Fibre commestibili e biodegradabili a base di proteine del latte e cellulosa
Imballaggi alimentari sostenibili, medicazioni per ferite, cosmetici, filtrazione e altro ancora sono tutti settori in cui il lavoro si sta rivelando promettente
Le proteine del latte e la cellulosa derivata dalle piante potrebbero essere la prossima grande novità nel campo della sostenibilità, grazie a un progresso unico nel suo genere realizzato dai ricercatori della Penn State. Grazie all'elettrofilatura, che prevede l'uso di una tensione per forzare una soluzione liquida in una forma conica che si allunga e si trasforma in minuscole fibre quando la soluzione esce da un espulsore, il team ha combinato la proteina del latte caseina con l'idrossipropilmetilcellulosa, un composto noto anche come ipromellosa e derivato da materiale vegetale, per creare nanofibre 1.000 volte più sottili di un capello umano. Hanno poi manipolato queste fibre in tappetini promettenti per una varietà di prodotti, come imballaggi alimentari biodegradabili e persino commestibili.
"In uno studio proof-of-concept, abbiamo dimostrato il successo della fabbricazione di tappeti elettrofilati autonomi ricchi di caseina", ha dichiarato il co-leader del team Federico Harte, professore di scienze alimentari presso il College of Agricultural Sciences. "Le nanofibre elettrofilate a base di proteine sono molto richieste per il loro potenziale utilizzo nell'ingegneria dei tessuti, nelle applicazioni biomediche come le medicazioni delle ferite e per il ruolo emergente nel packaging commestibile, che offre soluzioni sostenibili per la conservazione e la sicurezza degli alimenti".
Nello studio, ora disponibile online e la cui pubblicazione è prevista per il numero di settembre del Journal of Colloid and Interface Science, i ricercatori hanno riferito che la combinazione di caseina arricchita con ipromellosa era elettrofilabile fino a un rapporto cellulosa/caseina di uno a quattro. Tuttavia, le fibre con il minor numero di microsfere, ovvero sezioni irregolari e ispessite, e con la maggiore area superficiale - che le rende più desiderabili per l'inclusione in tappeti - sono state filate da una soluzione con un rapporto cellulosa/caseina di 1:12.
E, novità assoluta, al 100% di umidità relativa i tappetini di fibra hanno reagito chimicamente all'umidità con facilità, trasformandosi in pellicole trasparenti che possono essere utilizzate come involucro per alimenti, hanno suggerito i ricercatori.
"La caseina ha una lunga storia di utilizzo come materiale per usi alimentari e non", ha detto il co-leader del team Gregory Ziegler, illustre professore di scienze alimentari, spiegando che la proteina può migliorare la consistenza degli alimenti e i valori nutrizionali, oltre ad essere utilizzata nella produzione di colle, vernici, rivestimenti per carta, cosmetici e farmaci. "Questa ricerca ne accresce l'utilità dando una nuova forma: le nanofibre".
Questo studio è l'ultimo di una serie di ricerche pubblicate che riguardano l'elettrofilatura della caseina, ha osservato Harte. In precedenza, questo gruppo di ricerca aveva valutato l'elettrofilatura della caseina da sola e della caseina combinata con la carragenina, un additivo alimentare derivato dalle alghe rosse e utilizzato principalmente come addensante, stabilizzante ed emulsionante in vari prodotti alimentari. Tuttavia, i tappetini prodotti in quegli studi contenevano nanofibre deboli e fragili.
In questo studio, i ricercatori hanno testato l'idea di integrare la caseina con l'ipromellosa, ipotizzando che potesse fornire forza e flessibilità alla proteina. Avevano ragione.
"L'idea era quella di creare tappeti a base di caseina, cosa che non era mai stata fatta prima", ha detto Harte. "I nostri primi sforzi con la sola caseina hanno mostrato chiaramente che dovevamo migliorare le proprietà meccaniche dei tappetini, e alla fine abbiamo deciso di aggiungere l'ipromellosa perché pensavamo che l'interazione tra caseina e cellulosa avrebbe ottimizzato le proprietà meccaniche di questi tappetini".
Harte ha aggiunto che la ricerca futura esplorerà nuove applicazioni per le nanofibre di caseina commestibile, come l'imballaggio alimentare e la filtrazione.
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