Bioplastiche

Le plastiche sono dei materiali polimerici che presentano una resistenza meccanica più bassa e una maggior elasticità rispetto ai metalli, sono inerti chimicamente e sono idrorepellenti. I POLIMERI sono macromolecole ad elevato peso molecolare che si ottengono attraverso reazioni chimiche di sintesi, a partire da monomeri ricavati dalla LAVORAZIONE DEL PETROLIO.
A partire da metodiche già note in cui la sintesi delle bioplastiche avviene a partire dall'amido di patata o di riso, il nostro gruppo di ricerca ha messo a punto delle NUOVE STRATEGIE DI SINTESI di bioplastiche in cui sono stati sfruttati i polimeri naturalmente presenti nelle bucce di arance e banane, resi plastici mediante l'aggiunta di determinati additivi (glicerolo).
Sono stati necessari diversi tentativi di sintesi, in cui abbiamo perfezionato le nostre metodiche, prima di riuscire ad ottenere il risultato desiderato, ovvero dei materiali sottili con proprietà meccaniche simili ai materiali plastici comunemente utilizzati per il packaging, caratterizzati da una certa flessibilità e da una certa resistenza alla trazione.
Si vuole sottolineare il fatto che tali materiali sono stati realizzati utilizzando le bucce della frutta che normalmente vengono scartate e costituiscono dei RIFIUTI. Anche i gli scarti alimentari costituiscono un enorme danno ambientale poiché contribuiscono in modo determinante alle emissioni globali di gas serra. Quando il cibo viene gettato via, si decompone e rilascia metano, diossido di carbonio ed altri gas serra nell'atmosfera. Inoltre il rifiuto alimentare, se non gestito correttamente, contribuisce all'inquinamento idrico, in quanto può rilasciare azoto e fosforo nei corsi d'acqua. All'anno in Italia vengono gettati 146 kg/a persona di cibo; 1/3 della produzione di alimenti, pari a 1,3 mld, viene buttata.
Realizzando bioplastiche a partire da scarti alimentari si contribuisce in diversi modi a ridurre le emissioni di gas serra, in quanto:

sono sintetizzate a partire da rifiuti (biomassa) e non da derivati del petrolio;
si ottengono polimeri compostabili, che al termine del loro utilizzo, finiscono nel terreno per trasformarsi in sostanze organiche stabilizzate (sostanze umiche) e solo in minima parte in diossido di carbonio (gas serra).

Componenti delle bioplastiche da scarti alimentari

Polisaccaride naturale
Glicerolo
Acido cloridrico (HCl)
Agaropectina e agarosio
Idrossido di sodio (NaOH)

Glicerolo

E' un polialcol con funzione plastificante, cioè un additivo che aumenta la plasticità o la fluidità di un materiale.
Attraverso i gruppi ossidrilici stabilisce legami ad idrogeno con l’amido (o con gli altri polisaccaridi) e ne impedisce la disposizione ordinata, riducendo il grado di cristallinità e favorendo una struttura amorfa (tipica della plastica).
Il glicerolo può essere di origine vegetale (da olio di colza, palma, soia, cocco, ecc..) animale (da grassi
animali) o di derivazione petrolchimica (da propilene).

Acido cloridrico

Ha la funzione di rompere i legami deboli (per lo più legami a idrogeno) tra le catene tridimensionali dell’amilopectina o degli altri polimeri, in modo da facilitare la formazione di legami a idrogeno tra acqua, amido e glicerolo

Idrossido di sodio

Ha la funzione di neutralizzare la miscela: In alcuni casi è necessario portare a pH alcalino per contrastare l'insorgenza delle muffe

Agar-agar

Si tratta di un eteropolisaccaride naturale sintetizzato dalle alghe rosse e costituito da una miscela di eteropolisaccaridi: l'Agarosio e l'Agaropectina. Funzione: GELIFICANTE, ADDENSANTE, LEGANTE AD UMIDO.
Agarosio: È un polimero costituito da unità di D-galattosio e di 3,6-anidro-L-galattosio legate da legame glicosidico α-(1→3) e β-(1→4).

Agaropectina

Presenta una struttura simile all’agarosio. Si differenzia per l’esterificazione di alcuni gruppi alcolici con acido solforico o D-glucuronico. A temperature elevate si rigonfia assorbendo fino a venti volte il suo peso in acqua. .

Bioplastiche realizzate con bucce d'arance

QUALE POLIMERO NATURALE (polisaccaride)?

Le bucce d'arancia sono costituite da eteropolisaccaridi, in particolare da pectine ed acidi pectinici. Sono presenti anche esteri cere e trigliceridi oltre che vitamine e sali minerali.

Pectina

Eteropolisaccaride costituito da una catena di molecole di acido galatturonico unite da legami α (1-4) glicosidici, ma in cui i gruppi carbossilici sono esterificati in percentuale variabile con gruppi metilici. Lungo la catena sono intercalati anche residui di ramnosio, galattosio, arabinosio e acido galatturonico.

Bioplastiche realizzate con albedo d'arance

QUALE POLIMERO NATURALE (polisaccaride)?
Il polisaccaride più abbondante nell'albedo delle arance è anche in questo caso la pectina.

Albedo

L'albedo delle arance è lo strato bianco che si trova tra la buccia e la polpa dell'arancia, è
la parte dell'agrume più ricca di fibre e nutrienti come la vitamina C. Il polisaccaride più abbondante nell'albedo delle arance è anche in questo caso la pectina.
Sono presenti anche flavonoidi che sono dei composti idrosolubili che si trovano nelle piante con svariate
funzioni biologiche, tra queste, quella di antiossidante e antinfiammatoria. La
struttura della molecola comprende due anelli benzilici e un anello eterociclico, per un totale di
15 carboni.

Bioplastiche realizzate con bucce di banana

QUALE POLIMERO NATURALE (polisaccaride)?

Il polisaccaride più abbondante nelle bucce di banana è la cellulosa. Sono presenti anche la lignina, la pectina e gli acidi pectinici. Altri componenti della buccia di banana sono alcune vitamine, aminoacidi essenziali, acidi grassi polinsaturi, cere e ammine. Le bucce di banana possono essere utilizzate in vari modi, come fare il compost, come fertilizzante naturale. Nello studio da noi effettuato, sono state usate per creare bioplastiche compostabili.

Cellulosa

La cellulosa è un polimero lineare del β

-D-glucosio con legami glicosidici β (1-4) glicosidici. È formata da un numero variabile di unità: da 300 a 3000 circa. Insolubile in acqua. Costituisce la parete cellulare dei vegetali e costituisce circa il 50% del legno.

Funzione: conferire rigidità, sostegno e resistenza alle strutture in cui si trova.