Il settore ortofrutticolo rappresenta un segmento di mercato importantissimo per l’economia italiana. Lo sviluppo di tale settore è il risultato, oltre che di una costante crescita e diversificazione della produzione ortofrutticola, anche di un significativo sviluppo dell’indotto tecnologico e dell’intera supply chain distributiva che hanno consentito, in un contesto dove si scolla sempre più la connessione territoriale tra produzione e consumo, di far arrivare sulla tavola dei consumatori prodotti ortofrutticoli in condizioni organolettiche e qualitative ottimali.
Il problema della deperibilità
Ciononostante, il settore ortofrutticolo è caratterizzato da numerose problematiche che includono principalmente la rapida deperibilità di tali prodotti portando alcune tipologie di frutta e verdura, come piccoli frutti, fragole, pesche, albicocche, rucola ecc. ad avere una shelf-life limitata a soli pochi giorni. Conseguenza della deperibilità di tali prodotti sono gli sprechi generati dal settore; a livello mondiale, infatti, più del 30% dell’intera produzione di frutta e verdura viene perso o sprecato lungo le varie fasi della filiera. Le politiche mondiali ed europee sono indirizzate da anni a ridurre l’entità di scarti alimentari, per aumentare la sostenibilità economica e ambientale del settore, anche attraverso l’adozione di soluzioni di processo e di packaging innovative e sostenibili.
Le principali cause alla base della elevata deperibilità e quindi breve shelf-life degli ortofrutticoli freschi o processati al minimo sono da imputare al fatto che tali prodotti sono metabolicamente attivi e quindi soggetti a svariati cambiamenti fisiologici che avvengono durante il periodo post-raccolta fino al momento del consumo. Tali fenomeni, legati al metabolismo respiratorio favoriscono proliferazione microbica e attività enzimatiche che si manifestano come cambiamenti di colore, odore, sapore, consistenza e perdita di nutrienti.
In particolare, la microflora alterante presente a carico elevato può comprendere batteri, lieviti e muffe. Inoltre, tali prodotti non sono generalmente sottoposti a trattamenti tali da ridurre significativamente la microflora originale presente, anzi, la manipolazione in fase di post-raccolta può rappresentare una ulteriore fonte di cross-contaminazione microbica. Risulta, pertanto, prioritario cercare di ridurre gli effetti negativi dei microrganismi alteranti già presenti sui prodotti ortofrutticoli per aumentarne la shelf-life e mantenerne le caratteristiche qualitative.
Un altro fattore che può incidere significativamente sulla qualità e shelf-life dei prodotti ortofrutticoli è l’imballaggio utilizzato in supply chain, che può rappresentare una ulteriore fonte di cross-contaminazione del prodotto.
Le nuove funzioni del packaging
La progettazione e l’utilizzo di sistemi di packaging ottimizzati e innovativi, con funzioni attive ed aggiuntive rispetto a quelle tradizionali di contenimento, protezione, comunicazione e logistica, rappresenta una delle soluzioni attualmente più promettenti per mantenere elevati livelli di qualità e freschezza e ridurre al contempo le perdite e gli sprechi di frutta e vegetali nelle fasi che vanno dalla distribuzione al consumo. La sostenibilità del packaging alimentare è sempre più affrontata dai gruppi di ricerca che se ne occupano nel Dipartimento di Scienze e Tecnologie Agro-Alimentari dell’Università di Bologna (Distal) attraverso la progettazione, ottimizzazione e sviluppo di tecnologie e sistemi di imballaggio che mirino a incrementare i livelli di sicurezza e qualità e a prolungare la shelf-life degli alimenti anche al fine di ridurre scarti e perdite. Tra le tecnologie di packaging più innovative, studiate e applicate su diverse matrici alimentari, nell’ambito di progetti nazionali ed europei e anche in collaborazione con diverse aziende del settore, ci sono gli imballaggi attivi e i rivestimenti edibili.
Gli imballaggi attivi
L'imballaggio attivo (IA) è una soluzione di packaging per alimenti che costantemente ed attivamente interagisce con l’atmosfera interna di una confezione, variando la sua composizione quali-quantitativa, o con il prodotto in essa contenuto, mediante rimozione di sostanze indesiderate o rilascio di componenti utili deliberatamente incorporati (es. antimicrobici, antiossidanti, ecc.). Gli IA sono quindi in grado di estendere la shelf-life del prodotto mediante il controllo e rallentamento di processi di deterioramento di tipo fisiologico (es. respirazione di vegetali freschi), chimico (es. ossidazione dei grassi) o fisico (es. disidratazione, reidratazione) e dello sviluppo dei microrganismi.
Alcune tipologie di imballaggio quando “attivate” possono portare ad una riduzione della microflora contaminante iniziale e preservare per più tempo le caratteristiche sensoriali dei prodotti ortofrutticoli, permettendo di espandere la catena distributiva e la competitività di settore.
Gli IA possono essere suddivisi in due categorie:
- quelli che provvedono all’eliminazione di sostanze indesiderate, la cui azione può esser ottenuta senza che il componente attivo migri dal packaging all’alimento
- quelli che prevedono la migrazione ed il rilascio di sostanze utili dal packaging all’alimento.
I film e rivestimenti edibili
I film e rivestimenti edibili (IE) prevedono l’applicazione di una miscela di prodotti come sottile involucro o rivestimento intorno agli alimenti. Essi possono essere ingeriti in modo sicuro come parte integrante dell’alimento e svolgono un importante ruolo protettivo nei riguardi delle matrici su cui vengono applicati, costituendo una barriera selettiva per le perdite di umidità, per il controllo degli scambi gassosi, per prevenire danni fisici e preservare le caratteristiche organolettiche.
Questi materiali da imballaggio, infatti, la cui matrice di base è normalmente costituita da biopolimeri e additivi, possono anche essere usati come vettori di diversi ingredienti attivi, quali composti aromatici, sostanze con azione antiossidante, agenti antimicrobici e composti bioattivi che possono migliorare le caratteristiche organolettiche e aumentare il valore nutrizionale del prodotto finale. In relazione alla loro diversa formulazione gli IE rappresentano soluzioni di imballaggio molto versatili che possono essere applicate con tecniche diverse a svariate categorie di alimenti.
In particolare, l’applicazione di IE su frutta fresca o minimamente processata ha lo scopo di fornire una protezione nei confronti di fenomeni degradativi, ritardando disidratazione e perdite di peso, riducendo la respirazione e altri fenomeni metabolici, contribuendo a migliorare la consistenza, preservare il profilo aromatico e ridurre la proliferazione microbica. Essi, inoltre, proteggono il prodotto da danni fisici causati da impatto meccanico, pressione, vibrazioni ecc.
Un esempio di imballaggio attivo: Cartone Attivo!
Vengono presentati in sintesi i risultati di alcuni progetti e ricerche scientifiche che dimostrano come l’ottimizzazione delle prestazioni del packaging nel settore della frutta possa essere una valida alternativa al confezionamento più tradizionale, al fine di garantire una qualità più elevata in conservazione, il prolungamento della shelf-life e parallelamente un aumento della sostenibilità del settore.
Proprio nel contesto del packaging attivo, si è sviluppata la collaborazione tra il Distal e il consorzio Bestak, con l’obiettivo di creare un packaging per ortofrutta in grado di aumentare il tempo di shelf-life di prodotti deperibili, consentendo alla produzione di disporre di tempi di commercializzazione superiori, pianificazioni della raccolta dei prodotti a ridosso dell’ottimale punto di maturazione degli stessi, oltre che disporre di processi di conservazione meno energivori. Il Cartone Attivo® ha permesso, inoltre, di ridurre gli sprechi alimentari di prodotto legati all’invenduto a punto vendita o buttato a casa dal consumatore in quanto non consumato in tempo.
La necessità da parte di Bestack di dare un valore aggiunto all’imballaggio dei propri consorziati ha portato il gruppo di Microbiologia degli Alimenti dell’Università di Bologna a mettere in campo le proprie conoscenze ed esperienze pluriennali sull’utilizzo di antimicrobici naturali per aggiungere valore all’imballaggio in cartone ondulato. La ricerca ha previsto anni di sperimentazioni per valutare l’efficacia di antimicrobici naturali, componenti di oli essenziali prodotti dai tessuti vegetali e caratterizzanti l’aroma di molti frutti, la cui attività antimicrobica è documentata da un’ampia letteratura sia nazionale che internazionale. Queste sostanze, applicate sulla superficie di imballaggi in cartone ondulato e rilasciati nel tempo sul prodotto confezionato, hanno portato allo sviluppo del cosiddetto cartone “Attivo®”.
La scelta di utilizzare componenti di oli essenziali per l’attivazione dell’imballaggio è principalmente dovuta al fatto che sono molecole naturali ammesse dalla legislazione Europea, Statunitense e Giapponese, poiché sicure per il consumatore e largamente impiegate negli alimenti come aromatizzanti e antiossidanti. Queste molecole sono inoltre riportate avere attività antimicrobica ad ampio spettro nei confronti di batteri gram-positivi e gram-negativi oltre che verso lieviti e muffe. Non ultimo, l’incidenza del costo di queste molecole risulta di molto inferiore rispetto ad altre tecnologie. Dal 2017, Bestack ha acquisito dall’Università di Bologna la licenza esclusiva di sfruttamento commerciale del brevetto, inizialmente congiunto.
Gli aspetti tecnici dell'imballaggio attivo
Tecnicamente l’invenzione si compone di un imballaggio per prodotti ortofrutticoli additivato, attraverso la distribuzione sulla sua superficie, di una soluzione antimicrobica che rimane sull’imballaggio stesso durante il confezionamento, la distribuzione e l’acquisto da parte del consumatore, così da ritardare fenomeni di alterazione dei prodotti ortofrutticoli contenuti nell’imballaggio. Le sostanze attive, in particolare aldeidi, contenute nella soluzione antimicrobica vengono rilasciate lentamente dall’imballaggio rallentando i processi di alterazione del prodotto contenuto, inibendo pertanto processi di marcescenza, degradamento cromatico e proliferazione microbica. Attualmente, l’attivazione dell’imballaggio è totalmente automatizzata e avviene in linea con macchine dosatrici in grado di spruzzare l’imballaggio con la soluzione antimicrobica nelle quantità richieste, anche a seconda delle dimensioni dello stesso.
In generale, i risultati ottenuti in oltre 5 anni di sperimentazioni, avvenute su scala sempre maggiore e con prodotti differenti, hanno indicato come le sostanze naturali presenti nella soluzione antimicrobica, additivata all’imballaggio, siano in grado di aumentare la qualità dei prodotti confezionati, ritardando lo sviluppo di possibili microrganismi patogeni e degradativi presenti sui frutti confezionati, e riducendo lo scarto normalmente generato. Inoltre, grazie al loro graduale rilascio nel tempo, tali sostanze hanno anche la funzione di ridurre la contaminazione superficiale degli imballaggi stessi da parte di microrganismi ambientali, sia patogeni che agenti degradativi, con conseguente riduzione della contaminazione crociata del prodotto confezionato.
La messa a punto dell’imballaggio Attivo® ha previsto diverse fasi di ricerca, condotte inizialmente a livello di laboratorio e basate sulla selezione della composizione e concentrazione della miscela in grado di massimizzare il tempo di shelf-life dei frutti, senza alterarne l’aspetto organolettico. Inoltre, è stata selezionata anche la metodologia più appropriata per l’incorporazione della miscela antimicrobica nell’imballaggio Bestack. Dopo i primi test su scala di laboratorio, sono state eseguite prove su scala sempre maggiore, coinvolgendo piattaforme logistiche e punti vendita su scala nazionale. Sono state eseguite prove su mele, pere, pesche, nettarine, fragole e lamponi valutando l’effetto dell’imballaggio attivo in termini di riduzione del carico microbico del prodotto confezionato e dello scarto generato.
I risultati dell'imballaggio attivo sui lamponi
In questo caso studio sono state effettuate delle valutazioni sperimentali per verificare l’efficacia degli imballaggi attivi su lamponi confezionati in cestini in cartone rispetto a prodotti confezionati in cestini tradizionali e stoccati a temperatura ambiente per simulare una conservazione domestica. In particolare, è stato valutato l’effetto dell’attivazione diretta del cestino (in plastica o cartone) oltre che l’attivazione dell’imballaggio secondario (in plastica o cartone). La sperimentazione ha avuto una durata di 2 settimane e ha previsto 4 punti di analisi (2 per settimana).
Le prove svolte hanno previsto rilevazioni fotografiche giornaliere del prodotto nelle diverse tipologie di imballaggio, determinazione del calo peso giornaliero in ogni imballaggio per perdita di umidità ed infine quantificazione giornaliera del prodotto non conforme, espressa come calo peso dovuto allo scarto del prodotto. I risultati hanno mostrato che per quel che riguarda la perdita percentuale di prodotto dovuto allo scarto di prodotto marcescente e/o lesionato, sono state ottenute differenze significative in relazione alle differenti tipologie di imballaggio. Già a partire dal secondo giorno di conservazione, per l’imballaggio tradizionale con cestino in plastica e, a partire dal terzo, per quello in CPR con cestino in plastica sono state rilevate percentuali di prodotto scartato di molto superiori rispetto alle varie tipologie di imballaggio attivo in cartone considerate.
Tra le varie tipologie di imballaggio attivo, la singola attivazione dell’imballaggio primario o secondario (Tradizionale+attivo e attivo+tradizionale) ha consentito di ridurre maggiormente l’entità di scarto con riduzioni, in alcuni casi, superiori al 10%. L’attivazione dell’imballaggio ha permesso di ridurre la quantità di scarto a partire già dal primo giorno di conservazione rispetto al prodotto confezionato in imballaggio tradizionale con cestini in plastica e dal terzo rispetto al prodotto in CPR con cestini in plastica. All’interno delle varie tipologie di imballaggio attivo, sino al secondo giorno di conservazione, non sono state osservate particolari differenze. A partire dal terzo giorno, il prodotto confezionato in tradizionale+attivo o attivo+tradizionale è quello che ha fatto registrare la minore quantità di scarto. In questo caso la doppia attivazione di imballaggio e cestino non ha avuto un effetto additivo sulla riduzione dello scarto.
In conclusione, nonostante il numero di rilevazioni non eccessivamente elevato, i dati ottenuti indicano come le potenzialità di ridurre lo scarto di lamponi confezionati nell’imballaggio attivo siano elevate. Infatti, i differenziali di scarto tra prodotto in imballaggio non attivato e quello nelle varie tipologie di imballaggio attivato hanno mostrato delle riduzioni nella maggior parte dei casi superiori al 10% di scarto. I dati ottenuti hanno altresì evidenziato come la doppia attivazione non abbia portato ad un incremento dell’efficacia dell’imballaggio attivo su lamponi.
Applicazioni di coating edibili
L’utilizzo di rivestimenti edibili è stato studiato principalmente per prodotti più deperibili (come piccoli frutti e frutta lavorata al minimo) al fine di garantirne la freschezza, la sicurezza e la qualità nel tempo.
Due studi recenti condotti presso i laboratori della sede di Cesena del Distal (Università di Bologna) su mirtilli biologici hanno dimostrato come l’applicazione di diversi coating edibili a base polisaccaridica (alginato e pectina) e attivati con sostanze ad alto valore estratte da sottoprodotti dell’industria alimentare, abbia migliorato le caratteristiche qualitative dei piccoli frutti durante la conservazione in regime di refrigerazione. In particolare, l’uso del rivestimento ha mostrato effetti positivi sulla loro consistenza, risultata maggiore rispetto ai campioni non rivestiti, probabilmente per l’effetto protettivo del coating che ha rallentato la depolimerizzazione delle pectine, ritardando la disgregazione della struttura del frutto. Inoltre, i mirtilli rivestiti con coating edibile hanno mostrato una colorazione blu più intensa rispetto ai campioni di controllo e la presenza di alginato e pectina nella composizione ha contribuito a ridurre la cinetica di crescita di lieviti e batteri mesofili aerobi.
In alcune formulazioni più innovative sono stati aggiunti chitosano estratto da funghi, come agente antimicrobico, da solo e anche in combinazione con procianidine, ottenute da sottoprodotti della lavorazione dell’uva. L’utilizzo di chitosano ha comportato una riduzione dello sviluppo di lieviti e muffe sui mirtilli biologici significativamente superiore rispetto al prodotto non rivestito; la presenza di composti fenolici quali le procianidine ha contribuito ad un incremento della componente antiossidante dei mirtilli freschi (DPPH e ABTS), senza alterarne le caratteristiche organolettiche. Anche in questo caso il rivestimento ha mostrato effetti positivi sul mantenimento della consistenza e turgore dei piccoli frutti.
In un altro studio è stata valutata l’efficacia di un rivestimento edibile a base di alginato contenente acido ascorbico e acido citrico sul mantenimento della qualità in conservazione di melone fresco a pezzi. La qualità nutrizionale del prodotto è stata studiata durante 11 giorni di conservazione a 10 °C. I risultati hanno mostrato che la soluzione di rivestimento applicata con il metodo di immersione e ad una concentrazione elevata, ha permesso di mantenere buone caratteristiche qualitative del melone fresco, grazie anche alla buona omogeneità e allo spessore del rivestimento, caratteristiche studiate attraverso analisi microstrutturale.
