La crescente crisi dell’inquinamento da plastica richiede soluzioni innovative che affrontino sia la sostenibilità ambientale sia la circolarità delle risorse. Un recente studio pubblicato su Future Foods presenta una soluzione promettente per la valorizzazione dei rifiuti agroalimentari convertendo i sottoprodotti della trasformazione delle arance in composti plastici biodegradabili (Possari et al., 2025). Con una produzione globale di arance che raggiunge i 70 milioni di tonnellate annue, circa il 45–60% della frutta trasformata diventa biomassa residua, tipicamente destinata a discariche, incenerimento o applicazioni a basso valore (Panwar et al., 2021). La ricerca in esame dimostra come la polpa di arance, una frazione particolarmente sottoutilizzata della produzione di succo, possa venire trasformata in materiali bioplastici funzionali allorché combinata con l’acido polilattico (PLA), un polimero biodegradabile derivato da risorse rinnovabili.
I ricercatori hanno impiegato un approccio sistematico per massimizzare l’utilizzo della polpa di agrumi ottimizzando al contempo le proprietà del materiale. La polpa di arance (citrus pulp, CP) fresca ottenuta dalla fase finale della produzione di succo d’arancia è stata sottoposta a lavaggio con etanolo per rimuovere gli zuccheri solubili ed è stata successivamente essiccata a 60°C (Possari et al., 2025). La polpa di arance è stata quindi plastificata con glicerolo a concentrazioni variabili (40%, 50% e 60% in peso) mediante processo assistito da estrusione a 140°C, creando composti di polpa di agrumi plastificata (plasticised citrus pulp, PCP). Questi materiali PCP sono stati successivamente miscelati a fusione con PLA commerciale, utilizzando estrusione bivite a temperature comprese tra 150–160°C.
L’indagine ha utilizzato un disegno fattoriale 2² con punto centrale per valutare l’influenza di due variabili critiche: contenuto di PCP (30%, 50% e 70% p/p) e contenuto di glicerolo (40%, 50% e 60%) nella fase PCP. I campioni stampati a iniezione sono stati sottoposti a caratterizzazione completa, inclusi test meccanici (proprietà di trazione), calorimetria differenziale a scansione per il comportamento termico e studi di degradazione mediante interramento nel suolo per un periodo di 90 giorni. Le variazioni del peso molecolare sono state valutate mediante cromatografia ad esclusione dimensionale per tracciare la scissione delle catene polimeriche durante i processi di biodegradazione (Possari et al., 2025).
Risultati e discussione
La caratterizzazione meccanica ha rivelato che l’incorporazione di PCP ha prodotto un effetto progressivo di tenacizzazione sul PLA, con valori di allungamento a rottura che aumentavano dal 4,3% per il PLA puro al 7–9% per la maggior parte dei composti PLA/PCP. Questa maggiore flessibilità si è peraltro ottenuta a scapito della rigidità e della resistenza, le quali sono diminuite in misura significativa all’aumentare del contenuto di PCP. La resistenza alla trazione è scesa da 54 MPa per il PLA puro a valori compresi tra circa 10 e 25 MPa, a seconda della formulazione, mentre il modulo di Young è diminuito da 3,3 GPa a 0,5–1,5 GPa (Possari et al., 2025). Questi cambiamenti nelle proprietà meccaniche sono stati influenzati principalmente dal contenuto di PCP piuttosto che dalla concentrazione di glicerolo, suggerendo che la morfologia della fase dispersa svolge un ruolo più critico rispetto ai livelli di plastificante nell’intervallo testato.
L’analisi termica ha fornito approfondimenti sui cambiamenti strutturali indotti dall’incorporazione di PCP. La temperatura di transizione vetrosa (Tg) del PLA è diminuita da 60°C a 53–55°C con la miscelazione con PCP, indicando una maggiore mobilità molecolare attribuita alla migrazione del glicerolo e all’interazione con la matrice di PLA. Le misurazioni calorimetriche hanno rivelato che il PCP ha migliorato il potenziale di cristallizzazione del PLA, con entalpie di cristallizzazione a freddo e di fusione in aumento rispetto al PLA puro, sebbene la cristallinità complessiva sia rimasta bassa (0,1–2,5%) in tutte le formulazioni (Possari et al., 2025). L’emergere di un doppio picco di fusione nei composti PLA/PCP, attribuito al fenomeno di fusione-ricristallizzazione delle fasi polimorfe del PLA, è diventato più distintivo grazie alla maggiore mobilità delle catene (Song et al., 2013).
Il comportamento di biodegradazione nel suolo ha mostrato solide prove di una degradazione accelerata del materiale. Mentre il PLA puro non ha mostrato perdita di massa dopo 90 giorni di interramento nel suolo, i composti PLA/PCP hanno dimostrato una degradazione progressiva che variava dal 5% al 64% a seconda della composizione. Le formulazioni con il 70% di PCP hanno raggiunto perdite di massa del 53–64%, sostanzialmente superiori al 5–9% osservato per i composti con 30% di PCP (Possari et al., 2025). L’analisi del peso molecolare ha rivelato che formulazioni specifiche – PLA_30PCP60Gly e PLA_70PCP40Gly – hanno mostrato una scissione accelerata delle catene di PLA, con riduzioni del peso molecolare medio ponderale del 21% e 29% rispettivamente, rispetto al 14% per il PLA puro. Questa maggiore degradazione è attribuita all’aumento dell’idrofilia, alla maggiore accessibilità superficiale ai microrganismi e alla presenza di componenti della polpa di arance facilmente biodegradabili (Duarte et al., 2024; Lucas et al., 2008).
Conclusioni e applicazioni
Questa ricerca dimostra un percorso praticabile per l’implementazione dell’economia circolare nell’industria dei polimeri convertendo direttamente gli scarti della trasformazione delle arance in materiali bioplastici funzionali. La formulazione ottimale identificata – contenente il 30% di PCP con il 60% di glicerolo – ha ottenuto un raddoppio dell’allungamento rispetto al PLA puro mantenendo riduzioni relativamente modeste di rigidità e resistenza, insieme a una cinetica di biodegradazione accelerata (Possari et al., 2025). Lo studio ha tuttavia evidenziato compromessi tra l’entità della valorizzazione della biomassa e le prestazioni meccaniche, laddove l’incorporazione massima di polpa di agrumi (42% nella formulazione PLA_70PCP40Gly) ha prodotto materiali con proprietà meccaniche significativamente ridotte ma eccellenti caratteristiche di degradazione.
I composti PLA/PCP sviluppati si presentano come candidati promettenti per imballaggi semi-rigidi, utensili monouso e prodotti a vita breve dove la biodegradabilità è prioritaria. Le direzioni future della ricerca includono l’esplorazione di alternative di plastificanti bio-based al glicerolo, l’indagine di protocolli di pre-trattamento per migliorare l’integrazione della polpa di arance e la valutazione delle proprietà barriera e della stabilità a lungo termine (Possari et al., 2025). Questo lavoro contribuisce al più ampio sforzo di sviluppo di materiali sostenibili che affrontino al contempo l’inquinamento da plastica e la gestione dei rifiuti agricoli, dimostrando come i flussi secondari dell’industria alimentare possano venire trasformati in prodotti a valore aggiunto piuttosto che in passività ambientali (Otoni et al., 2021).
#Wasteless
Dario Dongo
Cover image: Possari et al. (2025). Graphical abstract
Riferimenti
- Duarte, A. V., Possari, L. T., Gonçalves, L. M. G., Bonse, B. C., Rigolin, T. R., & Bettini, S. H. P. (2024). Accelerating degradable composite breakdown using citrus processing side streams. ACS Sustainable Resource Management, 1, 344–354. https://doi.org/10.1021/acssusresmgt.3c00108
- Lucas, N., Bienaime, C., Belloy, C., Queneudec, M., Silvestre, F., & Nava-Saucedo, J. E. (2008). Polymer biodegradation: Mechanisms and estimation techniques – A review. Chemosphere, 73(3), 429–442. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2008.06.064
- Otoni, C. G., Azeredo, H. M. C., Mattos, B. D., Beaumont, M., Correa, D. S., & Rojas, O. J. (2021). The food–materials nexus: Next generation bioplastics and advanced materials from agri-food residues. Advanced Materials, 33(28), 2102520. https://doi.org/10.1002/adma.202102520
- Panwar, D., Saini, A., Panesar, P. S., & Chopra, H. K. (2021). Unraveling the scientific perspectives of citrus by-products utilisation: Progress towards circular economy. Trends in Food Science & Technology, 111, 549–562. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2021.03.018
- Possari, L. T., de Paula, M. S., Nunes, G. F., Reis, I. A., Basaglia, M. V., Otoni, C. G., & Bettini, S. H. P. (2025). Bioplastics from orange processing waste and poly(lactic acid). Future Foods, 11, 100670. https://doi.org/10.1016/j.fufo.2025.100670
- Song, P., Chen, G., Wei, Z., Zhang, W., & Liang, J. (2013). Calorimetric analysis of the multiple melting behavior of melt-crystallized poly(L-lactic acid) with a low optical purity. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 111(2), 1507–1514. https://doi.org/10.1007/s10973-012-2502-4
Dario Dongo, lawyer and journalist, PhD in international food law, founder of WIISE (FARE - GIFT - Food Times) and Égalité.
