Sviluppo e caratterizzazione di biofilms a base di cheratina per applicazioni future di packaging alimentare ottenuto da scarti dell'industria agroalimentare.

After decades of excessive consumerism and production of plastics materials from inorganic sources, nowadays our planet is on the verge of a disaster because of the excessive use of plastic in everyday life and it’s submerged by plastic waste. It’s about time that everyone starts to change the way we treat to reduce plastics waste, we must pay attention to what we throw away and where we put our rubbish. In our everyday life, everybody can contribute with recycling. All countries must increase research to produce new eco-sustainable materials which can replace plastic; it’s a way that can give value to industrial waste. For this reason, the European Union presented, in 2019, an action plan to promote circular economy, which is different from the traditional one because it is not focused on production and single use, but it’s an economy that focuses on innovation, waste reduction and in particular on exploitation of industrial waste to give them a new life. This thesis is focused on building a new plastic biofilm made with food industry waste which will be used like active food packaging as a substitute to plastic. We used as waste the keratin, an interesting polymer because it is the most abundant protein in the animal world, so it is simple to find as a waste of slaughterhouse. Moreover, this protein has got a lot of physio-chemical properties which are so different from the other proteins. As a matter of fact, keratin is water and vapour resistant, it’s very stable and malleable: these characteristics depend on the number of disulphide bonds. In this work we used the keratin extracted from chicken feathers; these are waste of food productions and their disposal causes pollution. The hydrophobic characteristics of keratin can be interesting to produce a food packaging because it can protect the food from water and the physical properties can be useful to protect the product from mechanical stress. Moreover, the packaging composed with organics materials, with the similar qualities of plastic, could become a biodegradable and compostable alternative of plastic. In this thesis, another objective is creating a new material which helps the food to have a long shelf-life, for this reason we added to biofilms extracts of Salvia libanotica, which has a lot of antioxidant, antimicrobial, and nutraceuticals components. These substances help the food to deteriorate more slowly and to limit the microbial growth. This work describes the methods to create and optimize the biofilms physico-chemical characterizes, the test we used to check the antioxidant power (ABTS, FRAP and TPC) and antimicrobial power fight two food pathogens: Staphylococcus aureus and Klebsiella pneumoniae. Finally, this thesis paves the way for the production of new biofilms which will be used to make food-packaging with agro-industrial waste according to a new circular economy.

Dopo anni di consumismo e produzione di materiali derivati da fonti inorganiche, oggi il nostro pianeta risulta sommerso da rifiuti plastici. È giunto il momento di cambiare direzione ponendo maggior attenzione a cosa gettiamo e dove lo gettiamo. Se nel nostro piccolo ogni cittadino può contribuire alla raccolta attenta dei rifiuti, a livello mondiale è necessario incrementare la ricerca per la produzione di materiali ecosostenibili che possano sostituire la maggior causa di inquinamento, la plastica, e valorizzare le potenzialità dei rifiuti industriali in modo da riciclare tutto ciò che invece viene gettato. Proprio per questo motivo l’Unione Europea nel 2019 ha presentato un piano d’azione per incentivare l’economia circolare, cioè un’economia che vada a sostituire quella tradizionale basata sulla produzione, l’utilizzo e il gettare e focalizzata sull’innovazione, riduzione dei consumi e degli sprechi, ponendo attenzione soprattutto sulla valorizzazione degli scarti industriali creando nuova vita ai rifiuti. L’obbiettivo di questo studio è lo sviluppo di un biofilm plastico realizzato con degli scarti dell’industria agroalimentare con lo scopo di poterlo utilizzare in sostituzione della plastica per la produzione di un packaging alimentare funzionale. Lo scarto utilizzato per lo sviluppo di tale materiale è la cheratina, un polimero molto interessante perché oltre ad essere una delle proteine maggiormente presenti nel mondo animale, quindi facilmente reperibile da sottoprodotti di macellazione della carne, detiene anche delle proprietà fisico-chimiche diverse da altre proteine. Infatti, la cheratina è estremamente resistente all’acqua e al calore ed è molto stabile e plastica a seconda del suo contenuto di ponti disolfuro. La cheratina utilizzata in questo lavoro è stata estratta di piume di pollo che costituiscono un rifiuto dell’industrie agroalimentari e il loro smaltimento contribuisce all’inquinamento ambientale. Le caratteristiche idrofobiche di tale proteina estratta potrebbero contribuire positivamente alla produzione di un packaging alimentare che ha l’obbiettivo di proteggere l’alimento da acqua e vapore. Inoltre, essendo una delle proteine più resistenti in natura potrebbe favorire la protezione del prodotto dagli stress meccanici e un imballaggio ottenuto da fonti organiche con proprietà fisiche simili a quelle della plastica, potrebbe diventare un’ottima alternativa compostabile e biodegradabile. In questo studio, inoltre, ci si è posti l’obbiettivo di creare un materiale attivo ecosostenibile che fosse in grado di garantire al prodotto una shelf-life duratura. A tale scopo sono stati prodotti biofilms che contengono anche estratti da piante caratterizzate dalla presenza di elevata quantità di sostanze antiossidanti, antibatteriche e nutraceutiche fondamentali per contrastare la crescita microbica e il deterioramento del prodotto alimentare. Nello studio vengono presentati i metodi di sviluppo ed ottimizzazione delle caratteristiche fisico- chimiche dei biofilm, test per la valutazione del loro potere antiossidante (ABTS, FRAP e TPC) e antimicrobico contro i patogeni alimentari quali Staphylococcus aureus e Klebsiella pneumoniae. In conclusione, il seguente lavoro ha consentito di iniziare a sviluppare la produzione di biomateriali per un futuro packaging alimentare partendo da materiali di scarto dell’indsustria agroalimentare in un concentto di circular economy.