Imballaggi a base di biopolimeri: le nuove frontiere del packaging

Ormai è sempre più urgente passare da un modello economico lineare ad uno circolare. In questo contesto, diventa essenziale l’impiego di biopolimeri ottenuti da materie prime rinnovabili che possano sostituire i classici materiali provenienti da fonti di natura fossile. Tali polimeri trovano largo impiego come imballaggi primari e secondari ma studi interessanti riguardano anche il loro utilizzo nella sintesi di film attivi o edibili.

packaging alimentare

Indice

La strategia europea  per la plastica nell’economia circolare

Nel corso degli ultimi 50 anni il ruolo e l’importanza della plastica nella nostra economia sono cresciuti in modo costante. La produzione mondiale di plastica si aggira intorno ai 300 milioni di tonnellate con una previsione di 400 milioni di tonnellate nel 2050.

In Europa il 40 % della plastica è destinato al settore dell’imballaggi, con una problematica di riciclo in larga misura non sfruttato 1 soprattutto rispetto ad altri materiali come la carta, il vetro e il metallo. Ogni anno vengono generati in Europa circa 25,8 milioni di tonnellate di rifiuti di plastica, di cui meno del 30% sono raccolti a fini di riciclaggio 2.

Secondo le stime, l'economia perde il 95% del valore del materiale plastico da imballaggio (ossia tra 70 e 105 miliardi di euro l'anno) dopo un ciclo di primo utilizzo molto breve [1].

Nel 2018 la Commissione Europea pubblica una comunicazione che istituisce una strategia europea per la plastica nell’economia circolare. La Commissione descrive la sua visione per una nuova economia della plastica in Europa, in cui, tra l’altro, tutti gli imballaggi di plastica dovrebbero essere riprogettati in modo da consentirne il riciclaggio o il riutilizzo entro il 2030. 

Lo scopo principale di questa normativa è, dunque, promuovere un cambiamento non solo culturale ma anche strutturale, che consenta di abbandonare il modello economico lineare che prevede estrazione-consumo-produzione, a favore dei nuovi modelli che sfruttano a pieno le risorse, quale, il modello economico circolare (Fig.1). 

Come sancito dalla Commissione Europea, l’Economia Circolare consente di perseguire un modello di sviluppo in grado di instaurare un nuovo tipo di relazione tra produzione e consumo, un vero cambio di passo nell’integrazione tra politiche ambientali ed economiche, basato sul ciclo di vita dei prodotti e incentrato sul recupero di ogni singola e preziosa materia prima. 

In tale meccanismo si considera che i materiali di origine biologica siano destinati a rientrare nel ciclo della biosfera, mentre i materiali di origine tecnica siano progettati per rimanere all’interno di un flusso e, una volta obsoleti, possano poi tornare ad essere componenti di base di un nuovo prodotto.

Tra i nuovi obiettivi è previsto il riciclaggio entro il 2025 per almeno il 55% dei rifiuti urbani. Il 65% degli imballaggi dovrà essere riciclato entro il 2025 e il 70% entro il 2030.

Fig. 1 - Ciclo dell'economia circolare, European Bioplastic 2016

Cosa sono i biopolimeri?

Negli ultimi decenni la preoccupazione dei consumatori per la sicurezza e il contenuto aggiuntivo del cibo ha ricevuto molta attenzione ed è per questo che si è assistito nel campo del food packaging ad un grande sviluppo e sofisticazione, soprattutto per rispondere alla domanda dei consumatori di alimenti più sicuri, più sani,di qualità superiore, con una più lunga durata di conservazione e con imballaggi convenienti e trasparenti, prediligendo però materiali di confezionamento riciclabili, biodegradabili e compostabili a basso impatto ambientale.

La ricerca sta focalizzando l’attenzione verso lo sviluppo e la produzione di materiali biodegradabili che si degradano in breve tempo sotto l’azione di microrganismi o di enzimi. Tuttavia, la velocità di biodegradazione può dipendere anche dall’architettura molecolare del polimero. Pertanto, gli Stati Membri promuovono l’uso di bio-based materials.

Secondo il Nova Institute European Bioplastic, nel 2018 3 il mercato delle bioplastiche è stato caratterizzato da un incremento del tasso di crescita e da una forte diversificazione (Fig 2.)

I dati di mercato mostrano il contributo di diversi settori verso un futuro sostenibile a ridotto impatto ambientale. I biopolimeri sono materiali polimerici, meglio conosciute come bioplastiche, e possono giocare un ruolo importante nella fase di transizione. Essi derivano da materie prime rinnovabili come amido di mais, grano, latte o da fermentazioni da scarti alimentari.

Da un punto di vista scientifico possono essere definiti come polimeri a base biologica derivati dalla biomassa o prodotta a partire da monomeri a base organica e possono essere considerati delle alternative sostenibili (non producono residui chimici) per le applicazioni di imballaggio alimentare, migliorando l’efficienza delle risorse e riducendo i problemi ambientali negativi associati ai rifiuti di imballaggio dopo la loro vita utile.

Tali materiali non sono necessariamente commestibili, né del tutto biodegradabili, ma il loro principale vantaggio consiste nella compostabilità, cioè nella facilità con cui possono essere eliminati.

Secondo la norma europea EN13432, un materiale è considerato compostabile, e pertanto riciclabile attraverso il compostaggio dei rifiuti organici, soltanto se soddisfa i requisiti di biodegradabilità. Si può quindi, discriminare tra materiali biodegradabili e compostabili.

Un materiale biodegradabile può, di fatto, non degradarsi completamente in un tempo breve, inoltre è importante sottolineare che mentre i biopolimeri possono essere biodegradabili, non tutti i materiali biodegradabili derivano da sostanze naturali. 4.

Fig. 2 - Capacità produttive globali di bioplastiche 2018, European Bioplastic

Da dove si ottengono i biopolimeri?

I biopolimeri sono materiali organici in cui il carbonio deriva direttamente ed esclusivamente da risorse biologiche rinnovabili. Possono essere classificati in polimeri ottenuti da fonti naturali vegetali o animali, ad esempio polisaccaridi come chitosano e cellulosa, proteine come caseine e gelatina, lipidi come i trigliceridi o anche combinazioni di queste molecole in grado di interagire tra di loro al fine di costituire delle matrici stabili e funzionali.

I più studiati per le applicazioni alimentari sono il poli acido lattico (PLA), poli ɛ caprolattone (PCL), poli idrossibutirrato (PHB), poli butilene succinato, amido, derivati della cellulosa derivati dalle piante (zeina di mais, glutine di grano, soia o girasole) nonché proteine ottenute da fonti animali (gelatina, cheratina, caseinati o siero di latte).

Tali polimeri trovano applicazioni come imballaggio primario (a diretto contatto con l’alimento) e secondario (riferito al sistema di contenimento di uno o più contenitori primari, quindi non a diretto contatto con il prodotto) nel settore Food.

Una delle applicazioni più studiate è l’utilizzo di tali biopolimeri per la progettazione di un imballaggio primario che prolunghi la shelf life del prodotto attraverso la riduzione del trasferimento di gas, umidità, lipidi, aromi e altri componenti. Diversi studi sono stati pubblicati su rivestimenti commestibili applicati a diversi alimenti come frutta, verdura, formaggio e carne, tutti allo scopo di aumentare la shelf life e garantire la qualità degli alimenti (freschi, congelati o trasformati) 5.

[1] Ellen MacArthur Foundation. The New Plastics Economy: Rethinking the future of plastics. Ellen MacArthur Found. 2016;(January):120.
[2] Sintesi IN. La plastica nell’economia circolare. 2020.
[3] Parker I. Facts and figures. Probe (Lond). 1973;14(9):420.
[4] Kadoya T. Food Packaging.; 2012. doi:10.1016/C2009-0-02704-4
[5] Yousuf B, Qadri OS, Srivastava AK. Recent developments in shelf-life extension of fresh-cut fruits and vegetables by application of different edible coatings: A review. LWT - Food Sci Technol. 2018;89:198-209. doi:10.1016/j.lwt.2017.10.051

Fabio Di Giuseppe

Fabio Di Giuseppe

Dottorato di ricerca presso l’Università degli Studi di Napoli, Federico II. La sua attività di ricerca ha come obbiettivo lo sviluppo di imballaggi attivi con proprietà antimicrobici e/o antiossidanti a basso impatto ambientale per la conservazione e sicurezza delle produzioni alimentari. Tale conoscenza permetterà la realizzazione di imballaggio bio-attivi per il settore Food con un prolugamento della Shelf-life del prodotto alimentare. In questo momento, sta svolgendo un periodo Francia in un centro di ricerca sui biopolimeri.

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