• scarti industria alimentare
• proprietà meccaniche
• PBSA
• glicerolo
• film proteici
• gelatina
• additivi
• acido oleico

In questo lavoro di tesi sono stati preparati e caratterizzati film polimerici a base di proteine vegetali e animali. In particolare il lavoro si è incentrato sulla realizzazione di materiali a base di proteine attraverso plastificazione e miscelazione con polimeri biodegradabili.
Come è noto i film derivanti da proteine sono caratterizzati da scadenti proprietà meccaniche e termiche. La miscelazione con additivi, quali plastificanti e polimeri, ha quindi lo scopo di migliorare queste caratteristiche.
L’attività svolta può essere suddivisa in due parti. Una relativa alla preparazione e caratterizzazione di materiali a base di proteine vegetali ottenute da legumi, ed una relativa alla preparazione e caratterizzazione di miscele a base di gelatina.
Nella prima parte sono state innanzitutto caratterizzate alcune proteine da legumi ottenute dalla Stazione Sperimentale per le Industrie Conserviere ed Alimentari di Parma. In particolare sono state analizzate proteine di lenticchie a due diversi gradi di purezza, 75 e 60%, di fagioli e di piselli. Sulla base dei dati ottenuti sono state selezionate le proteine di lenticchie per la successiva parte del lavoro di tesi. In particolare, esse sono state selezionate perché il campione è risultato il più stabile termicamente, tra quelli studiati, e quindi il più idoneo per la successiva miscelazione con i plastificanti a caldo. Come plastificanti sono stati studiati il glicerolo, il tetraetilen glicole, l’acido oleico e miscele binarie dei tre. Le proteine ed i plastificanti (30% in peso) sono stati sciolti insieme in acqua a 40 °C. Le miscele solide, ottenute evaporando l’acqua al rotavapor, sono state caratterizzate attraverso analisi DSC, TGA, assorbimento di umidità e test di processabilità in pressa a piatti piani a temperature comprese nell’intervallo 120-140 °C. Dai risultati ottenuti la miscela più promettente è risultata quella plastificata con glicerolo ed acido oleico (15% in peso, ciascuno), poiché nelle prove di compressione a caldo ha fornito il film più omogeneo ed integro. Tale miscela è stata quindi preparata anche per miscelazione in miscelatore interno a 130 °C, usando una piccola quantità d’acqua (150% in peso rispetto alla proteina) come co-plastificante. Il materiale ottenuto è stato filmato e caratterizzato attraverso prove tensili fornendo un valore di modulo di 642 MPa e un allungamento a rottura del 2,7%. Tali dati indicano che l’aggiunta di glicerolo ed acido oleico alla proteina l’ha resa termoformabile, anche se i film ottenuti sono relativamente fragili.
Al fine di migliorare anche le proprietà meccaniche è stata fatta una prova preliminare di miscelazione a caldo della proteina plastificata con poli(butilen succinato-co-adipato) (PBSA), tuttavia nelle condizioni operative adottate non è stato possibile ottenere una miscela omogenea e stabile.
Nella seconda parte del lavoro di tesi è stato approfondito lo studio della miscelazione di proteine con PBSA. In questo caso, però, come proteina è stata usata la gelatina, una proteina di origine animale, e come metodo di miscelazione è stata usata la miscelazione in emulsione. Questo metodo permette, in prospettiva, di preparare miscele tra un polimero idrofilo, quali le proteine, ed uno idrofobo, quali sono molti polimeri elastomerici.
Per preparare le miscele, la gelatina è stata sciolta in acqua ed il PBSA in diclorometano e le due soluzioni sono state emulsionate con l’ausilio di un omogeneizzatore. In questo modo sono state ottenute miscele con rapporti gelatina/PBSA 95/5, 90/10, 80/20 e 70/30. Inoltre sono state fatte due prove in cui il 20% della gelatina è stato sostituito in una prova con un copolimero aggraffato della gelatina con polipropilen ossido e un’altra con polivinilalcool. Nelle preparazioni, la concentrazione della soluzione acquosa di gelatina è stata mantenuta fissa al 5%, mentre la concentrazione del PBSA in diclorometano è stata variata nell’intervallo 2-10%. Le miscele sono state usate per ottenere dei film per evaporazione del solvente a temperatura ambiente, che sono stati caratterizzati attraverso microscopia ottica e elettronica a scansione (SEM), spettroscopia ATR, analisi DSC e prove meccaniche tensili.
Tutti i film preparati sono risultati meno fragili della gelatina tal quale. Tuttavia, l’analisi SEM dei film ha evidenziato una morfologia non omogenea delle fasi, con una concentrazione più elevata di PBSA sul lato inferiore dei film. Inoltre i film presentavano bolle in prossimità della superficie inferiore, le cui dimensioni aumentavano all’aumentare della quantità di solvente organico usato nella preparazione della miscela. Tale morfologia dipende anche dalle condizioni di preparazione dei film, quali tempo, temperatura e pressione relativa, poiché questi ultimi influenzano il quantitativo di solvente organico residuo. E’ infatti stato dimostrato che rimuovendo il solvente organico in modo quantitativo è possibile ottenere film di gelatina/PBSA 70/30 con una morfologia omogenea delle fasi.
L’analisi DSC delle miscele ha evidenziato un forte effetto della morfologia sulle proprietà termiche della fase PBSA, la quale mostra un abbassamento della temperatura di transizione vetrosa, della temperatura di cristallizzazione e del grado di cristallinità rispetto al PBSA puro. Tale variazione è imputabile alla presenza di PBSA all’interfaccia aria/gelatina.
La morfologia delle fasi ha un forte effetto anche sulle proprietà meccaniche delle miscele, in quanto se le dimensioni delle bolle sono relativamente piccole, il materiale è più flessibile. Se invece sono grandi producono un peggioramento delle proprietà meccaniche.
Infine, i compatibilizzanti studiati non hanno prodotto effetti positivi sulle proprietà delle miscele, molto probabilmente perché hanno abbassato la viscosità della gelatina durante la preparazione delle miscele, destabilizzando le emulsioni.