مبانی نظری و پیشینه پژوهشی امکان سنجی تهیه پلیمر فعال حاوی مواد جاذب اکسیژن جهت بسته بندی مواد غذایی

با سحافایل در خدمت شما هستیم با «پیشینه پژوهشی و تحقیق و مبانی نظری امکان سنجی تهیه پلیمر فعال حاوی مواد جاذب اکسیژن جهت بسته بندی مواد غذایی» که بطور کامل و جامع به این مبحث پرداخته و نیاز شما را به هرگونه جستجوی بیشتری برطرف خواهد نمود.

فهرست محتوا

فصل اول: مقدمه و مروري بر تحقيقات گذشته(مرور منابع)

1-1- مقدمه ای بر پلاستیک های بسته بندی مواد غذایی

1-2- بسته بندی فعال در صنعت مواد غذایی

1-3- جاذب های اکسیژن

1-3-1- انواع جاذب های اکسیژن

1-3-2- استفاده از جاذب های اکسیژن در بسته بندی مواد غذایی(یا جاذب های اکسیژن در ماتریس پلیمری)

1-3-3-جاذب های اکسیژن بر پایه اسید آسکوربیک

1-4- مروری بر تحقیقات گذشته

فصل دوم: مواد، روش تحقيق و نتايج

2-1- مواد مورد استفاده

2-1-1- پلي اتيلن با دانسيته پايين (LDPE

2-1-2- اتیلن وینیل الکل(EVOH

2-1-3- آسکوربیک اسید(Ascorbic Acid

2-1-4- پلی اتیلن گلایکول(PEG

2-2- روش های فرایند و بررسی خواص

2-2-1- دستگاه های فرایند ، روش تهیه نمونه ها و دستگاه های اندازه گیری و بررسی خواص

2-2-1-1- مخلوط کن داخلی

2-2-1-2- پرس گرم

2-2-2- تهیه آمیزه و فرمولاسیون

2-2-2-1-تهیه محلول حاوی جاذب اکسیژن

2-2-2-2- تهیه آمیزه پلیمری

2-3- آزمون های انجام شده و نتایج

2-3-1-  آزمون خواص مکانیکی- کشش

2-3-2- آزمون گذردهی اکسیژن

2-3-3- آزمون انتقال بخار آب

2-3-4- آزمون میزان جذب اکسیژن

مراجع

مقدمه ای بر پلاستیک های بسته بندی مواد غذایی

هدف از انتخاب بسته­بندی مناسب افزایش مدت ماندگاری محصول و اطمينان از سلامت غذا در برابر ميكروارگانيسم­ها و تغييرات زيستي و شيميايي است، زیرا مهم ترین اهدافی که در بسته بندی محصولات غذایی مدنظر است افزایش زمان ماندگاري محصول یا همانshelf life ، كنترل ميزان نفوذپذيري بخار آب، رطوبت و گازهاي مختلف درون يا برون محصول بسته­بندي شده و حفظ کیفیت محصول در حین نگهداری و حمل و نقل تا زمان مصرف نهایی می باشد. افزون بر اين، بسته­بندي نبايد اثر نامطلوبی- مانند انتقال مواد سمي به واسطه واكنش بين بسته­بندي با ماده غذايي يا به وسیله ميكروارگانيسم­هاي مضر موجود در ماده غذايي- بر محصول داشته باشد. به طوركلي، بسته­بندي بايد دارای ظاهري زيبا، شكل و اندازه مناسب، مقاوم در برابر شكستن و پاره شدن طي عمليات مختلف پركردن، درزبندي و حمل و نقل باشد. با توجه به اینکه مواد بسته بندی به وسیله ماشین­های مختلف فرایند می­شوند، بنابراین خواص دیگری مانند: نرمش، چاپ­پذیری، قابلیت استفاده در ماشین­های لفاف، قابلیت دوخته شدن درگرما، شکل پذیری وغيره نيز باید داشته باشند]1[.

مواد پلیمری با توجه به برتری بر مواد فلزی و شیشه ای در بسیاری از جهات در بسته بندی مواد غذایی رشد زیادی داشته است (ازمهمترین این برتری­ها وزن کم و هزینه پایین می باشد). مهمترین خواص قابل توجه پلاستیک­های مصرفی در بسته بندی موادغذایی عبارتند از فرایند پذیری، خواص مکانیکی، پایداری در انبار، نفوذ ناپذیری، خواص نوری و خواص سطحی و…

فرایند پذیری: پلاستیک­هایی که به عنوان مواد بسته بندی مصرف می­شوند باید این قابلیت را داشته باشند که به کمک روش های متداول شکل دهی مواد پلیمری مانند دمیدن، شکل دهی حرارتی و یا قالبگیری تزریقی فرایند شوند. مهمترین خواص فرایند پذیری به رفتار جریان مذاب و خواص حرارتی مانند سیل پذیری و پایداری مذاب پلاستیک مربوط می شود.

خواص مکانیکی: بسته بندی های موادغذایی باید در مقابل نیروهای مکانیکی که در مراحل مختلف فرایند مانند بسته بندی، بارگیری و حمل ونقل به آنها وارد می شوند مقاوم باشند و هم شکل هندسی و استحکام خود را تا زمان مناسب حفظ کنند.

خواص نوری: این خواص در مواردی که نیاز به شفافیت بالا برای زیبا جلوه دادن محصول و قابل دید بودن آن برای خریدار باشد و یا مواردی که نیاز به محافظت محصول در برابر نور می باشد اهمیت پیدا می­کند.

خواص سطحی: بسته بندی ها باید اطلاعات لازم مثل ترکیبات و طرز استفاده، تاریخ تولید و انقضای محصول را به مصرف کننده منتقل کنند. برای انجام این وظیفه یا باید از یک برچسب استفاده شود یا اینکه اطلاعات روی خود سطح چاپ شود که در این صورت خواص سطحی اهمیت پیدا می­کند.

خواص نفوذ پذیری: یکی از مهمترین خواص در بسته بندی موادغذایی، نفوذ پذیری آنها در مقابل آب، روغن وگازهایی مثل CO₂ و O₂ و بوها می­باشد. به طورکلی نفوذپذیری پلاستیک­ها تابع خواص پلیمر مثل ساختار شیمیایی، چگالی، بلورینگی، جهت یافتگی، جرم مولکولی، درجه شبکه ای شدن، دمای انتقال شیشه­ای و حجم آزاد پلیمر می­باشد. نفوذ ناپذیری پلیمرها اختلاف زیادی با یکدیگر دارند و معمولا برای بدست آوردن نفوذ پذیری مناسب، ترکیبی از این مواد بکار می­روند ]3 و 4[.

ویژگیهای نفوذپذیری ( بازدارندگی) پلیمرهای بسته بندی از نظر موارد زیر حائز اهمیت است:

حفظ اتمسفر درون بسته: ميوه‌ها و سبزيها بعد از برداشت نيز به تنفس خود ادامه مي‌دهند. تنفس ميوه‌ها با تغييرات بيوشيميايي و فيزيولوژيكي همراه است كه تازه‌گي و ماندگاري آنها را كاهش مي‌دهد. در بسته‌بندي با اتمسفر كنترل شده تركيب گازهاي داخل بسته را تغيير مي‌دهند و معمولاً غلظت اكسيژن را كاهش و غلظت CO₂ و N₂ را بالا مي برند. اين كار سبب مي‌شود شدت تنفس كاهش يابد و همچنين فعاليت ميكروب‌ها و آنزيم‌هاي اكسايشي نيز كم ‌شود.

جلوگيري از اکسایش تركيبات مواد غذايي مانند ويتامين ها و چربي‌ها

جلوگيري از جذب رطوبت از محيط يا از دست دادن آب به محيط

جلوگيري از افت آروما و مواد طعم‌زاي مواد غذايي

جلوگیری از جذب بوهای نامطلوب از محیط

جلوگیری از دست دادن دی اکسید کربن در نوشابه های گازدار

با توجه به اهميت گازهاي اكسيژن و دي اكسيد كربن در نگهداري مواد غذايي، نفوذپذيري فيلم‌هاي پلیمری نسبت به اين گازها بسيار مورد توجه محققين بوده است ]3[. گازها، بخار آب و مواد محلول از دو طريق زير مي‌توانند از فيلم پلیمری عبور كنند:

منافذ و شكافهاي ريز موجود در ديوارة پوشش پلیمري

انتشار گاز از غشاء پلیمري: يك غشاء پلیمري از رشته‌هاي مارپيچي در هم تنيده تشكيل شده است كه بين اين رشته‌ها، فضاهاي خالي و حفرات وجود دارد. انتشار گاز و مواد ديگر، از طريق همين حفرات صورت مي‌گيرد.

در میان پلیمرهای مورد استفاده برای بسته بندی، پلی الفین ها و به ویژه پلی اتیلن با چگالی پایین(LDPE) نفوذ پذيري بالاتری نسبت به گازها داراست که به غیر قطبی بودن این پلیمرها نسبت داده می­شود. به عنوان مثال نفوذ پذيري LDPE به گاز دي اكسيد كربن بيش از 100 برابر نفوذ پذيري PVC  و در مورد گاز اكسيژن بيش از 60 برابر PVC است. همچنین نفوذ پذيري LDPE نسبت به اكثر گازها دو تا سه برابر نفوذ پذيري HDPE است. در نتيجه منطقي است كه تغييرات ماده بسته بندي شده در LDPE از نرخ بيشتري برخوردار باشد.

اين نفوذ پذيري بالا مي­تواند منشا تغييرات نامطلوب دیگری در ماده غذايي بسته بندي شده باشد. به همين دليل است كه معمولا پلي اتيلن به تنهايي براي بسته بندي اكثر مواد غذايي به کار نمی­رود و در صنايع بسته‌بندي از تركيب اتيل وينيل الكل (EVOH) كه خواص بازدارندگي خوبي نسبت به گاز دارد و پلي‌اتيلن با چگالي كم كه خواص بازدارندگي خوبي نسبت به بخار آب دارد و همچنين ويژگي درزبندي عالي دارد، استفاده مي‌كنند.

بسته بندی یک ممانعت کننده بین ماده غذایی و محیط است که انتقال نور، حرارت، رطوبت و گازها و فعالیت میکرواورگانیسم ها و حشرات را کنترل می­کند. در بسیاری از موارد برای ایجاد هماهنگی بین نیازهای نگهداری محصول و ماده بسته بندی لازم است از مواد بسته بندی مرکب استفاده شود، چرا که یک لایه بسته بندی قادر نیست مجموعه نیازهای مورد نظر را تامین کند. از این رو بسته بندی های جدید به تدریج جایگزین بسته بندی های قدیمی شده اند که یکی از آن ها بسته بندی های فعال است. یکی از خواص مطلوب که توسط این گونه بسته بندی ها بوجود می­آید، ممانعت کنندگی لایه های مختلف نسبت به اکسیژن، نور و رطوبت می­باشد.

بسته بندی­های پلاستیکی مانند فیلم های تک لایه و چند لایه، انواع بطری ها و ظروف، قوطی های آبمیوه و کنسرو و… از مواد پلاستیکی، نانو و زیست تخریب پذیر و جدیدا از پلیمرها و ترکیبات فعال تهیه می­شوند. در کشورهای بزرگ برای موارد خاص از این بسته بندی های فعال استفاده می شود.

در سال­هاي اخير توجه به بسته بندي فعال در توليد مواد غذايي افزايش يافته است كه اين امر ناشي از اين حقيقت است كه اين نوع بسته بندی در مقايسه با نوع مرسوم تنها مسئول در برگرفتن و محافظت ماده غذايي در برابر عوامل خارجي نيست، بلكه مزاياي ديگري نيز خواهد داشت مانند كمك به افزايش ماندگاري ماده غذايي با استفاده از عوامل جاذب (رطوبت، اكسيژن و….)، عوامل آزاد كننده تركيبات مختلف (اتانول، دي اكسيد كلرو( …،گرم نمودن و سرد نمودن ماده غذايي و امكان تعيين ماندگاري مواد غذايي با استفاده از سنسورها و…كه در ادامه به شرح مختصری از بسته بندی های فعال می پردازیم.

منابع

ارومیه ای، عبدالرسول.” پلاستیک های بسته بندی مواد غذایی و دارویی، اصول و روش های آزمون”، تابستان 1389.

2. صداقت، ناصر. شريف،علي.” نگهداری و بسته بندی پسته”، استاد يار و مربي گروه علوم و صنايع غذائي دانشكده كشاورزي دانشگاه فردوسي مشهد ، 1386.

3. Nielsen, T., Active packaging: a literature review. The Swedish Institute for Food and Biotechnology, 1997. 631.

4. Ozdemir, M. and J.D. FLOROS, Active food packaging technologies. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 2004. 44(3): p. 185-193.

5. Coles, R., D. McDowell, and M.J. Kirwan, Food packaging technology. 2003: Blackwell Oxford.

6. Kerry, J. and P. Butler, Smart packaging technologies for fast moving consumer goods. 2008: Wiley Online Library.

7. Day, B.P., Active packaging of food. Smart packaging technologies for fast moving consumer goods, 2008: p. 1-18.

8. Brody, A.L., G.R. Strupinsky, and L.R. Pruskin, The Use of Oxygen Scavengers and Active Packaging to Reduce Oxygen Within Internal Package Environments, 1995, DTIC Document.

9. Gibis, D. and K. Rieblinger, Oxygen scavenging films for food application. Procedia Food Science, 2011. 1: p. 229-234.

10. Scott, D. and F. Hammer, Oxygen scavenging packet for in-packet deoxygenation. Food Technology, 1961. 15: p. 12-99.

11. Zenner, B.D. and C.S. Benedict, Oxygen scavenging compositions from concentrates, 2003, Google Patents.

12. Brody, A.L., E. Strupinsky, and L.R. Kline, Active packaging for food applications. Vol. 6. 2010: CRC press.

13. Abe, Y. Active packaging: a Japanese perspective. in Conference Proceedings: International Conference on Modified Atmosphere Packaging. 1990.

14. Coma, V., Bioactive packaging technologies for extended shelf life of meat-based products. Meat Science, 2008. 78(1): p. 90-103.

15. Kerry, J., M. O’grady, and S. Hogan, Past, current and potential utilisation of active and intelligent packaging systems for meat and muscle-based products: A review. Meat science, 2006. 74(1): p. 113-130.

16. KLEIN, T. and D. KNORR, Oxygen absorption properties of powdered iron. Journal of Food Science, 1990. 55(3): p. 869-870.

Rooney, M., Active packaging in polymer films, in Active food packaging. 1995, Springer. p. 74-110.

18. Vermeiren, L., et al., Developments in the active packaging of foods. Trends in Food Science & Technology, 1999. 10(3): p. 77-86.

19. Ferrari, M., et al., Modeling of oxygen scavenging for improved barrier behavior: Blend films. Journal of Membrane Science, 2009. 329(1): p. 183-192.

20. Matthews, A.E. and C. Depree, Oxygen scavengers with reduced oxidation products for use in plastic films, 2001, Google Patents.

Rooney, M.L., Oxygen scavenging from air in package headspaces by singlet oxygen reactions in polymer media. Journal of Food Science, 1982. 47(1): p. 291-294.

22. Suppakul, P., et al., Active packaging technologies with an emphasis on antimicrobial packaging and its applications. Journal of Food Science, 2003. 68(2): p. 408-420.

23. Ahvenainen, R., Novel Food Packanging Techniques. 2003: CRC Press.

24. Cochran, A., et al., Improvements in and relating to packaging, 1989, EP Patent 0,301,719.

25. Payne, S.R., et al., The effects of non-vacuum packaging systems on drip loss from chilled beef. Meat Science, 1998. 49(3): p. 277-287.

26. Cui, L., et al., Oxygen depletion properties of glucose-grafted polyethylene resins filled with sodium ascorbate/modified iron compounds. Journal of Polymer Research, 2011. 18(6): p. 1301-1313.

27. Shin, Y., J. Shin, and Y.S. Lee, Preparation and characterization of multilayer film incorporating oxygen scavenger. Macromolecular Research, 2011. 19(9): p. 869-875

28. Galotto MJ, Anfossi SA et al. Oxygen Absorption Kinetics of Sheets and Films Containin  a Commercial Iron-basedOxygen Scavenger. Food Science and Technology International 2009; 15(2), 159-168