Fabbricazione e caratterizzazione di film biopolimerici con modifiche superficiali per imballaggi alimentari

Abstract

L’industria del packaging alimentare sta evolvendo verso soluzioni più funzionali e sostenibili. Da un lato si sviluppano tecnologie in grado di prolungare la shelf life dei prodotti alimentari e conservarne le proprietà organolettiche, dall’altro cresce la richiesta di materiali biodegradabili che possano sostituire le plastiche tradizionali di origine fossile. Questa tesi magistrale si concentra sulla produzione e caratterizzazione di film biopolimerici con superfici ingegnerizzate, destinati a potenziali applicazioni nel packaging alimentare sostenibile. I film sono stati realizzati mediante tecnica di solvent casting, utilizzando la zeina — una prolamina insolubile in acqua derivata dal mais — e una soluzione idroalcolica all’80% v/v. Le superfici dei film sono state modificate per variare la bagnabilità: l’idrofobicità è stata ottenuta replicando la superficie della foglia di loto, mentre l’idrofilia è stata migliorata tramite trattamento al plasma freddo, in collaborazione con il CNR di Milano nell’ambito del progetto PRIN. Le proprietà superficiali, meccaniche e barriera dei film sono state analizzate attraverso misure di angolo di contatto, prove di trazione (resistenza, allungamento a rottura, modulo di Young) e test di permeabilità a ossigeno e anidride carbonica in condizioni di vuoto. I risultati evidenziano che i film biopolimerici con superfici modificate offrono proprietà personalizzabili e rappresentano una valida alternativa ecocompatibile ai tradizionali imballaggi plastici, contribuendo alla conservazione ottimale di diversi tipi di alimenti.

The food packaging industry is currently evolving in two main directions: the development of functional packaging to extend shelf life and preserve organoleptic properties, and the increasing demand for sustainable, biodegradable alternatives to conventional fossil-based plastics. This Master’s thesis focuses on the fabrication and characterization of biopolymeric films with tailored surface properties for potential use in sustainable food packaging. The films were produced using the solvent casting technique, with zein—a water-insoluble corn-derived prolamin—as the biopolymer and an 80% (v/v) ethanol-water solution as the solvent. Surface modifications were applied to adjust the films' wettability, using two approaches: lotus leaf replication to induce hydrophobicity, and cold plasma treatment to increase hydrophilicity. Some of the treatments and analyses were conducted in collaboration with the CNR – Institute for Plasma Science and Technology in Milan, within the framework of the PRIN project. The modified films were evaluated in terms of wettability (via static contact angle measurements), thickness, gas permeability, and mechanical properties, including tensile strength, elongation at break, and Young's modulus. Oxygen and carbon dioxide permeability tests were performed under vacuum conditions to assess their barrier performance—an essential factor for maintaining food quality and freshness. The results show that surface-engineered biopolymeric films are a promising, eco-friendly alternative to synthetic plastic packaging, offering tunable properties that can be adapted to different food preservation needs.