2025: il conto alla rovescia è iniziato. Solo 5 anni ci separano dalla meta fissata dall’Agenda 2030, un programma di azione per il pianeta, le persone e la prosperità. Gli obiettivi sono chiari: nel settembre 2015, i 193 Paesi Membri delle Nazioni Unite hanno identificato 17 goals di sostenibilità che mirano a trasformare il mondo che conosciamo in un posto in cui il benessere delle attuali generazioni non comprometta il futuro di quelle che verranno (1).

L’obiettivo 12, Garantire modelli di sostenibilità di produzione e consumo, spinge il nostro sistema produttivo alla trasformazione. L’adozione di un modello di economia circolare, che soppianti la visione lineare del “produci, usa e getta”, è un’azione sempre più pressante e necessaria (2).

L’economia circolare permette di scardinare radicalmente il paradigma: ciò che è un rifiuto diventa una risorsa, un materiale pronto a ridiventare parte attiva e fondante dei cicli produttivi. Lo scarto, da sempre bistrattato e trattato come un rifiuto, viene investito di nuova dignità. Laddove s’individuava la fine del processo produttivo, oggi s’intravede un nuovo inizio.

In questa nuova visione di sostenibilità, ogni residuo di lavorazione acquisisce un potenziale innovativo, divenendo punto di partenza per processi virtuosi. È una rivoluzione silenziosa, ma potentissima che coinvolge in modo sinergico scienza, industria e società. Questa transizione, però, può concretizzarsi solo attraverso un impegno collettivo, dove ciascuno contribuisce in modo attivo e responsabile. La sostenibilità, infatti, per essere autentica e duratura, deve essere integrale. Deve riguardare tutti gli ambiti della vita, garantendo uno sviluppo sostenibile nella sua totalità economica, sociale e ambientale.

Figura 1. Obiettivi per lo sviluppo sostenibile (1)

Carciofi e pomodori sono ingredienti chiave della dieta mediterranea, scelti sia per le loro proprietà nutrizionali che per la loro versatilità culinaria. Tuttavia, dietro la loro semplicità celano una realtà spesso trascurata: la lavorazione e il consumo di questi alimenti genera una significativa quantità di materiali di scarto. È noto che gran parte del carciofo (brattee, fusti e foglie) viene scartato; nel caso del pomodoro la percentuale di scarto di pelli, bucce e semi è più ridotta, ma si traduce ugualmente in un’ingente quantità se si pensa alla mole di pomodori effettivamente lavorati, soprattutto nell’industria conserviera (3, 4).

All’Università di Parma, in precedenti studi portati avanti dal nostro gruppo di ricerca, ci siamo dedicati ad indagare il potenziale nascosto di queste matrici, considerandole risorse innovative per la realizzazione di packaging attivi. Troppo spesso additate come meri scarti e rifiuti, si sono rivelate autentici scrigni di composti antiossidanti, un prezioso tesoro chimico dalle molteplici finalità. La loro applicazione, infatti, spazia dall’ambito del packaging alimentare alla nutraceutica, fino alla cosmetica (5).

Negli ultimi anni, l’attenzione della comunità scientifica ha puntato un riflettore sulle promettenti proprietà antiossidanti dei sottoprodotti agroindustriali, riconoscendone le potenzialità come additivi naturali. Tuttavia, l’uso di queste matrici per l’implementazione delle proprietà tecnologiche dei materiali da confezionamento è ancora relativamente inesplorato.

Con l’obiettivo di indagare in tal senso, e grazie a un progetto finanziato nell’ambito del PNRR (Made in Italy Circolare e Sostenibile, progetto SEAL), abbiamo scelto di inglobare polveri di pomodoro e carciofo, ottenute dall’essicazione di semi, bucce e pelli, in una matrice polimerica a base di carboidrati. Il gel così ottenuto è stato colato su supporti cartacei e, successivamente, essiccato in stufa. L’accoppiamento gel-carta permette di ottenere un composito dalle proprietà meccaniche potenziate.

Le promettenti caratteristiche meccaniche del materiale accoppiato hanno permesso di ampliare l’orizzonte e sperimentare nuove forme. Ispirati dalle strutture pieghevoli degli origami giapponesi, in particolare al modello Miura-ori, è stato possibile ottenere delle geometrie che assorbono gli urti in modo più efficace.

L’antica arte di piegare la carta, permettendo a un foglio bidimensionale di dar vita a strutture tridimensionali, ha da sempre attirato la curiosità del mondo scientifico per il suo potenziale di progettazione e l’applicazione creativa. In particolare, l’origami Miura crea una tassellatura di parallelogrammi su una superficie con pieghe a zig-zag in una direzione e dritte nell’altra, generando un’alternanza di “monti” o “valli” (lati del foglio che rispettivamente si avvicinano o si allontanano dall’osservatore) (6). Queste strutture, oltre ad avere un indubitabile fascino estetico, possono implementare le proprietà meccaniche in termini di rigidezza ed elasticità, conferendo al materiale un certo grado di resilienza alla deformazione. I pattern di piegatura di questi materiali offrono percorsi aggiuntivi di assorbimento e dissipazione di energia, rendendoli estremamente efficaci nelle applicazioni di resistenza agli urti (6).

Figura 2. Scarti agroalimentari (sx); film e cartoncini (centro) e origami (dx) realizzati presso l’Università di Parma

Prodotto “made in Italy” per eccellenza, simbolo dell’italianità nel mondo e piatto centrale della dieta mediterranea, la pasta è uno dei prodotti di maggior consumo in Italia, nonché pietanza protagonista del quadro culinario nostrano. Nel 2023, l’Italia ha prodotto 4,2 milioni di tonnellate di pasta affermandosi come primo produttore europeo e contribuendo all’approvvigionamento totale del mercato interno all’UE per il 68% (7).

Una produzione così amplia, indubbiamente, genera sottoprodotti, scarti e rifiuti che quando non sono più edibili si traducono, oltre che in un dannoso spreco di materie prime, anche in ingenti costi di smaltimento per le aziende coinvolte. Un recente studio di Principato et al. (2019) mostra come la maggior parte dello spreco di materiale si verifica durante la coltivazione e il consumo, sebbene la perdita di componenti commestibili (pasta, grano e farina) sia un fenomeno che riguarda ogni fase della filiera produttiva. Nel loro specifico caso studio, lo spreco di cibo è stato molto limitato, pari all’incirca al 2%. (8). Tuttavia, la battaglia contro lo spreco alimentare resta cruciale: abbattere la percentuale di scarto di produzione rimane una tematica scottante per la ricerca in ambito alimentare, soprattutto considerando l’ingente produzione di pasta del nostro Paese.

In collaborazione con un’azienda locale che ci ha fornito scarti di pasta non più edibili, seccati e macinati, ci siamo concentrati sull’investigazione di un possibile riutilizzo di questa matrice.

Basandoci sullo studio di Quilez et al. (2024), abbiamo provato a sviluppare dei materiali iperelastici a base di amido da poter impiegare nel settore del packaging (9). L’ambizioso obiettivo che ci ha guidato è stato quello di trovare un utilizzo nuovo per gli scarti di produzione, cercando di renderli una componente essenziale per lo sviluppo di materiali innovativi.

Le prime formulazioni prevedevano l’uso di amido di mais e amido di frumento come prodotti base. In questo modo, siamo riusciti a identificare una procedura di produzione e ottimizzarla in modo efficace. In una seconda fase dello studio, l’amido è stato progressivamente sostituito dallo scarto di pasta. È stato necessario apportare qualche piccolo cambiamento nel protocollo, ma il risultato ottenuto è piuttosto promettente.

A differenza dei primi modelli ottenuti utilizzando il frumento, i materiali a base di scarto di pasta hanno mostrato un comportamento elastico molto promettente, con un completo recupero della forma dopo la compressione. Questo suggerisce la possibilità di impiegarli in applicazioni che richiedono isolamento, flessibilità e resilienza sotto carichi ciclici, spaziando dal settore del packaging fino all’ambito civile.

Figura 3. Scarti della lavorazione della pasta (sx); prototipi (dx): in particolare, a base di amido di mais (dx, in basso), a base di amido di frumento (dx, centro), a base di scarti di pasta (dx, in alto)

ANTONELLA CAVAZZA ^1,2           
MARCO FONTANAROSA²

MARGHERITA LANZI²           

1. MEMBRO DEL COMITATO SCIENTIFICO
di NUTRA HORIZONS ITALIA

2. Università degli Studi di Parma

ANTONELLA CAVAZZA* ^1,2         MARGHERITA LANZI*²

FARZAD TATAR², ELISABETTA MANCONI² , OLIMPIA PITIROLLO²

*corresponding authors       

1. MEMBRO DEL COMITATO SCIENTIFICO di NUTRA HORIZONS ITALIA

2. Università degli Studi di Parma

Le soluzioni descritte in precedenza sono prototipi circoscritti all’ambito della ricerca laboratoriale, ancora lontani dall’essere considerabili tecnologie consolidate applicabili su scala industriale. Si tratta di approcci sperimentali che necessitano di ulteriori studi, prove e ottimizzazioni prima di poterle trasferire in un contesto reale o industriale.

Nonostante gli evidenti limiti attuali, questi risultati sono segnali promettenti e incoraggianti nell’ambito dello sviluppo di materiali innovativi adatti ad inserirsi nel più ampio contesto dell’economia circolare. Rappresentano una strada aperta verso nuove prospettive per un packaging sostenibile e funzionale, nato dalla sinergia tra natura, scarto e ingegno ingegneristico.

Come sosteneva il controverso ma indubbiamente geniale, fisico nucleare Edward Teller, “La scienza di oggi è la tecnologia di domani”. Dopotutto, ogni passo in avanti, anche se compiuto su scala ridotta e in ambiente laboratoriale, contribuisce ad approfondire la nostra comprensione e permette di avvicinarsi alle soluzioni di domani. In questo senso, dunque, l’effettiva importanza di queste prove non risiede nei risultati, che sono incoraggianti ma ancora preliminari, bensì si concretizza nel loro potenziale intrinseco, nella promessa che rappresentano per il futuro.

Il progetto di ricerca è stato finanziato da fondi PNRR (MISSION 4 COMPONENT 2 INVESTMENT 1.3 – Funded by NEXTGENERATION EU – Research program PE00000004 “Made in Italy Circolare e Sostenibile - MICS” funded by DD n.1551, 11.10.2022 on PNRR MUR – M4C2 – Investment 1.3 –"Partenariati estesi alle università, ai centri di ricerca, alle aziende per il finanziamento di progetti di ricerca di base” - D.D. n. 341, 15 marzo 2022. CUP D43C22003120001)

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TECNOLOGIE IN SUPPORTO ALLA SOSTENIBILITÀ

La transizione verso un’economia circolare non è più solo auspicabile, ma sta diventando un cambiamento sempre più necessario. Sotto questa nuova luce, i sottoprodotti delle lavorazioni industriali vengono rivalorizzati come materie prime secondarie per la realizzazione di materiali per il packaging.

In questo contesto, s’inseriscono le attività sperimentali svolte all’Università di Parma nell’ambito di un progetto PNRR. Lo sviluppo di carta rivestita con sostanze naturali derivanti da bucce e semi di pomodoro oppure da foglie di carciofo, così come la produzione di materiali iperelastici a base di scarti della lavorazione industriale della pasta sono piccoli passi che, si spera, un domani possano contribuire a rendere più sostenibile il packaging di alcuni prodotti.

Dopotutto, come sosteneva il fisico Edward Teller, “La scienza di oggi è la tecnologia di domani”.