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La contaminazione da SARS-CoV-2 degli imballaggi alimentari
Secondo le conoscenze attuali, la diffusione di SARS-CoV-2 avviene da uomo a uomo principalmente per via aerea attraverso starnuti, tosse ed espirazione. I sintomi comuni di infezione sono problemi respiratori, febbre, tosse, respiro corto fino a complicazioni più gravi come polmonite e disfunzioni renali. Tuttavia, il fatto che il nuovo coronavirus possa essere trasmesso anche attraverso il cibo o il packaging ad esso collegato rappresenta la preoccupazione dei consumatori di tutto il mondo.
L’analisi di 23 studi scientifici rivela che i coronavirus umani come quello della sindrome respiratoria acuta grave (SARS), quello della sindrome respiratoria del Medio Oriente (MERS) o i coronavirus umani endemici (HCoV) possono persistere su superfici come metallo, vetro o plastica da qualche ora fino ad anche 9 giorni, a seconda del materiale [1].
La contaminazione da SARS-CoV-2 delle superfici esterne dei materiali utilizzati per il confezionamento, la lavorazione e la manipolazione degli alimenti (attrezzature e strumenti) rappresenta un tema nuovo e cruciale da valutare. Ciò è vero soprattutto per via della persistenza di questo tipo di virus sui materiali inanimati.
Il rischio di contaminazione ha impatti negativi rilevanti in tutte le fasi della catena del valore alimentare. Da un lato, riduce la fiducia dei consumatori nell’acquisto e nell’utilizzo degli alimenti. Dall’altro, minaccia le condizioni di salute e sicurezza nelle attività di lavorazione, confezionamento, distribuzione e servizio degli alimenti.
I metodi di sanificazione convenzionali degli imballaggi alimentari
L’utilizzo di soluzioni chimiche sanificanti convenzionali, come quelle a base di acqua ossigenata, acido peracetico, ipoclorito di sodio e alcoli, all’esterno degli imballaggi alimentari, è sicuramente la metodologia più diffusa in questa fase storica della pandemia. E viene applicata sia dai professionisti che dai consumatori. Tuttavia, questa tecnica ha grandi limiti, come costi elevati oltre che l’utilizzo di prodotti chimici, con evidenti svantaggi in termini di sostenibilità economica e ambientale. Inoltre, il loro uso non è consentito su alcuni specifici materiali di imballaggio. E il loro effetto è spesso nullo quando le procedure di igienizzazione chimica sono eseguite da persone non addestrate, come i consumatori.
Il plasma freddo: funzionamento e vantaggi
I trattamenti con plasma assistito sfruttano l’azione antimicrobica di diversi componenti attivi, come specie reattive (elettroni, radicali, ioni e molecole eccitate), specie reattive e campi elettromagnetici, rappresentando così una tecnologia economica, verde e sicura [2].
Il plasma freddo (CP) si ottiene applicando un campo elettrico sufficientemente alto in aria, contiene numerose specie reattive oltre all’O3 (O, OH, NO, NO2) emettendo anche UV, tutti agenti con forte potere antimicrobico.
Esistono numerosi studi sull’uso del CP contro virus di origine non alimentare (virus influenzali e parainfluenzali, adenovirus, virus dell’herpes simplex corneale ecc) [3-5]. Recentemente l’uso del CP è risultato promettente per la decontaminazione di alimenti e superfici da virus di origine alimentare, quali Norovirus e suoi surrogati [6-7].
Il CP agisce secondo diversi meccanismi, apportando per il suo elevato potere ossidante, danni alla struttura del capside e all’RNA virale. Tuttavia, mentre l’inattivazione microbica su materiali di imballaggio è stata ampiamente testata [8], l’effetto virucida è stato valutato solo su superfici di materiali per il contatto alimentare, quali ad esempio l’acciaio inox.
Tale applicazione costituisce parte dell’attività implementata dal gruppo di ricerca proponente, oggetto del PRIN PLASMAFOOD (2018-2021) – Study and optimization of cold atmospheric plasma treatment for food safety and quality improvement.
Plasma Assisted Sanitation System: il progetto dell’Università di Bologna in collaborazione con Almaplasma s.r.l
Per questo motivo, le industrie di trasformazione alimentare sono interessate all’uso di un nuovo sistema in grado di inattivare virus e microrganismi. Sia sugli imballaggi che sugli strumenti di lavorazione degli alimenti, evitando l’uso di prodotti chimici. L’obiettivo del progetto PASS è sviluppare sistemi di sanificazione assistita da plasma per materiali di confezionamento alimentare e attrezzature e/o strumenti utilizzati per la lavorazione e la manipolazione dei prodotti alimentari.
L'obiettivo principale della ricerca è l'identificazione e la valutazione di parametri del trattamento con plasma specifici in grado di indurre l'inattivazione di SARS-CoV-2, da utilizzare come input per la realizzazione di un prototipo pre-industriale. L'output finale dell'intero progetto sarà la commercializzazione di questo prototipo.
Inoltre, verranno valutate le principali proprietà funzionali dei materiali trattati al plasma al fine di verificare eventuali modificazioni indotte sulle loro caratteristiche, principalmente legate all’inerzia e agli effetti sulla qualità e sicurezza intrinseca degli alimenti confezionati durante la shelf-life.
Il Progetto PASS
Il progetto è coordinato dall’università di Bologna (UNIBO) ed ha come partner Almaplasma S.r.l. e l’università svedese di Lund. Le attività PASS saranno implementate da sette task interconnessi e sviluppati dai partner del progetto di due paesi dell’UE (Italia e Svezia). Questi svilupperanno il progetto in modo sinergico, secondo competenze e strutture specifiche (Figura 1).
I materiali di confezionamento che verranno testati nel progetto sono stati selezionati in base al loro maggiore utilizzo e applicazione nel settore del packaging alimentare. Questi materiali sono al contempo molto versatili ma anche caratterizzati da differenti proprietà superficiali.
Nello specifico sono stati scelti polipropilene-PP, polietilene-PE, polietilene tereftalato-PET, carta, cartone e vetro. Inoltre, il metallo sarà testato come materiale per strumenti di lavorazione/manipolazione.
Il prototipo Plasmainside
Il gruppo di ricerca proponente dispone già di un impianto prototipale pilota (‘Plasmainside’) per il trattamento al plasma freddo. Questo è situato presso i laboratori di UNIBO, è stato sviluppato grazie alla collaborazione con Almaplasma e precedentemente testato per la decontaminazione di prodotti alimentari. Il prototipo Plasmainside (Figura 2) consiste in una camera di trattamento di nuova concezione, che permette l’esposizione indiretta del prodotto al CP tramite la modulazione di vari parametri di processo, tra i quali quelli elettrici e compositivi dell’atmosfera interna (es. umidità, temperatura).
Questo prototipo sarà specificamente adattato allo scopo della presente ricerca al fine di aumentare la sicurezza di utilizzo con questo tipo di virus, che è più pericoloso e aggressivo di molti batteri. E ‘quindi prevista la realizzazione di un sistema di contenimento del dispositivo (case) per prevenire la contaminazione dell’ambiente circostante e quindi garantire un funzionamento sicuro.
Per le verifiche di inattivazione delle cariche virali, i proponenti hanno individuato come referente il Prof. Vittorio Sambri, Coordinatore della Rete dei Laboratori Diagnostici per SARS-CoV-2 della RER, presso il Laboratorio Unico del Centro Servizi dell’AUSL Romagna situato a Cesena, che verrà coinvolto come consulente esterno. Il centro ad alta specializzazione è dotato delle attrezzature e professionalità necessarie alla manipolazione e gestione di agenti virali, incluso SARS-CoV-2. Il potere virucida verr̀à valutato in primo luogo sul coronavirus della Peritonite Infettiva Felina (FIPV), non patogeno per l’uomo e solo successivamente sul SARS-CoV-2.
Il futuro del Progetto PASS
Quali sono i prossimi step di questo progetto?
Nel corso del 2021 il focus principale delle istituzioni coinvolte nel progetto PASS sarà relativo alla commercializzazione del sistema sviluppato nel corso del 2020. Successivamente, ci si concentrerà sull'ottimizzazione del prodotto in termini di riduzione dei costi di produzione.
In particolare, entro la fine del 2020, verrà progettato e sviluppato il prototipo preindustriale. Ci si concentrerà sull’avere un prodotto pronto per il mercato (marchio CE), e affinché l’analisi di mercato identifichi i consumatori specifici interessati a questa nuova tecnologia.
Si prevede che i consumatori, sia industrie alimentari che amministratori di piatti pronti, abbiano requisiti specifici, relativi al loro prodotto (es. materiali specifici, geometrie, temperatura del pasto). Le attività prevederanno quindi sarà sia l’implementazione di soluzioni tecnologiche specifiche per consentire il trattamento mediante il sistema di sanificazione al plasma, sia la valutazione dell’effetto antimicrobico nello scenario specifico.
Infine, durante il 2021 il sistema al plasma sarà utilizzato da almeno un cliente. Il feedback fornito dal cliente verterà su movimentazione industriale, efficacia e uso sostenibile nella linea di lavorazione. E aiuterà Almaplasma a sviluppare e implementare nuove funzionalità per il PASS (es. più user friendly, migliorando il design del sistema, ecc.).
Conclusioni
L’impatto principale del progetto PASS sarà rappresentato dal nuovo sistema di sanificazione assistita da plasma. Questo sistema sarà sviluppato e pronto per il lancio sul mercato entro la fine del 2020.
Inoltre, esso consentirà alle industrie di trasformazione alimentare di sostenere un processo verde in grado di ridurre i rischi per la salute dei consumatori legati alla contaminazione da sars-cov-2 degli imballaggi e degli strumenti utilizzati durante la lavorazione e la manipolazione degli alimenti.
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- Kampf, G., Todt, D., Pfaender, S., & Steinmann, E. (2020). Persistenza di coronavirus su superfici inanimate e loro inattivazione con agenti biocidi. Journal of Hospital Infection, 104, 246e251
- Bourke, P., Ziuzina, D., Boehm, D., Cullen, P. J., & Keener, K. (2018). The potential of cold plasma for safe and sustainable food production. Trends in biotechnology, 36(6), 615-626.
- Alekseev, O., Donovan, K., Limonnik, V., & Azizkhan-Clifford, J. (2014). Nonthermal dielectric barrier discharge (DBD) plasma suppresses herpes simplex virus type 1 (HSV-1) replication in corneal epithelium. Translational vision science & technology, 3(2), 2-2.
- Wu, Y., Liang, Y., Wei, K., Li, W., Yao, M., Zhang, J., & Grinshpun, S. A. (2015). MS2 virus inactivation by atmospheric-pressure cold plasma using different gas carriers and power levels. Appl. Environ. Microbiol., 81(3), 996-1002.
- Zimmermann, J. L., Dumler, K., Shimizu, T., Morfill, G. E., Wolf, A., Boxhammer, V., … & Anton, M. (2011). Effects of cold atmospheric plasmas on adenoviruses in solution. Journal of Physics D: Applied Physics, 44(50), 505201.
- Aboubakr, H. (2017). Decontamination of food and food-processing surfaces from norovirus by cold atmospheric-pressure gaseous plasma. Dissertation Thesis, University of Minnesota Twin Cities
- Lacombe A., Niemira B.A., Gurtler J.B., Sites J., Boyd G., Kingsley D.H., … & Chen H. (2017). Nonthermal inactivation of norovirus surrogates on blueberries using atmospheric cold plasma. Food microbiol, 63, 1-5.
- Pankaj, S. K., Bueno-Ferrer, C., Misra, N. N., Milosavljević, V., O’donnell, C. P., Bourke, P., … & Cullen, P. J. (2014). Applications of cold plasma technology in food packaging. Trends in Food Science & Technology, 35(1), 5-17.
Pietro Rocculi
Pietro Rocculi, PhD in Scienze degli Alimenti, è professore associato presso il Dipartimento di Scienze e Tecnologie Agro-Alimentari dell’Università di Bologna. Da circa 20 anni si occupa di innovazione di processo-prodotto nel settore alimentare, attraverso l’utilizzo di tecnologie innovative non-termiche. È docente titolare del corso di Analisi Fisiche e Reologiche degli Alimenti e di Advanced Food Technology and Food Process.
Silvia Tappi
Ricercatrice a tempo Determinato presso il Dipartimento di Scienze E Tecnologie Alimentari dell’Università di Bologna, si occupa principalmente dello sviluppo e dell’applicazione di tecnologie non termiche per il miglioramento della qualità e il prolungamento della shelf-life di prodotti alimentari, sia di origine vegetale che di origine animale. Ha partecipato a numerosi progetti sia nazionali che internazionali ed europei ed è autrice di più di 40 pubblicazioni scientifiche in riviste del settore.
