بخشی از مقاله
خصوصیات فیلمها و پوششهاي خوراکی و نقش آنها در افزایش ماندگاري مواد غذایی
چکیده:
بستهبندي در دستیابی به اهداف ایمنی و جلوگیري از ضایعات مواد غذایی نقش به سزایی دارد . با توجه به افزایش هشدارهاي زیستمحیطی، امروزه توجه زیادي جهت جستجو فیلمهاي بستهبندي زیست تخریب پذیر و لذا سازگار با محیطزیست تحت عنوان فیلمها و پوششهاي خوراکی شده است. هدف از این بحث فراهم کردن یک بررسی جامع در مورد مواد مناسب تشکیلدهنده فیلمها و پوششهاي خوراکی و روشهایی که خصوصیات کاربردي آنها را افزایش دهد، است. بازنگري مطالعات بیانگر این است که فیلمهاي خوراکی یک لایه نازکی از مواد خوراکی هستند که روي سطح مواد غذایی قرارگرفته و به عنوان محافظ آنها عمل میکنند. عمده مواد پلیمري طبیعی مختلفی که در ساخت فیلمها و فرمولاسیون پوششها به کار می روند ؛ پلی ساکاریدها، لیپیدها، پروتئینها و یا ترکیبی از آنها میباشند. مطالعه کاربرد فیلمهاي خوراکی نشان میدهد که به دلیل اهمیت زیاد این مواد، توجه به این مواد و گردآوري تحقیقات و مطالعات در این زمینه امري اجتنابناپذیر است.
کلمات کلیدي: افزایش ماندگاري، فیلمها و پوششهاي خوراکی، مواد غذایی
مقدمه
فیلمها و پوششهاي خوراکی به صورت لایههاي نازکی از مواد خوراکی بر روي سطح مواد غذایی یا میان ترکیبات آنها قرار می-
گیرند و به عنوان یکی از راههاي اساسی کنترل تغییرات فیزیولوژیکی، میکروبی و فیزیکو شیمیایی در مواد غذایی مطرح میباشند.
ساختار اصلی آنها بر پایه پلیمرهاي طبیعی با خواص ویژه میباشد. عملکرد آنها ایجاد یک سد در مقابل انتقال مواد (آب، گاز، چربی). حفظ و انتقال اجزاي مواد غذایی و افزودنیها (رنگها، طعم دهندهها و نظایر آن)، جلوگیري از رشد ریزسازوارهها در
سطح مواد غذایی و نیز حفاظت مکانیکی آنها میباشد. از مزایاي بالقوه دیگر فیلمهاي خوراکی جابهجایی آسانتر، بهبود کیفیت، افزایش عمر ماندگاري، قابلیت تجزیه زیستی، سهولت دسترسی و هزینه کم مواد بسته بندي است. از سوي دیگر کاهش مواد باقیمانده، منابع قابل بازیافت و پوششهاي خوراکی به جاي مواد بستهبندي پلیمري مصنوعی بوده است. تمامی این عوامل اساس بررسیهاي انجام شده توسط محققین مختلف در زمینه خواص محافظتی، مکانیکی و حسی انواع فیلم و پوششهاي خوراکی در سه دهه اخیر میباشد.
فیلم و پوششهاي خوراکی از زیست بسپارها تولید میشوند. زیست بسپارهاي تشکیل هنده فیلم شامل پروتئینها، پلی ساکاریدها
(کربوهیدرات و صمغ) و لیپیدها میباشند. پلاستی سایزرها و سایر افزودنیها به همراه زیست بسپارهاي تشکیل دهنده فیلم، براي تغییر خواص فیزیکی و کاربردي فیلم ها استفاده میشوند (جنادیوس1، .(2002
تاریخچه استفاده از فیلمها و پوششهاي خوراکی
پوششهاي واکسی در قرون 12 و 13 در مرکبات استفاده شده است اما بصورت تجاري از سال 1930 به بعد تنها بروي سیب و گلابی کاربرد داشته است (بلدوین2، .(1994 پوششهاي لیپیدي از سالیان گذشته براي جلوگیري از چروکیدگی بروي گوشت و پنیر استفاده میشده است (کستر و فنما3، .(1986
فیلمهاي کلاژنی بعنوان پوشش سوسیس و بعضی فیلمهاي متیل سلولز بعنوان کیسه براي مواد غذایی خشک استفاده میشود.
پوششهاي واکسی بروي میوهجات و سبزیجات، پوششهاي زئین بروي آب نبات و پوششهاي قندي بروي مغزها رایجترین کاربرد تجاري پوششهاي خوراکی میباشد (کروچتا و دمولرجانستون4، .(1997در صنعت داروسازي پوششهاي قندي بروي قرصها و فیلمهاي ژلاتینی براي کپسولهاي نرم استفاده میشوند (کروچتا5، .(2002
استفاده از ترکیبات سلولز (مانند کربوکسی متیل سلولز دهیدروکسی پروپیل سلولز و متیل سلولز) بعنوان پوشش میوه، سبزي، گوشت، ماهی، مغزها، نانوایی، قنادي و سایر محصولات کشاورزي رو به افزایش است (نوسینویچ6، .(2003
دلایل استفاده از فیلمها و پوششهاي خوراکی
هر ماده غذایی متحمل نوعی مشکل انتقال ماده میگردد. انتقال رطوبت، نفوذ اکسیژن، از دست دادن یا جذب آروما یا روغن نمونههایی از این مشکلات است. با استفاده از فیلمها و پوششهاي خوراکی تا حدي میتوان این مشکلات را بهبود بخشید و موجب بهبود پایداري، بافت، طعم و آروماي مواد غذایی گردید. همچنین بکار بردن مقادیر کنترل شده آنتی اکسیدانها و مواد ضد میکروبی میتواند باعث بهبود بیشتر ماده غذایی گردد. بسیاري از مواد غذایی در طی فرآیند ساخت، حمل و نقل، بسته بندي و یا
استفاده دچار شکستگی و یا از هم پاشیدگی میگردند. محصول بیشتر، ظاهري مطلوبتر و استفاده آسانتر از مزایاي بالقوه فیلمها و پوششهاي خوراکی میباشد. در نهایت مصرف کنندگان کیفیت مواد غذایی را در درخشندگی، رنگ و ویژگیهاي حسی می-
شناسند و اینها صفاتی هستند که توسط فیلمها و پوششهاي خوراکی متاثر میشوند.
مزایاي فیلمهاي خوراکی نسبت به سایر مواد بسته بندي پلیمري مصنوعی عبارت است از: -1 مصرف توام فیلمها با محصول بسته بندي شده بدون اینکه باقیماندهاي دور ریخته شود.
-2 در صورت عدم مصرف فیلمها، آلودگی محیطی کاهش مییابد، زیرا تبدیل آنها به مواد بازیافت آسانتر است.
-3 فیلمها باعث افزایش خواص ارگانولپتیک مواد بسته بندي میشوند. بدین ترتیب ترکیبات مختلف نظیر طعم دهندهها، رنگها و شیرین کنندهها، به همراه آنها منتقل میشوند.
-4 فیلمها میتوانند به عنوان مکمل ارزش تغذیهاي مواد غذایی باشند.
-5 فیلمها براي بسته بندي اندازههاي کوچکی از مواد غذایی میتوانند بکار روند مانند انواع نخود، لوبیا و توت فرنگی
-6 فیلمها در داخل مواد غذایی نامتجانس، لایههاي مختلف میان ترکیبات را به هم متصل مینمایند. همچنین میتوانند به منظور جلوگیري از حذف رطوبت و مهاجرت مواد محلول در مواد غذایی مانند پیتزا، کلوچه و آب نبات طراحی شوند.
-7 این فیلمها میتوانند به عنوان انتقال دهنده مواد ضد میکروبی و آنتی اکسیدان به کار روند.
-8 فیلمها میتوانند به آسانی براي تولید میکرو کپسولهاي طعم دهندههاي مواد غذایی و عوامل تخمیر کننده بکار روند
(جنادیوس، .(2004
مواد تشکیل دهنده فیلمها و پوششهاي خوراکی
مواد اصلی تشکیل دهنده فیلم زیست بسپارهایی شامل پروتئینها، چربیها و پلی ساکاریدها میباشند این مواد میتوانند به تنهایی یا در ترکیب با هم بکار روند. ویژگیهاي فیزیکی و شیمیایی زیست بسپارها تاثیر زیادي بر خصوصیات فیلمهاي ساخته شده از آنها دارد. مواد تشکیل دهنده فیلم می توانند آب گریز یا آب دوست باشند(ستورنویت و کروچتا7، .(2001
فیلم بر پایه پلی ساکارید
پلی ساکاریدهاي مورد استفاده در تهیه فیلمها و پوششهاي خوراکی شامل نشاسته، کربوهیدراتهاي غیر نشاستهاي، صمغها و فیبرها میباشند. زنجیره پلی ساکاریدها در مقایسه با پروتئینها سادهتر است اما به هر حال آرایش فضایی ساختارهاي پلی ساکاریدي پیچیدهتر و غیر قابل پیش بینی میباشند و در نتیجه نسبت به پروتئینها وزن مولکولی بیشتري دارند. بیشتر کربوهیدراتها خنثی هستند در حالی که بعضی از صمغها داراي بار منفی میباشند. فیلمهاي پلی ساکاریدي به علت ماهیت آب دوستی آنها، در برابر بخار آب نفوذپذیر بوده اما در برابر اکسیژن مقاومت مطلوبی دارند بنابراین میتوانند اکسیداسیون چربیها را به تعویض بیاندازند(جانگ و جنادیوس8، .(2006
فیلم بر پایه پروتئین
به طور معمول از پروتئینها به عنوان مواد تشکیل دهنده فیلم استفاده میشود آنها ماکرو مولکولهایی با ساختارهاي مولکولی و زنجیرهاي آمینواسید ویژه هستند. ساختارهاي دوم، سوم و چهارم پروتئینها میتوانند به آسانی توسط دناتوراسیون حرارتی، فشار، تابش، تیمار مکانیکی، اسیدها، قلیاها، یونهاي فلزي، نمکها، آبکافت شیمیایی، تیمار آنزیمی و اتصال عرضی شیمیایی اصلاح گردند. مشخصترین خصوصیت پروتئینها در مقایسه با دیگر مواد تشکیل دهنده فیلم دناتوراسیون آرایش فضایی بارهاي الکترو استاتیک و ماهیت دو گانه دوست آنها میباشد. عوامل زیادي بر آرایش فضایی پروتئینها تاثیرگذار هستند که شامل چگالی بار و تعادل آب دوست ـ آب گریز است و با کنترل این عاملها میتوان خصوصیات فیزیکی و مکانیکی فیلمهاي تهیه شده را تعیین کرد.فیلمهاي پروتئینی به رطوبت نفوذپذیر اما نسبت به اکسیژن مقاومت خوبی دارند(کروچتا، .(2002
فیلم بر پایه ترکیبات لیپیدي
از دیگر ترکیبات سازنده فیلمها، لیپیدها و رزینها میباشند اما آنها بسپار نبوده و زیست بسپار اصطلاح درستی براي آنها نمی-
باشد با این وجود آنها خود آلی، تجزیه پذیر و چسبنده میباشند. اکثر لیپیدها و رزینهاي خوراکی در دماي اتاق جامد ولی نرم هستند و داراي دماي انتقال فاز مشخصی هستند. به علت ماهیت آب گریزي آنها فیلم یا پوششهاي ساخته شده از مواد لیپیدي مقاومت بسیار بالایی نسبت به بخار آب دارند. همچنین داراي انرژي سطحی کمی نیز میباشند. لیپیدها میتوانند با سایر مواد تشکیل دهنده فیلم مانند پروتئینها یا چند قنديها بصورت ذرات امولسیون یا پوشش چند لایه در جهت افزایش مقاومت به نفوذ آب ترکیب شوند.(جنادیوس و همکاران، .(1998
رزینها که شامل لاك شفاف، صمغ چوب صنوبر میباشند به عنوان ترکیبات پوشش دهنده مهم براي براق کردن محصولات مورد استفاده قرار میگیرند و به عنوان یک جلا دهنده و پوشش خوراکی در محصولات دارویی، قنادي، میوهجات و سبزیجات بکار میروند.
پلاستی سایزر
فیلمهاي پروتئینی و پلی ساکاریدي اغلب سخت و شکننده هستند که این به علت برهم کنش بین پیوندهاي درون بسپار میباشد.
افزودن پلاستی سایزر سبب کاهش بر هم کنشهاي موجود در ساختار بسپار میشود و کمتر شدن دماي انتقال شیشهاي و بهبود انعطاف پذیري فیلم، افزایش کشیدگی فیلم و کاهش الاستیک مدولوس را بدنبال دارد. متاسفانه پلاستی سایزرها توانایی فیلمها را در ممانعت کنندگی در برابر انتقال رطوبت، اکسیژن، آروما و روغن کاهش میدهند. پلاستی سایزرها موجب افزایش حرکات مولکولی مولکولهاي بسپار میشوند بصورتی که آنها میتوانند نسبت ناحیه کریستالی به ناحیه بیشکل را کاهش داده و بدین سان دماي انتقال شیشهاي کاهش مییابد. بنابراین افزودن پلاستی سایزرها نه تنها بر مدولوس الاستیک و سایر خواص مکانیکی تاثیرگذار هستند بلکه موجب تاثیر بر مقاومت فیلمها و پوششها نسبت به نفوذ بخار آب و گازها میگردد (ستورنویت و کروچتا،
.(2001
بیشتر پلاستی سایزرها بسیار آب دوست میباشند. بنابراین آنها میتوانند مولکولهاي آب را جذب کرده و یک کمپلکس هیدرو دینامیک بزرگ آب ـ پلاستی سایزر تشکیل دهند. در مورد فیلمهاي خوراکی پروتئینی و پلی ساکاریدي پلاستی سایزرها باعث
تخریب پیوندهاي هیدروژنی درون و بین مولکولی، افزایش فاصله میان مولکولهاي بسپار و کاهش نسبت ناحیه کریستالی به آمورف میگردند. آب یک پلاستی سایزر بسیار خوب است اما به آسانی در رطوبتهاي نسبی پایین دهیدراته میشود بنابراین افزودن پلاستی سایزرهاي شیمیایی آب دوست میتواند افت آب را از طریق رطوبت زدایی، کاهش و میزان آب ترکیبی را افزایش و فعالیت آبی را در حد بالایی حفظ کند(گیلبرت و گنتارد9، .(1995
دو نوع پلاستی سایزر وجود دارد:
-1 موادي که توانایی تشکیل پیوندهاي هیدروژنی زیادي را دارند، بسپارها بوسیله تخریب پیوندهاي بسپار ـ بسپار واکنش داده و فاصله بیشتري را میان شاخههاي بسپار برقرار میکنند.
-2 موادي که قادر به واکنش با مقادیر زیاد آب هستند، در نتیجه میزان رطوبت بالاتر رفته و شعاع هیدرودینامیک بیشتري بدست میآید (ستورنویت و کروچتا، .(2001
عملکرد پلاستی سایزرها تابع عاملهایی نظیر اندازه و شکل مولکولهاي پلاستی سایزر، تعداد اتمهاي هیدروژن و فاصله فضایی آنها در داخل ساختار پلاستی سایزر و ظرفیت اتصال با آب میباشد. علاوه بر اثر اتصال با هیدروژن نیروهاي رانشی میان مولکولهایی با بار مشابه یا میان بسپارهاي قطبی یا غیرقطبی میتواند فاصله میان بسپارها را افزایش دهد که این منجر به عمل پلاستی سایزینگ در مورد ساختارهاي فیلم بسپاري باردار میشود.
بنابراین در مقایسه با فیلمهاي بسپاري بدون بار نظیر نشاسته، قابلیت انعطافپذیري فیلمهاي بسپاري باردار میتواند بوسیله تغییر
pH و افزودن نمک در یک سطح مشابه فعالیت آبی بیشتر تحت تاثیر قرار گیرد.
افزودنیها
فیلم و پوششهاي خوراکی میتوانند مواد فعال مختلفی مانند اموسیفایرها، آنتی اکسیدانها، مواد ضد میکروبی، طعم دهندهها و رنگها را حمل کنند که در نتیجه موجب بالا بردن کیفیت ماده غذایی و ایمنی آن میشود (کستر و فنما10، .(1986 امولسیفایرها مواد فعال سطحی با ماهیت آب گریزي و آب دوستی هستند که قادر به کاهش کشش سطحی سطح تماس آب ـ لیپید یا آب ـ هوا هستند. آنها براي تشکیل فیلمهاي ترکیبی پروتئین ـ لیپید یا پلی ساکارید ـ لیپید ضروري میباشند. آنها همچنین انرژي سطحی را براي کنترل چسبندگی و قابلیت خیسی سطح فیلم تغییر میدهند (کروچتا، .(2002 اگرچه بسیاري از زیست بسپارها داراي سطوح معینی از ظرفیت امولسیفایري هستند اما باید از امولسیفایر نیز در فرمولاسیون تشکیل فیلم براي تهیه فیلمهاي امولسیون ـ لیپید استفاده نمود. در مورد فیلمهاي پروتئینی، بعضی پروتئینهاي تشکیل دهنده فیلم به خاطر ساختار آمفی فیلیک داراي ظرفیت امولسیون کنندگی کافی هستند. آنتی اکسیدانها و مواد ضد میکروبی میتوانند براي بدست آوردن بسته بندي فعال به فرمولاسیون تشکیل فیلم اضافه شوند که این منجر به حفاظت محصولات غذایی از اکسیداسیون و فساد میکروبی میگردد و در نتیجه کیفیت و ایمنی ماده غذایی بهبود مییابد (هن11، .(2003
