Sviluppo di una nuova metodologia per la misura della permeabilità di film plastici ad uso alimentare

Abstract

Oggi frutta e verdura sono trasportate e distribuite sul mercato in imballaggi chiusi con film plastici o bio. La confezione assicura una migliore protezione del prodotto contro gli impatti meccanici e climatici, permettendo di prolungare la loro shelf-life. A questo fine e' fondamentale conoscere le proprieta' di barriera presentate dai film nei confronti di ossigeno, anidride carbonica e vapore acqueo. Scopo del mio lavoro di tesi e' stato quello di ricercare un nuovo e diverso metodo, alternativo ai tradizionali citati in letteratura e basati per lo piu' sull'impiego di costose attrezzature tipo gas cromatografi, per la determinazione e il calcolo del coefficiente di permeabilita' ai gas e al vapore acqueo di film plastici e biodegradabili usati per il confezionamento di frutta e vegetali freschi/freschissimi senza l'impiego della MAP (atmosfera modificata). Le prove sono state condotte mediante l'utilizzo di una strumentazione a basso costo appositamente realizzata in laboratorio e consistente in due cilindri di plexiglas recanti all'interno due box di plastica contenenti frutti climaterici e coperti con i film oggetto di studio (2 plastici e due biodegradabili). Sia i cilindri sia i box erano equipaggiati con un kit di sensori collegati a data logger per misurare i valori di concentrazione dell'ossigeno e dell'anidride carbonica, l'umidita' relativa e la temperatura con tempo di campionamento di 2 minuti. Questa struttura cosi' organizzata era inserita all'interno di una camera termica in maniera tale da poter controllare e regolare opportunamente i valori di temperatura. Si sono simulate due condizioni di temperatura, corrispondenti a due differenti condizioni di stoccaggio: temperatura progressivamente crescente da circa 0 a circa 25à à °C e temperatura fluttuante da circa 0 a circa 10à à °C. Il principio di misura applicato sfrutta la variazione naturale della composizione dell'atmosfera all'interno delle confezioni conseguente alla normale attivita' respiratoria della frutta. Misurando la variazione nel tempo della concentrazione dei gas chiave (anidride carbonica, ossigeno, vapor d'acqua) nei due ambienti (cilindro e box) separati dal film oggetto di studio, si e' messa a punto una procedura che consente di pervenire alla determinazione della permeabilita' del film ai gas considerati. Tutta la procedura di calcolo e' stata basata sull'equazione di stato dei gas perfetti e sulle leggi della psicrometria dell'aria umida. Tutte le fasi preliminari di trattamento dei segnali e tutte le equazioni per il calcolo delle quantita' di interesse sono state implementate utilizzando il linguaggio di programmazione del software open source R. I risultati hanno permesso di testare la validita' del metodo proposto, nel senso che hanno condotto alla determinazione di coefficienti di permeabilita' all'anidride carbonica, all'ossigeno e al vapore acqueo comparabili con quelli riscontrati in letteratura per film simili a quelli utilizzati (film per la conservazione di frutta fresca). Inoltre, i risultati hanno confermato pure gli aspetti teorici del modello diffusionale circa la tendenza crescente della permeabilita' al crescere della temperatura. Infine, sulla base delle leggi della psicrometria, le prove hanno permesso di evidenziare che le fluttuazioni di temperatura possono portare alla formazione di condensa sulla superficie dei film, con possibile deterioramento dell'alimento e quindi riduzione della sua shelf-life. Il lavoro svolto e' da considerarsi solamente un primo approccio, certamente suscettibile di ulteriori sviluppi futuri. Esso ha sostanzialmente dimostrato la validita' della metodologia proposta, che puo' essere perfezionata in modo da pervenire a determinazioni piu' precise ed accurate. A tal fine: Si potrebbero utilizzare sensori di ossigeno e anidride carbonica caratterizzati da un range di misura piu' ampio, cosi' da permettere l'esecuzione di prove di durata maggiore. Si potrebbero utilizzare data logger con una risoluzione piu' elevata, cosi' da agevolare o addirittura da rendere superflue le operazioni di pre-trattamento dei segnali. Si potrebbero aggiungere sensori di pressione, per tenere conto delle effettive variazioni di tale grandezza sia per cambiamenti nelle condizioni barometriche ambientali sia perche' indotte dalle variazioni di temperatura. Ancora, si potrebbe approfondire l'analisi dei dati, provando a modellizzare anche le fasi di assorbimento e desorbimento del gas o vapore, cosi' da valutare le caratteristiche dei film anche durante i transitori. Infine, per approfondire le problematiche legate alla formazione di condensa, si potrebbe studiare l'influenza esercitata sul coefficiente di permeabilita' da diversi tipi assorbitori di umidita' da includere all'interno delle confezioni.