کاربردی سازی مواد پلی اتیلن (PE) و پلی پروپیلن (PP) با استفاده از نانوذرات کیتوزان و رزوراتول
این مقاله روشی جدیدی را برای بهبود خواص فویل های پلیمری پلی اتیلن (PE) و پلی پروپیلن (PP) مناسب در بسته بندی مواد غذایی ارائه می دهد. این موضوع ازطرفی به جذب سیستم های کیتوزان- کلوئیدی بر سطوح فویل تصفیه نشده و تحت درمان با پلاسمای اکسیژن مربوط می شود. فرض بر این است که در اولین لایه پوشش داده شده، محلول ماکرومولکولی کیتوزان خواص ضد باکتریایی خوبی را ارائه می دهد؛ در حالی که لایه دوم (بالاترین) حاوی شبکه ای از پلی فنل رزوراتول است که در نانوذرات کیتوزان هایی تعبیه شده است که خواص آنتی اکسیدانی و ضد میکروبی را بطور همزمان امکان پذیر می سازد. اسپکتروسکوپی فوتونی اشعه ایکس (XPS) و اسپکتروسکوپی مادون قرمز (FTIR) اتصال موفقیت آمیز هر دو پوشش را بر روی فویل ها نشان داد که با روش گرانشی تأیید شد. علاوه براین، هر دو لایه متصل (محلول ماکرومولکولی کیتوزان و پراکندگی نانوذرات کیتوزان با رزوراترول ترکیب شده) روی فویل ها نفوذپذیری اکسیژن و زاویه تماس خیس شدن فویل ها را کاهش دادند؛ مورد دوم نشان دهندۀ خواص خوب فویل آنتی فاگ است. کاهش نفوذپذیری اکسیژن و این زاویه تماس زمانی که فویل ها قبلآ توسط پلاسما O₂ فعال شده اند، بارزتر است. از طرفی، تصفیه پلاسمای اکسیژن باعث بهبود پایداری و افزایش جذب ساختاری کیتوزان بر روی فویل های PP و PE می شود. همچنین، فویل ها بیش از 90 درصد کاهش استافیلوکوکوس اورئوس و بیش از 77 درصد اشریشیا کویلی را در مقایسه با فویل های تیمار نشده نشان می دهند و فعالیت آنتی اکسیدانی را بیش از 10 درصد افزایش می دهند. این روش فعلی ممکن است در کاربردهای مختلف بسته بندی مانند بسته بندی مواد غذایی (گوشت، سبزیجات، لبنیات و غیره) بسته بندی دارویی که در آنها این خواص فویل مدنظر قرار می گیرد.
اخیرآ، مواد جدید در بسته بندی مواد غذایی به بخش مهمی از بازار جهانی تبدیل شده و به افزایش آگاهی مصرف کنندگان و همچنین اهمیت جایگزین های سازگار با محیط زیست کمک می کنند. تقاضا برای این نوع بسته بندی نوآورانه رو به گسترش است و همچنان به رشد خود ادامه خواهد داد چرا که صنایع مواد غذایی از بسته بندی برای محافظت از محصولات خود و ترویج حفاظت از محیط زیست استفاده می کنند. صنعت بسته بندی اروپا دارای ارزش بازار تقریبآ 80 میلیارد یورو بوده و 40 درصد از بازار جهانی بسته بندی را به خود اختصاص داده است. تولیدکنندگان عمدۀ مواد بسته بندی به دنبال متمایز کردن محصولات خود از دیگر رقبا با ارائۀ بهترین محصولات بسته بندی عملکردی و زیست تخریب پذیر باتوجه به تقاضای مصرف کننده هستند. برای رقابتی بودن، این نکته مهم است که روش های جدید بسته بندی زیست سازگار از لحاظ اقتصادی بسیار مقرون به صرفه بوده و به راحتی در فرایندهای تولید صنعتی تثبیت می شوند. رقابت پذیری تنها در صورتی امکان پذیر است که صنعت غذایی اروپا سرعت نوآوری را افزایش دهد. در دهه های اخیر تحقیقات بسیاری در زمینه توسعه مواد بسته بندی غذایی نوآورانه با هدف مبارزه با عوامل بیماری زا، کاهش ضایعات، بهینه سازی فرایند، کاهش نیاز به نگهدارنده های شیمیایی و بهبود عملکرد انجام شده است. با این حال، تعداد اندکی از این تحقیقات اقتصادی، زیست سازگار و سالم هستند. علاوه بر افزایش آگاهی بهداشت عمومی، تغییرات در شیوه های خرده فروشی (همچون جهانی شدن بازار که منجر به توزیع طولانی تر مواد غذایی می شود) و این واقعیت که صنعت بایستی از دستورالعمل ها و مقررات سختگیرانه بسته بندی اتحادیه اروپا پیروی کند؛ همگی بعنوان یک نیروی محرکه برای دستیابی به منافع قابل توجهی عمل می کنند. پلی ساکارید های ضد میکروبی را میتوان بعنوان نمونه هایی از مواد زیست تخریب پذیر طبیعی و زیست فعالی نام برد که کمتر از آن و مشتقاتش استفاده می شود. کیتوزان که از تقطیرنسبیکیتین بدست می آید، از آن در محلول های آبی اسیدی استفاده شده و از خواص صنعتی مهمی من جمله زیست سازگاری، زیست تخریب پذیری و غیر سمی بودن برخوردار است. این ماده کاربرد گسترده ای در حوزه زیست پزشکی و صنعت غذایی دارد. مطالعات متعددی وجود دارد که از کیتوزان بعنوان پوششی برای بسته بندی مواد غذایی نام می برند.
با این حال علیرغم فعالیت ضد میکروبی عالی کیتوزان، مشاهده شده است که از فعالیت آنتی اکسیدانی بسیار ضعیفی برخوردار است که بعنوان یک مادۀ بسته بندی زیست فعال در به منظور جلوگیری از فرایندهای طبیعی استفاده می شود؛ زیرا فاسد شدن مواد غذایی (برای مثال تخریب اکسیداتیو محصولات گوشتی ناشی از واکنش های تخریب چربی ها و رنگدانه ها است) با کاهش اکسیژن و رطوبت کاهش می یابد. بنابراین، افزایش فعالیت آنتی اکسیدانی کیتوزان با ترکیبات طبیعی من جمله ظرفیت آنتی اکسیدانی بالا مانند فنول های گیاهی بسیار مورد توجه قرار می گیرد. توکوفرول ها تنها اکسیدان های طبیعی هستند که توسط سازمان غذا و دارو (FDA) تنظیم شده اند. برخی طعم دهنده ها مانند رزماری و مریم گلی فقط بعنوان ادویه و طعم دهنده کاربرد دارند. استفاده از روغن های گیاهی بعنوان آنتی اکسیدان های طبیعی بسیار مورد توجه قرار گرفته است. برخی از عصاره های گیاهی مانند دانه گریپ فروت، دارچین، ترب کوهی، میخک، سیر و بسیاری دیگر قبلآ به دلیل فعالیت آنتی اکسیدانی- ضد میکروبی مؤثر در برابر فساد و باکتری های بیماری زا به سیستم بسته بندی اضافه شده اند. امروزه اعتقاد بر این است که رزوراترول (RES) یکی از قوی ترین پلی فنل ها و قوی ترین محافظ ها در برابر پیری و آسیب رادیکال های آزاد است. رزوراترول قبلآ با کیتوزان به منظور بهبود حلالیت، پایداری و جذب سلولی RES با فرایند نانوکپسوله سازی با استفاده از کیتوزان (CS) و پلی (گلوتامید اسید-y) (y-PGA) ترکیب شده است. در مطالعه دیگری بیان شده است که میکروسفرهای کیتوزان- سدیم تری پلی فسفات (TPP) می توانند بعنوان یک سیستم انتقال بالقوه با آزادسازی کنترل شده رزوراترول استفاده شوند. کامپوزیت های پلی اتیلن با چگالی کم خطی فعال (LLDPE) با تثبیت RES در ماتریس پلیمری و ادغام RES در خاک رس مونت موریلونت قبل از اختلاط مذاب با پلیمر ساخته شدند. کامپوزیت های حاصل نه تنها فعالیت آنتی اکسیدانی قوی، بلکه فعالیت ضد میکروبی را نیز نشان دادند. علاوه براین، از روش مواد واکنش دهنده اسید تیوباربیتوریک (TBARS) برای ارزیابی رفتار اکسیداتیو مقایسه ای گوشت تازه در هوای آزاد و تماس مستقیم با فیلم LLDPE حاوی خاک رس فعال استفاده شد.
نتایج حاصل از این مطالعات نشان می دهد که این فناوری بطور بالقوه میتواند با مکانیسم به دام انداختن رادیکال های آزاد و متعاقب آن غیرفعال کردن فرایندهای اکسیداسیون مواد غذایی، ماندگاری گوشت قرمز را طی چند روز افزایش دهد. فیلم های فعال با پایه مشتقات سلولزی (هیدروکسی اتیل سلولز و استات سلولز) از طریق روش ریخته گری با استفاده از RES ساخته و آماده شدند. همچنین، گنجاندن آن در یک مجتمع با هیدروکسی پروپیل-y- سیکلودکسترین بعنوان یک عامل فعال نشان داده شد. خواص ساختاری، مکانیکی، مانع، انرژی آزاد سطحی، نوری و رهاسازی نیز مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند. همچنین فعالیت ضد میکروبی این فیلم ها بر علیه کامپیلوباکتر ژژونی، کامپیلوباکتر کولای و آرکوباکتر بوتزلری با روش انتشار آگار ارزیابی شد. خواص ضد حد نصاب (QS) فیلم ها با استفاده از سویه بیوسنسور Chromobacterium violaceum ATCC 12472 بررسی شدند. فیلم های فعال توسعه یافته در این کار شفاف بوده، رشد سویه های آزمایش شده را مهار کرده و همچنین دارای فعالیت ضد QS بودند.
در این مطالعه مشاهده شد که اثر افزایشی کیتوزان ضد میکروبی همراه با رزوراترول آنتی اکسیداتیو بعنوان جاذب PP و PE خواص زیست فعال را به سطح فویل ها انتقال می دهند. روش های XRS و FTIR اتصال موفقیت آمیز تمام جذب های ساختاری کیتوزان و کیتوزان- رزوراترول را روی فویل ها نشان می دهند. این روند همچنین با تفاوت در وزن نمونه ها پس از اعمال پوشش پشتیبانی می شود. همانطور که قبلآ هم گفته شد، اثر افزایشی کیتوزان ضد میکروبی همراه با رزوراترول آنتی اکسیدانی بعنوان یک جاذب PP و PE خواص زیست فعال را به سطح فویل ها انتقال می دهند. هر دو لایه متصل (محلول ماکرومولکولی کیتوزان و پراکندگی بیشتر نانوذرات کیتوزان با رزوراترول تعبیه شده) باعث کاهش نفوذپذیری اکسیژن و همچنین کاهش زاویه تماس می شوند که نشان دهندۀ خواص مانع و آنتی فاگ آنها است. با تیمار پلاسمای 0₂، سطح فویل های PP و PE اصلاح شده و بهبود قابل توجهی در تعامل بین دو پلیمر، فویل PP/PE و کیتوزان با استفاده از پوشش دهی موفق مشاهده شد. روش فعالسازی پلاسما توسط محلول ماکرومولکولی کیتوزان بعنوان لایه اول و نانوذرات کیتوزان با رزوراترول یکپارچه بعنوان لایه دوم، از پتانسیل بالایی در بسته بندی مواد غذایی برخوردار است.
