) e chitosano arricchiti con estratti vegetali di origine erbacea, nell’ottica dello sviluppo di materiali di imballaggio bioattivi con funzione antiossidante.
Sono stati prodotte separatamente soluzioni filmogene costituite da chitosano (1,5% w/v) e HPMC (1,5% w/v). Le due soluzioni filmogene sono state addizionate con glicerolo a scopo plastificante e miscelate in egual volume così da ottenere una soluzione composita. Infine, la soluzione è stata arricchita con due tipologie di estratto (estratto idro-alcolico di salvia e di ortica) a due diverse concentrazioni (7,5 e 15% w/w polimero). Ogni soluzione filmogena è stata preparata separatamente, per un totale di 4 soluzioni (più 1 di controllo, non contenente estratti). I film sono poi stati prodotti attraverso il metodo del casting. Per valutare le performance dei film, sono stati valutati i seguenti parametri: colore e opacità; proprietà di barriera ai raggi UV; contenuto umido (MC), solubilità (WS) e permeabilità all’acqua (WVP); proprietà antimicrobiche; proprietà antiossidante; biodegradabilità.
L’aggiunta degli estratti vegetali ha causato un aumento delle proprietà barriera contro UV e luce visibile, oltre ad un aumento del valore di opacità. Si sono osservate significative variazioni del colore rispetto al film di controllo del valore, quantificate attraverso i parametri b *, a * e ∆E *. Per quanto concerne il contenuto umido (MC) e la permeabilità (WVP), si è osservato un incremento di tali valori per i film con estratto di ortica (rispetto al controllo), mentre una diminuzione del contenuto umido (MC) e un aumento della permeabilità (WVP) per i film con estratto di salvia (rispetto al controllo). Allo stesso tempo, lo spessore dei film con gli estratti e la solubilità all’acqua (WS) dei film con estratto di salvia non hanno subito variazioni significative rispetto al controllo.
I film hanno inibito la crescita di quattro principali batteri patogeni alimentari inclusi Campylobacter jejuni, Escherichia coli, Listeria monocytogenes e Salmonella typhimurium.
I valori più elevati di contenuto polifenolico totale (TPC) che sono stati osservati riguardano i film con la più alta concentrazione di estratti vegetali.
Il valore più alto di capacità antiossidante equivalente al trolox è stato ottenuto nel film incorporato con il 15% di estratto di salvia.
In termini di biodegradabilità, tutti i film si sono completamente degradati dopo sette giorni (in condizioni di bio-degradazione). Ciò li rende adatti potenzialmente all’utilizzo per prodotti freschi/freschissimi.
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Abstract
Packaging is a socio-scientific discipline to guarantee the delivery of goods to the final consumer in the best conditions foreseen for their use. Plastics are the most popular choice of material in the packaging sector mainly due to their low cost, versatility and durability. However, most plastics are non-biodegradable causing environmental problems. Recently, biodegradable films represent as an interesting alternative to conventional plastics for packaging applications. The main aim of this master thesis project is to characterize microstructural, physical, optical, mechanical, water barrier and antioxidant properties of chitosan-hydroxypropyl methylcellulose (CS-HPMC) blend films enriched with sage and nettle plant extracts (7.5% - 15% w/w) for food packaging applications.
Film-forming solutions (FFS) consisting of chitosan (1.5% w/v) and HPMC (1.5% w/v) were produced separately. Glycerol (0.3% of biopolymer) was then added to the two FFS as a plasticizer. The CS-HPMC blend FFS was prepared by mixing CS and HPMC FFSs at 1:1 ratio. Finally, the solution was enriched with two types of plant extracts (hydro-alcoholic extract of sage and nettle) at two different concentrations (7.5 and 15% w /w polymer). CS-HPMC blend FFS without plant extract was used as a control. The films were then produced through the solvent casting method. To evaluate the performance of the films, the following parameters were evaluated: microstructure, color, opacity; UV barrier property, moisture content (MC), water solubility (WS), water vapor permeability (WVP), antimicrobial property, and antioxidant property.
Our results showed that addition of plant extracts caused an increase in barrier properties against UV and visible light, as well as an increase in the opacity value. Significant color variations (L*, a *, b*, and ∆E*) were observed with respect to control film. As regards the moisture content (MC) and permeability (WVP), an increase in these values was observed for the films with nettle extract (compared to the control), while a decrease in the moisture content (MC) and an increase in permeability (WVP) for films with sage extract (compared to control). The water solubility (WS) of the films containing sage extract did not show significant changes compared to the control film.
The growth of four major foodborne pathogenic bacteria including Campylobacter jejuni, Escherichia coli, Listeria monocytogenes, and Salmonella typhimurium was inhibited only under the films using disk diffusion assay. However, inhibition zone was not observed around the films.
The highest values of the total polyphenolic content (TPC) that have been observed concern the films with the highest concentration of plant extracts.
The highest value of antioxidant capacity equivalent to trolox was obtained in the film incorporated with 15% of sage extract.
In terms of biodegradability, all films have completely degraded within seven days (under bio-degradation conditions).
Overall, the characterization of functional properties showed that CS-HPMC films incorporated with sage and nettle plant extracts could be employed as environmentally friendly active food packaging with antimicrobial and antioxidant activity and potential to extend the shelf-life of food product.
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