L’integrazione della biomineralizzazione con la biologia di sintesi, le nanotecnologie e l’intelligenza artificiale traina l’innovazione nell’industria alimentare. Con la biomineralizzazione è possibile produrre nuovi materiali compositi con particolari proprietà meccaniche, funzionalità e architetture gerarchiche molto diverse da quelle ottenibili con i metodi di sintesi convenzionali.
Questa nuova tecnologia è applicabile alla scienza dei materiali, al settore alimentare, al settore food packaging, al rilascio controllato di alimenti funzionali. Nel settore food packaging si cercano miglioramenti delle caratteristiche meccaniche e il conseguimento di proprietà antimicrobiche, nel settore food si aspira a miglioramenti della consistenza, del profilo aromatico e al rilascio controllato di componenti/additivi bioattivi.
La biomineralizzazione realizzata in laboratorio trae spunto dalla resistenza alla rottura dei gusci dei molluschi, dovuta a strutture stratificate di carbonato di calcio intervallate da matrici organiche; dall’equilibrio ottimale tra rigidità e resilienza nelle ossa dei mammiferi, derivante dalla presenza di cristalli di idrossiapatite incorporati in una rete di collagene; dall’estrema durezza dello smalto dentale, composto da cristalliti altamente organizzati. In natura la sintesi si deve a programmazione genetica, modellazione biomolecolare e controllo microambientale.
A differenza dei minerali inorganici ottenibili in laboratorio, la costruzione di biominerali è regolata da molecole organiche (peptidi, proteine, acidi nucleici). Le teorie sulla crescita cristallina durante la biomineralizzazione si dividono classica (nucleazione) e non classica (cristallizzazione). Nella nucleazione, ioni o monomeri sono i precursori per la formazione diretta di cristalli, nella cristallizzazione include la crescita avviene in più fasi.
Queste teorie aiutano a comprendere i complessi processi di crescita cristallina, come la formazione di fasi amorfe a concentrazioni inferiori rispetto a quelle previste dai modelli classici, la formazione di cristalli dendritici irregolari, l’emergere di delicate microstrutture di biominerali negli organismi viventi e numerosi giacimenti minerali con caratteristiche mineralogiche e di clivaggio anomale nella documentazione geologica. A causa della complessità delle strutture biologiche, i materiali biomimetici attualmente ottenibili non riescono a riprodurre perfettamente la struttura degli organismi naturali.
