استفاده از بیوپلیمرها برای طراحی مواد بسته بندی خوراکی در صنایع غذایی
هدف از این مطالعه توسعه مواد زیست تخریب پذیر و خوراکی بر پایه هیدروکلوئیدها و تجزیه و تحلیل خواص فیزیکی و مکانیکی آنها در بسته بندی مواد غذایی است. بسته بندی های خوراکی از یک ماتریس هیدروکلوئیدی (آگار، نشاسته، آلژینات سدیم)، فرآوری شده با گلیسرول در نسبت های مختلف (33.33 و 16.7 درصد از مقدار کل پلی ساکاریدهای مورد استفاده) حاصل شد؛ خواص فیزیکی و مکانیکی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت، بهترین نتایج نیز از بسته بندی آگار سدیم آلژینات فرآوری شده با بیشترین مقدار گلیسرول حاصل شد.
اخیرآ به دلیل مزایای استفاده از بسته بندی های بیوپلیمری، این نوع بسته بندی بسیار مورد توجه قرار گرفته است. در مقایسه با مواد معمولی از خواصی همچون پراکندگی گسترده، قابلیت بازسازی، هزینه کم، زیست تخریب پذیری، زیست کمپوست پذیری و بدون آلودگی زیست محیطی برخوردار هستند. در سال های اخیر با توجه به تقاضای مصرف کننده و صنعت برای مواد غذایی با کفیت بالا، کمتر فرآوری شده، با ماندگاری طولانی تر مواد بسته بندی نوآورانه ای برای بسته بندی مواد غذایی وارد بازار شده است. مصرف کنندگان از اهمیت و ایمنی رژیم غذایی آگاه شده اند (بسته بندی نامناسب مواد غذایی به یک خطر جدی برای سلامتی تبدیل شده است؛ بویژه اگر افزودنی های مصنوعی را در بسته بندی مواد غذایی در نظر بگیریم که به منظور بهبود خواص فیزیکی و شیمیایی استفاده می شوند. این افزودنی ها حاوی ترکیبات خطرناکی برای انسان و محیط زیست هستند) و این بسته بندی هوشمند می تواند ماندگاری غذا را افزایش داده و کیفیت میکروبیولوژیکی را حفظ کند (افزودن مواد بازدارنده می تواند از اسپور یا تکثیر پاتوژن جلوگیری کند)؛ حتی می تواند خواص حسی را بهبود بخشیده (با افزودن طعم های طبیعی یا رنگ) و از کاهش کیفی و کمّی جلوگیری کند (با افزودن آنتی اکسیدان هایی که از قهوه ای شدن جلوگیری کرده و تازگی بافت مواد را حفظ می کنند). آنها یک مانع انتخابی برای انتقال رطوبت هستند و می توانند از اکسیداسیون لیپیدها و دسترسی به اکسیژن جلوگیری کنند. هدف از این مطالعه دستیابی به بسته بندی بر پایه نشاسته، آگار، آلژینات سدیم فرآوری شده با گلیسرول است. به منظور استفاده از این غشاها بعنوان مواد بسته بندی برای مواد خوراکی طیف وسیعی از خواص فیزیکی و مکانیکی مورد ارزیابی قرار گرفته است.
باتوجه به جدول زیر، ضخامت غشاها با ترکیب محلول تشکیل دهندۀ فیلم متفاوت است.
جدول 1:
سنجش با محتوای بالا در آگار و نشاسته ضخامت بیشتری بین 29.4-30.6 میکرومتر را نشان می دهد. افزودن آلژینات سدیم (2 گرم) منجر به افزایش ضخامت فیلم از 35-40.6 میکرومتر شد. در نمونه های S8، S9 و S10 کاهش جرم گلیسرول از 1 گرم به 0.5 گرم منجر به ایجاد لایه هایی با ضخامت بالا می شود که باتوجه به این مطالعه، کاملآ طبیعی است؛ گلیسرول ترکیبی است که خاصیت ارتجاعی و انعطاف پذیری فیلم را بهبود می بخشد اما ضخامت و استحکام آن را کاهش می دهد. با توجه به نسبت انقباض، بالاترین مقدار برای S3 (2 گرم آگار و 1 گرم ترکیب نشاسته) کمتر از 96.18 درصد شناسایی شد اما مقادیر مشابهی در سایر نمونه ها بدون تغییر چشمگیری مشاهده شد. نسبت انقباض یک فاکتور مهم در صنعت است زیرا ضخامت نهایی غشاء را می توان با ضخامت اصلی ارزیابی کرد. ضخامت بسته بندی نهایی نیز قابل کنترل است. بسیاری از مطالعات نشان داده اند که فیلم های حاوی ترکیب آگار به دلیل هم افزایی ژل آگار در طول زمان، نسبت آبرسانی بالایی دارند. با توجه به جدول ارائه شده در بالا، با استفاده از روش های ریخته گری برای به دست آوردن بیوفیلم، نسبت انقباض بر ضخامت نهایی این غشاء و سایر خواص فیزیکی تأثیر می گذارد. رنگ بسته بندی به نوع مواد مورد استفاده بستگی دارد؛ به طوری که S2، S3 و S8 با محتوای آگار بالا رنگ زرد پر رنگ تری دارند. همین روند برای نمونه هایی با محتوای گلیسرول کم در ترکیب مشاهده می شود. بنابراین نمونه هایی با 2 و 1.5 گرم آگار 33.33-16.7 درصد درخشندگی کمتری نسبت به نمونه های نشاسته بالا دارند. نمونه آلژینات سدیم بالا در ماتریس S7 بهترین درخشندگی، مقادیر متوسط را برای a و کاهش یافته را برای b نشان داد. بالاترین مقدار رزین برای نمونه آگار بالا و نمونه غیرنشاسته ای ثبت شد. برای حل شدن یکنواخت همه مواد، استفاده از نوع نشاسته با آبدوستی بالا مانند نشاسته حاصل شده از سیب زمینی ضروری است. همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است،با در نظر گرفتن توانایی پلاستیک ساز برای تسهیل غشاهای یکنواخت و پبوند خوب میتوان گفت که نمونه ها با مقدار گلیسرول کمتر ماتریس کمتر منظمی دارند.
شکل 1:
علاوه براین، در این مطالعه مقادیر بدست آمده و استفاده شده برای مشخصه مکانیکی ارائه شده است که در آنها غشاها با بافت سنج و میکروسختی DUH-2115 آزمایش شدند. هر دو روش به وضوح بالاترین مقاومت فیلم S7 حاصل شده از مقادیر بالای آلژینات سدیم (60 درصد از کل هیدروکلوئیدها) را در کمتر از 12.32 مگاپاسکال ایجاد می کنند. فیلم گلیسرول کم (S8) محکم ترین بسته بندی را نشان داد که با در نظر گرفتن پلیول کاملآ طبیعی است؛ اگرچه خواص فیزیکی آن را بهبود می بخشد اما تأثیر منفی بر خواص مکانیکی دارد. همانطور که از تصاویر SEM مشاهده می شود، زبری قابل ملاحظه ای در نمونه هایی با محتوای آگار بالا (S2) رخ می دهد؛ کوچکترین آنها با مقادیر بالاتر آلژینات سدیم (S6 و S7) اما همچنین مواردی که 50 درصد پلاستیک کمتری در ترکیب دارند. یک مخلوط هیدروکلوئیدی با مقدار زیادی آلژینات سدیم می تواند برای تولید بسته بندی های یکنواخت و همچنین مقادیر متوسط حاصل شده در Rz در نظر گرفته شود.
هدف از این مطالعه، آزمایش غشاهای به دست آمده از هیدروکلوئیدها به منظور استفاده از آنها بعنوان مواد بسته بندی خوراکی است. نمونه ها نشان داده اند که غشاهای حاوی مقدار زیادی آلژینات سدیم (S7) مقاوم تر، یکنواخت تر و دارای زبری متوسطی هستند اما خاصیت ارتجاعی کمتری دارند. نمونه های به دست آمده از مخلوط دو هیدروکلوئید خواص فیزیکی و مکانیکی خوبی نشان داده اند: رنگ یکنواخت، ضخامت متوسط، استحکام و کشسانی؛ به استثنای غشای به دست آمده از مخلوط مساوی نشاسته و آلژینات سدیم اما برخلاف دیگر نمونه ها که 1 گرم گلیسرول دارند، 50 درصد پلاستیک ساز آنها کمتر است. ریزساختار یک غشای یکنواخت با زبری کم را در بسته بندی های حاصل از مقادیر مساوی یا نسبتآ مساوی هیدروکلوئیدها نشان داد. غشاهای زیستی ساخته شده از مخلوط سه هیدروکلوئید از خواص ضعیف تری برخوردار هستند، برخلاف آنهایی که از ترکیب دو هیدروکلوئید (آگار- نشاسته، آگار- سدیم آلژینات، نشاسته- آلژینات سدیم) ساخته شده اند که از خواصی برای بسته بندی مواد غذایی برخوردار بوده و به همین دلیل جایگزین مواد مصنوعی معمولی در بسته بندی می شوند. نتایج حاصل از بررسی مقاومت بسته بندی های ساخته شده از مخلوط هیدروکلوئیدها با استفاده از مدل ریاضی حاصل شده با توجه به ترکیب آنها رسم شد. تجزیه و تحلیل این غشاها افزایش قابل ملاحظۀ سختی غشاء را با افزایش محتوای آگار، نشاسته و آلژینات سدیم نشان می دهد که با افزایش غلظت گلیسرول کاهش می یابد. از تحقیقات تئوری و تجربی میتوان نتیجه گرفت که استحکام بسته بندی ها که یک خواص مکانیکی مهم در پردازش مکانیکی شکل و ابعاد آنها محسوب می شود، غلظت مواد تشکیل دهنده با استفاده از مدل ریاضی با احتمال 95 درصد قابل پیش بینی است.
