فاکتورهای مهم در کاربرد بسته بندی های ضد میکروبی

ضریب انتقال جرم و رها سازی کنترل شده

با تعیین ضرایب انتقال جرم و ایجاد مدلی برای انتقال جرم ماده ضدمیکروبی از فیلم پلیمری، امکان تعیین مدت زمانی که غلظت ماده ضدمیکروبی در بالای نقطۀ بحرانی باقی می ماند و در نتیجه تعیین زمان ماندگاری ماده غذایی وجود خواهد داشت. استفاده از بسته بندی های چندلایه (لایه خارجی – لایۀ حاوی آنتی میکروب – لایه کنترل کننده) این امکان را به ما می دهد که بتوانیم سرعت مهاجرت مواد ضدمیکروبی را کنترل کنیم چون بهتراست که سرعت رهاشدن ماده ضدمیکروبی از پلیمر در حداقل باشد تا غلظت برای مدت طولانی بالای نقطۀ بحرانی باقی بماند . لایه کنترل کننده، داخلی ترین لایه است و سرعت انتشار ماده فعال ر ا کنترل می کند. لایۀ ماتریکس حاوی ماده ضدمیکروبی است و لایۀ عایق یا خارجی از مهاجرت ماده فعال به خارج از ماده بسته بندی جلوگیری می کند.
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت nefo.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

برهم کنش بین ماده غذایی و ماده ضد میکروبی

هر ماده غذایی فلور میکروبی خاص خود را دارد و بنابراین باید ماده ضدمیکروبی فعال علیه آن فلور به بسته بندی افزوده شود. بنابراین بایستی ملاک انتخاب مواد ضدمیکروبی، ترکیب ماده غذایی و میکروارگانیسم هایی که احتمال حضور آنها در ماده غذایی وجود دارد، باشد. هر کدام از مواد ضدمیکروبی از مکانیسم بازدارندگی از رشد منحصر به فرد در مقابل یک میکروارگانیسم هدف برخوردارند.
سینتیک بازدارندگی رشد عبارت است از آهنگ بازدارندگی مواد ضد میکروبی در مقابل یک میکروارگانیسم هدف در شرایط ویژه از جمله دمای انبارداری، منبع کربن، منبع رطوبت ،pH ، نیتروژن، فشار جزئی اکسیژن و سایر فاکتورهای محیطی. اغلب، فاکتورهای محیطی ماهیت ماده غذایی و شرایط انبارداری هستند. خواص فیزیکوشیمیایی اجزاء مواد غذایی بر فعالیت مواد ضدمیکروبی مؤثر هستند. بنابراین خود ترکیب ماده غذایی، اثرگذاری ماده ضدمیکروبی و حساسیت میکروارگانیسم ها را تحت تاثیر قرار می دهد. میزان رطوبت ماده غذایی با فعالیت آب ماده غذایی در ارتباط بوده و آهنگ رشد میکروبی را تحت تاثیر قرار می­دهد. با افزایش فعالیت آبی جابه جایی مولکولها تسریع می­ شود و واکنش ها تسریع می شود pH. ماده غذایی بر یونیزاسیون و تفکیک یونی اسیدها و دیگر مواد ضدمیکروبی مؤثر است. معمولاً اسیدهای آلی در شکل یونیزه نشده بر میکروب ها مؤثرترند چون به راحتی وارد pH اسیدی ماده غذایی سلول های میکروبی می شوند. بنابراین فعالیت ضد میکروبی اغلب اسیدهای آلی و نمک های آنها را افزایش می­دهد.

دمای انبارداری

دمای انبارداری می ­تواند فعالیت ضدمیکروبی و آهنگ مهاجرت مواد ضدمیکروبی و فلورمیکروبی را تحت تاثیر قرار دهد. با افزایش دما سرعت انتشار و مهاجرت مواد ضدمیکروبی افزایش می یابد، درحالیکه طی نگهداری در یخچال سرعت انتشار کاهش می یابد. سینتیک رها شدن این مواد باید طوری باشد که همیشه غلظت مواد ضدمیکروبی بالاتر از غلظت بازدارندگی بحرانی باقی بماند. بنابراین برآورد دمای نگهداری در طی انبار داری، توزیع و حمل و نقل می تواند در تعیین فعالیت ضدمکیروبی باقی مانده مؤثر باشد.
تیمارها در دمای بالا ممکن است موجب کاهش فعالیت ضد میکروبی شوند زیرا اغلب مواد ضد میکروبی در دماهای بالا ناپایدارند. اگر ماده غذایی بسته بندی شده یا پوشش داده شده نیاز به تیمار حرارتی داشته باشد، بایستی تاثیر گرما بر فعالیت ضدمیکروبی تعیین شود. دماهای بالا همچنین فراریت مواد ضدمیکروبی را افزایش می­ دهند. لذا اگر مواد ضدمیکروبی بسیار فرار یا نسبتاً فرار مورد استفاده قرار گرفته باشد، با تبخیر مواد فعال، فعالیت ضدمیکروبی کاهش خواهد یافت. در کل، آهنگ انتقال جرم از رابطه آرنیوس تبعیت کرده و به دمای انبارداری بستگی دارد
دما همچنین یک فاکتور بحرانی در رشد میکروبی است. هر میکروارگانسیمی عکس العمل متفاوتی نسبت به دماهای مختلف دارد و دمای اپتیمم رشد مخصوص به خود را دارد. کنترل دمای انبارداری یک روش موثر در جلوگیری از آلودگی میکروبی مواد غذایی بحساب می آید. با این وجود تغییر دمای انبارداری، سایر فاکتورهای ضروری در طراحی فیلم­ها و پوشش ­های خوراکی ضدمیکروبی نظیر آهنگ مهاجرت، پایداری شیمیایی و هزینه را نیز تحت تاثیر قرار می­دهد.

شرایط فرایند

فرآیندهای دمای بالا و فشار در تولید فیلم، فعالیت ضدمیکروبی را کاهش می­دهد. بسیاری از مواد ضدمیکروبی در برابر حرارت ناپایدارند و به سرعت تجزیه می شوند. بنابراین مواد ضدمیکروبی با مقاومت گرمایی پایین باید در پلیمرهایی بکار روند که در دمای پایین تولید می­شوند.

انواع بسته­بندی بر اساس نوع پلی­مر

پیدایش علوم پلیمر به میانه قرن نوزدهم باز می­گردد. بیشترین پیشرفت در زمینه علوم پلیمر در قرن بیستم به وقوع پیوسته است. در واقع، قرن بیستم را قرن درشت مولکول نامیده­اند. با توجه به مراجع، اصطلاح “پلیمری” را برزلیوس در سال ۱۸۳۲، زمانی که هنوز ساختار حتی ساده­ترین مولکول بحث انگیز بود، به کار برده است. پلیمرهای استفاده شده جهت بسته­بندی یا بر پایه مواد نفتی می­باشند که این بسته­بندی­ها در محیط زیست به سختی و در زمان بسیار طولانی تجزیه می‌شوند و می­توانند خطری جدی برای محیط زیست ایجاد کنند، یا بر پایه مواد گیاهی و جانوری هستند که در محیط زیست تجزیه پذیر بوده و در واقع دوستدار محیط زیست هستند(۴۳).
اغلب پلاستیک­های ساخته شده از منابع نفتی دارای خصوصیاتی چون قدرت کششی خوب و نفوذناپذیری به اکسیژن و آروما می­باشند و نفوذپذیری به بخار آب آن­ها نیز کم است، با این حال منابع نفتی، منابعی محدود و تجدیدناپذیر و از طریق بیولوژیک تجزیه ناپذیر بوده و باعث آلودگی محیط زیست می­شوند. لذا بشر به فکر استفاده از مواد تجزیه­پذیر و سازگار با محیط زیست افتاد که در این مورد از مواد خام کشاورزی تجدیدپذیر و ضایعات صنایع فرآوری مواد غذایی استفاده می­ شود. منابع گیاهی و جانوری منابعی فراوان و تجدیدپذیر در طبیعت هستند، اما خواص فیزیکی ضعیف (نفوذ­پذیری بالا به گازها و رطوبت، کشش­پذیری ضعیف) پلیمر­های زیستی مانند پلی­لاکتیک اسید، کیتوزان، ژلاتین و سلولز، استفاده از این پلیمر­ها را در صنعت محدود می­ کند. مزیت دیگر مواد سازنده بسته­بندی­های تجزیه­پذیر، تجزیه بیولوژیکی آن­هاست که در خاک می­توانند به­ عنوان کود و عامل تهویه خاک عمل کنند(۱۶، ۵۴ و ۶۱).
بنابراین هر کدام از این بسته­بندی­ها مزایا و معایب خاص خود را دارند که در ادامه این دو نوع بسته­بندی توضیح داده خواهند شد.

بسته­بندی­های تجزیه­ناپذیر

در این قسمت به معرفی چند پلیمر تجزیه­ناپذیر که در صنعت بسته­بندی کاربرد دارند پرداخته می­ شود:

پلی­اتیلن

پلی اتیلن پلیمری است که ساده ترین ساختار پایه را در مقیاس با دیگر بسپارها دارد و بیشترین میزان تولید مواد پلاستیکی را به خود اختصاص داده است. این ماده از بسپارش مونومر اتیلن به دست می ­آید. پلی اتیلن­ها با کاربرد متنوع در صنایع مختلف و با مصرف بیش از ۵۰ میلیون تن در سال، بیشترین تولید و مصرف پلیمرها را به خود اختصاص داده­اند و از رشد مصرف خوبی نیز برخوردارند، به طوری که مهمترین پلیمرهای تجاری دنیا هستند. اهمیت زیاد پلی­اتیلن در این است که ضمن داشتن خواص فیزیکی خوب، از نظر شیمیایی نیز خنثی است. این ویژگی­ها به همراه قیمت کم و فرایندپذیری مناسب، موجب انتخاب پلی­اتیلن در کاربردهای متنوع و وسیعی شده است (۲۰).
شکل ‏۱‑۳: ساختار مولکول پلی اتیلن

انواع پلی اتیلن

الف-) LDPE پلی اتیلن با دانسیته کم^[۲])
معمولا به صورت فیلم های نازک انعطاف پذیر مورد استفاده قرار می گیرد. دو ویژگی مهم آن که کاربرد وسیع تر آن را به ویژه در صنعت بسته بندی محصول غذایی موجب می شود عبارتند از:
۱) خنثی بودن آن یعنی عدم واکنش با محصول
۲) قابلیت دوخت حرارتی
آن به همین دلیل در بسته بندی های چند لایه به عنوان لایه درونی و در تماس مستقیم با محصول از فیلم نازک LDPE استفاده می شود این فیلم شفاف بوده و قابل نفوذ به نوراست بنابراین در موارد نیاز به همراه آلومینیوم فویل بکاربرده می شود. کاربرد مشخص LDPE در بسته بندی های تتراپک Tetra Pack برای شیر استریل و آب میوه، سه لایه برای شیر پاستوریزه و پنج لایه برای شیر استریل است.
شکل ‏۱‑۴: شکل مولکول پلی اتیلن با دانسیته پایین یا LDPE
این پلی اتیلن دارای زنجیری شاخه دار است بنابراین زنجیرهای LDPE نمی توانند به خوبی با یکدیگر ارتباط برقرار کنند و دارای نیروی بین مولکولی ضعیف و استحکام کششی کمتری هستند.
ب -) HDPE پلی اتیلن با دانسیته زیاد^[۳])
این ماده پلیمری سختی است که از استحکام آن و ویژگی ممانعت کنندگی بهتر آن و عدم شفافیت آن استفاده می شود.نمونه بارز کاربرد HDPE انواع بطری شیر است که جهت بهبود ممانعت کنندگی در مقابل نفوذ نور، رنگ سفید ( تینانیوم دی اکساید ) به آن اضافه می شود.
شکل ‏۱‑۵: شکل مولکول پلی اتیلن با دانسیته بالا HDPE یا
شکل ۲:
این پلی اتیلن دارای زنجیر پلیمری بدون شاخه است. بنابراین نیروی بین مولکولی در زنجیرها بالا و استحکام کششی آن بیشتر از بقیه پلی اتیلن ها است.

پلی­پروپیلن

پلی پروپیلن از پلیمریزاسیون گاز پروپیلن­ تولید می­ شود. تفاوت مولکول پلی پروپیلن با مولکول پلی اتیلن تنها در یک اتم کربن اضافی در منومر گازی می­باشد که این ساختمان متفاوت منومر اولیه، باعث ایجاد شاخه­ های جانبی یکنواخت­تر می­ شود که در نتیجه­ آن، ماده­ حاصل خواص فیزیکی و شیمیایی
یکنواخت­تری نیز دارد. بلورینگی پلی پروپیلن از پلی اتیلن کمتر بوده و تولید آن به صورت آمورف آسان­تر می‌باشد. هزینه تولید پلی پروپیلن پایین بوده و چگالی آن نیز کم است و در مقایسه با پلی اتیلن راحت­تر فرایند می­ شود. پلی پروپیلن در شرایط یکسان از پلی اتیلن اقتصادی­تر است. مزیت آن این است که نقطه نرمی بالاتری دارد، لذا در ساخت بطری­هایی که با مواد داغ پر می­شوند یا در معرض حرارت قرار می­گیرند استفاده می­ شود، همچنین تجهیزات پزشکی که با بخار استرلیزه می­شوند معمولا از پلی پروپیلن ساخته می­شوند. برخی مقواها نیز با پلی پروپیلن روکش دهی می­شوند که به عنوان نگهدارنده مایعات برای محصولات غذایی قابل استفاده در مایکروویو به کار می­روند(۴۵).
شکل ‏۱‑۶: ساختار مولکول پلی­پروپیلن
انواع پلی پروپیلن:
الف) پلی پروپیلن ساده:
که برای تولید انواع درب پلاستیکی بطری ها از آن استفاده می شود. برای تولید بطری ها نیز در بعضی موارد از پلی پروپیلن ساده استفاده می شود.
ب- پلی پروپیلن خطی شده
این ماده در حین فرایند تولید تحت نیروی کششی در دو جهت عمود بر هم قرار داده می شود در نتیجه فیلم نازک شفاف و با ویژگی ممانعت کنندگی مناسبتر تولید می گردد که برای بسته بندی انواع چیپس، پفک، ماکارونی، بادام زمینی و مجموعاٌ Snack Foods مناسب می باشد.
ج- Pearlized Borient P.P
این فیلم، فیلم نازک انعطاف پذیری است به رنگ سفید صدفی که در بسته بندی ویفر، شکلات، پودر سوپ مورد استفاده قرار می گیرد تا حدودی پوشاننده لکه چربی است و از این نقطه نظر کاربرد بیشتری در چنین محصولاتی دارا می باشد.

پلی اتیلن ترفتالات^[۴] ( PET )

در بسته بندی نوشابه و روغن مایع به شکل بطری مورد استفاده قرار می گیرد . شیوه خاص شکل دهی این نوع بطری ها باعث می شود:
۱- شفافیت بطری
۲- ویژگی ممانعت کنندگی برتر آن به خصوص در مقابل نفوذ گازها