دانشگاه اراك
دانشكده فنی و مهندسی
كارشناسي ارشد مهندسی پلیمر
امکان سنجی تهیه پلیمر فعال حاوی مواد جاذب اکسیژن جهت بسته بندی مواد غذایی
پژوهشگر
صالحه صنیعی نیا مقدم
استاد راهنما
دکتر عبدرالرسول ارومیه ای
دکتر عزت الله جودکی
زمستان 1392
چکیده
جاذب های اکسیژن به عنوان یکی از مهمترین و پرکاربردترین نوع بسته بندي های فعال در بسته بندي موادغذايي مي باشند كه پاسخ به نياز مصرف كنندگان با هدف عمر نگهداري بالا و كيفيت كنترل شده توسعه يافته اند كه مي تواند به طور موثري از حضور و اثرات سوء آن به مواد غذايي جلوگيري كنند. سطح بالاي اكسيژن موجود دربرخی از بسته بندي هاي موادغذايي مي تواند باعث رشد حشرات و ميكروب هاي هوازي، تغييرات نامطلوب عطر، طعم، رنگ و از دست رفتن مواد مغذي گردد. در این تحقیق، فیلمهای حاوی جاذب اکسیژن از مخلوط پلی اتیلن سبک، اتیلن وینیل الکل و اسکوربیک اسید در حضور پلی اتیلن گلایکول با استفاده از سیستم اختلاط داخلی در دمای 160 درجه و دور100 دور بر دقیقه در مدت زمان سه دقیقه و نیم تهیه و خواص آن مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصله از بررسی خواص آمیزه های تهیه شده از پلی اتیلن/ اتیل ونیل الکل (LDPE/EVOH) با درصدهای مختلفی از اسکوربیک اسید(جاذب اکسیژن) در حضور پلی اتیلن گلایکول، نشان داد که خواص مکانیکی آمیزه با ترکیب درصد2% اسکوربیک اسید بیشترین ازدیاد طول در نقطه پارگی را در مقایسه با دیگر ترکیب درصدهای جاذب اکسیزن دارا می باشد. علاوه برآن خواص نفوذ پذیری در مقابل اکسیژن برای همین ترکیب درصد(2% اسکوربیک اسید) در مقایسه با سایر ترکیب درصدها کمتر بوده است. بنابراین این ترکیب درصد برای بررسی خواص جذب اکسیژن کل انتخاب گردید. نتیجه حاصل نشان داد که با گذشت مدت زمان 30 روز میزان اکسیژن از 1/21 درصد به 02/17 درصد کاهش یافت.
فهرست مطالب
صفحهعنوان1فصل اول: مقدمه و مروري بر تحقيقات گذشته(مرور منابع) ——————————–21-1- مقدمه ای بر پلاستیک های بسته بندی مواد غذایی————————————– 61-2- بسته بندی فعال در صنعت مواد غذایی————————————————81-3- جاذب های اکسیژن————————————————————— 13 1-3-1- انواع جاذب های اکسیژن——————————————————
141-3-2- استفاده از جاذب های اکسیژن در بسته بندی مواد غذایی(یا جاذب های اکسیژن در ماتریس پلیمری)—————– ——————————————————– 171-3-3-جاذب های اکسیژن بر پایه اسید آسکوربیک —————————————181-4- مروری بر تحقیقات گذشته———————————————————-23فصل دوم: مواد، روش تحقيق و نتايج—————————————————-242-1- مواد مورد استفاده—————————————————————–242-1-1- پلي اتيلن با دانسيته پايين (LDPE)———————————————252-1-2- اتیلن وینیل الکل(EVOH)—————————————————-282-1-3- آسکوربیک اسید(Ascorbic Acid)———————————————292-1-4- پلی اتیلن گلایکول(PEG)—————————————————–302-2- روش های فرایند و بررسی خواص————————————————-30 2-2-1- دستگاه های فرایند ، روش تهیه نمونه ها و دستگاه های اندازه گیری و بررسی خواص—30 2-2-1-1- مخلوط کن داخلی—————————————————–31 2-2-1-2- پرس گرم————————————————————33
33 2-2-2- تهیه آمیزه و فرمولاسیون—————————————————-
2-2-2-1-تهیه محلول حاوی جاذب اکسیژن—————————————–
2-2-2-2- تهیه آمیزه پلیمری—————————————————-342-3- آزمون های انجام شده و نتایج—————————————————352-3-1- آزمون خواص مکانیکی- کشش———————————————–392-3-2- آزمون گذردهی اکسیژن—————————————————– 412-3-3- آزمون انتقال بخار آب——————————————————-442-3-4- آزمون میزان جذب اکسیژن ————————————————-47فصل سوم: بحث و نتيجه گيري پيشنهادها———————————————-483-1- خواص مکانیکی آمیزه ها ———————————————————-50
51
52
533-2- گذردهی اکسیژن—————————————————————-
3-3- انتقال بخار آب——————————————————————
3-4- جذب اکسیژن با دستگاه کروماتوگرافی گازی——————————————
مراجع——————————————————————————
فهرست جداول
جدول1-1-کاربردهای سیستم بسته بندی فعال——————————————7جدول1-2- سیستم های جاذب اکسیژن—————————————————-20جدول2-1- مشخصات پلی اتیلن سبک گرید LF0200———————————–25جدول2-2- مشخصات اتیلن وینیل الکل———————————————-26جدول2-3- مشخصات آسکوربیک اسید ———————————————28جدول2-4- مشخصات پلی اتیلن گلایکول ——————————————-29جدول2-5- فرمولاسیون و کد آمیزه های تهیه شده ————————————34جدول2-6- استاندارد آزمون کشش ————————————————-35جدول2-7- شرایط مورد استفاده برای آزمون کشش فیلم ——————————-36جدول2-8- خواص مکانیکی آمیزه‌ها دارای ترکیب درصدهای متفاوت ازLDPE و درصد ثابت EVOH در حضور ماده جاذب و افزودنی Ascorbic Acid/PEG در مقایسه با نمونه خالص((EVOH/LDPE.38جدول2-9- نتایج آزمون انتقال عبور اکسیژن برای آمیزه‌ها دارای ترکیب درصدهای متفاوت ازLDPE و درصد ثابت EVOH در حضور ماده جاذب و افزودنی Ascorbic Acid/PEG در مقایسه با نمونه خالصLDPE.——————————————————————-40
جدول2-10- نفوذ پذیری بخار آب برای آمیزه‌ها دارای ترکیب درصدهای متفاوت ازLDPE و درصد ثابت EVOH در حضور ماده جاذب و افزودنی Ascorbic Acid/PEG در مقایسه با نمونه خالصLDPE.
——————————————————————————-40
جدول2-11- شرایط دستگاه کروماتوگرافی گازی برای اندازه گیری گاز اکسیژن—————45
جدول2-12- اندازه گیری میزان اکسیژن موجود در ظرف آزمون با گذشت مدت زمان تعیین شده(برای آمیزه‌ها دارای ترکیب درصدهای متفاوت ازLDPE و درصد ثابت EVOH در حضور ماده جاذب و افزودنی Ascorbic Acid/PEG در مقایسه با نمونه خالص((EVOH/LDPE.—————————-46
فهرست تصاوير (اشكال و نمودارها)عنوانصفحهشکل1-1- واکنش آسکوربیک اسید با اکسیژن——————————————–
شکل2-1- ویژگی های اتیلن وینیل الکل(EVOH)—————————————-18
27شکل2-2- ساختار مولکولی آسکوربیک اسید——————————————–
شکل2-3-شکل محفظه ی دستگاه مخلوط کن داخلی به همراه نمایی از سطح مقطع چرخانه ها—28
31شکل 2-4- شمایی از دستگاه پرس (Minitest Press)————————–32شکل2-5- نمایی از دستگاه اندازه گیری ضریب عبور گاز اکسیژن————————40شکل2-6- ترازو و ظروف آزمون جهت اندازه گیری میزان انتقال بخار آب———————43شکل2-7- ظرف آزمون اندازه گیری میزان جذب اکسیژن از فیلم های تهیه شده حاوی جاذب اکسیژن
نمودار2-1- نمودار میله ای تنش در نقطه‌ی شکست برای آمیزه‌ها دارای ترکیب درصدهای متفاوت زLDPE و درصد ثابت EVOH در حضور ماده جاذب و افزودنی Ascorbic Acid/PEG در مقایسه با نمونه خالص ((EVOH/LDPE.——————————————————
نمودار2-2- نمودار میله ای درصد ازدیاد طول در نقطه‌ی پارگی برای آمیزه‌ها دارای ترکیب درصدهای متفاوت ازLDPE و درصد ثابت EVOH در حضور ماده جاذب و افزودنی Ascorbic Acid/PEG در مقایسه با نمونه خالص((EVOH/LDPE.———————————————- 46
38
39نمودار2-3- نتایج آزمون انتقال عبور اکسیژن برای آمیزه‌ها دارای ترکیب درصدهای متفاوت ازLDPE ودرصد ثابت EVOH در حضور ماده جاذب و افزودنی Ascorbic Acid/PEG در مقایسه با نمونه خالص((LDPE.———————————————————-
41نمودار2-4- نتایج آزمون انتقال بخارآب برای آمیزه‌ها دارای ترکیب درصدهای متفاوت ازLDPE و درصد ثابت EVOH در حضور ماده جاذب و افزودنی Ascorbic Acid/PEG در مقایسه با نمونه خالص((LDPE.——————————————————
44
1-1- مقدمه ای بر پلاستیک های بسته بندی مواد غذایی
هدف از انتخاب بستهبندی مناسب افزایش مدت ماندگاری محصول و اطمينان از سلامت غذا در برابر ميكروارگانيسمها و تغييرات زيستي و شيميايي است، زیرا مهم ترین اهدافی که در بسته بندی محصولات غذایی مدنظر است افزایش زمان ماندگاري محصول یا همانshelf life ، كنترل ميزان نفوذپذيري بخار آب، رطوبت و گازهاي مختلف درون يا برون محصول بستهبندي شده و حفظ کیفیت محصول در حین نگهداری و حمل و نقل تا زمان مصرف نهایی می باشد. افزون بر اين، بستهبندي نبايد اثر نامطلوبی- مانند انتقال مواد سمي به واسطه واكنش بين بستهبندي با ماده غذايي يا به وسیله ميكروارگانيسمهاي مضر موجود در ماده غذايي- بر محصول داشته باشد. به طوركلي، بستهبندي بايد دارای ظاهري زيبا، شكل و اندازه مناسب، مقاوم در برابر شكستن و پاره شدن طي عمليات مختلف پركردن، درزبندي و حمل و نقل باشد. با توجه به اینکه مواد بسته بندی به وسیله ماشینهای مختلف فرایند میشوند، بنابراین خواص دیگری مانند: نرمش، چاپپذیری، قابلیت استفاده در ماشینهای لفاف، قابلیت دوخته شدن درگرما، شکل پذیری وغيره نيز باید داشته باشند]1[.
مواد پلیمری با توجه به برتری بر مواد فلزی و شیشه ای در بسیاری از جهات در بسته بندی مواد غذایی رشد زیادی داشته است (ازمهمترین این برتریها وزن کم و هزینه پایین می باشد). مهمترین خواص قابل توجه پلاستیکهای مصرفی در بسته بندی موادغذایی عبارتند از فرایند پذیری، خواص مکانیکی، پایداری در انبار، نفوذ ناپذیری، خواص نوری و خواص سطحی و…
• فرایند پذیری: پلاستیکهایی که به عنوان مواد بسته بندی مصرف میشوند باید این قابلیت را داشته باشند که به کمک روش های متداول شکل دهی مواد پلیمری مانند دمیدن، شکل دهی حرارتی و یا قالبگیری تزریقی فرایند شوند. مهمترین خواص فرایند پذیری به رفتار جریان مذاب و خواص حرارتی مانند سیل پذیری و پایداری مذاب پلاستیک مربوط می شود.
• خواص مکانیکی: بسته بندی های موادغذایی باید در مقابل نیروهای مکانیکی که در مراحل مختلف فرایند مانند بسته بندی، بارگیری و حمل ونقل به آنها وارد می شوند مقاوم باشند و هم شکل هندسی و استحکام خود را تا زمان مناسب حفظ کنند.
• خواص نوری: این خواص در مواردی که نیاز به شفافیت بالا برای زیبا جلوه دادن محصول و قابل دید بودن آن برای خریدار باشد و یا مواردی که نیاز به محافظت محصول در برابر نور می باشد اهمیت پیدا میکند.
• خواص سطحی: بسته بندی ها باید اطلاعات لازم مثل ترکیبات و طرز استفاده، تاریخ تولید و انقضای محصول را به مصرف کننده منتقل کنند. برای انجام این وظیفه یا باید از یک برچسب استفاده شود یا اینکه اطلاعات روی خود سطح چاپ شود که در این صورت خواص سطحی اهمیت پیدا میکند.
• خواص نفوذ پذیری: یکی از مهمترین خواص در بسته بندی موادغذایی، نفوذ پذیری آنها در مقابل آب، روغن وگازهایی مثل CO2 و O2 و بوها میباشد. به طورکلی نفوذپذیری پلاستیکها تابع خواص پلیمر مثل ساختار شیمیایی، چگالی، بلورینگی، جهت یافتگی، جرم مولکولی، درجه شبکه ای شدن، دمای انتقال شیشهای و حجم آزاد پلیمر میباشد. نفوذ ناپذیری پلیمرها اختلاف زیادی با یکدیگر دارند و معمولا برای بدست آوردن نفوذ پذیری مناسب، ترکیبی از این مواد بکار میروند ]3 و 4[.
ویژگیهای نفوذپذیری ( بازدارندگی) پلیمرهای بسته بندی از نظر موارد زیر حائز اهمیت است:
• حفظ اتمسفر درون بسته: ميوه‌ها و سبزيها بعد از برداشت نيز به تنفس خود ادامه مي‌دهند. تنفس ميوه‌ها با تغييرات بيوشيميايي و فيزيولوژيكي همراه است كه تازه‌گي و ماندگاري آنها را كاهش مي‌دهد. در بسته‌بندي با اتمسفر كنترل شده تركيب گازهاي داخل بسته را تغيير مي‌دهند و معمولاً غلظت اكسيژن را كاهش و غلظت CO2 و N2 را بالا مي برند. اين كار سبب مي‌شود شدت تنفس كاهش يابد و همچنين فعاليت ميكروب‌ها و آنزيم‌هاي اكسايشي نيز كم ‌شود.
• جلوگيري از اکسایش تركيبات مواد غذايي مانند ويتامين ها و چربي‌ها
• جلوگيري از جذب رطوبت از محيط يا از دست دادن آب به محيط
• جلوگيري از افت آروما و مواد طعم‌زاي مواد غذايي
• جلوگیری از جذب بوهای نامطلوب از محیط
• جلوگیری از دست دادن دی اکسید کربن در نوشابه های گازدار
با توجه به اهميت گازهاي اكسيژن و دي اكسيد كربن در نگهداري مواد غذايي، نفوذپذيري فيلم‌هاي پلیمری نسبت به اين گازها بسيار مورد توجه محققين بوده است ]3[. گازها، بخار آب و مواد محلول از دو طريق زير مي‌توانند از فيلم پلیمری عبور كنند:
1. منافذ و شكافهاي ريز موجود در ديوارة پوشش پلیمري
2. انتشار گاز از غشاء پلیمري: يك غشاء پلیمري از رشته‌هاي مارپيچي در هم تنيده تشكيل شده است كه بين اين رشته‌ها، فضاهاي خالي و حفرات وجود دارد. انتشار گاز و مواد ديگر، از طريق همين حفرات صورت مي‌گيرد.
در میان پلیمرهای مورد استفاده برای بسته بندی، پلی الفین ها و به ویژه پلی اتیلن با چگالی پایین(LDPE) نفوذ پذيري بالاتری نسبت به گازها داراست که به غیر قطبی بودن این پلیمرها نسبت داده میشود. به عنوان مثال نفوذ پذيري LDPE به گاز دي اكسيد كربن بيش از 100 برابر نفوذ پذيري PVC و در مورد گاز اكسيژن بيش از 60 برابر PVC است. همچنین نفوذ پذيري LDPE نسبت به اكثر گازها دو تا سه برابر نفوذ پذيري HDPE است. در نتيجه منطقي است كه تغييرات ماده بسته بندي شده در LDPE از نرخ بيشتري برخوردار باشد[5].
اين نفوذ پذيري بالا ميتواند منشا تغييرات نامطلوب دیگری در ماده غذايي بسته بندي شده باشد. به همين دليل است كه معمولا پلي اتيلن به تنهايي براي بسته بندي اكثر مواد غذايي به کار نمیرود و در صنايع بسته‌بندي از تركيب اتيل وينيل الكل (EVOH) كه خواص بازدارندگي خوبي نسبت به گاز دارد و پلي‌اتيلن با چگالي كم كه خواص بازدارندگي خوبي نسبت به بخار آب دارد و همچنين ويژگي درزبندي عالي دارد، استفاده مي‌كنند.
بسته بندی یک ممانعت کننده بین ماده غذایی و محیط است که انتقال نور، حرارت، رطوبت و گازها و فعالیت میکرواورگانیسم ها و حشرات را کنترل میکند. در بسیاری از موارد برای ایجاد هماهنگی بین نیازهای نگهداری محصول و ماده بسته بندی لازم است از مواد بسته بندی مرکب استفاده شود، چرا که یک لایه بسته بندی قادر نیست مجموعه نیازهای مورد نظر را تامین کند. از این رو بسته بندی های جدید به تدریج جایگزین بسته بندی های قدیمی شده اند که یکی از آن ها بسته بندی های فعال است. یکی از خواص مطلوب که توسط این گونه بسته بندی ها بوجود میآید، ممانعت کنندگی لایه های مختلف نسبت به اکسیژن، نور و رطوبت میباشد.
بسته بندیهای پلاستیکی مانند فیلم های تک لایه و چند لایه، انواع بطری ها و ظروف، قوطی های آبمیوه و کنسرو و… از مواد پلاستیکی، نانو و زیست تخریب پذیر و جدیدا از پلیمرها و ترکیبات فعال تهیه میشوند. در کشورهای بزرگ برای موارد خاص از این بسته بندی های فعال استفاده می شود.
در سالهاي اخير توجه به بسته بندي فعال در توليد مواد غذايي افزايش يافته است كه اين امر ناشي از اين حقيقت است كه اين نوع بسته بندی در مقايسه با نوع مرسوم تنها مسئول در برگرفتن و محافظت ماده غذايي در برابر عوامل خارجي نيست، بلكه مزاياي ديگري نيز خواهد داشت مانند كمك به افزايش ماندگاري ماده غذايي با استفاده از عوامل جاذب (رطوبت، اكسيژن و….)، عوامل آزاد كننده تركيبات مختلف (اتانول، دي اكسيد كلرو( …،گرم نمودن و سرد نمودن ماده غذايي و امكان تعيين ماندگاري مواد غذايي با استفاده از سنسورها و…كه در ادامه به شرح مختصری از بسته بندی های فعال می پردازیم.
1-2- بسته بندی فعال در صنعت مواد غذايي
بسته بندي فعال يکي از مفاهيم جديد در بسته بندي مواد غذايي است که در پاسخ به تغييرات مداوم در درخواست هاي مصرف کنندگان وگرايشات بازار توسعه يافته است. فناوری هاي جديد در بسته بندي مواد غذايي در پاسخ به نيازهاي مشتريان يا در راستاي توليد صنعتي محصولات غذايي محافظت شده با روشهاي ملايم تر، تازه، لذيذ و راحت با عمر انباري زياد و کيفيت کنترل شده توسعه می يابند. يکي از ابداعات در زمينه بسته بندي مواد غذايي، بسته بندي هاي فعال و هوشمند است که بر پايه واکنشهاي متقابل آزادانه با غذا و محيط غذا پايهگذاري شده است[4, 5].
بسته بندی فعال نوعی از سیستمهای بسته بندی است که قادر به مهار(جذب) اکسیژن، جذب دیاکسید کربن، رطوبت، اتیلن، عطر، طعم و بو و همچنین انتشار دی اکسید کربن، اتانول، آنتی اکسیدان ها و یا دیگر انواع مواد نگهدارنده است. این نوع از بسته بندی توانایی کنترل دما و جبران تغییرات دما را دارد [5, 6].
جدول 1-1 برخی از کاربردهای سیستم بسته بندی فعال را نشان می دهد.
جدول1-1-کاربردهای سیستم بسته بندی فعال[5]
کاربرد در مواد غذاییمکانیزم ها و ابزارهای مواد مورد استفادهنوع سیستم بسته بندی فعالنان، کیک،برنج پخته شده، بیسکوییت، پیتزا، ماکارونی، پنیر، قهوه، تنقلات، گوشت عمل آوری شده، ماهی، غذاهای خشک، نوشابه ها 1- بر پایه آهن
2- فلز/اسید
3- کاتالیست فلزی(مانند پلاتین)
4- آسکوربات/ نمک های فلزی
5- بر پایه آنزیمجاذب های اکسیژنقهوه، گوشت تازه، ماهی، تنقلات، دانه های خشکباری ، کیک 1- اکسید آهن/کلسیم هیدرکسید
2- فروس کربنات/هالید فلزی
3- اکسید کلسیم/کربن فعال
4- آسکوربات/سدیم کربناتجاذب های دی اکسیدکربن
متصاعد کننده های دی اکسید کربنمیوه ها، سبزی ها، سایر محصولات باغی 1- پتاسیم پرمگنات
2- کربن فعال
3- خاک رس فعال/ زئولیتجاذب های اتیلنمحصولات غلاتی، گوشت، ماهی، نان، پنیر، تنقلات، میوه ها ، سبزی ها 1- اسیدهای آلی
2- زئولیت نقره
3- عصاره ادویه ها
4- مواد ضد اکسیداسیونرها کننده های مواد نگهدارندهپیتزا، کیک، نان، بیسکویت، ماهی 1- افشاننده الکل
2- الکل ریز پوشانی شده(ریز کپسول شده)متصاعد کننده های اتانولماهی، گوشت قرمز، گوشت مرغ، تنقلات، محصولات غلاتی، غذاهای خشک، ساندویچ، میوه ها، سبزی ها 1- پوشک های(پدهای) جاذب رطوبت
2- خاک رس فعال و مواد معدنی
3- سیلیکاژلجاذب های رطوبتآب میوه ها، تنقلات سرخ کردنی، ماهی، محصولات غلاتی،مرغ، محصولات لبنی 1- سلولز تری استات
2- کاغذ استیلیتد
3- سیتریک اسید
4- نمک فروس/آسکوربات
5- کربن فعال/ خاک رس/ زئولیت هاجذب کننده های عطر و طعموعده های غذایی آمده مصرف، نوشابه ها، محصولات گوشتی 1- برخی پلاستیک ها
2- ظروف دارای دیواره دو جداره
3- گازهای سرمازا(فرتون ها)
4- آهک/آب
5- آمونیوم نیترات/آببسته بندی های کنترل کننده دما از سيستمهاي مهم بسته بندي فعال كه در حال حاضر مورد استفاده قرار ميگيرند ميتوان به سيستمهايي نظير جاذبهاي اكسيژن(OS1)، جاذبها و منتشركننده هاي دي اكسيدكربن، جاذبهاي رطوبت، جاذبهاي اتيلن و منتشركنندههاي اتانول اشاره كرد. سيستمهاي منتشركننده و جاذب طعم، نشانگرهاي دما-زمان و فيلمهاي حاوي مواد ضد ميكروبي نيز از انواع ديگر اين سيستم ها هستند[4].
با توجه به تنوع مواد غذایی و دارویی و همچنین پیشرفت علم و فناوری در فرایند و تولید انواع بسته بندی، تولید بسته بندی های فعال و هوشمند با فرمولاسیون جدید در صنایع مختلف توسعه یافته است. در این میان استفاده از مواد جاذب در بسته بندی که نوعی از بسته بندی فعال می باشد از اهمیت ویژه ای برخوردار است. لذا امروزه در صنایع مختلف بسته بندی در کشورهای بزرگ جهان ازجمله اروپا، آمريكا و ژاپن از بستهبنديهاي فعال و هوشمند استفاده شایان ميشود[4, 7, 8].
1-3- جاذب های اکسیژن
كنترل سطح اكسيژن در بسته بندي مواد غذایی حائز اهمیت است، زیرا سطوح بالاي اکسيژن موجود در بسته بندي هاي موادغذايي و همچنین اکسیژنی که بعدا وارد بسته میشود، ميتواند رشد ميكروبي، ايجاد طعم و بوي نامطلوب، تغيير رنگ و افت ارزش غذايي را به همراه داشته باشد كه به نوبه خود باعث كاهش قابل توجه در ماندگاري مواد غذايي ميگردد. كاهش سرعت رشد باكتري هاي هوازي براي افزايش ماندگاري فرآورده هاي شير و محصولات فريزري از اهميت ويژه اي برخوردار است. همچنين براي جلوگيري ازآسيب هاي احتمالي به مواد غذايي، استفاده از روش هایی جهت كاهش سرعت فساد يا تخريب اجزاي تشكيل دهنده آنها مانند روغنها، چربيها، رنگدانه ها و ويتامينها ضروري است. اگر چه موادغذايي حساس به اكسيژن ميتوانند به روش هاي جو يا خلا بسته بندي گردند، چنين روش هايي همواره خروج كامل اكسيژن را فراهم نمیکنند. لذا بدین منظور سيستم هاي جاذب مي توانند به شكل مناسب به منظور خروج كامل اكسيژن پس از بسته بندي تحت خلا، مورد استفاده قرار گيرند. با استفاده از جاذب هاي اكسيژن درون بسته بندي از تغييرات كيفي در مواد غذايي حساس جلوگيري ميشود[8].
برای حذف یا کاهش مقدار اکسیژن موجود در بسته غذایی به هنگام بسته بندی روش های زیادی اعمال میشود مثل پرکردن تحت خلا، تزریق گاز خنثی، داغ پرکردن، بسته بندی با اتمسفر اصلاح شده و …. ، ولی این روش ها نتوانسته اند اکسیژن را بطور کامل از بسته حذف نمایند و معمولا 1/0 تا 2 درصد اکسیژن در بسته باقی می ماند[10]. از این رو جهت کنترل ميزان اکسيژن، میتوان از سيستم هاي بسته بندي تحت خلأ، بسته بندي تحت اتمسفر تغيير يافته (MAP2) و سیستم های جاذب اکسيژن در بسته بندي مواد غذايي استفاده کرد. در مقايسه روش هاي مذکور، روش استفاده از جاذبهاي اکسيژن در حذف کامل اکسيژن درون بسته، بهتر عمل ميکنند. به عبارت ديگر فناوریهاي ديگر، قادر به حذف اکسيژني که از لفاف هاي بسته بندي نفوذ مي کند و يا اکسيژني که درون گوشت يا بين قطعات آن به دام افتاده، نيست در حالي که جاذب هاي اکسيژن بخوبي باقيمانده اکسيژن را حذف ميکنند.
اصطلاح جاذب اکسیژن به موادی اطلاق میشود که در داخل بسته قرار داده میشود و به صورت شیمیایی و یا آنزیمی با اکسیژن واکنش داده و غلظت اکسیژن داخل بسته را به کمتر از 01/0 درصد کاهش داده و در همین سطح حفظ میکند. همچنین جاذب های اکسیژن میتوانند از طریق ایجاد اختلاف فشار جزیی- پدیده انتشار- اکسیژن موجود در بافت ماده غذایی که وارد فضای داخل بسته بندی شده را حذف نمایند. جاذب ها سریع عمل نموده و قادر به حذف حجم زیادی از اکسیژن هستند[11].
البته وجود اکسیژن در بسته همیشه نا مطلوب نیست، مثلا بسته بندی های میوهجات و سبزیجات تازه باید تا حدودی نفوذپذیر به اکسیژن باشد تا میوه یا سبزی تنفس نماید. در غیر این صورت میوه یا سبزی به جای تنفس عمل تخمیر انجام داده و ترکیبات الکلی که طعم ترشیدگی به ماده غذایی می دهند، تولید میشود.
مواد جاذب اكسيژن در محصولاتي كه نياز به محافظت در برابر اكسيژن را داشته، توسط توليدكنندگاني كه قصد جايگزيني بسته بنديهاي شیشه ای و فلزي را با بسته بنديهاي پلاستيكي دارند، استفاده ميشود. موادي مانند شيشه، فلزات، اتيلن وینيل الكل، پلي وینيل دي كلرايد، ميتوانند سدي را جهت جلوگيري از نفوذ اكسيژن محيط بيروني به داخل بسته بندي ايجاد نمايند. اين در حاليست كه مواد جاذب اكسيژن، يك سد فعال را به بسته بندي اهدا ميكنند كه باعث جذب اكسيژن در فضاي داخل بسته بندي، اكسيژن مانده در داخل محصول و يا اكسيژني كه به مرور زمان از ديواره هاي بسته بندي وارد بسته بندي شده است، می شوند[8].
ماده بسته بندی باید نفوذپذیری کمی نسبت به اکسیژن داشته باشد در غیر این صورت جاذب اکسیژن سریعا اشباع میگردد. اتیلن وینیل الکل فیلم مناسبی برای این منظور می باشد[19]. تقریبا همه بسته هایی که بصورت غیر قابل نفوذ به اکسیژن بسته بندی شده اند، نیز اندکی نفوذ پذیر بوده و اکسیژن می تواند از مسیرهای زیر وارد بسته غذایی گردد[12]:
1. نفوذ از مواد پلاستیکی موجود در درب قوطی و واشر درب ظروف شیشه ای.
2. حفرهها و ترکهای موجود در فویل های آلومینیومی و سایر مواد بسته بندی.
3. خطاهای موجود در هنگام بسته بندی.
اين مواد جاذب اكسيژن، در ديواره هاي بسته بنديهايي مانند ساشه ها(پاکت ها) استفاده ميشدند و امروزه مي توان از آنها در ساختار اتيكتها و يا بصورت وارد كردن مستقيم آنها در ساختار بسته بنديهاي مختلف استفاده نمود. براي مثال از اين مواد جاذب اكسيژن، در صنعت بسته بندي نوشابه ها در بسته بنديهاي پلی اتیلن ترفتالات، در فيلم هاي مورد استفاده در بسته بندي انواع فرآورده هاي گوشتي و بسته بنديهاي زيپ دار که قابليت بسته شدن دوباره را دارند، استفاده ميشود[4].
اثرات نامطلوب اکسیژن در بسته بندی مواد غذایی عبارتند از [8, 13]:
1. اکسایش چربیهای غیر اشباع که منجر به طعم بد در ماده غذایی میگردد.
2. کاهش ویتامین ث به خصوص در غذاهایی که از میوه و یا سبزی تهیه شده اند.
3. رشد میکروارگانیسم های هوازی عامل فساد.
4. ایجاد بوی کهنگی در فراورده های نانوایی.
5. ازدیاد تخم حشرات و رشد آنها.
6. تشدید تنفس میوهجات و سبزیجات تازه.
7. قهوه ای شدن آنزیمی و غیر آنزیمی میوهجات برش خورده.
8. اکسایش مواد عطری و طعمی روغنی در نوشیدنی هایی مثل چای و قهوه.
9. تغییر رنگ رنگدانه های میوهجات و سبزیجات فراوری شده.
براي حذف اكسيژن توسط جاذب های اكسيژن از مكانيسم هاي زير استفاده مي شود[14, 15]:
1. اکسایش پودر آهن
2. اکسایش اسيد اسكوربيك
3. اکسایش كاتیگول
4. استفاده از فوتوسنتز
5. اکسایش آنزيمي مانند آنزيم هاي گلوكزاكسيداز و الكل اكسيداز
6. اکسایش اسيدهاي چرب غيراشباع مثل اسيد اولئيك و اسيد لينولنيك
7. مخمرهاي تثبيت شده روي يك سطح جامد

برای اینکه یک جاذب اکسیژن قابلیت استفاده در ماده غذایی داشته باشد باید شرایط ذیل را دارا باشد[8, 16-18]:
1. برای سلامتی انسان ضرر نداشته باشد چون احتمال دارد به طور تصادفی توسط مصرف کننده استفاده شود.
2. اکسیژن را با سرعت مناسبی جذب کند. اگر سرعت واکنش با اکسیژن خیلی زیاد باشد در طول وارد کردن به بسته ظرفیت جذب آن کاهش مییابد و اگر خیلی کم باشد غذا را در مقابل اکسیژن خیلی خوب حفظ نمیکند.
3. ترکیبات سمی، گازها و بوهای نامطبوع تولید نکند.
4. کوچک بوده و کارایی و کیفیت ثابتی داشته باشد.
5. مقدار زیادی اکسیژن جذب کند.
6. اقتصادی باشد.
1-3-1. انواع جاذب های اکسیژن
امروزه جاذب های اکسیژن در اشکال زیر موجود است:
• فیلم های جاذب اکسیژن
• برچسب های جاذب اکسیژن
• در پوش های جاذب اکسیژن
• پاکت های جاذب اکسیژن
دو جاذب متداول، پودر آهن و اسید آسکوربیک هستند. اغلب رباینده های اکسیژن تجاری موجود، بر اساس اکسایش آهن عمل میکنند که به صورت پاکتهای جاذب عرضه می شوند. رایج ترین ترکیبات آهن دار در جاذب ها، فرو سولفات است که میزان اکسیژن نهایی در این روش 01/0 درصد و یا کمتر خواهد بود. مکانیسم عمل، در زیر نمایش داده شده است:
به منظور اکسایش آهن و انجام واکنش، وجود رطوبت در محیط بسته بندی ضروری است که از معایب این روش به شمار میرود. همچنین مقادیر بالای ترکیبات آهن سمی بوده و در صورت پاره شدن پاکت و ورود ترکیبات در محصول غذایی با خطر مسمومیت در مصرف کنندگان همراه است[12].
1-3-2. استفاده از جاذب های اکسیژن در بسته بندی مواد غذایی
به طور كلي 20 درصد تركيبات جاذب اكسيژن در پاکت ها(کیسه ها) تعبيه مي شوند اما قرار دادن کیسه های جاذب اکسیژن در داخل بسته بندی به دلیل احتمال پاره شدن تصادفي پاکت های جاذب اكسيژن و تركيب شدن مواد جاذب با غذا يا مصرف تصادفي آنها به همراه غذا توسط مصرف کننده، بعلاوه عدم كاربرد آنها در غذاهاي مايع به دلیل برخورد مستقيم مايع با پاکت ها و ريختن محتويات آن به داخل غذا مناسب نمی باشد. برای برطرف نمودن این مشکل می توان جاذبهای اکسیژن را در مواد بسته بندی مثل فیلمهای پلیمری، برچسب ها و آستر دربها جاسازی کرد. با این کار میتوان جاذب اکسیژن را در محصولات دیگری مانند نوشیدنیها نیز استفاده نمود. ماده مصرف کننده اکسیژن میتواند خودِ ماده پلیمری یا ترکیبات دیگری باشد که در ماتریکس پلیمر پخش شده که این مواد به سهولت اکسید می شوند[18, 19].
مشکل استفاده از فیلم های جاذب اکسیژن این است که فیلم ها تا قبل از استفاده نباید با اکسیژن اتمسفری واکنش دهند. برای حل این مشکل یک سیستم فعال سازی که توانایی مصرف اکسیژن را به فیلم میدهد در فیلم بکار گرفته شده است. فعال سازی از طریق روشن کردن یا کاتالیزور و یا واکنشگرهایی که در هنگام پر کردن تعبیه میشوند انجام میگیرد.
اكسيد آهن اولين ماده جاذب اكسيژن در ساشه ها بود. ماده جاذب اكسيژن ديگر اسيد آسكوربيك است كه اغلب در واشرهاي موجود در درب بطرهاي حاوي آبجو و بطریهاي حاوي آب ميوه جهت جذب اكسيژن كه از درب پلاستيكي اين محصولات عبور ميكند، استفاده ميشود. بيشتر بطريهاي پلي استري حاوي آبجو و يا آب ميوه ها امروزه حاوي نايلون ام دي ايكس شش، كاتاليز شده با كبالت ميباشند كه كار جذب اكسيژن را برعهده دارند. براي مثال شركت سيبا مواد جاذب اكسيژني به بازار عرضه كرده است كه آنها را مي توان در بسته بنديهاي چند لايه پلي اولفيني نيز استفاده نمود. اين مواد جاذب اكسيژن، نسبت به رطوبت حساس بوده و در اثر رطوبت بالاي موجود در مواد غذايي، نوشيدنيها و يا محصولات بهداشت فردي فعال شده و عمل ميكنند[5, 20].
استفاده از جاذبهای اکسیژن در آبجو، مشروبات الکلی و سایر نوشابهها به طور بالقوه یک بازار بزرگ است. برچسب مبتنی بر آهن و جاذب های ساشه مانند، برای نوشیدنی ها و یا مواد غذایی با فعالیت بالای آب (αw) نمیتوانند استفاده شوند زیرا هنگام رطوبت، ظرفیت جذب اکسیژن آنها سریعا کاهش مییابد (توانایی جذب اکسیژن به سرعت از دست میرود). برای رفع این مشکل از معرف های غیر فلزی مختلف و ترکیبات فلزی-آلی که تمایل ترکیب با اکسیژن را دارند، در داخل درب بطری و یا به صورت مخلوط با مواد پلیمری در بدنه بطری(پلی استر) بکارمی رود. در این صورت اکسیژن موجود در فضای فوقانی بطری و اکسیژن وارد شده جذب می شود[20]. نمونه ای از کاربرد این روش، محصول تولیدی شرکت دارِکس است که از اسید اسکوربیک و سولفیت به عنوان جاذب اکسیژن در درب بطریها استفاده نموده است. این مواد بعد از جذب اکسیژن به ترتیب به دهیدراسکوربیک و سولفات تبدیل می شوند[16, 21].
جاذب اکسیژن باید اندازه و نوع مناسبی داشته باشد. اندازه مناسب برای جاذب اکسیژن با کمک فرمولهای زیر محاسبه می شود[18]:
A = حجم اکسیژن موجو در زمان بسته بندی.
= Vحجم بسته نهایی که از طریق فرو بردن در آب محاسبه شده و برحسب میلی لیتر بیان می شود.
= غلظت اولیه اکسیژن موجود در بسته.
= Pوزن نهایی بسته بر حسب گرم.
محاسبه مقدار اکسیژنی که در طول نگهداری وارد بسته می شود(B) نیز ضروری بوده و توسط فرمول زیر بدست می آید:
= S مساحت بسته بر حسب متر مربع.
= P نفوذ ماده بسته بندی بر حسب ml/m2.d.atm.
= D ماندگاری محصول بر حسب روز.
با جمع کردن مقدار اکسیژن موجود در زمان بسته بندی و مقداری که در طول نگهداری وارد بسته می شود، مقدار اکسیژنی که باید توسط جاذب اکسیژن جذب شود، بدست می آید و از روی اینها میتوان اندازه و تعداد جاذب اکسیژن مورد نیاز را مشخص نمود.
در حال حاضر جاذب های اکسیژن در آمریکا به صورت کیسه های کوچکِ حاوی آهن احیا در بسته بندی مواد غذایی از قبیل ماکارونی، اسنک خشک گوشت، چیپس پپرونی، گوشت قرمز، بادام زمینی، نان فاقد گلوتن، جیره های نظامی و بسته های غذایی ناسا استفاده میشود. از درب ها و بطری های پلی استری حاوی جاذب های اکسیژن برای بسته بندی عصاره ها و کچاپ استفاده میگردد[13].
در ژاپن کاربردهای اصلی جاذبهای اکسیژن شامل فراوردههای غلات مثل کیکهای نرم، نان، بیسکوییت، پیتزا و کیک پنیری، اسنک های خشک، مغزها، مغزهای پوشش داده شده با شکلات، فراورده های دریایی فرایند شده، ادویه جات، پنیر و…. می باشد.
1-3-3. جاذب های بر پایه اسید آسکوربیک
بعد از ترکیبات آهن، اسید اسکوربیک و مشتقات آن، بیشترین کاربرد تجاری را در جاذب های اکسیژن دارند. اسید اسکوربیک همان ویتامین ث است که به عنوان یک ماده مغذی در مواد غذایی یا آشامیدنی استفاده میشود. این ماده میتواند به عنوان حائل اکسیژن یا آنتی اکسیدان عمل کند. از آنجا که اسید اسکوربیک یک ترکیب شش کربنه است، بر خلاف آهن میزان مورد نیاز آن برای واکنش با اکسیژن بسیار بالا است[8].
اسید اسکوربیک یک ماده شیمیایی گران قیمت است که به عنوان جاذب اکسیژن در داخل درب های بطری های پلاستیکی استفاده میشود. از جمله ویژگیهای دیگر این ماده، عدم پاسخ به آشکارسازهای فلزی بر روی خطوط بسته بندی است. اسید اسکوربیک تنها در حضور آب فعالیت میکند، بنابراین درصورتیکه بخواهد به عنوان جاذب اکسیژن عمل کند، باید در معرض آب یا آب دیگری که از محیط زیست می باشد قرار گیرد[8].
شکل1-1- واکنش اسید آسکوربیک با اکسیژن
اسید اسکوربیک همانند آهن به آسانی ولی با سرعت کمتر با اکسیژن واکنش میدهد و به دهیدرواسکوربیک اسید تبدیل می شود که ترکیب نسبتا بی ضرری است. این واکنش توسط عناصر فلزی نظیر آهن کاتالیز میشود. بر خلاف اسیداسکوربیک، آهن در حضور دی اکسید کربن عمل جذب اکسیژن را به خوبی انجام نمیدهد به همین خاطر در بسته بندی هایی نظیر قهوه بو داده و نان از اسیداسکوربیک به عنوان جاذب اکسیژن استفاده میگردد[8 , 22].
1-4- مروری بر تحقیقات گذشته
تحقیقات اولیه بر روی بسته بندی های جاذب اکسیژن، نشان داده که اکسیژن بازمانده در بسته، یک ماده فعالی است که حذف آن باعث بهبود کیفیت ماده غذایی میگردد[23]. در طول سالیان متمادی به دلیل استفاده گسترده از مواد پلاستیکی در بسته بندی، که نسبت به اکسیژن نفوذ پذیرند، نگرانی درباره واکنشهای اکسایش ناشی از اکسیژن موجود در بسته و اکسیژن وارد شده به محیط بسته بندی افزایش یافت. این نگرانی باعث شد که از روشهای گوناگون برای حذف اکسیژن استفاده کنند. ابتدایی ترین روش، تولید بسته های کوچکی بود که داخل بسته بندی ماده غذایی تعبیه میشدند و با اکسیژن وارد واکنش شیمیایی شده و آنرا از داخل بسته حذف میکردند. این مواد به عنوان زیرگروه بسته بندی فعال محسوب میشوند[17]. تحقیقات بیشتر در این زمینه نشان داد که می توان این مواد جاذب را در پلاستیک های چند لایه ای مانند کیسههای انعطاف پذیر نیز بکار گرفت[24, 25].
به طور کلی به منظور حذف میزان اکسیژن درون بسته، جاذب های اکسیژن کاربرد تجاری بسیاری پیدا کرده است. جاذبهای اکسیژن بطور تجاری برای اولین بار در ژاپن در سال 1976 توسط شرکت شیمیایی گاز میتسوبیشی تحت نام تجاری ™ Ageless به بازارعرضه شده است[15]. در سال 1990 میلادی یک شرکت ژاپنی دیگری با استفاده از تکنیک کواکستروژن جاذبهای اکسیژن حاوی آهن احیا را در بین دو لایه مواد بسته بندی قرار داد که لایه بیرونی نفوذ ناپذیر به اکسیژن و لایه داخلی نفوذپذیر به اکسیژن بود[3]. شرکت انگليسي Emco که در زمينه فناوری بسته بنديهاي فعال فعاليت دارد، نوعي از جاذب هاي اکسيژن را به بازار عرضه کرده که ميتواند در مورد بسته هاي حاوي برشهاي گوشت پخته شده استفاده شود. اين جاذبها تا حدود 200-100 سانتي متر مکعب ظرفيت جذب اکسيژن دارند[15]. شرکت آمريکايي Cryovac نيز سيستم ها و لفافهاي جاذب اکسيژني را طراحي کرده است که با قرار گرفتن در معرض نور فرابنفش، فعال ميشود. اين سيستم در مورد محصولات گوشتي خشک شده يا دود داده شده و فرايند شده کاربرد دارد و مي تواند مقدار اکسيژن درون بسته را در مدت 4 تا 10 روز از يک درصد به حد ppm برساند[15].
شرکت های دیگری نیز در زمینه تولید این بسته بندیها فعالیت نموده اند که در جدول 1-2 به آنها اشاره شده است.
جدول1-2- سیستم های جاذب اکسیژن[6]
در مطالعات انجام شده تاکنون در خصوص بسته بندی های حاوی جاذب اکسیژن، تحقیقات و گزارشات علمی در نشریات بین المللی کمتر دیده شده و بیشتر به صورت ثبت اختراع(patent) چاپ گردیده است ولی بطور تجاری شرکتهای بزرگی در جهان محصولات مختلفی تولید و به بازار عرضه کرده اند. از جمله ثبت اختراع های انجام شده میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
جدول 1-3- برخی ثبت اختراع های انجام شده در زمینه جاذب های اکسیژن
جاذب های اکسیژن در درب بطریEP1029020 A4Ashok M. Adur و همکارانEP 0269066 B1Yoshikazu Moritaو همکارانUS 4756436 AYoshikazu Moritaو همکارانجاذبهای اکسیژنUS5143763ATakao Aoki و همکارانUS 5804236 A Peter Frisk و همکارانEP 0507207 B1Cynthia Louise Ebner و همکاران20110290757و همکاران Vernon J. PurdyUS 4702966 Aو همکاران Christopher J. FarrellUS4536409و همکاران ChristopherlUS 5262375 Aو همکاران George E. McKedyترکیب پلیمری حاوی جاذب اکسیژن برای بسته بندی مواد غذاییEP 1029020 A1Gerald A. Marano و همکارانUS 6037022 AAshok M. Adur و همکارانUS 5605996 Aو همکاران Michael S. Chuu,US 6586514 B2و همکاران Weilong L. Chiang,US20110105639و همکاران Edoardo Menozzi,US 20110017611 A1و همکاران Edoardo Menozzi,US 7794804 B2و همکاران Gary D. JerdeeUS 6569506 B1و همکاران Gary D. Jerdeeآمیزه های پلیمری مناسب برای بسته بندی مواد غذایی و…20110045222Richard Dalton Peters و همکارانUS 7147799 B2و همکاران Gary R. DelDucaUS 6926846 B1و همکاران Gary R. DelDucaUS 20050224751 A1Alan Deyo و همکارانUS 8048201 B2و همکاران Marcus DukesUS 5211875 Aو همکاران Charles R. MorganUS 5346644 Aو همکاران Cynthia L. EbnerUS 5425896 Aو همکاران Charles R. Morgan متاسفانه در بررسی های انجام شده، فعالیت های پژوهشی در زمینه جاذب های اکسیژن غالبا از نوع ثبت اختراع بوده و در زمینه مقالات علمی تنها به دو مقاله پژوهشی می توان اشاره کرد؛ مقاله Li Cui و همکاران که در مجله springer در سال 2010 چاپ شده است. در این مقاله پژوهشی، به بررسی خواص کاهش میزان اکسیژن با استفاده از مواد جاذب آسکوربات سدیم و آهن اصلاح شده در ماتریس پلی اتیلن پرداخته شده است[26]. علاوه بر آن در مقاله دیگری توسط Yangjai Shin و همکاران در سال 2011، مقایسه دو نوع فیلم پلی اتیلن حاوی جاذبهای اکسیژن آسکوربیک اسید و آسکوربات سدیم به همراه آهن اصلاح شده بررسی گردیده است[27].
در این مطالعات برای تهیه فیلم های حاوی جاذب اکسیژن معمولا از چند نوع ترکیب استفاده می شود و اصولا استفاده از سیستم های آمیزه ای به این خاطر است که هر جزء به تنهایی حاوی تمامی خواص مورد انتظار نیست، درنتیجه مخلوطی از دو یا چند پلیمر که هر کدام حاوی خواص مخصوصی می باشند، تهیه میشود تا تمامی خواص مورد انتظار در قالب پلیمر مخلوط یا آمیزه بدست آید. در مورد عایقها نیز این روش متداول است. بطور مثال مواد پلیمری موجود و در دسترس مانند PP یا LDPE که مصارف فراوانی دارند، در مقابل اکسیژن عایق نیستند. در نتیجه میتوان با تهیه یک آمیزه از این پلیمرها با پلیمرهای عایقی مانند EVOH، PVDC(پلی وینیلیدین کلراید )، PA(پلی آمید) و یا PVOH به ترکیبی رسید که پس از عملیات کشش یا تهیه فیلم، دارای خواص عایقی در مقابل اکسیژن باشد.
 هدف از این تحقیق، تهیه فیلم هایی با خاصیت جذب اکسیژن با استفاده از پلیمرهایی چون پلی اتیلن سبک، پلی وینیل الکل و ماده جاذب اسید آسکوربیک در حضور پلی اتیلن گلایکول بعنوان ماتریس جاذب، با روش اختلاط حرارتی توسط دستگاه مخلوط کن داخلی در دمای160درجه سانتیگراد، دور 100 دور بر دقیقه و زمان سه دقیقه وسی ثانیه و بررسی خواص آن هاست.

2-1- مواد مورد استفاده
مواد مورد استفاده در این پروژه شامل پلي اتيلن با دانسيته پايين، اتیلن وینیل الکل، اسید آسکوربیک و پلی اتیلن گلایکول می باشد که در ادامه هر کدام به ترتیب توضیح داده خواهند شد.
2-1-1. پلي اتيلن با دانسيته پايين (LDPE):
پلی اتیلن مقاومت خوبی نسبت به بخار آب و نفوذ پذیری زیادي نسبت به گازها دارد. اين ماده بسته بندي جزء ارزان ترين مواد بسته بندي پليمري است و به دلیل خصوصيات نسبتا مطلوب و هزينه پايين آن، کاربرد زيادي دارد. اين پليمر در ساخت فيلم، كيسه و نيز به شكل لايه پوشش در فويلها و سطح مقوا وكاغذ است. کاربرد پلیاتیلن سبک معمولا به شکل فيلمهاي نازک انعطافپذير است. معمولا لايه داخلي بسته بندی که با ماده غذايي در تماس است از اين جنس است. چراکه کمترين واکنش شيميايي و تاثير نا مطلوب را بر روي ماده غذايي به جا ميگذارد. LDPE از مقاومت كششي خوبي برخوردار است و به همین علت از قابليت انقباض و انبساط آن معمولاً جهت مواد بسته‌بندي غذايي منجمد كمك گرفته مي‌شود.
دو ويژگي مهم که کاربرد گستردهتر آن را در صنعت بستهبندي محصول غذايي موجب ميشود عبارتند از:
1. خنثيبودن آن يعني عدم واکنش با محصول.
2. دوختپذیری گرمایی آن.
به همين دليل لازم است، بستهبنديهاي چند لايه به عنوان لايه دروني و در تماس مستقيم با محصول از فيلم نازک پلیاتیلن سبک استفاده ميشود. اين فيلم شفاف و در برابر نور نفوذپذیر است[5].
در این تحقیق پلی اتیلن سبک، گرید LF0200 تولید شده در پتروشیمی بندر امام (ره) مورد بررسی قرار گرفته است.
برخی ویژگی های این پلیمر در جدول 2-1 آورده شده است:
جدول2-1- مشخصات پلی اتیلن سبک گرید LF0200
نمونهگونهتولیدکنندهشاخص جریان مذاب*
(gr/10min)چگالی
(gr/cm3)نقطه ی ذوب
(0C)نقطه ی نرمی
(0C)LDPELF0200پتروشیمی بندر امام8/1-2/2918/0-922/010896-92*در دمای0C 190و با وزنه یkg 16/2
2-1-2. اتیلن وینیل الکل (EVAL™ E105B):
اتیلن وینیل الکل (EVOH) کوپلیمری از اتیلن و وینیل الکل است. از جمله رزین های پلاستیکی است که معمولا در کاربردهای غذایی استفاده میشود. از این ماده به عنوان سازگار کننده استفاده میشود، اما هدف اصلی آن، ارائه خواص مانع یا سد، در درجه اول به عنوان یک مانع عبور اکسیژن برای بهبود مدت زمان نگهداری بسته بندی مواد غذایی است. اتیلن وینیل الکل به طور معمول به عنوان یک لایه نازک بین مقوا، فویل، و یا پلاستیک های دیگر کو اکستروژن یا چند لایه است.
اتیلن وینیل الکل بر اساس درصد مقدار مول اتیلن تعریف میشود: گرید های با مقدار اتیلن کمتر دارای خواص بالاتری از لحاظ مانع دارند. گریدهای با مقدار اتیلن بیشتر محتوای دمای پایین تری برای اکستروژن دارند[5].
ویژگیهای نفوذ ناپذیری مواد به مقاومتشان در برابر نفوذ و جذب مولکولها بستگی دارد. از آنجا که نفوذ به علت های مختلف زیر بر روی عمر مفید فراوردههای بسته بندی شده تاثیر میگذارد، ویژگی های نفوذ ناپذیری کوپلیمرهای EVOHاهمیت بسزایی دارد. از جمله عوامل موثر انجام واکنش های ناخواسته در محصول مثل اکسایش محصولات حساس به اکسیژن، جذب رطوبت توسط مواد خشک و یا خروج آب و گاز کربنیک از فراورده های مایع را میتوان ذکر نمود.
در این پژوهش از سازگار کننده اتیلن وینیل الکل (EVOH3) که از شرکت Kuraray تهیه شده، استفاده شده است. گرید این سازگار کننده EVAL-E195B می‌باشد، که مشخصات آن در جدول شماره‌ی2-2 آمده است.
جدول2-2- مشخصات اتیلن وینیل الکل
نمونهگونهتولیدکنندهEt.Cont. (mol%)شاخص جریان مذاب*
(gr/10min)چگالی
(gr/cm3)نقطه ی ذوب
(0C)EVOHEVAL-E195BKuraray447/514/1165*در دمای0C 190و با وزنه یkg 16/2
شکل2-1- ویژگی های اتیلن وینیل الکل(EVOH)
2-1-3. آسکوربیک اسید
ترکیبات اسید اسکوربیک و مشتقات آن بعد از آهن به عنوان جاذبهای اکسیژن از لحاظ تجاری دارای اهمیت می باشند. اسید اسکوربیک است که همان ویتامین Cمیباشد، گاهی اوقات به عنوان غذا یا آشامیدنی به عنوان مواد تشکیل دهنده، آنتی اکسیدان و یا همچنین به عنوان یک ماده مغذی استفاده می شود[8].
از آنجا که اسید اسکوربیک یک ترکیب شش کربن می باشد، با اکسیژن واکنش نشان میدهد. اما مانند آهن به آسانی اکسید نمیشود.
از جمله ویژگی های دیگر اسید اسکوربیک به عنوان روبنده اکسیژن آن عدم پاسخ به آشکارسازهای فلزی بر روی خطوط بسته بندی است]8[.

شکل2-2- ساختار مولکولی آسکوربیک اسید
جدول2-3- مشخصات آسکوربیک اسید
نمونهتولیدکنندهجرم مولکولیچگالی جامد
(gr/cm3)نقطه ی ذوب
(0C)Ascorbic AcidMerk
Germany13/17665/1192-1902-1-4. پلی اتیلن گلایکول( Polyethylene Glycol)
پلی اتیلن گلایکول ها تا وزن مولکولی 700 بی رنگ، بی بو، غلیظ و با وزن مولکولی بالاتر از حدود هزا ر حالت جامد موم مانند دارند. این ماده در آب، متانول، بنزین، دی کلرومتان محلول و درهگزان و دی اتیلن اتر نامحلول هستند.
این ماده غیر سمی، بی بو، خنثی، روان کننده و غیر التهاب زا می باشد و در بسیاری از محصولات داروئی و داروها به عنوان حلال، عامل پخش کننده، حامل و عامل جذب در انواع قرص ها به کار می رود. در این تحقیق این ماده به عنوان حلال ماده جاذب-آسکوربیک اسید- برای پخش شدن بهتر در ماتریس پلیمری بکار رفته است، و در عین حال نقش نرم کننده را نیز ایفا میکند.
برخی ویژگی های این پلیمر در جدول2-4 آورده شده است:
جدول2-4- مشخصات پلی اتیلن گلایکول
نمونهگونهتولیدکنندهحالت فیزیکیجرم مولکولیویسکوزیته
در دمای400C
C.Pچگالی
در دمای200C
(gr/cm3)PEG200Art 807483Merkمایع220-19025-211238/1*در دمای0C 190و با وزنه یkg 16/2
2-2- روش های فرایند و بررسی خواص
2-2-1. دستگاه های فرایند، روش تهیه نمونه ها و دستگاه های اندازه گیری و بررسی خواص
2-2-1-1.



قیمت: تومان

دسته بندی : پایان نامه ارشد

پاسخ دهید