Progettata un’argilla in grado di impedire che frutta e verdura marciscano troppo rapidamente.

Avocado dal Cile, banane dalla Costa Rica, pomodori dalla Spagna meridionale, manghi dal Brasile. Gran parte della frutta e della verdura che consumiamo ha viaggiato in tutto il mondo prima di arrivare sugli scaffali dei negozi qui a casa nostra. Ma milioni di tonnellate vengono perse ogni anno prima di giungere a destinazione.

Una delle cause principali è l’etilene, un gas naturale prodotto da molti frutti e ortaggi che ne regola la maturazione. Quando frutta e verdura vengono confezionate in imballaggi o contenitori chiusi durante il trasporto e lo stoccaggio, la concentrazione di etilene nell’aria aumenta, accelerando il processo di maturazione. Di conseguenza, una grande quantità del carico finisce per marcire prima di raggiungere la sua destinazione finale.

L’argilla potrebbe essere la soluzione

Ora, una nuova ricerca condotta dall’Università di Copenaghen dimostra che la comune argilla potrebbe essere parte della soluzione.

“L’argilla è un materiale interessante perché è naturale, economica, non tossica e si trova ovunque, inoltre possiamo assorbirla in tutta sicurezza nel nostro corpo. Il nostro ragionamento era: possiamo usare la chimica e la fisica per modificare l’argilla in modo che catturi il gas e rallenti così il processo di maturazione? Ci siamo riusciti”, afferma la professoressa associata Heloisa Bordallo del Niels Bohr Institute, che ha guidato il nuovo studio pubblicato su Applied Surface Science Advances .

Inizialmente, i ricercatori hanno provato a catturare il gas con l’argilla nella sua forma naturale, riuscendo però a catturarne solo una piccola quantità. Aumentando i vuoti nella struttura dell’argilla tramite un leggero trattamento chimico, i ricercatori hanno creato lo spazio necessario affinché l’argilla potesse catturare più gas, senza però che questo fuoriuscisse nuovamente, mantenendo al contempo il materiale atossico.

I ricercatori non sono mai riusciti a far assorbire all’argilla quantità così elevate di etilene, motivo per cui ritengono che questo concetto abbia un potenziale di applicazione negli imballaggi alimentari.

“Ora conosciamo i principi fondamentali della fisica e della chimica del processo che influenza la capacità dell’argilla di assorbire e trattenere l’etilene. Prima non lo sapevamo. Quindi ora possiamo controllare e ottimizzare il processo, cosa necessaria per il suo utilizzo nell’industria”, afferma Karina Kovalchuk, membro del gruppo di Bordallo presso il Lawrence Berkeley National Laboratory e prima autrice dello studio.

La ricerca è stata condotta dal gruppo di Bordallo presso l’Università di Copenaghen in collaborazione con i suoi colleghi Kovalchuk e Leander Michels del Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL).

Degassatore negli imballaggi alimentari

Secondo i ricercatori, i risultati forniscono una sorta di manuale di progettazione su come sviluppare materiali sostenibili per gli imballaggi alimentari che affrontino il problema dell’etilene.

“Immaginiamo piccole bustine o cuscinetti di argilla in polvere che possano essere posizionati insieme a frutta e verdura durante il trasporto e che assorbano l’etilene, nello stesso modo delle bustine di silice assorbenti l’umidità che spesso si trovano nelle confezioni di scarpe e dispositivi elettronici”, afferma Kovalchuk.

Il gruppo di ricerca sta attualmente lavorando all’ottimizzazione del processo chimico per trovare il giusto equilibrio tra efficacia e rispetto dell’ambiente. Stanno anche studiando se sia possibile far sì che l’argilla catturi una quantità ancora maggiore di etilene e lo trattenga per un periodo più lungo. Successivamente, il materiale argilloso verrà testato nel confezionamento alimentare e i ricercatori sperano di poter poi commercializzare il prodotto.

Due buoni scopi

Il nuovo materiale non solo ha il potenziale per ridurre lo spreco alimentare. Un’altra conseguenza del problema dell’etilene e dei lunghi tempi di trasporto è che la frutta spesso non sviluppa appieno il suo sapore. Molta frutta viene raccolta precocemente proprio per evitare che marcisca durante il trasporto. Ma molti processi all’interno della frutta non si sviluppano completamente e non possono essere recuperati del tutto in seguito, anche se la frutta matura con l’etilene durante il trasporto. E questo influisce sul gusto e sull’aroma.

“Se riuscissimo a risolvere il problema dell’etilene, avremmo due vantaggi. In primo luogo, potremmo ridurre il problema globale dello spreco alimentare. Allo stesso tempo, potremmo raccogliere la frutta in una fase di maturazione più avanzata, in modo che i consumatori possano gustare frutta dal sapore autentico”, conclude Bordallo.

Sebbene lo studio si concentri sull’etilene e sugli alimenti, i ricercatori sottolineano che i risultati potrebbero avere implicazioni anche per altre tecnologie in cui i materiali devono essere in grado di assorbire determinati gas.

Abstract

Gli adsorbenti a base di smectite sono sempre più studiati come materiali di imballaggio sostenibili per la rimozione dell’etilene, un ormone vegetale che accelera la maturazione della frutta. Tuttavia, i meccanismi che ne regolano l’assorbimento e la ritenzione rimangono poco chiari. In questo studio, per affrontare tale questione, abbiamo analizzato sistematicamente le interazioni gas-solido dell’etilene in montmorilloniti pure, attivate con acido e funzionalizzate con colina, utilizzando una combinazione complementare di tecniche strutturali, gravimetriche e spettroscopiche, tra cui la diffusione anelastica di neutroni. Abbiamo distinto sperimentalmente le popolazioni di etilene associate al confinamento interstrato, all’adsorbimento nei mesopori e all’adsorbimento sulla superficie esterna. Abbiamo dimostrato che la funzionalizzazione chimica controlla in modo distinto i percorsi di adsorbimento: l’attivazione acida aumenta l’assorbimento totale generando siti di adsorbimento mesoporosi e promuovendo l’intercalazione parziale tra gli strati, con capacità paragonabili a quelle dei principali adsorbenti a base di smectite, mentre la funzionalizzazione con colina promuove il confinamento preferenziale e la stabilizzazione delle molecole ospiti all’interno delle gallerie interstrato. Analisi spettroscopiche avanzate forniscono informazioni a livello molecolare sugli ambienti di confinamento e sull’intensità delle interazioni. Stabiliamo inoltre chiare relazioni struttura-proprietà correlando i valori di assorbimento derivati ​​da tecniche indipendenti, collegando la modificazione chimica, i domini di adsorbimento accessibili e il comportamento di ritenzione. Questi risultati forniscono principi di progettazione generali per la regolazione delle interazioni gas-solido nei silicati stratificati funzionalizzati e ne evidenziano il potenziale come piattaforme adattabili per la cattura sostenibile del gas etilene e per le tecnologie di adsorbimento selettivo.

Abstract grafico

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