I materiali a base di amido vengono sempre più utilizzati come alternative sostenibili per le barriere contro oli e grassi (OGR) negli imballaggi in carta. Questi materiali offrono diversi vantaggi rispetto alle barriere sintetiche tradizionali (ad esempio quelle fluorochimiche), comunemente utilizzate ma che, secondo l’Agenzia europea per le sostanze chimiche, possono comportare rischi ambientali e sanitari. Pertanto, l’adozione di barriere a base di amido negli imballaggi in carta rappresenta un passo importante verso soluzioni di packaging più sostenibili.
Cargill sta innovando in questo campo da tempo ed è ora pronta a lanciare la nuova gamma di prodotti Cargill Barrier Coatings, basata su amido modificato, che offre una resistenza media o elevata a olio e grasso.
Una storia di innovazione
La lotta contro olio e grassi è in corso da anni nell’industria alimentare. In passato, si utilizzavano semplici carte cerate per avvolgere i prodotti. Queste facevano un buon lavoro ma lasciavano spesso i clienti con mani unte e vestiti macchiati.
Successivamente sono emerse soluzioni migliori. A metà del XX secolo, furono introdotti rivestimenti plastici, principalmente a base di polietilene. Queste nuove barriere erano più efficaci, mantenevano il cibo fresco più a lungo e senza ungere. Tuttavia, non erano perfette, poiché contribuivano al crescente problema dei rifiuti di plastica.
Poi è arrivata l’era delle sostanze fluorochimiche, inclusi i PFAS. Queste sostanze chimiche offrivano una resistenza eccezionale a olio e grasso, diventando molto popolari per gli imballaggi di fast food e da asporto. Ma in seguito si è scoperto che i PFAS non erano così innocui come sembravano inizialmente.
Di conseguenza, l’industria ha cominciato a esplorare nuove alternative più sostenibili. Sono stati sviluppati rivestimenti a base d’acqua, materiali biodegradabili e sostanze naturali come amidi e proteine. Queste nuove barriere si sono rivelate non solo efficaci, ma anche con un migliore profilo ambientale.
Raggiungere queste prestazioni è tutt’altro che semplice. I rivestimenti cerati sono relativamente semplici ed economici, mentre le barriere biodegradabili e di origine naturale richiedono tecnologie avanzate e investimenti maggiori. Tuttavia, la spinta verso soluzioni più sostenibili sta guidando l’innovazione, rendendo queste opzioni alternative più accessibili ed efficaci.
Amido per barriere resistenti a olio e grasso
Il mercato delle bio-barriere OGR è destinato a crescere, poiché sempre più aziende investono in soluzioni di imballaggio sostenibili. Le innovazioni nella scienza dei materiali e nelle tecnologie di rivestimento saranno probabilmente i principali fattori trainanti di questa crescita, rendendo le barriere a base di amido e biodegradabili più competitive rispetto ai materiali tradizionali. Anche le normative e la domanda dei consumatori di prodotti più sostenibili continueranno a influenzare il mercato.
Le barriere OGR a base di amido funzionano attraverso diversi meccanismi che ne aumentano l’efficacia nelle applicazioni alimentari. I principali vantaggi dell’uso di amidi modificati sono:
• Idrofobicità: l’amido è idrofilo, cioè attrae naturalmente l’acqua. Per renderlo efficace come barriera OGR, viene spesso modificato chimicamente per aumentarne l’idrofobicità (es. esterificazione o eterificazione).
• Formazione di film: quando applicato come rivestimento, l’amido forma un film continuo sulla superficie del materiale. Questo film funge da barriera fisica contro olio e grasso. La qualità ed elasticità del film sono cruciali.
• Biodegradabilità: Uno dei principali vantaggi è la capacità di degradarsi naturalmente nell’ambiente, riducendo l’impatto ecologico rispetto ai materiali sintetici.
Dai test di laboratorio alle prove pilota: Cargill Barrier Coatings
Cargill è un protagonista globale nella produzione di amidi industriali, offrendo un’ampia gamma di prodotti da mais e frumento. Questi amidi vengono utilizzati in diversi settori grazie alle loro proprietà versatili, modificabili tramite processi chimici e fisici. L’offerta include amidi nativi, pregelatinizzati e modificati, ciascuno con applicazioni specifiche nella produzione di carta, ondulazione e rivestimenti.
Da anni, Cargill fornisce amidi modificati all’industria cartaria per sostituire i leganti sintetici nei rivestimenti grafici, migliorando la lavorabilità e le proprietà della carta.
Grazie a collaborazioni con università e istituti di ricerca, Cargill ha ottenuto dati importanti per studiare l’uso degli amidi come barriere. Su questa base, sono stati eseguiti test in laboratorio per valutare l’efficacia di diversi amidi modificati come barriere OGR, applicandoli su vari tipi di carta con una tecnica chiamata rod coater.
Si è notato che i risultati dipendevano dal tipo di carta: le carte con superfici più lisce e maggiore densità hanno mostrato migliori prestazioni. Invece, le differenze tra gli amidi dipendevano dalla loro idrofobicità e capacità di formare film.
La tecnica rod coating si è rivelata efficace per ottenere rivestimenti uniformi. Tuttavia, sappiamo che le condizioni su scala industriale sono diverse. Per questo Cargill ha eseguito prove pilota per confermare le prestazioni in condizioni realistiche (Figura 1).
Durante le prove pilota Cargill si è concentrata sulla lavorabilità della macchina rivestendo diversi tipi di carta con varie tecniche: metering size press (MSP), blade coater (jet) e curtain coater (Figura 2), utilizzando due tipi di amidi modificati: Cargill Barrier Coatings OGE e OGR 11.
I risultati (grafico 1) hanno mostrato che il curtain coater ha dato i risultati migliori per entrambi gli amidi modificati, probabilmente per la sua capacità di creare uno strato uniforme e continuo.
Anche il jet ha avuto buone performance, ma leggermente inferiori. L’MSP ha mostrato un certo assorbimento del film barriera applicato, con risultati meno favorevoli, ma comunque sufficienti per usi con esigenze medie (es. carta per avvolgere hamburger o patatine).
Come già visto nei test di laboratorio, anche le prove pilota hanno evidenziato che la scelta della carta base influenza significativamente l’efficacia della barriera OGR: carte con superfici lisce e alta densità funzionano meglio (Figura 3).
In conclusione, le prove pilota hanno dimostrato che gli amidi modificati Cargill Barrier Coatings, applicati con blade o curtain coater, offrono una barriera OGR molto efficace per imballaggi in carta anche con bassi pesi di rivestimento. L’MSP può comunque dare risultati adeguati per alcune esigenze. Questi risultati sottolineano anche l’importanza della tecnica di rivestimento e della carta base per ottenere prestazioni ottimali.
di Diego Fort (Specialista Senior R&D presso Cargill) e Andreas Voigt (Senior Technical Account Manager presso Cargill).
Fonte: “Development of starch-based materials using current modification techniques and their applications: a review” di Sumedha M. Amaraweera et al.
