مقاله مروری بر بسته بندی های بر پایه پلیمر زیست تخریب پذیر پلی لاکتیک اسید

بخشی از مقاله

مروری بر بسته بندی های بر پایه پلیمر زیست تخریب پذیر پلی لاکتیک اسید

چکیده

امروزه با افزایش آلودگی های زیست محیطی و کاهش منابع نفتی، توسعه و جایگزینی بسته بندی های زیست تخریب پذیر بجای بسته بندی های مشتق شده از منابع نفتی بسیار مورد توجه قرار گرفته است. در میان زیست پلیمرها پلی لاکتیک اسید (PLA) به خاطر ماهیت تجدید پذیر، زیست تخریب پذیر، زیست سازگار و خواص مکانیکی و نوری مناسب، بیشترین توجه را به خود جلب کرده است. بکارگیری ترکیبات ضدمیکروب از قبیل اسیدهای آلی، باکتریوسین ها، عصاره های گیاهی، آنزیم ها، عوامل چلات کننده، فلزات کارایی این بسته بندی ها را بیشتر می کند. تحقیقات بسیاری در زمینه تولید پلیمرهای زیست تخریب پذیر برای بسته بندی مواد غذایی انجام شده است. مقاله حاضر، مروری است بر پژوهش هایی که پلی لاکتیک اسید بعنوان پلیمر پایه در بسته بندی مواد غذایی استفاده شده است.

کلمات کلیدی: بسته بندی ضدمیکروبی، زیست تخریب پذیر، پلی لاکتیک اسید.

مقدمه

بیماری های ناشی از مسمومیت های غذایی تهدیدی مهم برای سلامتی انسان و عاملی برای ظهور صنعت بسته بندی شده است. از آنجا که بخش عمده ای از صنعت بسته بندی را پلاستیک ها تشکیل می دهند می توان صنعت بسته بندی را به فرآورده های نفتی وابسته خواند. رشد روز افزون جمعیت، آلودگی های ناشی از مواد بسته بندی حاصل از مشتقات نفتی و مشکلات ناشی از روش های مختلف دفع این آلودگی ها اعم از سوزاندن، دفن کردن و بازیافت آن ها موجب توجه هرچه بیشتر به بایوپلیمرها و بسته بندی های زیستی شده است. فیلم ها و پوشش های بسته بندی زیست تخریب پذیر به دلیل ویژگی های دوستدار محیط زیست بودن و وابستگی کم به منابع غیر قابل تجدید، جایگزین مناسبی برای فیلم های سنتزی در صنعت بسته بندی می باشند که توجه بسیاری از پژوهشگران را به خود جلب کرده اند.

-1 بسته بندی

عوامل متعددی باعث کاهش ارزش مواد غذایی می شوند که از مهمترین آن ها می توان به فساد میکروبی و از دست دادن برخی مواد مهم اشاره کرد. با توجه به نیاز بشر به مصرف مواد غذایی، محافظت از آن امری مهم تلقی می شود که ساده ترین روش آن بسته بندی است. بسته بندی بعنوان مانعی برای جلوگیری از شکستگی محصول و از دست دادن رطوبت، اکسیژن، دی اکسید کربن و گازهای دیگر و همچنین طعم دهنده و مواد معطر مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین می تواند مانعی در برابر نفوذ نور برای محافظت از مواد مغذی و رنگ در یک محصول باشد.

به هر ظرف و یا پوششی که جهت جلوگیری از آلودگی طی حمل و نقل و جابجایی، حفاظت، بهبود و بازاریابی یا فروش هر فرآورده یا ماده بکار می رود، بسته بندی گفته می شود Haugaard) و همکاران، .(1002 طبق تعریفی دیگر بعنوان محافظی که سلامت کالای محتوی خود را از مرحله پس از برداشت و تولید تا مرحله مصرف حفظ می کند، شناخته شده است. بسته بندی مواد غذایی موجب حفاظت از صدمه عوامل مخرب مکانیکی همچون بارگیری، تخلیه بار، حمل و نقل شده و از تاثیر عوامل خارجی جلوگیری می کند. همچنین باعث حفاظت از مواد غذایی در برابر آسیب های ناشی از تغییرات جوی همانند افزایش رطوبت، نرم شدن و بهم چسبیدن مواد غذایی می شود Paine) و Paine، .(2991

-1-2 بسته بندی فعال

بسته بندی فعال یکی از مفاهیم جدید در بسته بندی مواد غذایی می باشد که در پاسخ به تغییرات مداوم درخواست های مصرف کنندگان و گرایشات بازار توسعه یافته است. بسته بندی های فعال به بسته بندی هایی گفته می شود که در طول زمان نگهداری محصول فعال بوده و با توجه به وضعیت محصول موجود در بسته با ایجاد تغییرات و با وارد کردن و یا حذف موادی از فضای بسته، موجب حفظ و بهبود کیفیت و یا افزایش عمر ماندگاری محصولات می شوند Balasubramanian) و همکاران، 9002؛ Joker و همکاران، .(9000 از سیستم های بسته بندی فعال می توان به جاذب های اکسیژن، متصاعد کننده های دی اکسید کربن، کنترل کننده های رطوبت، بسته های حاوی مواد ضدمیکروب و آنتی اکسیدان ها اشاره کرد
Balasubramanian) و همکاران، .(9002

-1-1-2 بسته بندی ضدمیکروبی

بسته بندی ضدمیکروبی ادغام فناوری های مفید و یا ترکیب ترکیبات ضدمیکروبی به مواد بسته بندی و انتشار آن ها را در طی یک دوره از زمان برای حفظ کیفیت و ایمنی محصول که نهایتا منجر به افزایش عمر مفید محصول می شود را گویند Balasubramanian) و همکاران، .(9002 این بسته بندی ها بعنوان کاهنده، بازدارنده و مهارکننده رشد میکروارگانیسم های احتمالی موجود در مواد غذایی بسته بندی شده موجب افزایش عمر مفید و حفظ بهتر کیفیت محصول می گردند Han)، 9000؛Kim و همکاران، 9002؛ Paula و همکاران، 1009؛ Joker و همکاران، .(9000

کیم و همکارانش (8002) بسته بندی ضدمیکروبی مواد غذایی را یکی از برنامه های کاربردی خاص از بسته بندی فعال مواد غذایی عنوان کردند که شرایط را در داخل غذا و در فضای بسته به طور فعال تحت کنترل قرار می دهد. این نوع بسته بندی کاهش، جلوگیری و یا به تعویق انداختن رشد میکروارگانیسم ها را در جهت تداوم عمر مفید و حفظ کیفیت محصول در پی دارد Kim) و همکاران، .(9002

فیلم یا پوشش بسته بندی لایه ای یکپارچه و نازک است که از ترکیبات پلیمری مختلف بر روی مواد غذایی قرار می گیرد(Gennadios، .(1001 پلیمرها در دو دسته سنتزی و زیست تخریب پذیر قرار می گیرند. پلیمرهای سنتزی با وجود مزایای بسیاری که دارند به دلیل نشات گرفتن از منابع نفتی، به تخریب بیولوژیکی مقاوم می باشند و پیوند های کربنی آن ها توسط آنزیم های میکروارگانیسم ها شکسته نمی شود. تلاش ها و آگاهی های بسیار دوستداران محیط زیست در رابطه با آلودگی های محیطی بسته بندی های سنتزی منجر به معرفی بسته بندی هایی با منشاء مواد زیست تخریب پذیر شده است.

-3 پلیمر زیست تخریب پذیر

پلیمرهایی که پس از فرآیند تجزیه به کمک میکروارگانیسم ها بطور کامل به محصولات طبیعی مانند آب، دی اکسید کربن و توده زیستی ( باکتری ها و قارچ ها) و یا آنزیم ها تبدیل می شوند "زیست تخریب پذیر" نامیده می شوند Gennadios)، 1001؛ Lasprilla و همکاران، .(1022

اساسا پلیمرهای زیستی می توانند از پروتئینها، پلی ساکاریدها، لیپید و یا ترکیبات سنتزی بدست آیند. پلاستی سایزرها، ترکیبات اصلاح کننده پلیمری و افزودنیهای دیگر نیز برای تغییر خواص فیزیکی و کاربردی فیلم ها، همراه پلیمرهای زیستی تشکیل دهنده فیلم استفاده میشوند Gennadios)، .(2991

-1-3 پلی لاکتیک اسید (PLA)

PLA یک پلیمر کایرال حاوی کربن نامتقارن است که متعلق به خانواده پلی استر آلیفاتیک مشتق شده از هیدورکسی اسیدها می باشد ( Garlotta، 1001؛Holm ، .(1002 پلیلاکتیک اسید به دو صورت D یا L وجود دارد که از تخمیر کربوهیدرات موجود در منابع غذایی تولید میشود(Liu و همکاران، و Auras و همکاران، .(1002 این ترکیب در سال 2991 توسط کاروترز ( دوپونت) بوسیله حرارت دادن تحت خلاء اسید لاکتیک کشف شد Lasprilla) و همکاران، .(1022 پلی لاکتیک اسید به خاطر ماهیت تجدید پذیر، زیست تخریب پذیر، زیست سازگار و خواص مکانیکی و نوری مناسب، بیشترین توجه را به خود جلب کرده است(Ramos و همکاران، 4102؛ Urayama و همکاران، .(4114

تاکنون مطالعات بسیاری در زمینه قابلیت و خواص انواع زیست پلیمرها در تهیه فیلمها و پوششهای بسته بندی صورت گرفته است. امروزه تحقیقات پژوهشگران بیشتر بر روی روشهای اصلاح ویژگیها و ساختار فیلم، بررسی امکان استفاده از فیلمها بعنوان بستهبندی فعال و یافتن منابع جدید طبیعی بمنظور تولید این محصولات متمرکز شده است. از این رو

طیف وسیعی از پلیمرها، افزودنی ها و پرکننده ها بمنظور افزایش عملکرد مواد، کاهش هزینه ها و اصلاح برخی از ویژگی ها به PLA اضافه شده است.

-1-1-3 کاربرد پلی لاکتیک اسید

کاربرد پلیمرهای زیستی تا سال 2910 به دلیل هزینه های سنگین تولید آن ها، در زمینه پزشکی محدود شده بود. پس از آن زمان، پیشرفت های عمده ای در فرآیند اسید لاکتیک تولید شده به طریق زیستی، منجر به تولید پلیمرهایی در جهت کاربردهای غیر پزشکی شده است Gross) وKalra، 1001 ؛ Lehermeier و همکاران، .(9000 در اوایل سال 2990، محصولات PLA توسط سازمان غذا و داروی آمریکا (FDA) برای تماس مستقیم با مایعات بیولوژیک تایید شده است(Xia و همکاران، .(1021

نفوذپذیری متغیر پلیلاکتیک اسید منجر به کاربردهای مختلفی از آن شده است. چاپ پذیری خوب، تبدیل آسان آن به اشکال مختلف از مزایای دیگر این فیلم میباشد. از پلیلاکتیک اسید میتوان به صورت فیلم، کف و فیبر استفاده نمود(Auras و همکاران، .(1009 ترموپلاستیک بودن این پلیمر سبب شده که از آن بعنوان ماده مناسب در بسته بندی و سایر مصارف از قبیل فرآیندهای با دمای پایین استفاده شود McLauchlin) و Thomas، .(1009

با وجود تمام ویژگی های مطلوب پلی لاکتیک اسید، استفاده از موادی مانند اسیدهای آلی، باکتریوسین ها (بعنوان مثال نایسین)، عصاره های گیاهی (بعنوان مثال عصاره لیمو)، روغن ها و عصاره های اصلی(بعنوان مثال، تیمول)، آنزیم ها (بعنوان مثال، لیزوزیم)، عوامل چلات کننده (بعنوان مثال، (EDTA، فلزات (بعنوان مثال، نقره) برای ارائه فعالیت های ضدمیکروبی به PLA اضافه می شود و کارایی این بسته بندی ها را بیشتر می کند.

ترکیب پلیمر پلی لاکتیک اسید با عوامل ضدمیکروب توسط بسیاری از پژوهشگران بعنوان بسته بندی ضدمیکروبی مورد بررسی قرار گرفته است. در این بررسی به برخی از این پژوهش ها اشاره شده است.

فلز نقره یکی از عوامل ضدمیکروبی است که در ترکیب با PLA، مهار رشد میکروبی خوبی از خود ارائه می دهد. در بررسی که راموس و همکارانش در سال 9002 بر نانوکامپوزیت حاوی PLA، نانوذرات نقره و تیمول انجام دادند، خواص زیست تخریب پذیری، آنتی اکسیدانی و ضدمیکروبی خوبی را مشاهده کردند Ramos) و همکاران، .(4102 کاهش %2289 و %2289 بترتیب در باکتری استافیلوکوکوس اورئوس و اشرشیا کلی از نتایج مطالعات انجام شده بر الیاف بسیار ریز و زیست تخریب پذیر پلی لاکتیک اسید حاوی نانوذرات نقره است Xiaoyi) و همکاران، .(9002 یافته های لی و همکارانش (1009) PLLA را بعنوان ماتریس خوبی برای مهار باکتری های اشرشیا کلی و استافیلوکوکوس و آزادسازی تدریجی ماده ضد باکتری نقره معرفی کرد(Li و همکاران، .(1009 فرناندز و همکارانش (9000) کاهش082 و log CFU/Ml0809 در کلنی باکتری های استافیلوکوکوس اورئوس و اشرشیا کلی را از نتایج افزودن یون نقره به فیلم زئولیتPLA/ بیان کردند Fernandez) و همکاران، .(9000 تشکیل هاله عدم رشد2429 تا20499 میلیمتری در برابر اشرشیا کلی و 2 تا 21 میلیمتری در برابر ویبریو پاراهمولیتیکوس و 2 تا 949 در برابر استافیلوکوکوس اورئوس، نتایج شاملی و همکارانش (1020) از بررسی فعالیت ضدمیکروبی نانو کامپوزیت پلی لاکتیک اسید/ نقره بود Shameli) و همکاران، .(1020 پلی لاکتیک اسید حاوی %00 نانو