I sistemi di active packaging sono soluzioni innovative che interagiscono con l’alimento o con lo spazio di testa della confezione, rilasciando sostanze utili o assorbendone altre indesiderate. Tra gli agenti attivi, i composti antimicrobici sono stati ampiamente studiati per inibire lo sviluppo microbico, preservare la sicurezza alimentare e prolungare la shelf life.
L’interesse per l’active packaging antimicrobico è in linea con gli obiettivi di sviluppo sostenibile dell’Agenda 2030 delle Nazioni Unite, in particolare per ridurre gli sprechi alimentari, che costituiscono circa un terzo della produzione alimentare mondiale (FAO, 2011).
L’Etil Lauroil Arginato (LAE®) è un composto antimicrobico sintetizzato da L-arginina, acido laurico ed etanolo. Essendo un composto cationico, può legarsi alle proteine microbiche anioniche causandone la denaturazione, risultando attivo contro batteri Gram-positivi e Gram-negativi, lieviti e muffe. Il LAE® è stato autorizzato come ingrediente alimentare dalla FDA nel 2005 e approvato dall’EFSA nel 2007 come additivo alimentare E243. Studi tossicologici hanno dimostrato che il LAE® viene rapidamente assorbito e metabolizzato in arginina, acido laurico ed etanolo, entrando nei normali percorsi biochimici (EFSA, 2007).
In questo studio è stato sviluppato un sistema di packaging attivo incorporando il LAE® nel biopolimero biodegradabile PHBV (poli(3-idrossibutirrato-co-3-idrossivalerato)), ottenuto da biosintesi microbica a partire da fonti di carbonio rinnovabili. L’obiettivo dello studio è stato quello di approfondire il meccanismo di rilascio dell’antimicrobico dal PHBV, per poter modulare l’attività antimicrobica dei film attivi, adattando il rilascio del composto sulla base delle specifiche esigenze e delle applicazioni previste.
I metodi
I film di PHBV sono stati preparati tramite solvent casting, aggiungendo il LAE® (Mirenat®-GC, gentilmente fornito da Vedeqsa, Barcellona, Spagna) al 5% sul peso del polimero. Le prove di migrazione globale e specifica del LAE® sono state effettuate secondo il Regolamento (UE) n. 10/2011, verso tre simulanti alimentari: A (10% etanolo), B (3% acido acetico) e D1 (50% etanolo). I solventi utilizzati simulano rispettivamente alimenti a base acquosa con pH maggiore e minore di 4,5 ed emulsioni olio-in-acqua o bevande con contenuto alcolico > 20%. È stato studiato l’impatto della temperatura sulla cinetica di rilascio, e sono stati calcolati i coefficienti di diffusione e di ripartizione per descrivere la velocità di diffusione attraverso la matrice polimerica e la quantità di composto attivo rilasciato all'equilibrio. I dati ottenuti sono stati modellati con nove modelli matematici per descrivere e predire la cinetica di rilascio del LAE® nei diversi simulanti alimentari.
I risultati
L’analisi dell’angolo di contatto ha confermato la nota idrofobicità del PHBV, aumentata dopo l’aggiunta del LAE®. È stata misurata una maggiore affinità superficiale del PHBV per i solventi meno polari (50% etanolo), con un minore angolo di contatto.La migrazione globale del PHBV è risultata inferiore o uguale al limite di 60 mg/kg verso tutti i simulanti alimentari. Sebbene il valore di migrazione globale dai film attivi fosse significativamente più alto, è noto che la quantità di una sostanza attiva, come il LAE®, non deve essere inclusa nella migrazione globale, in quanto il suo rilascio è positivo e intenzionale (Regolamento (CE) n. 450/2009).L’effetto della temperatura sul rilascio del LAE® è variato in base al simulante. È stato misurato un effetto più pronunciato nel simulante A rispetto al simulante B, e nessun effetto significativo nel rilascio di LAE® verso il simulante D1. Il coefficiente di diffusione del LAE® verso i simulanti A e B è risultato significativamente inferiore rispetto al simulante D1, suggerendo una minore plasticizzazione del polimero con i solventi polari (A e B) e quindi una diffusione più lenta del LAE®. La maggiore rapidità di rilascio nel simulante D1 evidenzia una maggiore plasticizzazione, in accordo con l’alta affinità del PHBV per il 50% di etanolo, come suggerito dall’angolo di contatto. Inoltre, la quantità di LAE® rilasciato all’equilibrio è risultata maggiore verso i simulanti A e B rispetto al simulante D1. Infatti, i coefficienti di ripartizione molto bassi nei simulanti A e B dimostrano una minore ritenzione del composto nella matrice polimerica all’equilibrio.
Tra i nove modelli matematici testati, i modelli di Weibull sono risultati i più appropriati per fittare i dati di rilascio. Tramite le equazioni dei modelli è possibile prevedere la quantità di LAE® rilasciato dai film di PHBV in diversi alimenti e a diverse temperature di conservazione.
Le quantità di LAE® rilasciate nei simulanti A, B, D1 sono state in tutti i casi sufficienti per inibire una eventuale crescita microbica. Infatti, concentrazioni di LAE® anche inferiori a 40 ppm sono in grado di inibire batteri Gram-positivi (come Listeria monocytogenes e Staphylococcus aureus) e Gram-negativi (Escherichia coli, Pseudomonas putida, Salmonella enterica) (Higueras et al., 2013). I materiali attivi sviluppati a base di PHBV e LAE® sono in grado di rilasciare efficacemente l’antimicrobico in diversi sistemi alimentari e, in particolare, l’applicazione per bevande analcoliche (simulanti A e B) può garantire un rilascio graduale nel tempo, assicurando un effetto antimicrobico più duraturo e prolungando la durata di conservazione degli alimenti.
