PLASMA FREDDO PER LA DECONTAMINAZIONE DI ALIMENTI E IMBALLAGGI - DA SARS-COV-2 IL PROGETTO È FINANZIATO DAI FONDI EUROPEI DELLA REGIONE EMILIA-ROMAGNA
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Marzo 2021 - Volume 9
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PLASMA
FREDDO PER LA
DECONTAMINAZIONE
DI ALIMENTI E
IMBALLAGGI
DA SARS-CoV-2
Il progetto è finanziato dai Fondi Europei della regione Emilia-Romagna
Programma POR-FESR 2014-2020
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Pietro Rocculli
Professore associato presso il Dipartimento di Scienze e Tec-
nologie 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 emergenti
e non-termiche.
Il progetto descritto aveva l’o-
biettivo di verificare l’efficacia
di trattamenti con plasma fred-
do effettuati con un prototipo
pilota di nuova concezione, per
Silvia Tappi
l’inattivazione di SARS-CoV-2 in
alimenti non trattati termicamen- Ricercatrice a tempo Determinato presso il Dipartimento di
te e su superfici degli imballaggi Scienze e Tecnologie Alimentari dell’Università di Bologna,
si occupa principalmente dello sviluppo e dell’applicazione
più diffusi nel settore alimenta-
di tecnologie emergenti e non termiche per il miglioramento
re. Sono state messe a punto di della qualità ed il prolungamento della shelf-life di prodotti
strategie per l’industrializzazio- alimentari.
ne del prototipo utilizzato per il
quale l’ambito di possibile utiliz-
zo potrebbe essere la ristorazio-
ne collettiva (mense di ospedali,
scuole, mense aziendali).
Luca Camanzi
Professore ordinario presso il Dipartimento di Scienze e Tec-
nologie Agro-Alimentari dell’Università di Bologna. L’attività
di ricerca si concentra sugli aspetti economici dell’innovazione
nel sistema agroalimentare, nonché sulle scelte imprenditoriali,
strategie di marketing e organizzazione di filiera
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ga infettato durante l’ingestione e la fino ad anche 9 giorni, a seconda del
Decontaminazione di alimenti e masticazione non può essere completa- materiale (metallo, vetro o plastica) [5].
mente esclusa. Pertanto, la contaminazione accidentale
imballaggi da SARS-CoV-2 Come per altri coronavirus noti, il tratta- da SARS-CoV-2 delle superfici esterne
mento termico utilizzato per la cottura dei materiali utilizzati per il confeziona-
degli alimenti è sufficiente all’inattiva- mento, la lavorazione e la manipolazione
zione del virus [3]. degli alimenti (attrezzature e strumenti)
La pandemia da COVID-19 è causata dal Un trattamento termico a 63 °C per 4 rappresenta un tema nuovo e cruciale
virus SARS-CoV-2 (sindrome respirato- minuti (quale quello utilizzato durante la da valutare con attenzione.
ria acuta grave Coronavirus 2), un mem- preparazione di cibi caldi in catering col- L’attuale guida dell’OMS afferma che
bro della famiglia Coronaviridae che lettivi) può considerarsi sufficiente per “pulire a fondo le superfici ambienta-
generalmente comprende una struttura eliminare il rischio di tale patogeno [4]. li con acqua e detergente e applica-
di RNA a filamento singolo avvolta. Una Tuttavia, il rischio persiste per le catego- re disinfettanti a livello ospedaliero di
caratteristica distintiva dei Coronaviri- rie di alimenti freschi consumati senza uso comune (come l’ipoclorito di sodio)
dae sono le proiezioni superficiali a for- previo trattamento di cottura per i quali sono procedure efficaci e sufficienti” [6].
ma di mazza o petalo o “punte” che ri- le buone pratiche di lavorazione sono il I disinfettanti sono molto importanti nel
cordano la corona solare, da cui il nome solo modo per prevenirne la contamina- controllo e nell’inattivazione dei micror-
coronavirus [1]. zione e ad oggi tale punto critico non è ganismi su varie superfici inanimate [5,
I dati di vari studi epidemiologici ripor- stato sufficientemente considerato. 7, 8]. Tuttavia, possono lasciare residui
tano che COVID-19 si trasmette tra gli Diversi studi scientifici hanno rivelato nocivi sulle superfici a contatto con gli
esseri umani principalmente attraver- che la persistenza di coronavirus uma- alimenti.
so goccioline respiratorie (respirazione, ni - come quello della sindrome respi- Inoltre, il loro uso non è consentito su
starnuti, tosse, parlare) o per via orale ratoria acuta grave (SARS), quello della specifiche tipologie di materiali di im-
dovuta al contatto con oggetti e super- sindrome respiratoria del Medio Oriente ballaggio e il loro effetto è spesso nullo
fici contaminate, sebbene quest’ultima (MERS) o i coronavirus umani endemici quando le procedure di igienizzazione
sembri essere meno significativa [2]. (HCoV) - sulla superficie di materiali di chimica sono eseguite da persone non
Tuttavia, i consumatori di tutto il mondo imballaggi può variare da qualche ora addestrate, come i consumatori.
hanno sollevato preoccupazioni sul fat-
to che il nuovo coronavirus possa essere
trasmesso anche attraverso il cibo o il
packaging ad esso collegato.
Diverse valutazioni del rischio sono state
condotte dalle agenzie per la sicurezza
alimentare per stabilire se gli alimenti,
i materiali a contatto con gli alimenti e
gli imballaggi degli alimenti presentino
un potenziale rischio per la sicurezza ali-
mentare correlato al SARS-CoV-2.
L’EFSA (European Food Safety Agency)
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ha escluso la trasmissione del virus tra-
mite l’alimentazione, specificatamente
attraverso il tratto digestivo. Tuttavia, la
possibilità che il tratto respiratorio ven-
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La tecnologia del plasma freddo Obbiettivi e struttura
nel settore alimentare del progetto di ricerca
Il trattamento al plasma freddo è un tivare efficacemente virus patogeni (ad Il progetto “Applicazione di trattamenti
processo di disinfezione relativamente es. Norovirus umano, adenovirus e virus al plasma freddo atmosferico per la de-
nuovo che sta attirando molt attenzio- dell’epatite A) in varie matrici [11, 12, contaminazione di superfici di alimenti
ne perché rispettoso dell’ambiente, non 13]. Inoltre, recentemente l’effetto del e MOCA (materiali e oggetti a contat-
prevedendo l’utilizzo di sostanze chimi- plasma è stato testato con successo an- to con gli alimenti) da COVID-19” fi-
che [9]. Questa tecnologia utilizza aria che su SARS-CoV-2 su alcune superfici nanziato dalla regione Emilia Romagna
o miscele di gas che, sottoposti ad un inanimate quali plastica, metallo, car- nell’ambito del progetto POR FESR
campo elettrico sufficientemente alto, tone e differenti tipologie di pelle per 2014-2020 - Asse 1, ha avuto come
generano una grande quantità di elet- uso sportivo [14]. Tuttavia è importante obbiettivo in primo luogo quello di ve-
troni, atomi carichi e neutri, emettendo considerare che, in primo luogo il pro- rificare l’efficacia di trattamenti con pla-
anche UV, agenti con un elevato poten- totipo utilizzato nel suddetto studio per sma freddo, effettuati utilizzando il pro-
ziale di inattivazione di microrganismi generare il plasma non è adatto al tratta- totipo pilota di camera di trattamento
[9]. I cosiddetti “trattamenti plasma mento di prodotti alimentari e materiali di nuova concezione per l’inattivazione
assistiti” pertanto sfruttano l’azione di confezionamento, inoltre le superfici di SARS-CoV-2 in alcuni tipi di alimen-
antimicrobica di diversi componenti at- testate sono molto diverse da quelle a ti non trattati termicamente, e su su-
tivi, come specie reattive (elettroni, ra- contatto con gli alimenti. perfici di materiali di imballaggio tra
dicali, ioni e molecole eccitate) e campi Pertanto, uno studio specifico su alimen- quelli più diffusi nel settore alimentare.
elettromagnetici, rappresentando così ti e materiali a contatto con alimenti è Al fine di ottenere indicazioni rappre-
una tecnologia economica, verde e si- risultato necessario per confermare l’ef- sentative sull’efficacia del trattamento,
cura [10]. È stato precedentemente di- ficacia di questo trattamento innovativo per le finalità di questo progetto sono
mostrato che il plasma freddo può inat- non-termico inattivo. stati selezionati prodotti alimentari ap-
partenenti a categorie differenti, carat-
terizzate da caratteristiche compositive
e qualitative diverse, quali ortofrutta
fresca, formaggi freschi e tartare di pe-
sce. Similmente, i materiali di imbal-
laggio oggetto di sperimentazione nel
progetto (PP, PE, PET, cartoncino) sono
stati selezionati sulla base del loro mag-
giore utilizzo e applicazione nel set-
tore del packaging alimentare, essen-
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do molto versatili ma anche sostenibili
poiché, oltre a poter essere facilmente
riciclabili, consentono ai prodotti ali-
mentari per cui vengono utilizzati di
mantenere buone caratteristiche quali-
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tative e relativamente lunghe shelf-life. to sull’inattivazione del virus ma anche
Il progetto ha previsto quindi l’utilizzo dei principali gruppi microbici degra-
dell’impianto prototipale pilota (det- dativi e patogeni tipici di ogni speci-
to ‘Plasmainside’) (Fig. 1). Tale prototipo fico prodotto, al fine di quantificarne
consiste in una camera di trattamento di l’effetto decontaminante combinato.
nuova concezione, che permette l’espo- Inoltre, l’effetto del trattamento con
sizione indiretta del prodotto al plasma plasma freddo è stato anche valutato
tramite la modulazione di vari parametri in relazione alle proprietà qualitative e
di processo e si trova presso l’Area di della stabilità dei prodotti alimentari,
processo del CIRI Agroalimentare nonché alle performances degli imbal-
dell’Università di Bologna. Il proto- laggi, quali proprietà meccaniche, visi-
tipo iniziale, utilizzato prevalentemente ve e di permeabilità ai gas e vapori e
per il trattamento di prodotti alimentari di migrazione degli imballaggi trattati.
e sviluppato in un precedente progetto Una volta individuate le condizioni di
POR FESR, è stato adattato alle esigen- trattamento con plasma freddo ottimali,
ze del presente progetto, ad esempio le ricadute applicative del progetto pre-
attraverso l’applicazione di un sistema vedono l’industrializzazione e la com-
di contenimento che impedisca la con- mercializzazione del sistema utilizzato sia
taminazione dell’ambiente circostan- verso le imprese di produzione e con-
Fig. 1 – Prototipo ‘PlasmaInside’ utilizzato per il progetto te e garantisca di operare in sicurez- fezionamento di alimenti, che di even-
za nonostante l’uso di agenti biologici tuali somministratori/distributori/retai-
più pericolosi e aggressivi dei batteri. lers, quali principali attori della GDO.
Per le verifiche di inattivazione di cari- La soluzione proposta da questo pro-
che virali, i proponenti hanno individua- getto è finalizzata alla riduzione del ri-
to come referente il Laboratorio Unico schio di contaminazione attraverso il
UO 1 (M1 - M4) contatto con gli alimenti e su alimenti freschi e selezionati del Centro Servizi dell’AUSL Romagna contatto con le superfici di imballaggi
anch’esso situato a Cesena, centro ad alimentari ed alimenti, allo scopo di pre-
alta specializzazione, dotato delle at- venire nuovi contagi e minimizzare il ri-
UO 2 (M1) Adattamento del prototipo a plasma freddo attualmente disponibile per la
trezzature e delle professionalità neces- schio di nuove diffusioni di SARS-CoV-2.
sarie per la manipolazione e gestione di I principali risultati attesi da questo pro-
agenti virali, incluso SARS-CoV-2, che getto riguardavano in primis la dimostra-
UO 3 (M2 - M5) del virus SARS - CoV - 2 sui materiali di imballaggio selezionati (M2 - M5)
fa capo all’Unità Operativa di Microbio- zione sperimentale del prototipo, basato
logia diretta dal Prof. Vittorio Sambri, su tecnologia plasma freddo, nel garan-
Coordinatore della Rete dei Laboratori tire la sanificazione da SARS-CoV-2 di
UO 4 (M2 - M5) del virus SARS - CoV - 2 sui prodotti alimentari freschi (M2 - M5)
Diagnostici per il SARS-CoV-2 della RER. varie tipologie di alimenti e imballaggi,
Il progetto è stato strutturato in diver- senza comprometterne le caratteristiche
se Unità Operative (UO), come sche- di qualità e stabilità. Tra i risultati attesi,
matizzato in Fig. 2. Dopo una prima si prevede la progettazione per lo svilup-
UO 5 (M5 - M6) e
l’industrializzazione del sistema prototipale pilota (M5 - M6)
fase, volta alla determinazione della po di sistemi industriali da utilizzare in
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persistenza del virus sulle superfici dei ambienti di produzione e confeziona-
materiali a contatto con gli alimenti e mento di differenti tipologie di alimen-
sugli alimenti stessi, l’effetto dell’espo- ti, nonché presso retailers e imprese di
Fig. 2 – Articolazione del progetto in Unità Operative (U.O.) sizione al plasma freddo è stato valuta- preparazione/somministrazione di ali-
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menti, quali negozi di prodotti alimen- mitante o immediatamente successivo
tari e GDO. Questo grazie anche alla al termine del progetto, di una start-up Principali risultati ottenuti
collaborazione con alcune aziende del nel contesto del CIRI Agroalimentare,
settore (Caseificio Mambelli srl; Macè con l’eventuale collaborazione di alcu-
srl; Economia del Mare), molto interes- ne imprese della regione. Il progetto ha
sate all’up-scale della tecnologia propo- voluto rispondere principalmente all’o-
sta, che hanno partecipato gratuitamen- biettivo di fornire mezzi di contrasto alla PERSISTENZA DI SARS-CoV-2 SUL PACKAGING
te alle attività, investendo risorse in kind diffusione del contagio da SARS-CoV-2
(e.g. prodotti e materiali di confeziona- e della più ampia famiglia di coronavi- Il virus SARS-CoV-2 è stato artificial-
mento oggetto della proposta). rus, ridurre il rischio di contaminazione mente inoculato sui diversi materiali
Un ulteriore risultato atteso riguarda per contatto con le superfici, rendere di packaging selezionati che sono poi
l’industrializzazione del prototipo attra- disponibile una soluzione tecnologica stati stoccati a diverse temperature e
verso la definizione e l’implementazione potenzialmente in grado di ridurre il ri- condizioni di umidità relative per mi-
delle strategie per il suo sviluppo nel- schio di contaminazione, con particolare mare diverse condizioni di stoccag-
le aziende target. Questo è stato faci- attenzione ai luoghi dove vi è una signi- gio. La vitalità e la capacità replicativa
litato e reso possibile dalla creazione ficativa aggregazione di persone, come del virus sono state testate nel tempo.
dei presupposti tecnici, organizzativi ed ad esempio, negozi di alimentari, men- Dai risultati è emerso che general-
amministrativi per l’avviamento, conco- se, ristoranti e supermercati. mente il virus era ancora vitale dopo
3 giorni di stoccaggio, con alcune
differenze tra i diversi materiali se-
lezionati, mentre dopo 7 giorni ri-
sultava completamente inattivo.
Questo risultato è importante in quanto
conferma il potenziale pericolo di tra-
smissione a seguito di contaminazione
accidentale di imballaggi alimentari.
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EFFETTI DEL TRATTAMENTO CON PLASMA FREDDO schi, formaggio fresco e pesce cru-
do) sono stati esposti al trattamen-
SULL’INATTIVAZIONE DEL VIRUS E SULLA QUALITÀ to con plasma per i tempi utilizzati
DI ALIMENTI E MATERIALI DI CONFEZIONAMENTO per verificare l’inattivazione del virus.
Inoltre, sono stati sottoposti a trattamen-
to anche due prodotti vegetali, mele di
La caratterizzazione elettrica del dispo- IV gamma e basilico fresco confezionati
sitivo e delle specie reattive presenti in vaschette di materiali plastici diver-
nella camera di trattamento è stata ef- si, per verificare l’effetto dell’esposizio-
fettuata tramite l’utilizzo di tecniche ne delle confezioni sulla loro shelf-life.
diagnostiche quali Optical Emission L’effetto del trattamento è stato valutato
Spectroscopy e Optical Absorption durante lo stoccaggio refrigerato misu-
Spectroscopy. Sulla base dei risultati ot- rando le principali caratteristiche qua-
tenuti durante le fasi di sperimentazione litative, quali carica microbica, colore,
il prototipo è stato ottimizzato modulan- pH, sostanza secca, contenuto di com-
do i parametri elettrici del generatore posti bioattivi e indici di ossidazione li-
per massimizzare l’effetto antimicrobico pidica a seconda delle specifiche carat-
(sia su virus che lieviti, muffe e batteri) teristiche di ogni alimento considerato.
minimizzando il consumo energetico. In generale, non sono stati osservati
In una prima parte della sperimenta- cambiamenti significativi nella qualità
zione, è stato utilizzato l’RNA estratto degli alimenti, né dopo il trattamento né
dal virus ed inoculato artificialmente durante la shelf-life. L’unica variazione
sui materiali di imballaggio e sugli ali- osservata riguarda un leggero aumento
menti selezionati, mentre in una se- dei fenomeni ossidativi a carico dei
conda parte, il virus SARS-CoV-2 vero lipidi in alimenti quali formaggio e pe-
e proprio è stato utilizzato a concen- sce crudo. Questo fenomeno, già osser-
trazioni diverse sui diversi prodotti. vato in letteratura [15] richiede maggio-
Questa fase è stata eseguita presso il re attenzione ed un approfondimento
Laboratorio Unico del Centro Ser- della sperimentazione. In particolare, in
vizi dell’AUSL Romagna, in gra- termini di ottimizzazione dei parametri
do di gestire tale patogeno con tut- di processo al fine di ottenere lo stes-
te le misure di sicurezza necessarie. so effetto sanificante ma limitando l’os-
Dai risultati è emerso che il plasma sidazione del substrato. Le modifiche
freddo è in grado di indurre dan- osservate, tuttavia, erano molto blande
ni al virus, sia nel caso dell’RNA nudo e non hanno influito negativamente sul-
che quando presente il capside. la percezione sensoriale dei prodotti.
L’ottimizzazione del trattamento è stata Infine, poiché le performances dei mate-
eseguita valutando la concentrazione riali di imballaggio sono di fondamentale
compatibile con una contaminazione importanza, sia dal punto di vista legisla-
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accidentale a seguito di deposizione tivo (migrazione globale), sia da quello
di droplets, il settaggio del generato- tecnologico, esse sono state investiga-
re di plasma e il tempo di esposizione. te a seguito dell’esposizione al plasma.
Gli alimenti selezionati (vegetali fre- Secondo la legislazione vigente, la mi-
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grazione viene valutata utilizzando li- tutti i materiali testati (< 1 mg/dm2). cato più specifici, sono state sommini- e i meccanismi impiegati per acquisire
quidi simulanti che mimano le diverse Anche le proprietà meccaniche, termi- strate interviste semi-strutturate a diver- una quota di tale valore ed è stato ela-
tipologie di prodotti alimentari, e misu- che e diffusionali (permeabilità all’ossi- si membri di organizzazioni nel settore borato con riferimento al Business Mo-
rando la quantità di sostanza rilasciate geno) dei materiali non sono risultate della ristorazione e nei centri di ricerca del Canvas proposto da Osterwalder e
in essi a seguito di un contatto defini- cambiare per i tempi di esposizione in- alimentare. Dai risultati è emerso un Pigneur [16]. Al contempo sono state in-
to con i materiali di imballaggio. Dai vestigati, suggerendo che il trattamento atteggiamento positivo e un buon li- dividuate le scelte in chiave di marketing
risultati è emerso che la migrazione non altera le proprietà tecnologiche dei vello di accettazione dei consumatori in termini di caratteristiche del prodot-
globale non viene variata in modo so- materiali, confermando i risultati otte- della tecnologia a plasma freddo nel to, canali di distribuzione, promozione e
stanziale e rimane abbondantemente nuti durante la shelf-life degli alimenti settore della ristorazione, indicando un strategia di prezzo. Per quanto riguarda
sotto al livello previsto dalla legge per confezionati e sottoposti a trattamento. buon potenziale per il mercato italiano. lo sviluppo del mercato obiettivo, le ela-
Dall’analisi dello scenario competitivo è borazioni condotte inducono a racco-
emerso che il prototipo proposto rap- mandare prudenza nei primi 4-5 anni,
BUSINESS PLAN presenta attualmente un prodotto uni- utilizzando la fase di avvio dell’impresa
co sul mercato, i cui concorrenti indiretti per raccogliere importanti feedback sul
Grazie alle consolidate competenze del sono rappresentati dalle tecnologie non prodotto da parte dei clienti e validare il
CIRI-AGRO nell’ambito della valutazio- termiche (sistemi di purificazione dell’a- sistema in Italia, per poi passare ad una
ne economica dei progetti e di marke- ria, sistemi di sanificazione/disinfezione strategia di scale-up sul mercato euro-
ting in ambito agro-alimentare, è stato dei prodotti). In considerazione delle peo negli anni successivi. Con questo
realizzato uno studio di fattibilità per potenzialità del prodotto e dei risultati approccio, la start-up può iniziare con
l’implementazione di processi e impian- dell’indagine realizzata, è stato quindi una penetrazione più profonda del mer-
ti, al fine di individuare le opzioni più proposto un modello di business per la cato in un’area, dedicando del tempo a
convenienti e i relativi profili di rischio commercializzazione dei sistemi di sani- comprendere a fondo come soddisfare
al variare delle condizioni tecnico-eco- tizzazione sviluppati. Tale modello de- le esigenze dei clienti. Dopo la sua con-
nomiche rilevanti, con l’obiettivo finale scrive la logica alla base della creazione valida su scala nazionale, si può dunque
di formulare un giudizio di convenienza e della fornitura di valore di un’impresa iniziare il processo di replica ed espan-
economica e ad una valutazione delle va- ai clienti, nonché la struttura aziendale sione anche nel mercato europeo.
riabili critiche per la stabilità dei risultati
ottenuti (analisi di scenario). Nell’ambito
della strategia di commercializzazione
del prototipo sviluppato, è stata in par-
ticolare esplorata l’opportunità di creare
una start-up dedicata alla vendita di si-
stemi di sanitizzazione che sfruttano la
tecnologia al plasma, dedicati a contesti
specifici. Due potenziali industrie sono
state identificate come opportunità più
promettenti per la commercializzazione
sistemi di sanitizzazione per MOCA:
• società di servizi di ristorazione (con
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un focus sulla ristorazione e altre atti-
vità alimentari);
• centri di ricerca alimentare.
Al fine di individuare segmenti di mer-
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Risultati ottenuti e
prospettive future
Dai risultati ottenuti da questo progetto inattivazione del virus in funzione delle
è stato confermato il ruolo promettente condizioni operative utilizzate. L’impatto
del plasma freddo per la sanificazio- principale del progetto è rappresentato
ne di alimenti e superfici a contatto con dalla brevettazione e dalla creazione del
gli alimenti da SARS-CoV-2. Un proto- nuovo sistema di sanificazione plasma
tipo pre-industriale è stato venduto ad -assistito, che sarà ulteriormente svilup-
un centro di ricerca e sono state mes- pato e pronto per l’industrializzazione
se in atto le procedure di adattamento già da metà del 2021, mirato alle indu- L’emergenza legata alla pan-
per i futuri contesti operativi. Ulteriori strie di trasformazione, confezionamen-
ricerche sono necessarie per ottimiz- to e distribuzione alimentare.
demia da SARS-CoV-2 ha ge-
zare i trattamenti sulla base delle spe- Sono state anche gettate solide basi per nerato l’esigenza di un nuo-
cifiche caratteristiche degli alimenti, in la creazione della start-up che si occu- vo punto critico di controllo,
particolare quelli contenenti lipidi, e per perà del lancio del prototipo sul merca-
legato alla contaminazione
comprendere appieno i meccanismi di to italiano.
esterna di prodotti alimen-
tari confezionati. Pertanto,
sistemi in grado di gestire
tale criticità del processo di
produzione e distribuzione
Anni sono di grande interesse.
2021 2022 successivi
Un prototipo preindustriale Lancio della startup Scale-up sul mercato europeo
Commercializzazione MOCA Scale - up con ulteriori potenziali clienti
Procedure di adattamento sul mercato italiano (mense scolastiche, aziendali, aerei o treni
per futuri contesti operativi per pasti a bordo)
Valutazione feedback clienti
e comunicazione
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Fig. 3 - Piano di attività del progetto MOCA riguardante le attività/strategie
di marketing
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