Sviluppo di un materiale smart responsivo all'umidità per packaging

This project aimed at the development and characterization of a smart humidity-responsive packaging able to trigger the controlled release of a yeast with antimicrobial activity, Metschnikowia pulcherrima (MS). To do so, an electrospinning apparatus was employed to produce a double layer of polymeric fibres loaded with yeasts endowed with antimicrobial properties as active ingredient. Poly(lactic acid) was chosen to fabricate the external hydrophobic fibrous membrane, since it is one of the most promising biopolymers, due to its biodegradability, biocompatibility, thermoplastic behaviour, transparency, gas barrier properties, good mechanical strength and durability. Pullulan and chitosan were chosen to fabricate the internal hydrophilic fibrous membrane, due to their biodegradability and swelling behaviour. To provide the internal layer with bioactive properties, an established quantity of M. pulcherrima was loaded into the polymeric blend of pullulan and chitosan. Due to the antagonistic activity, the Pulcherrimin toxin produced by M. pulcherrima represents a biological alternative to chemical agents to protect food products against destructive microorganisms, foodborne pathogens, and also mycotoxigenic fungi. The developed systems were characterized for their morphology by SEM and AFM analyses, and the mean fibres dimensions were calculated. The mechanical properties were tested using a dynamometer, and the surface wettability was assessed with a contact angle meter. Moreover, a degradation test in vitro of the fibres was performed to evaluate their stability. The preliminary cytocompatibility was assessed in human fibroblast cells, and, finally, a test on the capability of conservation of food was performed on blueberries.

Questo progetto si è preposto di sviluppare e caratterizzare un packaging capace di stimolare il rilascio controllato di un lievito ad attività antimicrobica, il Metschnikowia pulcherrima (MS), in risposta ai livelli di umidità. A questo scopo, è stato impiegato il processo dell’elettrofilatura per produrre un doppio strato di fibre polimeriche contenenti i lieviti ad attività antimicrobica. Poiché l’acido (poli)lattico è un polimero biodegradabile, termoplastico, resistente, e dotato di buone proprietà meccaniche e di barriera, è stato scelto per la sintesi dello strato fibroso esterno idrofobico. Pullulano e chitosano sono stati scelti per la produzione dello strato fibroso interno idrofilico, poiché sono due polimeri biodegradabili e capaci di assorbire l’acqua. Una quantità stabilita di M. pulcherrima è stata aggiunta alla miscela polimerica di pullulano e chitosano così da integrare nello strato interno del packaging il componente attivo. Infatti, la tossina pulcerrimina prodotta da M. pulcherrima, essendo dotata di attività antagonista nei confronti dei principali patogeni di origine alimentare e dei funghi micotossigeni, rappresenta una valida alternativa ai più utilizzati agenti chimici per la protezione e conservazione degli alimenti. I materiali così sviluppati sono stati caratterizzati dal punto di vista morfologico mediante analisi al microscopio elettronico a scansione (SEM) e al microscopio a forza atomica (AFM). Le proprietà meccaniche sono state testate con un dinamometro, e la bagnabilità è stata valutata utilizzando uno strumento di misura per l’angolo di contatto. Inoltre, è stato condotto uno studio di degradazione in vitro delle fibre per valutarne la stabilità. Gli studi preliminari di citocompatibilità sono stati condotti su fibroblasti umani, e, infine, la capacità di conservazione del packaging alimentare è stata valutata sui mirtilli.