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MATERIALI PER INTELLIGENT PACKAGING
GLI INDICATORI TEMPO-TEMPERATURA Nella categoria dei sistemi di "intelligent Packaging" rientrano tutti quei dispositivi adatti a monitorare il livello di qualità dei prodotti senza intervenire direttamente sulla conservazione degli alimenti o sull'atmosfera in cui essi sono confezionati. Il nostro lavoro di ricerca in questo campo è puntato sulla preparazione e sull'ottimizzazione di Indicatori "Integratori Tempo-Temperatura" (TTI). La funzione di questi dispositivi è di monitorare la "storia termica" di prodotti alimentari segnalando, tramite una variazione di colore, quando il prodotto non è più consumabile per motivi di sicurezza o comunque non risponde più a determinate specifiche qualitative. Il meccanismo generale di funzionamento degli indicatori TTI si basa sulla velocità di una reazione chimica che è responsabile del cambiamento di colore. La cinetica di detta reazione deve essere calibrata in funzione della velocità di decadimento di un parametro qualitativo del prodotto. In pratica la variazione di colore dell'indicatore avviene con la stessa velocità della perdita di "freschezza" dell'alimento. Sulle confezioni alimentari è sempre indicata la data entro cui se ne consiglia il consumo. Tale data si basa sull'ipotesi che il prodotto venga sempre conservato nelle condizioni ottimali, ma non tiene conto della possibilità che nelle fasi di stoccaggio, trasporto e vendita il prodotto venga esposto a sbalzi termici che possono alterare accelerare la sua degradazione. Gli indicatori TTI forniscono al consumatore una descrizione del livello di qualità indipendente quindi dalla data di scadenza e che dipende non solo dal tempo trascorso dal confezionamento, ma anche dalle effettive condizioni di conservazione. Un indicatore applicato su una confezione esposta anche per brevi periodi a temperature non ottimali cambia colore più velocemente rispetto ad uno stesso indicatore applicato su una confezione correttamente conservata.
Per studiare la variazione di colore, le polveri vengono compresse in pastiglie, da cui si ricava un'immagine digitale. Via software si determina il colore delle pastiglie nel sistema nel sistema RGB, in questo modo è possibile studiare la velocità di viraggio degli indicatori.
Variando la composizione della miscela di preparazione
ed il tipo di sale ferroso di partenza, è possibile ottenere
indicatori con diversa velocità di risposta.
Gli indicatori preparati vengono testati a diverse temperature. Di seguito è illustrato schematicamente il funzionamento di un indicatore . Il sensore esposto ad aria a temperatura ambiente mostra una sensibile variazione di colore in tre giorni, mentre un dispositivo analogo esposto a -18°C mantiene la colorazione originale per tutta la durata del test (10 giorni) e vira rapidamente (in tre giorni) al marrone se portato a 25°C.
Test eseguito su un indicatore TTI
La cinetica di ossidazione del ferro in funzione della temperatura viene determinatamediante spettroscopia Mössbauer (tecnica basata su assorbimento ed emissione di radiazioni gamma da parte del nucleo di ferro). Lo spettro Mössbauer registrato su una polvere appena preparata, presenta due doppietti, relativi alla presenza di Fe(II) e di Fe(III) all'interno del campione. In seguito all'esposizione della polvere ad aria, il doppietto relativo al Fe(II) mostra una progressiva diminuzione di intensità. Dal rapporto delle aree frai due doppietti è possibile determinare il rapporto Fe(II)/Fe(III) nel campione per campioni esposti ad aria per diversi periodi di tempo ed a diversa temperatura. I dati ottenuti applicando la tecnica suddetta.
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Nei
nostri laboratori prepariamo materiali indicatori TTI via sol-gel in
catalisi basica, secondo un processo semplice e molto economico, partendo
da un sale ferroso ed un alcossido di Silicio. Secondo questo metodo
si ottiene una polvere fine di colore verde, che per esposizione ad
aria vira al marrone. La variazione di colore della polvere è
chiaramente dovuta all'ossidazione del Fe(II) in essa contenuto, e poichè
la cinetica di ossidazione del Ferro(II) dipende dalla temperatura,
anche la velocità di variazione di colore della polvere dipende
dalla temperatura alla quale essa viene esposta.
