Imballaggi alimentari con ossido di grafene. Brevetti e studi

Pubblicato il 16 Agosto 2021 da Veronica Baker

Il progresso tecnologico è come un’ascia nelle mani di un criminale patologico.

Albert Einstein


Imballaggi alimentari con ossido di grafene. Brevetti e studi

Studio di riferimento

KR20190070071A. . (2019). [Brevetto KR20190070071A]. Film per imballaggio agricolo contenente grafene = Agricultural packaging film containing graphene. https://patents.google.com/patent/KR20190070071A/en

Introduzione

Proseguendo con l’indagine sul grafene “G” e sull’ossido di grafene “GO” in fertilizzanti e prodotti fitosanitari, è stato trovato un brevetto che, data la sua natura, può fornire informazioni utili per chiarire altri mezzi di intossicazione.

Parliamo del brevetto (KR20190070071A. 김립. 2019) che definisce il metodo di produzione e utilizzo di un film per il confezionamento alimentare.

Fatti analizzati


Imballaggi alimentari con ossido di grafene
Fig. 1 : Brevetto (KR20190070071A. 김립. 2019) su film plastico in grafene per il confezionamento di prodotti agricoli

Il brevetto coreano presenta un film plastico composto da grafene che, secondo gli autori, aiuta a ridurre la degradazione del prodotto.

Il processo è spiegato come segue :  “L’obiettivo della presente invenzione è fornire un film da imballaggio per le colture elaborando una composizione di resina contenente grafene.
Gli autori hanno disperso il grafene in una resina epossidica e hanno trasformato un pellet, ottenuto mescolando la resina in polietilene a bassa densità con un apparato di estrusione, in una pellicola che può essere utilizzata come materiale da imballaggio per la conservazione di prodotti agricoli”

Gli autori attribuiscono al grafene proprietà per allungare la vita utile degli alimenti, tuttavia non menzionano le conseguenze per la salute delle persone, trattandosi di una sostanza tossica e nociva, come è stato più volte riportato anche in questo blog.

Come spiegano gli autori, “la composizione del film di imballaggio è di per sé una funzione speciale e ha l’effetto di prevenire lo sviluppo di scolorimento e decadimento di colture come ortaggi e frutta durante la distribuzione e lo stoccaggio…c’è una richiesta di una tecnologia che possa preservare a lungo la qualità del raccolto”.

Ciò è possibile perché il film di grafene che circonda il cibo riduce l’ingresso e l’uscita dell’ossigeno, impedendone la decomposizione più a lungo

Successivamente, il brevetto fornisce un dettaglio molto interessante : “È pratica comune incorporare vari additivi nella resina matrice per l’espressione di queste funzioni.
Esempi dell’additivo includono conservanti, nanomateriali, materiali che emettono infrarossi lontani e simili
“.

Nello specifico il riferimento ai materiali che emettono raggi infrarossi lontani, chiamati in inglese “far-infrared-ray (FIR)”.

Sebbene il brevetto non spieghi l’utilità di questa caratteristica, quando si indaga su questa proprietà, si riscontra che la presenza di un agente radiante FIR, aumenta l’attività antimicrobica, per migliorare l’igiene e la durata di conservazione degli alimenti, vedi (Lee, JY; Kim, CH; Jung, HG; Shin, TG; Seo, JM; Lee, YR 2008) oppure (Eom, SH; Park, HJ; Seo, DW; Kim, WW; Cho, DH 2009 | Leung, TK; Huang, PJ; Chen, YC; Lee, CM 2011).

Ciò è confermato nel brevetto con la seguente affermazione : “La presente invenzione fornisce un film per il confezionamento di colture riducendo l’uscita di ossigeno attraverso un film e formando un materiale composito con una resina in grado di emettere raggi infrarossi lontani, minimizzando così la diminuzione della trasparenza del substrato“.


Imballaggi alimentari con ossido di grafene
Figura 2 : Campione di grafene nel film plastico brevettato (KR20190070071A. 김립. 2019)

Nelle prove effettuate dagli autori del brevetto si evidenzia la seguente conclusione : “Di conseguenza, è stato confermato che lo scolorimento e la decomposizione delle colture confezionate con il film contenente grafene erano notevolmente ritardati rispetto al film di controllo che non conteneva grafeneI campioni di banana confezionati con un film di controllo senza grafene hanno mostrato un significativo scolorimento e deterioramento della pelle dopo 14 giorni a temperatura ambiente, ma nel caso di film contenenti grafene, lo scolorimento era parziale“.

Nonostante il brevetto sia stato richiesto nel 2017 e pubblicato nel 2019, nel 2018 è apparsa una notizia correlata a quest’ultimo articolo, avente il titolo “Korean shop introduces genie banana packaging to avoid overripe fruit“, vedi (Barr, S. 2018).


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Figura 3 : Banane che probabilmente erano imballate con pellicola di grafene (Barr, S. 2018 )

Sebbene la questione delle banane possa essere aneddotica, non è banale poiché esistono ricerche che coinvolgono “ossido di grafene con chitosano” come metodo di conservazione, che è correlato allo scopo dei supporti di confezionamento.

Va chiarito che “chitosano” è un composto polisaccaride composto, utilizzato in ambito agricolo per combattere parassiti, malattie delle colture, combattere infezioni fungine, tra gli altri scopi.

In ambito biomedico è utilizzato per le sue proprietà antisettiche (anche combinato con grafene od ossido di grafene come nel caso qui citato), per la disinfezione e la guarigione delle ferite (Choudhary, P .; Ramalingam, B .; Das, SK 2020). oppure (Mangadlao, J .; Fan, J .; De Leon, A .; Delgado-Ospina, J .; Rojas, JG; Advincula, R. 2017), nonché negli idrogel (Konwar, A .; Kalita, S . ; Kotoky, J.; Chowdhury, D. 2016).

Tornando ai test con le banane,  spicca la ricerca di (Wang, H.; Qian, J.; Ding, F.2018) in cui i ricercatori lavorano allo sviluppo di imballaggi in plastica biodegradabile a base di chitosano ed ossido di grafene, affermando che “rispetto al chitosano incontaminato, i film di chitosano/ossido di grafene a base di reticolazione chimica hanno una migliore capacità meccanica e proprietà di barriera all’ossigeno.

Pile di ossido di grafene e grafite espansa potrebbero anche essere aggiunte al chitosano per formare pellicole.
La selettività e la sicurezza hanno dimostrato il loro potenziale come film antimicrobici per la conservazione degli alimenti
“.


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Figura 4 : Test comparativo di banane con e senza rivestimento con pellicola barriera all’ossigeno (Wang, H .; Qian, J .; Ding, F. 2018)

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Figura 5 : Granuli di chitosano composto e macchina di estrusione per creare il film di imballaggio (Wang, H .; Qian, J .; Ding, F. 2018)

Un’altra affermazione rilevante dell’esperimento è correlata al livello di pH del composto e alla ionizzazione del chitosano : “Il chitosano è stato altamente ionizzato dal controione poli (acido acrilico) e potrebbe attirare più ossido di grafene sul film di massa.
I film multistrato hanno dimostrato avere le proprietà combinatorie dei componenti e dimostrato che la loro inibizione di E.Coli (Escherichia Coli) e la loro attività antiossidante aumenta con l’aumento del numero di doppi strati
“.

Questa spiegazione mostra la relazione tra ionizzazione e ossido di grafene.
Anche altri autori concordano sull’uso dell’ossido di grafene nei prodotti e nei processi di confezionamento, vedi (Venkateshaiah, A.; Cheong, JY; Habel, C.; Wacławek, S.; Lederer, T.; Cernik, M.; Agarwal, S. 2019 | Li, F.; Yu, HY; Wang, YY; Zhou, Y.; Zhang, H.; Yao, JM; Tam, KC 2019).

Per concludere l’analisi del brevetto di cui alla voce (KR20190070071A. 김립. 2019), vale la pena segnalare che il grafene utilizzato nel film ha uno spessore medio da 1 a 20 strati atomici.
Il resto dei composti sono resina di polietilene, polipropilene, polietilene tereftalato ed il già citato grafene.

Altri studi

Oltre al brevetto di cui alla voce, ci sono decine di indagini relative a materiali per imballaggi alimentari che utilizzano grafene G o ossido di grafene GO.

Un esempio recente è quello di (Cheng, Y.; Dong, H.; Wu, Y.; Xiao, K. 2021) che sviluppano un materiale per il confezionamento sottovuoto contenente ossido di grafene amidato/polieteretere chetone solfonato, noto anche con il suo acronimo AGO/SPEEK, orientata alla conservazione dei pomodorini.


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Figura 6 : Microscopia dell’AGO/SPEEK utilizzato per il confezionamento dei pomodori. (Cheng, Y.; Dong, H.; Wu, Y.; Xiao, K. 2021)

Tornando agli esperimenti di confezionamento delle banane, da menzionare lo studio di (Chowdhury, S.; Teoh, YL; Ong, KM; Zaidi, NSR; Mah, SK 2020 ) che presenta lo sviluppo di film di PVA in alcool polivinilico con ossido di grafene GO.

Gli autori affermano che “è stato anche dimostrato che il film PVA-GA-GO possiede citotossicità batterica formando una zona di inibizione di 10 mm verso E. coli, che può essere valutata per avere una moderata attività antibatterica.
La citotossicità batterica del film PVA-GA-GO è attribuita all’inserimento della nanopiastra GO nella membrana cellulare.

A causa della forma dei bordi affilati e simili a lame che GO possiede, potrebbe invadere e distruggere i fosfolipidi delle membrane di E.Coli (Escherichia Coli), portando alla formazione di cavità e fori su scala nanometrica .

Uno studio assai interessante, dal momento che l’ossido di grafene ha la particolarità di penetrare ed entrare in contatto con le cellule dei batteri, depositandosi e accumulandosi ; gli autori lo confermano come segue : ”Inoltre, GO ha una maggiore densità di gruppi funzionali ed è fisicamente piccolo, fornendo così maggiori opportunità di entrare in contatto e interagire con le cellule batteriche, con conseguente deposizione cellulare.

Attraverso il contatto diretto, i nanosheet di grafene possono stimolare lo stress di membrana distruggendo le membrane cellulari ed infine portare alla morte cellulare.”

Ma se l’ossido di grafene GO è in grado di provocare la morte cellulare nei batteri, potrebbe farlo anche con le cellule umane, infatti questo è affermato, fra gli altri, negli studi di (Mittal, S .; Kumar, V .; Dhiman, N .; Chauhan, LKS; Pasricha, R .; Pandey, AK 2016 | Lim, MH ; Jeung, IC; Jeong, J .; Yoon, SJ; Lee, SH; Park, J.; Min, JK 2016 | Gurunathan, S.; Arsalan-Iqbal, M.; Qasim, M.; Parco, CH; Yo, H.; Hwang, JH; Hong, K. 2019  | Palmieri, V.; Lauriola, MC; Ciasca, G.; Conti, C.; De-Spirito, M.; Papi, M. 2017 | Chen, L.; Hu, P.; Zhang, L.; Huang, S.; Luo, L.; Huang, C. 2012 | Seabra, AB; Paula, AJ; de Lima, R.; Alves, OL; Durán, N. 2014).


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Figura 7 : Composto di ossido di grafene PVA-GA-GO utilizzato nella ricerca (Chowdhury, S .; Teoh, YL; Ong, KM; Zaidi, NSR; Mah, SK 2020)

Il lavoro di  (Ghanem, AF; Youssef, AM; Rehim, MHA 2020) è interessante per l’introduzione dell’ossido di grafene negli imballaggi in polistirene.

Ciò è affermato testualmente come segue : “l’ossido di grafene idrofilo (GO), preparato con il metodo Hummer, è stato innestato sulla superficie con poli (4-vinilbenzil cloruro), p (VBC), mediante un metodo di polimerizzazione radicale in situ.
Ossido di grafene / poli (4-vinilbenzilcloruro), GP (VBC), è stato quindi disperso nella matrice di polistirene per ottenere film sottili di nanocomposito con diversi rapporti di riempimento (5%, 10%, 15%, 20% e 25%) del peso
“.

Ciò significa che l’ossido di grafene viene applicato a qualsiasi prodotto in polistirene che viene a contatto con gli alimenti, ad esempio vaschette di plastica, coperchi termosaldabili, barattoli, schiume di plastica, contenitori da asporto.
In breve, tutti i contenitori di plastica per alimenti.


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Figura 8 : Campioni di ossido di grafene utilizzati nello sviluppo della ricerca (Ghanem, AF; Youssef, AM; Rehim, MHA 2020)

La ricerca di (Goh, K .; Heising, JK; Yuan, Y .; Karahan, HE; ​​​​Wei, L .; Zhai, S .; Chen, Y. 2016) utilizza il poli(acido lattico) PLA insieme ad ossido di grafene ridotto “rGO”, per migliorare le proprietà di confezionamento e risolvere i problemi di barriera al vapore acqueo ed all’ossigeno che molti derivati ​​del petrolio presentano, quindi “per affrontare questo problema, abbiamo progettato un film composito di PLA-grafene con architettura a sandwich, che utilizza un ossido di grafene ridotto impermeabile (rGO) come barriera centrale e film commerciali in PLA come incapsulamento protettivo esterno”.

Gli autori concludono che “la grande dimensione laterale di rGO e il piccolo spazio interstrato tra i fogli di rGO hanno creato un percorso di diffusione esteso e tortuoso, che è fino a 1.450 volte lo spessore della barriera di rGO … l’architettura interlacciata ha dotato il film composito PLA-rGO con una buona lavorabilità, che aumenta la maneggevolezza del film e la sua capacità di adattamento.

Le simulazioni che utilizzano il film composito per imballaggio alimentare PLA – rGO per olio commestibile e patatine mostrano anche un’estensione di almeno otto volte della durata di conservazione di questi prodotti alimentari sensibili all’ossigeno e all’umidità.

Come si può vedere nella Figura 9, la barriera all’ossido di grafene agisce come un agente impermeabilizzante per l’ossigeno contenuto all’interno del sacchetto o contenitore con il cibo, aumentando la vita utile del cibo.


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Figura 9 : Immagine in sezione del film PLA-rGO sviluppato nella ricerca (Goh, K.; Heising, JK; Yuan, Y.; Karahan, HE; ​​​​Wei, L .; Zhai, S .; Chen, Y. 2016)

Anche altri autori (Huang, HD; Ren, PG; Xu, JZ; Xu, L .; Zhong, GJ; Hsiao, BS; Li, ZM 2014), hanno utilizzato lo stesso approccio al poliacido lattico (PLA), sebbene combinato con nanofogli di ossido di grafene GONS “.

Tra i risultati di maggior spicco è da segnalare : “una forte diminuzione è stata ottenuta nei coefficienti di permeabilità ai gas dei film di PLA, dove i coefficienti di permeabilità a O2 e CO2 sono stati ridotti rispettivamente di circa il 45% e il 68% con un carico di GONS inferiore all’1,37% del volume “.

La combinazione PLA-GONS ha la particolarità di poter proteggere gli alimenti dalla luce ultravioletta, come commentano gli stessi ricercatori di prima : “l’incorporazione di GONS potrebbe bloccare efficacemente la trasmissione della luce ultravioletta nei film nanocompositi e fornire alla matrice PLA un’eccellente stabilità termica, evidenziando l’idoneità del materiale per la “produzione di film ad alta barriera su larga scala nell’industria del packaging“.

È stato anche studiato lo sviluppo di materiali biodegradabili dal punto di vista ambientale per l’imballaggio alimentare (Manikandan, NA ; Pakshirajan, K .; Pugazhenthi, G. 2020).

In questo lavoro viene creato un materiale di poliidrossibutirrato PHB (biopolimero termoplastico semicristallino) e grafene “G”.

Come gli studi sopra menzionati, vengono valutate le proprietà meccaniche e di barriera per la protezione e la durabilità degli alimenti.

È interessante notare che gli autori menzionano la citotossicità del grafene affermando che “Il nanocomposito PHB / Gr-NP è meno citotossico e altamente biodegradabile dai biomi del suolo“, aggiungendo che “aumenta la durata di quattro volte, dopo aver simulato cibi sensibili all’umidità ed all’ossigeno (patatine fritte e latticini).


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Figura 10 : Microscopia del materiale utilizzato nella ricerca sul grafene PHB-Gr-NPs (Manikandan, NA; Pakshirajan, K.; Pugazhenthi, G. 2020)

Riflessioni finali

È stato dimostrato che il grafene “G”, l’ossido di grafene “GO”, ed anche l’ossido di grafene ridotto “rGO” potrebbero essere ampiamente utilizzati in tutti i tipi di imballaggi alimentari, sotto forma di film plastico, per prolungare la vita degli alimenti, come indicato nella letteratura scientifica (KR20190070071A. 김립. 2019 | Venkateshaiah, A .; Cheong, JY; Habel, C .; Wacławek, S .; Lederer, T .; Cernik, M .; Agarwal, S. 2019 | Li, F .; Yu, HY; Wang, YY; Zhou, Y.; Zhang, H.; Yao, JM; Tam, KC 2019 | Cheng, Y.; Dong, H.; Wu, Y.; Xiao, K. 2021 | Chowdhury, S .; Teoh, YL; Ong, KM; Zaidi, NSR; Mah, SK 2020 | Ghanem, AF; Youssef, AM; Rehim, MHA 2020 | Goh, K .; Heising, JK; Yuan, Y .; Karahan , HE; ​​Wei, L.; Zhai, S.; Chen, Y. 2016 | Huang, HD; Ren, PG; Xu, JZ; Xu, L.; Zhong, GJ; Hsiao, BS;Li, ZM 2014 | Manikandan, NA; Pakshirajan, K.; Pugazhenthi, G. 2020  | Yu, J.; Ruengkajorn, K.; Crivoi, DG; Chen, C.; Buffet, JC; O’Hare, D. 2019 | Terzioglu, P.; Altin, Y.; Kalemtas, A.; Bedeloglu, AC 2020) che possono essere trovati anche con le query “graphene oxide”, “food”, “film”, “packaging”

Il grafene potrebbe essere utilizzato anche insieme al chitosano (o chitosano), od ad altri componenti, per realizzare bende, medicazioni e prodotti per la guarigione delle ferite ( Fan, Z.; Liu, B.; Wang, J.; Zhang, S.; Lin , Q.; Gong, P.; Yang, S. 2014 | Lu, B.; Li, T.; Zhao, H.; Li, X.; Gao, C.; Zhang, S.; Xie, E. 2012).

Viene anche dimostrato l’uso dell’ossido di grafene negli idrogel a scopo igienico (Konwar, A .; Kalita, S .; Kotoky, J .; Chowdhury, D. 2016 | Papi, M .; Palmieri, V .; Bugli, F .; De Spirito, M .; Sanguinetti, M .; Ciancico, C .; Conti, C. 2016 | Wang, X .; Liu, Z .; Ye, X .; Hu, K .; Zhong, H .; Yuan , X .; Guo, Z. 2015 | Jafari, Z .; Rad, AS; Baharfar, R .; Asghari, S .; Esfahani, MR 2020 | Cheng, W .; Chen, Y .; Teng, L .; Lu , B.; Ren, L.; Wang, Y. 2018).
Tutti i prodotti derivati ​​da queste applicazioni potrebbero contenere grafene ed avere effetti sulla salute umana.

Per questo motivo si raccomanda che le pellicole di plastica e gli imballaggi alimentari siano testati per verificare una eventuale presenza di grafene in modo tale che possano essere ritirati dal mercato o non acquistati dai consumatori.

Il grafene contenuto nell’imballaggio può contaminare il cibo per contatto e deposizione, dopo la degradazione, così come le persone che manipolano le confezioni. Pertanto, il suo riconoscimento in laboratorio è essenziale. 

Se fosse confermata la presenza di grafene in questi materiali per il confezionamento alimentare, verrebbe dimostrata una nuova via di contaminazione, oltre che un’altra spiegazione per il fenomeno magnetico negli alimenti.

In questo modo il cibo potrebbe acquisire queste proprietà stando in contatto permanente per giorni, oltre all’effetto più che possibile della ionizzazione sul grafene.
Questo spiegherebbe anche le proprietà magnetiche degli imballaggi.

Infatti, la penetrazione transdermica, cioè la penetrazione dell’ossido di grafene con e senza chitosano attraverso la pelle, è ampiamente dimostrata (Justin, R.; Chen, B. 2014), considerando un metodo per la somministrazione di farmaci e medicinali, vedi anche il caso di somministrazione di “ondansetron“(farmaco per il trattamento della nausea e del vomito) negli animali ( Li, H.; Jia, Y.; Liu, C. 2020 ).

In relazione alle proprietà transdermiche dell’ossido di grafene, si possono trovare più di 100 studi correlati che supportano questa affermazione, vedere la query “graphene oxide” e “transdermal”

Bibliografia

1.Barr, S. (2018). Il negozio coreano presenta una confezione di banane per evitare la frutta troppo matura = Korean store unveils ‘genius’ banana packaging to avoid overripe fruit. https://www.independent.co.uk/life-style/food-and-drink/banana-packaging-ripe-hack-korea-supermarket-e-mart-ssg-plastic-waste-a8485066.html  [Nota: in caso di mancato accesso alle informazioni a causa di reindirizzamento, apri con il browser Tor ]

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3.Cheng, W.; Chen, Y.; Teng, L.; Lu, B.; Ren, L.; Wang, Y. (2018). Idrogeli colloidali antimicrobici assemblati da ossido di grafene e nanogel termosensibili per l’incapsulamento cellulare = Antimicrobial colloidal hydrogels assembled by graphene oxide and thermo-sensitive nanogels for cell encapsulation. Journal of colloid and interface science, 513, pp. 314-323. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2017.11.018

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5.Choudhary, P.; Ramalingam, B.; Das, SK (2020). Fabbricazione di nanocomposito di grafene multifunzionale rinforzato con chitosano come impalcature antibatteriche per il controllo del sanguinamento e applicazioni di guarigione delle ferite = Fabrication of Chitosan-Reinforced Multifunctional Graphene Nanocomposite as Antibacterial Scaffolds for Hemorrhage Control and Wound-Healing Application. ACS Biomaterials Science & Engineering, 6 (10), pp. 5911-5929.  https://doi.org/10.1021/acsbiomaterials.0c00923

6.Chowdhury, S.; Teoh, YL; Ong, KM; Zaidi, NSR; Mah, SK (2020). Film per imballaggio composito reticolato con poli (vinil) alcol contenente nanoparticelle d’oro sull’estensione della durata di conservazione della banana = Poly (vinyl) alcohol crosslinked composite packaging film containing gold nanoparticles on shelf life extension of banana. Food Packaging and Shelf Life, 24, 100463.  https://doi.org/10.1016/j.fpsl.2020.100463

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8.Konwar, A.; Kalita, S.; Kotoky, J.; Chowdhury, D. (2016). Idrogel nanocomposito di ossido di grafene rivestito di chitosano e ossido di ferro: un biofilm antimicrobico robusto e liscio = Chitosan–Iron Oxide Coated Graphene Oxide Nanocomposite Hydrogel: A Robust and Soft Antimicrobial Biofilm. ACS Applied Material Interfaces, 8 (32), pp. 20625-20634.  https://doi.org/10.1021/acsami.6b07510

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Studio originale in lingua spagnola : Envases alimentarios con óxido de grafeno. Patentes y estudios

Traduzione in italiano a cura di Veronica Baker


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