وبلاگ

در جهان حدود 125 میلیون تن پلاستیک تولید می­ شود كه حدود 30 میلیون تن آن در بخش بسته­بندی مصرف می­ شود. آلودگی ناشی از مواد بسته بندی تولید شده از مشتقات نفتی و مشكلات ناشی از روش­های مختلف آلودگی زدایی (مانند دفن كردن ، سوزاندن و بازیافت آن­ها) توجه پژوهشگران را در طی سال­های اخیر به یافتن جایگزین های مناسب برای این نوع مواد بسته بندی معطوف كرده است.(فانگ[1]،2003)

 

اخیراً به دلیل نگرانی‌های زیست محیطی در ارتباط با پسماند بسته‌بندی‌های پلاستیکی مصنوعی، تلاش‌های بسیاری برای تهیه مواد بسته‌بندی زیست تجزیه‌پذیر از پلیمرهای طبیعی است (مز استاکا[2] و همکاران، 2009). امروزه بخش بزرگی از مواد استفاده شده در صنعت بسته بندی از فرآوردهای نفتی و پتروشیمی به دست می­آیند که غیر قابل تجزیه در طبیعت بوده و مشکل زیست محیطی ایجاد می­ کنند. از این­ رو محققین همواره به دنبال راه حل­هایی برای این موضوع می­باشند. رشد روز افزون محصولات زیستی و توسعه تکنولوژی­های نوین سبب کاهش وابستگی به استفاده از سوخت­های فسیلی گردیده است. در چند دهه اخیر میزان توجه و علاقه افراد به استفاده از بیوپلی­مرها به دلیل افزایش بیشتر آگاهی مصرف کنندگان، افزایش قیمت نفت خام، افزایش آلودگی­های زیست محیطی و تجزیه ناپذیر بودن پلیمرهای نفتی و توجه به گرمای جهانی افزایش یافته است و سبب شده تلاش­ های فراوانی در جهت تولید مواد بسته­بندی با منشا طبیعی(پروتئین،چربی و کربوهیدرات) به صورت فیلم یا پوشش صورت گیرد. اینگونه بیوپلیمرها در مقایسه با بهره گرفتن از پلاستیک­ها اثرات مخرب کمتری بر محیط زیست دارند  ( پین[3] و همکاران، 1992). فیلم­های خوراکی که در ارتباط با مواد غذایی کاربرد دارند زیست­تخریب­پذیر هستند، یعنی قابلیت تجزیه شدن به عناصر سازنده را به وسیله­ موجودات ذره­بینی خاک دارند ( فیگویرو[4] و همکاران، 2004).

 

مواد استفاده شده برای بسته بندی که از سوخت های فسیلی تولید شده اند عملاً تجزیه ناپذیر می باشند. به همین دلیل مواد بسته بندی غذاها نیز مانند سایر مواد بسته بندی مشکلات جدی رااز لحاظ محیط زیست ایجاد می کنند. در نتیجه مطالعاتی جهت استفاده از بسته بندی های زیست پایه تخریب پذیر انجام گرفته است. حدود 125 میلیون تن سالانه در جهان پلاستیک تولید می شود که حدود 30 میلیون تن آن در بخش بسته بندی مصرف می شود ( مارینیلو[5] و همکاران، 2003؛ لین[6] و همکاران، 2005). به منظور کاهش ضایعات بسته بندی پلاستیکی زیست تخریب ناپذیر استفاده از پلاستیک های زیست پایه تخریب پذیر مانند نشاسته، سلولز، PLA، ژلاتین و… ضروری می­باشد  ( الماسی[7] و همکاران، 2009؛ ویلهلم[8] و همکاران، 2003).

 

بسته یا پوشش غذا نقش منحصر به فردی در سلامت غذا و در نتیجه مصرف کننده ایفا می کند. مسلم است که بیشتر فرآورده های غذایی با نوعی روش بسته بندی به مصرف کننده می رسد و در نتیجه بسته بندی بخش مهمی در زنجیره غذایی می باشد ( کیم[9] و همکاران، 2003). اما مواد بسته بندی قدیمی که از مواد نفتی مشتق شده بودند هیچ یک زیست تخریب پذیر نبوده و از لحاظ زیست محیطی قابل تحمل نیستند و خطرات سلامتی را تحمیل می کنند؛ برای مثال مهاجرت افزودنی های مضر به غذا. زیست تخریب پذیری مواد پلاستیکی سنتزی حاصل از مشتقات نفتی بسیار کند بوده و تجزیه کامل آن­ها چندین سال به طول می انجامد و این امر باعث افزایش آلودگی های زیست محیطی می­گردد. لذا طی سال های اخیر یافتن جایگزینی مناسب برای پلاستیک های سنتزی به طوریکه زیست تخریب پذیری بالایی داشته و آلودگی زیست محیطی کمتری بر جای بگذارد توجه محققین را به خود را جلب کرده است. بیوپلیمرهای خوراکی با زیست تخریب پذیری بالا که از منابع قابل تجدید کشاورزی حاصل می­شوند گزینه ای مناسب در این زمینه به شمار می روند. با وجود مزایای مسلم زیست محیطی و پایداری پلیمرهای زیستی این قیمت رو به رشد نفت خام و گاز طبیعی است که عامل محرکه برای سرمایه گذاری اقتصادی در این زمینه است. این موضوع و دو عامل محرکه تلاش برای بازیافت بیشتر ضایعات و همچنین ثبات محیط زیست و مدیریت کشاورزی این ضرورت را ایجاد می­ کند که تغییری به سمت پلاستیک­های زیستی صورت گیرد.

 

 

 

1-2- پیش زمینه

 

بسته­بندی پوششی است كه سلامت كالای محتوی خودرا­پس ازتولید تا مرحله­ مصرف حفظ می­نماید وبا ایجاد یک مانع فیزیكی بین محصولات غذایی ومحیط خارج بهداشت محصول راتضمین می­كندوعمركالای فاسدشونده را افزایش می­دهد. درسا­ل­های اخیربه علت افزایش مصرف پلاستیک­ها و با توجه  به طول عمربالای آن­هاوتقریبا زیست تخریب­پذیر1 نبودن آن­ها، سنتز پلیمر­های زیست­تخریب­پذیرافزایش یافته است (قنبرزاده و همکاران1388).

 

 

در بسته­بندی مواد غذایی از مواد مختلفی نظیر شیشه، پلاستیک­های سخت و نیمه سخت، فلزات سخت (قوطی­ها) استفاده می­ شود این مواد در اکثر موارد توسط مصرف کننده دور ریخته می­شوند (بدیعی و همکاران، 1387). مواد بسته بندی پلیمری که کاربرد گسترده­ای در صنعت بسته­بندی دارند، غیر­قابل تجزیه و غیر قابل برگشت به محیط زیست هستند و به همین دلیل، از مهمترین آلاینده­های طبیعت محسوب می­شوند ( الماسی، 1388 و ایران منش، 1388). ازویژگی­های مطلوب برای هر بسته­بندی، بازیافت آسان آن و ایجاد كمترین خسارت به محیط زیست است. هرساله بالغ بر چند میلیون تن ضایعات پلاستیكی از جمله كیسه­ها، پاكت­های پلاستیكی و مواد بسته بندی وارد محیط زیست گردید و به علت عدم بازگشت به چرخه زیست محیطی باعث ایجاد مشكلات فراوان برای محیط زیست می­شوند. تولید فیلم­های تجزیه­پذیر طبیعی وجایگزین نمودن آن­ها به جای پلاستیك­های سنتزی راه حلی برای به حداقل رساندن آثار نامطلوب و زیان­آور زباله­های حاصل از مواد سنتزی است (دارائی وهمكاران، 1388).

 

بسته بندی های زیست تخریب پذیر که قابلیت خوراکی بودن و مصرف به همراه ماده غذایی را دارند شامل فیلم ها و پوشش های خوراکی می باشند. فیلم های خوراکی لایه هایی از مواد قابل هضم هستند که به عنوان پوشش مواد غذایی(پوشش های خوراکی)و یا به عنوان مانعی بین غذا و سایر مواد و یا محیط ها استفاده می شوند.پوشش های خوراکی قابل تجزیه به وسیله میکروارگانیسم ها مصرف شده و به ترکیبات ساده تبدیل می شوند. ­پلی ساکارید هایی مانند کیتوزان، نشاسته و سلولز، پروتئین هایی مانند زئین و کلاژن و چربی هایی مانند تری گلیسیریدها و اسیدهای چرب می توانند به عنوان فیلم های خوراکی استفاده شوند. فیلم های پلی ساکاریدی قیمت پایینی دارند اما مانع مناسبی در برابر نفوذ رطوبت نیستند. فیلم های پلی ساکاریدی دارای قابلیت های مفیدی مثل شکل پذیری در فرایند، خاصیت ارتجاعی و ممانعت خوب در برابر نفوذ اکسیژن هستند. ­اما عبور­ناپذیری آن­ها در برابر نفوذ آب ضعیف است ( آل حسن و همکاران، 2012).

 

تولید بیوپلیمر­هایی که از منابع تجدیدپذیر بدست می­آیند بر خلاف پلیمر­های سنتزی که بیشتر منشا نفتی دارند در محیط طبیعی تجزیه پذیر هستند و موجب حفظ منابع تجدید ناپذیر می­گردد. این بیوپلیمر­ها که قابلیت برگشت به طبیعت را دارند از محصولات کشاورزی بدست آمده و موجب آلودگی محیط زیست نمی­شوند و در فرایند کمپوست توسط میکروارگانیسم ها به محصولات طبیعی مانند آب، متان، دی اکسید کربن، و توده زیستی تبدیل می­شوند. پلیمر­هایی که پس از فرایند تجزیه توسط میکروارگانیسم ها ­ کاملا به محصولات طبیعی تبدیل می­شوند زیست تخریب پذیر نامیده می­شوند (قنبرزاده و همکاران، 1388).

 

بسته بندی­های زیستی حاصل از بیوپلیمر­های خالص دارای سرعت زیست تخریب پذیری بالاتری نسبت به فیلم­های آلیاژ شده می­باشند ولی کیفیت مکانیکی و نفوذپذیری آن­ها به نسبت پایین تر است (قنبرزاده و همکاران، 1388).

 

دلایل استفاده از این نوع بسته بندی عبارتند از: جلوگیری از انتقال رطوبت، جلوگیری از خروج ترکیبات فرار موجود در ماده غذایی، کاهش دهنده سرعت تنفس، به تاخیر انداختن تغییرات در بافت ماده غذایی، مانعی بسیار عالی در برابر عبور چربیها  و روغن ها، عبوردهی بسیار انتخابی گازهایی نظیر اکسیژن و دی اکسیدکربن (ایران منش، 1388).

 

زیست پلیمرهای خوراکی با­ زیست تخریب پذیری زیاد از منابع تجدیدپذیر کشاورزی حاصل می­شوند، گزینه مناسبی در این زمینه به شمارمی­آیند. تولید فیلم های زیست تخریب پذیر، ازپلی ساکاریدها، پروتئین ها،چربی ها یا مخلوطی از آن­ها استفاده می­ شود. نشاسته از جمله پلی­ساکاریدهایی است که به فراوانی و با هزینه کم قابل تولید است. نشاسته به وفور در طبیعت یافت  می­ شود، به دلیل قیمت پائین، خاصیت ترموپلاستیکی، قابلیت تجدید شوندگی و بازیافت زیستی، یکی از مواد خام جذاب و مورد علاقه برای استفاده در بسته بندی های خوراکی محسوب می­گردد ( پاندی[10] و همکاران، 2005).

 

در گروه مواد تجدیدشدنی برپایه ی موادپلیمری زیست تخریب پذیر، نشاسته یکی از قابل توجه ترین مواد بود به دلیل اینکه به آسانی دردسترس است ومیتواند محصولات نهایی موثری ایجاد کند. نشاسته فرم اصلی کربوهیدرات درگیاهان است. نشاسته یک پلیمر نیمه بلورین تشکیل شده از یک مخلوطی از آمیلوز،یک پلی ساکارید خطی وآمیلوپکتین یک پلی ساکارید منشعب می­باشد. نسبت مقدار آمیلوز و آمیلوپکتین به منبع گیاهی بستگی دارد. در کاربردهای بسته بندی، مواد برپایه نشاسته ، بدلیل زیست تخریب پذیری، به طورگسترده در دسترس بودن وهزینه کم مورد توجه زیاد واقع شده اند ( زپا[11] و همکاران، 2008)

 

نشاسته از پالم ساگو یک غله مهم بومی رو به رشد در آسیای جنوبی است نشاسته ساگو تنها مثال صنعتی (غذایی و غیر غذایی) نشاسته نشات گرفته از منبع متفاوتی نسبت به نشاسته­های رایج مانند غلات (برنج، ذرت)، غده ای (سیب زمینی )، ریشه­ای (تاپیوکا ) و (نخود و لوبیا) است ( محمدی و همکاران،2011).

 

از آن جا که پلی­ساکارید­ها نسبت به پروتئین­ها از یکنواختی بیشتری در نوع واحد­های تشکیل دهنده برخوردارند، به دلیل ایجاد برهم­کنش­های بیشتر و قوی­تر در بین زنجیر­های پلیمر، معمولاً فیلم­های پلی ساکاریدی استحکام مکانیکی بهتری نسبت به فیلم­های پروتئینی دارند و فیلم حاصل از آن قوی­تر است. همچنین به علت ماهیت قطبی اکثر پلی­ساکارید­ها، بازدارندگی فیلم­های حاصل از آن­ها در مقابل گاز­ها مطلوب خواهد بود. اما ماهیت کاملاً آبدوست واحد­های تشکیل دهنده پلی ساکارید­ها باعث می­ شود که نفوذ پذیری نسبت به بخار آب در فیلم­های پلی ساکاریدی نسبتاً بالاتر از اغلب فیلم­های پروتئینی باشد. فیلم­های با پایه سلولز اتلاف رطوبت و نیز جذب روغن را در غذاهای سرخ شدنی محدود می­نمایند (لازاریدون و بیلیادریس[13]، 2002).

 

به تازگی یک پلی ساکارید از مواد دیواره سلولی لپه سویا استخراج شده است.  SSPSاز خانواده پکتین مانند از بیوپلیمر اسیدی استخراج شده از محصول فرعی کربوهیدرات باقی مانده از تولید پروتئین سویا جدا شده (SPI) تولید می­ شود. مزایای  SSPS برای سلامتی انسان، پایین آوردن کلسترول خون، بهبود رخوت و کاهش خطر ابتلا به دیابت گزارش شده است ( شوری[14] و همکاران، 1985). به غیر از ارزش غذایی آن، عملکردهای مختلفی از جمله پراکندگی، تثبیت کننده، امولسیون و چسبندگی، ویسکوزیته کم، و قادر به تشکیل فیلم سطحی قوی با ضخامت 17-30  نانومتر نیز دارد ( آسای[15] و همکاران، 1994).

 

 

 

1-3- اهداف پژوهش

 

1-3-1- هدف اصلی

 

هدف از این بررسی، امکان تهیه فیلم­های تجزیه پذیر و زیست سازگار با محیط از  فیلم­های خوراکی بر پایه فیلم­های نشاسته ساگو ترکیب شده با SSPS، جهت استفاده در بسته بندی به جای کاربرد اولیه شیمیایی غیر قابل تجزیه و بازیافت است.

 

 

 

1-3-2- اهداف اختصاصی

 

• بررسی ویژگی­های فیزیکوشیمیایی فیلم خوراکی نشاسته ساگو ترکیب شده با پلی ساکارید سویای محلول در آب.

 

• بررسی ویژگی­های مکانیکی فیلم خوراکی نشاسته ساگو ترکیب شده با پلی ساکارید سویای محلول در آب.

 

• بررسی ویژگی­های ممانعتی فیلم خوراکی نشاسته ساگو ترکیب شده با پلی ساکارید سویای محلول در آب.

 

 

1-4- پرسش­های تحقیق

 

• آیا افزودن پلی ساکارید سویای محلول در آب خواص مکانیکی فیلم نشاسته ساگو را افزایش می­دهد؟

 

• آیا افزودن پلی ساکارید سویای محلول در آب بر روی خواص فیزیکوشیمیایی فیلم نشاسته ساگو تاثیری دارد؟

 

• آیا افزودن پلی ساکارید سویای محلول در آب بر روی خواص عبوردهی فیلم نشاسته ساگو تاثیری دارد؟

 

 

1-5- نمودار تحقیق

 

شکل 1-1 نمودار تحقیق را برای این پژوهش نشان می­دهد