Pellicole commestibili a base di bucce di patate e mele cotogne per la conservazione dei formaggi stagionati

Introduzione

L’industria del confezionamento alimentare è sempre più orientata verso soluzioni sostenibili, in risposta alla crescente domanda dei consumatori per prodotti ecocompatibili e alle restrizioni sull’uso delle plastiche convenzionali. Tra le alternative più promettenti vi sono i film commestibili, sottili strati realizzati con materiali biodegradabili di origine naturale, che possono essere ingeriti insieme al prodotto.

Questi film non solo riducono l’impatto ambientale, ma possono anche prolungare la shelf-life degli alimenti grazie all’aggiunta di antiossidanti e antimicrobici.

Una tendenza emergente prevede l’utilizzo di sottoprodotti agroindustriali, come bucce e semi di frutta e verdura, come ingredienti funzionali nei film, per migliorarne le proprietà meccaniche, nutritive e barriera, e per valorizzare materiali di scarto.

Le bucce di patate, ricche di amido e composti bioattivi, sono già state impiegate con successo, così come gli estratti fenolici di mela cotogna, noti per le loro proprietà conservanti.

In questo studio pubblicato su Food Packaging and Shelf Life a dicembre 2023, sono stati sviluppati film commestibili a base di fecola di patate, bucce di patate e bucce di mela cotogna, plastificati con glicerolo, che sono poi stati testati su formaggi stagionati.

Materiali e metodi

Le bucce, sia di patata che di mela cotogna, sono state inizialmente lavate con acqua distillata, disinfettate con una soluzione di ipoclorito di sodio allo 0,1%, congelate a –80 °C per almeno 24 ore e infine liofilizzate per 48 ore. Una volta essiccate, sono state macinate e setacciate fino a ottenere una granulometria inferiore a 250 µm.

La caratterizzazione chimica ha riguardato la determinazione del contenuto in proteine grezze, lipidi, fibra alimentare totale, amido, zuccheri totali e zuccheri riducenti. Le analisi sono state condotte seguendo i metodi ufficiali AOAC o, nel caso degli zuccheri, utilizzando la cromatografia liquida con rivelatore a indice di rifrazione (HPLC-RI).

Preparazione delle pellicole commestibili

Le pellicole sono state ottenute mediante il metodo della colata a solvente. In breve, l’amido è stato sciolto in acqua deionizzata, e la miscela è stata riscaldata fino a 95 °C. Una volta ottenuta una soluzione omogenea, sono stati aggiunti il glicerolo e le polveri di bucce, secondo proporzioni prestabilite.

Tabella 1. Composizione in massa dei film preparati. Codice film: S – amido; P – buccia di patata; Q – buccia di mela cotogna.

Le soluzioni filmogene sono state quindi raffreddate, filtrate attraverso un tessuto di nylon (80 µm) e colate in piastre Petri (diametro 9 cm) in quantità di 15 mL ciascuna. Le piastre sono state lasciate essiccare per 24 ore in camera climatica (30 °C, 50% UR).

Durante la preparazione, è stata monitorata la viscosità delle soluzioni mediante viscosimetro rotazionale, registrando i valori tra 20 e 95 °C.

Caratterizzazione delle pellicole commestibili

La caratterizzazione delle pellicole ottenute ha previsto una serie di analisi fisiche, meccaniche e funzionali volte a valutarne le proprietà in relazione alla potenziale applicazione come rivestimento alimentare.

Lo spessore è stato misurato con un micrometro digitale ad alta precisione (accuratezza ±0,001 mm). Questo parametro è essenziale per interpretare in modo corretto le proprietà meccaniche e di barriera delle pellicole.

Il colore è stato determinato tramite colorimetria secondo il sistema CIE Lab*, da cui sono stati ricavati anche il croma (C*), la tonalità (h°) e la differenza totale di colore (ΔE) rispetto al film di controllo composto esclusivamente da amido. La componente visiva riveste particolare importanza per l’accettabilità sensoriale del rivestimento nel prodotto finale.

Per valutare la morfologia superficiale, si è ricorso alla microscopia elettronica a scansione (SEM), sia per le polveri vegetali che per le pellicole. I campioni sono stati metallizzati con una sottile pellicola di oro-palladio per favorire la conducibilità e ottenere immagini ad alta risoluzione, utili a descrivere l’omogeneità e la compattezza delle superfici.

Le proprietà meccaniche sono state misurate con prove di trazione eseguite secondo lo standard ISO 527-2. I parametri analizzati includevano la resistenza a trazione (MPa), il modulo elastico (Young) e la deformazione percentuale alla rottura. Questi dati forniscono un’indicazione diretta sulla flessibilità e sulla robustezza delle pellicole durante l’uso.

È stato inoltre determinato l’angolo di contatto mediante il metodo della goccia sessile, al fine di valutare la tendenza delle pellicole a interagire con l’acqua. Valori più elevati di angolo di contatto indicano una maggiore idrofobicità superficiale, caratteristica importante per migliorare la barriera all’umidità.

La capacità di assorbimento del vapore acqueo è stata testata in condizioni controllate di umidità relativa (53% e 98%), utilizzando rispettivamente cloruro di magnesio e acqua distillata per generare le atmosfere desiderate. I campioni sono stati posti in camera climatica a 25 °C e pesati periodicamente per valutare la variazione di massa in funzione dell’assorbimento di umidità.

La permeabilità al vapore acqueo, invece, è stata quantificata secondo il metodo ASTM E96. Le pellicole sono state montate su capsule contenenti cloruro di calcio anidro e conservate a 25 °C e 75% di UR. Il peso delle capsule è stato registrato giornalmente per tre giorni, consentendo di calcolare la velocità di trasmissione del vapore acqueo attraverso i materiali.

Un’ulteriore valutazione ha riguardato la resistenza in condizioni simulate di utilizzo orale, attraverso la determinazione del rigonfiamento e della dissoluzione in saliva artificiale. I film sono stati immersi per 0,5, 1,5 e 3 ore in una soluzione salivare simulata (SAGF), quindi essiccati e pesati per calcolare la percentuale di rigonfiamento e la perdita di massa, parametri utili a stimare la stabilità del film nel contesto del consumo.

Infine, è stata effettuata un’analisi termogravimetrica (TGA/DSC) per valutare la stabilità termica delle pellicole e delle materie prime. I campioni sono stati sottoposti a un riscaldamento controllato da 25 a 600 °C, in atmosfera inerte di azoto, con una velocità di incremento termico di 10 °C/min, permettendo di individuare le temperature di degradazione e i profili di perdita di massa associati alle diverse componenti.

Applicazione delle pellicole al formaggio

Infine, è stata eseguita una prova sperimentale su scala reale per valutare l’efficacia conservativa delle pellicole commestibili. Il film scelto per il test, denominato SPQ (contenente amido, bucce di patata e mela cotogna, glicerolo), è stato arricchito con natamicina (0,4 g/L) e applicato a piccoli formaggi vaccini locali da 250 g.
I formaggi sono stati divisi in tre gruppi:

• C: controllo, non trattati
• N: trattati con natamicina in soluzione acquosa (4 g/L)
• F: avvolti con il film SPQ contenente natamicina

I campioni sono stati conservati in condizioni simulate di maturazione (11 ± 2,8 °C; UR 78 ± 17%) per 22 giorni. A intervalli settimanali, tre formaggi per gruppo sono stati prelevati per analisi fisico-chimiche e microbiologiche.

Risultati

Caratterizzazione delle polveri

La composizione delle polveri di bucce di mela cotogna e di patata è riportata in Fig. 1, evidenziando un alto contenuto di amido nelle bucce di patata (∼46%), confermato dalle micrografie SEM (Fig. 2A) che mostrano granuli ovali tipici dell’amido solo nella polvere di bucce di patata e amido commerciale, mentre la polvere di bucce di mela cotogna contiene pochi granuli regolari, in accordo con il suo basso contenuto amilaceo (∼12%).

La buccia di mela cotogna è invece ricca di zuccheri riducenti (~70%) e monosaccaridi, come confermato da letteratura. Il contenuto proteico è più elevato nelle bucce di patata (∼10%) mentre entrambi i residui contengono pochi lipidi (<1,5%). La viscosità delle miscele filmogene varia in funzione della composizione, con una riduzione significativa in presenza di bucce di mela cotogna.

Fig. 1. Composizione (% p/p, su base secca) delle bucce di mela cotogna e delle bucce di patata utilizzate nelle formulazioni di film.

Fig. 2. Micrografie SEM delle materie prime amido, buccia di patata e buccia di mela cotogna (ingrandimento 50×, 500× e 1000×) (A); e pellicole commestibili (ingrandimento 50×, 500× e 1000×) (B).

Caratterizzazione dei film commestibili

• Spessore e colore: Gli spessori variano da 25 a 70 µm, con i film contenenti solo amido (S) più sottili e quelli con più residui agroindustriali (PQ, P) più spessi. Il film di controllo (S) ha il colore più chiaro (L* alto), seguito dal film con bucce di mela cotogna (SQ), mentre i film con bucce di patata risultano più scuri (valori L* più bassi).
• Morfologia superficiale: Le micrografie SEM dei film (Fig. 2B) mostrano che i film con bucce di patata hanno superfici più ruvide e granulari, mentre quelli con amido e bucce di mela cotogna risultano più omogenei.
• Proprietà meccaniche: I film con solo amido (S, SP) hanno un modulo di Young e una resistenza a trazione maggiori rispetto agli altri film, mentre l’aggiunta di bucce di mela cotogna ha un effetto plastificante, migliorando elasticità e riducendo la rigidità (Fig. 3). I film composti esclusivamente da residui agroindustriali presentano proprietà meccaniche equivalenti tra loro.
  

  Fig. 3. Proprietà di trazione dei film: modulo di Young (YM), resistenza a trazione massima (Max σ) e deformazione a rottura (ε). I risultati sono espressi come media ± deviazione standard (DS). Lettere o simboli diversi indicano risultati statisticamente significativi (p < 0,05).

• Angolo di contatto e permeabilità all’acqua: Tutti i film sono idrofili (angoli < 90°), con i film contenenti entrambi i residui (PQ, SPQ) i più idrofili (angoli < 30°). L’assorbimento del vapore acqueo e la permeabilità mostrano valori variabili, con il film a base di amido più resistente all’acqua e quello PQ con permeabilità più alta, probabilmente per la maggiore eterogeneità strutturale.
• Rigonfiamento e dissoluzione: I film mostrano un rigonfiamento rapido (300–1200%), con valori più bassi per P, SP, SQ e PQ e più elevati e variabili per SPQ. La dissoluzione è inferiore nei film contenenti amido (S, SP, SQ) rispetto a quelli con residui agroindustriali, che favoriscono una maggiore perdita di peso (Fig. 4).
  

  Fig. 4. Andamento del rigonfiamento e della dissoluzione (riportati in percentuale di perdita di peso) dei film incubati in terreno di coltura con saliva artificiale a 37 °C. I risultati sono espressi come media ± DS. Si noti che numeri, simboli e lettere diversi corrispondono a risultati statisticamente significativi (p < 0,05).

• Analisi termogravimetrica: I dati di degradazione termica, umidità e residuo a 600 °C per materie prime e film sono riportati in Tabella 2.
  

  Tabella 2. Picchi di degradazione, temperature, umidità e residui a 600 ºC identificati nei termogrammi delle materie prime e delle pellicole.

Durante la stagionatura, è stato osservato un aumento significativo della durezza del formaggio, soprattutto nel campione rivestito con pellicola SPQ contenente natamicina, mentre la soluzione di natamicina non ha modificato questo parametro. L’adesività è diminuita in tutti i formaggi, ma più lentamente nel formaggio con pellicola SPQ, che al 22° giorno ha mostrato il valore più alto.

Tabella 3. Parametri di durezza, adesività e colore (interno ed esterno) dei formaggi in base al trattamento durante la stagionatura. Formaggio di controllo (C), formaggio trattato con natamicina (N) e formaggio avvolto con pellicola SPQ contenente natamicina (F). Valori medi ± deviazione standard.

Il colore interno è rimasto più chiaro rispetto alla superficie, che è stata influenzata dal film SPQ, più scuro. La pasta è diventata più gialla nel tempo a causa di proteolisi e lipolisi, fenomeni che si sono riflessi anche sulla superficie. Il trattamento non ha modificato il colore della pasta.

Dal punto di vista microbiologico, aerobici totali e lieviti/muffe sono aumentati durante la maturazione, mentre batteri lattici e Enterobacteriaceae non sono stati influenzati dal trattamento.

I formaggi rivestiti con pellicola SPQ hanno mostrato una crescita maggiore di lieviti e muffe rispetto a quelli trattati con natamicina, probabilmente a causa di una scarsa adesione iniziale della pellicola che ha creato spazi liberi per la crescita microbica.

L’analisi sensoriale non ha evidenziato differenze significative tra i trattamenti, né nell’apprezzamento complessivo né negli attributi specifici del formaggio, confermando che l’uso della pellicola SPQ non altera le caratteristiche organolettiche.

Fig. 5. Valutazione sensoriale e apprezzamento globale del formaggio di controllo (C), del formaggio trattato con natamicina (N) e del formaggio avvolto con pellicola SPQ contenente natamicina (F).

Infine, l’attività di grasso e acqua nei formaggi è rimasta stabile per tutta la durata dello studio.

Conclusioni​

L’inclusione di bucce di mela cotogna e bucce di patata, come residui agroindustriali, in film a base di amido per imballaggio/rivestimento alimentare è stata condotta con successo. Diverse composizioni dei film hanno influenzato alcune caratteristiche fisico-chimiche, come previsto.

Le bucce di patata sembrano aumentare la rugosità superficiale dei film, mentre amido e bucce di mela cotogna favoriscono la produzione di film con una superficie più omogenea. Tutti i film hanno mostrato una natura idrofila, come dimostrato dagli elevati valori di rigonfiamento, dai bassi angoli di contatto con l’acqua (< 50 °C), dall’assorbimento del vapore acqueo e dai valori di permeabilità al vapore acqueo.

Sono state osservate interessanti proprietà meccaniche per i film di bucce di mela cotogna, che presentavano una maggiore flessibilità rispetto ad altri, principalmente grazie a monosaccaridi, disaccaridi e pectine che agiscono come plastificanti.

La prova di concetto condotta su formaggi stagionati con il film SPQ ha rivelato che il film ha aumentato la durezza del formaggio, rispetto al controllo e ai formaggi rivestiti solo con natamicina. Ciononostante, l’applicazione del film non ha influenzato significativamente i normali cambiamenti fisico-chimici che si verificano durante la stagionatura del formaggio, né lo sviluppo di batteri lattici.

Tuttavia, l’analisi del profilo microbiologico ha mostrato un leggero aumento di lieviti e muffe rispetto al trattamento con natamicina, probabilmente correlato alla mancanza di adesione tra il film e la superficie del formaggio.

La pellicola sviluppata non ha influenzato le proprietà sensoriali del formaggio, poiché sono state osservate percezioni simili da parte dei consumatori, indipendentemente dal trattamento del formaggio.

Nel complesso, questo lavoro dimostra che è possibile sviluppare una pellicola commestibile con residui agroindustriali con proprietà idonee da utilizzare per la conservazione del formaggio.

Fonte: “Edible films based on potato and quince peels with potential for the preservation of cured cheese “, Patrícia Coimbra, Beatriz Marona, Marta H.F. Henriques et al. Food Packaging and Shelf Life 40 (2023) 101176. https://doi.org/10.1016/j.fpsl.2023.101176