Sviluppo di rivestimenti in nanofibra di chitina per prolungare la durata di conservazione e inibire la crescita batterica sui cetrioli freschi

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 13195 (2023) Citare questo articolo

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L’uso diffuso di polimeri a base di petrolio come imballaggi monouso ha avuto effetti dannosi sull’ambiente. Qui, abbiamo sviluppato rivestimenti sostenibili in nanofibra di chitina (ChNF) che prolungano la durata di conservazione dei cetrioli freschi e ritardano la crescita di batteri patogeni sulle loro superfici. ChNF con vari gradi di acetilazione sono stati preparati con successo tramite deacetilazione utilizzando NaOH con tempi di trattamento da 0 a 480 minuti e defibrillati utilizzando la miscelazione meccanica. Con tempi di reazione di deacetilazione più lunghi, più gruppi acetamido (–NHCOCH3) nelle molecole di chitina sono stati convertiti in gruppi amminici (–NH2), che hanno conferito proprietà antibatteriche ai ChNF. Le morfologie ChNF erano influenzate dal tempo di reazione di deacetilazione. I ChNF deacetilati per 240 minuti avevano una larghezza media di 9,0 nm e lunghezze fino a diversi μm, mentre ChNF strutturati a bastoncino con una larghezza media di 7,3 nm e una lunghezza media di 222,3 nm sono stati ottenuti con un tempo di reazione di 480 minuti. Inoltre, abbiamo dimostrato un rivestimento ChNF autonomo per prolungare la durata di conservazione dei cetrioli. Rispetto ai ChNF strutturati a bastoncino, i ChNF deacetilati da 120 e 240 minuti mostravano una struttura simile a una fibrilla, che ritardava considerevolmente la perdita di umidità dei cetrioli e il tasso di crescita dei batteri sulle loro superfici esterne durante la conservazione. I cetrioli rivestiti con questi ChNF deacetilati per 120 e 240 minuti hanno dimostrato un tasso di perdita di peso inferiore di ⁓ 3,9% giorno-1 rispetto ai cetrioli non rivestiti, che hanno mostrato un tasso di perdita di peso del 4,6% giorno-1. Questo effetto protettivo fornito da questi ChNF rinnovabili ha un potenziale promettente per ridurre gli sprechi alimentari e l’uso di materiali di imballaggio a base di petrolio.

L'imballaggio alimentare, generalmente costituito da polimeri a base di petrolio, come polietilene (PE), polipropilene (PP) e poli(etilene tereftalato) (PET), svolge un ruolo importante nella protezione degli alimenti da agenti esterni fisici, microbiologici e chimici. danno1,2,3. Di conseguenza, la qualità e la freschezza degli alimenti vengono preservate e gli sprechi alimentari vengono ridotti4,5. Grazie a questi benefici, diventati ancora più essenziali alla luce della pandemia di COVID-19, si stima che il settore globale dell’imballaggio alimentare varrà 464 miliardi di dollari entro il 20276,7. L’elevato consumo di imballaggi a base fossile e la sua lunga cinetica di degradazione hanno influito negativamente sull’ambiente e sulla fauna selvatica sotto forma di rifiuti in discarica, emissioni di gas serra e microplastiche4,8,9,10. Pertanto, lo sviluppo di materiali di imballaggio ecocompatibili e biodegradabili ha attirato notevole attenzione come alternativa pratica6,9,11,12,13. I biopolimeri, come polisaccaridi, lipidi e proteine, sono materiali promettenti nel settore dell'imballaggio grazie alla loro biodegradabilità, biocompatibilità e non tossicità3,7,9.

La chitina (poli(β-(1-4)-N-acetil-d-glucosamina)) è il secondo biopolimero più abbondante sulla Terra dopo la cellulosa14,15,16 ed è di notevole interesse per la sua stabilità chimica, biocompatibilità, biodegradabilità, atossicità e proprietà meccaniche17,18. La chitina è un polimero semicristallino con un'architettura microfibrillare incorporata in una matrice proteica presente negli esoscheletri degli artropodi, inclusi gamberetti, granchi e aragoste10,14,15,19. Ciascuna microfibrilla di chitina comprende nanofibre con un intervallo di larghezza di 2-5 nm e lunghezze fino a diversi μm20,21,22. Le nanofibre di chitina (ChNF) mostrano prestazioni superiori con un modulo di Young di ⁓ 40 GPa, una resistenza di 1,6 GPa e una densità di 1–1,3 kg m−3. Inoltre, è stato riportato che i film ChNF hanno proprietà barriera (O2 e CO2) molto migliori rispetto ai film commerciali in PP, PE e PET a causa della struttura altamente cristallina dei ChNF23,24,25. Grazie a queste eccezionali proprietà associate alla biodegradabilità e alla sostenibilità, i ChNF sono stati ampiamente utilizzati in varie applicazioni, come nanocompositi, membrane, farmaci, rivestimenti e alimenti funzionali2,20,22,26.