مروری بر کاربرد پلیمرهای زیست تخریب پذیر در بسته بندی مواد غذایی
مدتها است که از پلیمرها در بسته بندی مواد غذایی استفاده می کنند زیرا از خواصی همچون نرم بودن، سبک بودن و شفافیت برخوردار هستند. با این حال، افزایش استفاده از فیلم های بسته بندی مصنوعی به دلیل عدم زیست تخریب پذیر بودن آنها باعث مشکلات زیست محیطی جدی شده است. اگرچه جایگزینی آنها با فیلم های زیست تخریب پذیر غیرممکن است، اما میتوان از آنها در آینده در برخی کاربردها همچون بسته بندی مواد غذایی استفاده کرد. هدف از این مقاله، بررسی کاربرد پلیمرهای زیست تخریب پذیر در صنایع غذایی است.
در حال حاضر مصرف جهانی پلاستیک بیش از 200 میلیون تن است؛ با رشد تقریبی سالانه 5 درصد که نشان دهندۀ بزرگترین حوزه کاربردی نفت خام است. این مقاله میتواند اثرات مثبتی بر میزان وابستگی صنعت پلاستیک به نفت داشته باشد، علاوه براین، افزایش قیمت نفت خام و گاز طبیعی نیز اثرات اقتصادی بر بازار پلاستیک را به دنبال دارد. استفاده از ماده اولیه جایگزین امروزه اهمیت روزافزونی پیدا کرده است. تاکنون از پلاستیک های ساخته شده از مواد پتروشیمی مانند پلی اتیلن ترفتالات (PET)، پلی وینیل کلراید (PVC)، پلی اتیلن (PE)، پلی پروپیلن (PP)، پلی استایرن (PS) و پلی آمید (PA) به علت دارا بودن خواصی همچون در دسترس بودن (فراوان بودن)، کم هزینه بودن، عملکرد مکانیکی بالا، مقاومت کششی خوب، عدم جذب اکسیژن/ دی اکسید کربن/ یا ترکیبات آنیدرید و آروماتیک، و یا قابلیت آب بندی حرارتی بطور قابل توجهی بعنوان مواد بسته بندی استفاده شده است. اما امروزه، کاربرد آنها بسیار محدود شده است زیرا قابلیت زیست تخریب پذیری و بازیافت کامل را ندارند؛ بنابراین، باعث بروز خطرات زیست محیطی می شوند. مواد بسته بندی پلاستیکی نیز اغلب توسط مواد غذایی و بیولوژیکی آلوده می شوند؛ بنابراین بازیافت این مواد غیرممکن بوده و از لحاظ اقتصادی به صرفه نیست. آگاهی روزافزون زیست محیطی روند بسته بندی فیلم ها و فرآوری مواد سازگار با محیط زیست را تحت تأثیر قرار می دهد. در نتیجه، میتوان گفت که فرایند زیست تخریب پذیری نه تنها یک ضرورت عملکردی محسوب می شود، بلکه یکی از خواص مهم زیست محیطی نیز هست. خواص کمپوست پذیری برای مواد بیوپلیمر بسیار مهم است و زیرا بازیافت آنها در مصرف انرژی صرفه جویی می کند و همچنین کمپوست تجزیۀ پسماندهای بسته بندی در خاک را تسهیل می کند. با تخریب بیولوژیکی، تنها آب، دی اکسید کربن و ترکیبات غیرآلی بدون پسماندهای سمی تولید می شود. باتوجه به گزارشات شرکت European Bioplastics، بیوپلیمرهای ساخته شده از منابع تجدید پذیر بایستی زیست تخریب پذیر و کمپوست پذیر باشند؛ تا اینکه بتوانند بعنوان کود و نرم کنندۀ خاک عمل کنند. از آنجا که خواص زیست تخریب پذیری و کمپوست پذیری در پلاستیک های ساخته شده از منابع تجدید پذیر ضرورتی ندارد، وجود این مواد تجدید پذیر نیز در تولید مواد بیوپلاستیک ضرورتی ندارد؛ چرا که خواص زیست تخریب پذیری با ساختار شیمیایی مواد، بیشتر از منشأ آنها، ارتباط مستقیم دارد. بویژه اینکه نوع پیوند شیمیایی تعیین می کند که آیا میکروب ها می توانند مواد را در محیط زیست تجزیه کنند و یا در چه زمانی این کار امکان پذیر است.
چندین پلیمر مصنوعی زیست تخریب پذیر و کمپوست پذیر هستند من جمله نشاسته، سلولز و لیگنین که پلیمرهای کربن طبیعی محسوب می شوند. برعکس، همان بیوپلاستیک های ساخته شده از مونومر طبیعی می توانند خاصیت زیست تخریب پذیری را ازطریق تغییرات شیمیایی مانند پلیمریزاسیون از دست بدهند؛ برای مثال پلیمرهای نایلون 9 از پلیمریزاسیون مونومر اسید اولئیک یا پلی آمید 11 که از پلیمریزاسیون مونومر روغن کرچک بدست آمده اند. پلاستیک ها ترکیباتی با پایه پلیمر و چندین ماده شیمیایی دیگر مانند افزودنی ها، تثبیت کننده ها، رنگ ها، ابزار پردازش و غیره هستند که مقدار و نوع آنها از یک پلیمر به پلیمر دیگر تغییر می کند؛ چرا که هر کدام از محصولات نهایی بایستی باتوجه به پردازش و کاربردهای بعدی بهینه سازی شود. بر همین اساس، ادامه فرایند تولید با استفاده از منابع کاملآ زیست تخریب پذیر در آینده امکان پذیر است. امروزه بیوپلاستیک ها شامل بیش از 50 درصد وزنی منابع تجدید پذیر هستند؛ بسیاری از آنها ترکیب یا مخلوط حاوی اجزای مصنوعی مانند پلیمرها یا افزودنی ها هستند تا خواص عملکردی در محصول نهایی را بهبود بخشیده و همچنین دامنه کاربرد آنها را گسترش دهد. اگر مواد افزودنی و پیگمانت ها بر منابع تجدید پذیر متکی باشند، می توانیم پلیمری با وزن تقریبی 100 درصد ترکیبات زیست تخریب پذیر بدست آوریم. بیوپلاستیک ها همانند پلاستیک ها دارای کاربردهای وسیعی من جمله کیسه های جمع آوری کمپوست، فویل های کشاورزی، باغبانی، وسایل مهد کودک، اسباب بازی، الیاف، پارچه و غیره هستند. کاربرد ویژۀ مواد بیوپلاستیک در بسته بندی مواد غذایی به منظور محافظت از آنها در برابر آسیب های محیطی و همچنین حفظ کیفیت آنها است. بدیهی است که انجام این عملکردها برای کنترل و اصلاح خواص مکانیکی و خواص مانع آنها بسیار مهم است که در نتیجه، به ساختار مواد بسته بندی پلیمری بستگی دارد. علاوه براین، بررسی تغییرات احتمالی در در خواص بیوپلاستیک ها در صورت تماس با مواد غذایی بسیار ضروری است. این مطالعه بیان می کند که فقط تعداد محدودی از بیوپلیمرها در بسته بندی مواد غذایی کاربرد دارند. چندین مراکز تحقیقات دانشگاهی در سراسر جهان (ایتالیا، ایرلند، فرانسه، یونان، برزیل، ایلات متحده) و چندین صنعت من جمله Nature Work LLC توجه خود را به مطالعه و بررسی این مواد زیست تخریب پذیر معطوف کرده اند. ما معتقد هستیم که نبایستی فقط خواص فیزیکی و مکانیکی این مواد را در نظر گرفت؛ بلکه بایستی میزان سازگاری آنها با مواد غذایی را نیز در نظر گرفت و اینکه آیا درصورت تماس آنها با مواد غذایی، کیفیت آنها یا مواد غذایی تغییر می کند یا خیر.
رویکرد توسعۀ بیوپلاستیک ها تازه آغاز شده است؛ تاکنون تقریبآ 5-10 درصد از بازار پلاستیک فعلی 50.000 تن در اروپا را پوشش می دهد. کشورهای اروپایی من جمله فرانسه، آلمان، انگلستان، هلند و ایتالیا بیشترین میزان استفاده از بیوپلاستیک ها را دارند، اما کشورهایی همچون اتریش، اسپانیا و سوئیس از آنها به میزان کمتری استفاده می کنند. کاربردهای اصلی بسته بندی فیلم ها را میتوان در محصولات غذایی، بسته بندی حمل و نقل، بسته بندی خدماتی مانند کیسه های زباله، کشاورزی و باغداری همچون کیسه های جمع آوری کمپوست دانست. هزینه توسعه آنها بسیار بالا است و از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نیستند. از آنجا که با محدودیت منابع نفت خام و گاز طبیعی مواجه هستیم، استفادۀ زیاد از زیست توده بعنوان منبع انرژی و ماده اولیه در بلند مدت ضروری است اما فرایند بازیافت این مواد را نیز بایستی در نظر داشته باشیم. امروزه، بیوپلاستیک ها دارای کاربردهای گسترده ای در حوزه پزشکی هستند؛ جایی که هزینه آنها بسیار کمتر از میزان عملکرد آنها است. بعید به نظر می رسد که کاربرد پلیمرهای زیست تخریب پذیر در بسته بندی مواد غذایی نادیده گرفته شود زیرا هزینه آنها در بازار مصرف بیشتر از مقبولیت زیست محیطی (سازگاری با محیط زیست) مهم است. ازطرفی، بیوپلیمرها می توانند نگرانی های زیست محیطی را برطرف کنند اما دارای محدودیت های عملکردی همچون مقاومت حرارتی، مانع و خواص مکانیکی مرتبط با هزینه ها نیز هستند. با این اوصاف میتوان گفت این نوع بسته بندی به بررسی و تحقیقات بیشتری نیاز دارد؛ ارزش افزوده بیشتر مانند معرفی مولکول های هوشمند (در حوزه نانوتکنولوژی) قادر به ارائه اطلاعاتی از خواص مواد غذایی داخل بسته (کیفیت، میزان ماندگاری، اطلاعات بیولوژیکی) و ارزش غذایی است. انجام تحقیقات بیشتر به افزایش خواص مانع، اطمینان از یکنواخت بودن مواد غذایی و درج لیبل هوشمند به منظور ارائه اطلاعات دقیق به مصرف کننده کمک می کند.
