Acid-free chitosan paper coatings for food packaging applications

This work aims to develop an acid-free, mushroom-derived chitosan coating for paper based food packaging, aiming to replace traditional synthetic and acid-based systems. In order to improve barrier performance, water stability, and mechanical integrity while preserving recyclability and composability. The innovative coating method eliminates issues related to residual acids, which typically reduce moisture resistance and its durability. Mushroom Chitosan was dissolved in an aqueous acetic acid solution, centrifuged to obtain a gel-like consistency, and treated with CO₂ to reduce the concentration. The gel was then applied in multiple layers to Avena white kraft paper. The FTIR analysis shows that chitosan-specific peaks strengthened with more layers, with significant changes observed up to 4 layers; beyond that, the coating mainly increased in thickness without altering the chemical structure. Swelling tests illustrated that acid-free coatings reduced water uptake, and glycerol improved flexibility and film integrity. Mechanical tests reviled that more chitosan layers slightly increased maximum stress from 76.2 MPa to 83.6 MPa and Young’s modulus from 4.84 GPa to 5.21 GPa, while glycerol enhanced flexibility but reduced stiffness. WVTR was unaffected by added layers, and WVP increased with thickness and glycerol content, indicating that glycerol improves flexibility without significantly enhancing moisture resistance. Overall, acid-free chitosan coatings offer a sustainable alternative for food packaging, addressing moisture sensitivity and acidity issues of traditional chitosan coating in food packaging applications.

Questo lavoro ha l'obiettivo di sviluppare un rivestimento a base di chitosano derivato dai funghi, privo di acidi, per il packaging alimentare a base di carta, con l'intento di sostituire i sistemi tradizionali sintetici e a base di acidi. L'obiettivo è migliorare le prestazioni del barriera, la stabilità all'acqua e l'integrità meccanica, preservando la riciclabilità e la compostabilità. Il metodo innovativo di rivestimento elimina i problemi legati agli acidi residui, che tipicamente riducono la resistenza all'umidità e la durabilità. Il chitosano derivato dai funghi è stato dissolto in una soluzione acquosa di acido acetico, centrifugato per ottenere una consistenza simile a un gel e trattato con CO₂ per ridurre la concentrazione. Il gel è stato poi applicato in più strati su carta kraft bianca Avena. L'analisi FTIR mostra che i picchi specifici del chitosano si sono intensificati con l'aumento del numero di strati, con cambiamenti significativi osservati fino a 4 strati; oltre tale numero, il rivestimento è principalmente aumentato di spessore senza alterare la struttura chimica. I test di gonfiore hanno mostrato che i rivestimenti privi di acidi riducono l'assorbimento d'acqua, mentre la glicerina migliora la flessibilità e l'integrità del film. I test meccanici hanno rivelato che l'aggiunta di più strati di chitosano ha leggermente aumentato la tensione massima da 76,2 MPa a 83,6 MPa e il modulo di Young da 4,84 GPa a 5,21 GPa, mentre la glicerina ha aumentato la flessibilità ma ridotto la rigidità. Il WVTR non è stato influenzato dall'aggiunta di strati, mentre il WVP è aumentato con lo spessore e il contenuto di glicerina, indicando che la glicerina migliora la flessibilità senza aumentare significativamente la resistenza all'umidità. In generale, i rivestimenti di chitosano privi di acidi offrono un'alternativa sostenibile per il packaging alimentare, affrontando i problemi di sensibilità all'umidità e di acidità dei rivestimenti di chitosano tradizionali nel packaging alimentare.