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 سالهای اخیر توجه به بسته بندی فعال در تولید مواد غذایی افزایش یافته است که این امر ناشی از این حقیقت است که این نوع بسته بندی در مقایسه با نوع مرسوم تنها مسئول در برگرفتن و محافظت ماده غذایی در برابر عوامل خارجی نیست، بلکه مزایای دیگری نیز خواهد داشت مانند کمک به افزایش ماندگاری ماده غذایی با استفاده از عوامل جاذب (رطوبت، اکسیژن و….)، عوامل آزاد کننده ترکیبات مختلف (اتانول، دی اکسید کلرو( …،گرم نمودن و سرد نمودن ماده غذایی و امکان تعیین ماندگاری مواد غذایی با استفاده از سنسورها و…که در ادامه به شرح مختصری از بسته بندی های فعال می پردازیم.
1-2- بسته بندی فعال در صنعت مواد غذایی
بسته بندی فعال یکی از مفاهیم جدید در بسته بندی مواد غذایی است که در پاسخ به تغییرات مداوم در درخواست های مصرف کنندگان وگرایشات بازار توسعه یافته است. فناوری های جدید در بسته بندی مواد غذایی در پاسخ به نیازهای مشتریان یا در راستای تولید صنعتی محصولات غذایی محافظت شده با روشهای ملایم تر، تازه، لذیذ و راحت با عمر انباری زیاد و کیفیت کنترل شده توسعه می یابند. یکی از ابداعات در زمینه بسته بندی مواد غذایی، بسته بندی های فعال و هوشمند است که بر پایه واکنشهای متقابل آزادانه با غذا و محیط غذا پایهگذاری 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 سیستمهای مهم بسته بندی فعال که در حال حاضر مورد استفاده قرار میگیرند میتوان به سیستمهایی نظیر جاذبهای اکسیژن(OS1)، جاذبها و منتشرکننده های دی اکسیدکربن، جاذبهای رطوبت، جاذبهای اتیلن و منتشرکنندههای اتانول اشاره کرد. سیستمهای منتشرکننده و جاذب طعم، نشانگرهای دما-زمان و فیلمهای حاوی مواد ضد میکروبی نیز از انواع دیگر این سیستم 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، آمریکا و ژاپن از بستهبندیهای فعال و هوشمند استفاده شایان میشود[4, 7, 8].
1-3- جاذب های اکسیژن
کنترل سطح اکسیژن در بسته بندی مواد غذایی حائز اهمیت است، زیرا سطوح بالای اکسیژن موجود در بسته بندی های موادغذایی و همچنین اکسیژنی که بعدا وارد بسته میشود، میتواند رشد میکروبی، ایجاد طعم و بوی نامطلوب، تغییر رنگ و افت ارزش غذایی را به همراه داشته باشد که به نوبه خود باعث کاهش قابل توجه در ماندگاری مواد غذایی میگردد. کاهش سرعت رشد باکتری های هوازی برای افزایش ماندگاری فرآورده های شیر و محصولات فریزری از اهمیت ویژه ای برخوردار است. همچنین برای جلوگیری ازآسیب های احتمالی به مواد غذایی، استفاده از روش هایی جهت کاهش سرعت فساد یا تخریب اجزای تشکیل دهنده آنها مانند روغنها، چربیها، رنگدانه ها و ویتامینها ضروری است. اگر چه موادغذایی حساس به اکسیژن میتوانند به روش های جو یا خلا بسته بندی گردند، چنین روش هایی همواره خروج کامل اکسیژن را فراهم نمیکنند. لذا بدین منظور سیستم های جاذب می توانند به شکل مناسب به منظور خروج کامل اکسیژن پس از بسته بندی تحت خلا، مورد استفاده قرار گیرند. با استفاده از جاذب های اکسیژن درون بسته بندی از تغییرات کیفی در مواد غذایی حساس جلوگیری میشود[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 میزان اکسیژن، میتوان از سیستم های بسته بندی تحت خلأ، بسته بندی تحت اتمسفر تغییر یافته (MAP2) و سیستم های جاذب اکسیژن در بسته بندی مواد غذایی استفاده کرد. در مقایسه روش های مذکور، روش استفاده از جاذبهای اکسیژن در حذف کامل اکسیژن درون بسته، بهتر عمل میکنند. به عبارت دیگر فناوریهای دیگر، قادر به حذف اکسیژنی که از لفاف های بسته بندی نفوذ می کند و یا اکسیژنی که درون گوشت یا بین قطعات آن به دام افتاده، نیست در حالی که جاذب های اکسیژن بخوبی باقیمانده اکسیژن را حذف میکنند.
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 اکسیژن در محصولاتی که نیاز به محافظت در برابر اکسیژن را داشته، توسط تولیدکنندگانی که قصد جایگزینی بسته بندیهای شیشه ای و فلزی را با بسته بندیهای پلاستیکی دارند، استفاده میشود. موادی مانند شیشه، فلزات، اتیلن وینیل الکل، پلی وینیل دی کلراید، میتوانند سدی را جهت جلوگیری از نفوذ اکسیژن محیط بیرونی به داخل بسته بندی ایجاد نمایند. این در حالیست که مواد جاذب اکسیژن، یک سد فعال را به بسته بندی اهدا میکنند که باعث جذب اکسیژن در فضای داخل بسته بندی، اکسیژن مانده در داخل محصول و یا اکسیژنی که به مرور زمان از دیواره های بسته بندی وارد بسته بندی 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.
این مواد جاذب اکسیژن، در دیواره های بسته بندیهایی مانند ساشه ها(پاکت ها) استفاده میشدند و امروزه می توان از آنها در ساختار اتیکتها و یا بصورت وارد کردن مستقیم آنها در ساختار بسته بندیهای مختلف استفاده نمود. برای مثال از این مواد جاذب اکسیژن، در صنعت بسته بندی نوشابه ها در بسته بندیهای پلی اتیلن ترفتالات، در فیلم های مورد استفاده در بسته بندی انواع فرآورده های گوشتی و بسته بندیهای زیپ دار که قابلیت بسته شدن دوباره را دارند، استفاده میشود[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.

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

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.
برای حذف اکسیژن توسط جاذب های اکسیژن از مکانیسم های زیر استفاده می شود[14, 15]:
1. اکسایش پودر آهن
2. اکسایش اسید اسکوربیک
3. اکسایش کاتیگول
4. استفاده از فوتوسنتز
5. اکسایش آنزیمی مانند آنزیم های گلوکزاکسیداز و الکل اکسیداز

6. اکسایش اسیدهای چرب غیراشباع مثل اسید اولئیک و اسید لینولنیک
7. مخمرهای تثبیت شده روی یک 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 کلی 20 درصد ترکیبات جاذب اکسیژن در پاکت ها(کیسه ها) تعبیه می شوند اما قرار دادن کیسه های جاذب اکسیژن در داخل بسته بندی به دلیل احتمال پاره شدن تصادفی پاکت های جاذب اکسیژن و ترکیب شدن مواد جاذب با غذا یا مصرف تصادفی آنها به همراه غذا توسط مصرف کننده، بعلاوه عدم کاربرد آنها در غذاهای مایع به دلیل برخورد مستقیم مایع با پاکت ها و ریختن محتویات 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.
اکسید آهن اولین ماده جاذب اکسیژن در ساشه ها بود. ماده جاذب اکسیژن دیگر اسید آسکوربیک است که اغلب در واشرهای موجود در درب بطرهای حاوی آبجو و بطریهای حاوی آب میوه جهت جذب اکسیژن که از درب پلاستیکی این محصولات عبور میکند، استفاده میشود. بیشتر بطریهای پلی استری حاوی آبجو و یا آب میوه ها امروزه حاوی نایلون ام دی ایکس شش، کاتالیز شده با کبالت میباشند که کار جذب اکسیژن را برعهده دارند. برای مثال شرکت سیبا مواد جاذب اکسیژنی به بازار عرضه کرده است که آنها را می توان در بسته بندیهای چند لایه پلی اولفینی نیز استفاده نمود. این مواد جاذب اکسیژن، نسبت به رطوبت حساس بوده و در اثر رطوبت بالای موجود در مواد غذایی، نوشیدنیها و یا محصولات بهداشت فردی فعال شده و عمل میکنند[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 انگلیسی Emco که در زمینه فناوری بسته بندیهای فعال فعالیت دارد، نوعی از جاذب های اکسیژن را به بازار عرضه کرده که میتواند در مورد بسته های حاوی برشهای گوشت پخته شده استفاده شود. این جاذبها تا حدود 200-100 سانتی متر مکعب ظرفیت جذب اکسیژن دارند[15]. شرکت آمریکایی Cryovac نیز سیستم ها و لفافهای جاذب اکسیژنی را طراحی کرده است که با قرار گرفتن در معرض نور فرابنفش، فعال میشود. این سیستم در مورد محصولات گوشتی خشک شده یا دود داده شده و فرایند شده کاربرد دارد و می تواند مقدار اکسیژن درون بسته را در مدت 4 تا 10 روز از یک 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 پلی اتیلن با دانسیته پایین، 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. پلی اتیلن با دانسیته پایین (LDPE):
پلی اتیلن مقاومت خوبی نسبت به بخار آب و نفوذ پذیری زیادی نسبت به گازها دارد. این ماده بسته بندی جزء ارزان ترین مواد بسته بندی پلیمری است و به دلیل خصوصیات نسبتا مطلوب و هزینه پایین آن، کاربرد زیادی دارد. این پلیمر در ساخت فیلم، کیسه و نیز به شکل لایه پوشش در فویلها و سطح مقوا وکاغذ است. کاربرد پلیاتیلن سبک معمولا به شکل فیلمهای نازک انعطافپذیر است. معمولا لایه داخلی بسته بندی که با ماده غذایی در تماس است از این جنس است. چراکه کمترین واکنش شیمیایی و تاثیر نا مطلوب را بر روی ماده غذایی به جا میگذارد. LDPE از مقاومت کششی خوبی برخوردار است و به همین علت از قابلیت انقباض و انبساط آن معمولاً جهت مواد بسته‌بندی غذایی منجمد کمک گرفته می‌شود.
دو ویژگی مهم که کاربرد گستردهتر آن را در صنعت بستهبندی محصول غذایی موجب میشود عبارتند از:
1. خنثیبودن آن یعنی عدم واکنش با محصول.
2. دوختپذیری گرمایی آن.
به همین دلیل لازم است، بستهبندیهای چند لایه به عنوان لایه درونی و در تماس مستقیم با محصول از فیلم نازک پلیاتیلن سبک استفاده میشود. این فیلم 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

دسته بندی : پایان نامه ارشد

پاسخ دهید