پلی کاپرولاکتون اصلاح شده در بسته بندی مواد غذایی

استفاده از پلی کاپرولاکتون اصلاح شده در بسته بندی مواد غذایی

تولید پلاستیک در سراسر جهان پیوسته روبه افزایش است و ازطرفی، پلاستیک چندین سال در طبیعت باقی می ماند. این وضعیت به یک فاجعه زیست محیطی بزرگ تبدیل می شود که انسان و موجودات زنده را درگیر خواهد کرد. با این حال، به فیلم های بسته بندی نیاز است که نه تنها بدون هیچ نگرانی با مواد غذایی درتماس باشتند بلکه با خواص عملکردی که دارند ماندگاری مواد غذایی را افزایش دهند. پلی کاپرولاکتون (PCL) یک پلیمر زیست تخریب پذیر است که با فرایندهای مصنوعی تولید می شود. پلی کاپرولاکتون در سال های اخیر کاربرد بسیاری در بسته بندی مواد غذایی داشته است. استفاده از PCL و کوپلیمرهای آن در فیلم های بسته بندی باتوجه به انعطاف پذیری و زیست سازگاری درحال گسترش است. یکی از معایب این پلیمر مقاومت مکانیکی و حرارتی کم است که با افزودن پرکننده ها، اختلاط با دیگر پلیمرها یا استفاده چند لایه برطرف می شود. هدف از این پژوهش بررسی مطالعات اخیر درمورد استفاده از پلیمر اصلاح شده PCL با روش های مختلف در بسته بندی مواد غذایی است. مطالعات بسیاری به بررسی روش های مختلف ساخت کامپوزیت PCL پرداخته اند. از نانورس برای بهبود خواص مکانیکی و مانع گازی؛ نانو فلزات و مواد گیاهی برای بهبود خواص ضد میکروبی؛ افزودنی‌های نوآورانه مانند جاذب های اکسیژن، عوامل فتوسنتز کننده، پپتیدهای ضد میکروبی نیز در اصلاح PCL استفاده می شود. در اینجا تغییر سفتی و خواص مانع گاز در PCL مشاهده شد و اینکه این تغییرات خواص ضد میکروبی و آنتی اکسیدانی پلیمر را تقویت می کنند.

امروزه استفاده از پلاستیک در هر بخش از زندگی به شدت موجب آلودگی پلاستیکی می شود. ازبین صنایع، صنعت بسته بندی که 40 درصد از پلاستیک تولید شده را مصرف می کند، بیشترین سهم را در تولید زباله پلاستیکی به ویژه پلاستیک یک بار مصرف دارد. پلیمرهایی مانند پلی اتیلن (PE)، پلی وینیل کلراید (PVC)، پلی اتیلن ترفتالات (PET)، پلی پروپیلن (PP)، پلی استایرن (PS) و پلی آمید (PA) به دلیل خواص مکانیکی، نفوذپذیری گاز، پایداری حرارتی و هزینه کم به وفور تولید می شوند. این پلیمرها به دلیل زیست تخریب ناپذیر بودن و دشواری در بازیافت شان موجب بروز مشکلات زیست محیطی می شوند. با این حال، این اتفاق محققان را بر آن داشت تا برای غلبه بر این معایب مواد جایگزین را به دست آورند. برهمین اساس، به سمت توسعه پلی استرهای آلیفاتیک رفتند که می تواند در تاسیسات پسماند تجزیه پذیر بوده و مقرون به صرفه نیز باشد. بیوپلیمرها باتوجه به منبع مواد اولیه و فرایندهای تولید به چند دسته طبقه بندی می شوند: کربوهیدرات های گیاهی شامل نشاسته، سلولز، کیتوزان، آگار وغیره؛ پروتئین های حیوانی یا گیاهی شامل پروتئین سویا، زین ذرت، گلوتن گندم، ژلاتین، کلاژن، پروتئین آب پنیر، کازئین وغیره؛ پلیمرهای زیست تخریب پذیر مصنوعی شامل پلی لاکتیک اسید (PLA)، پلی گلیکولیک اسید (PGA)، پلی کاپرولاکتون آلفا (PCL)، پلی بوتیلن سوکسینات (PBS)، پلی وینیل الکل (PVA) وغیره؛ بیوپلیمرهای تولید شده توسط تخمیر میکروبی شامل پلی هیدروکسی آلکانوات ها (PHA) مانند پلی هیدروکسی بوتیرات بتا (PHB) و پلی 3 هیدروکسی بوتیرات کو3 هیدروکسی والرا (PHBV) هستند. PCL که یک پلیمر زیست تخریب پذیر مصنوعی است، یک پلی استر آلیفاتیک حاوی گروه های استر قابل هیدرولیز است که زیست تخریب پذیری آن را افزایش می دهند. این گروه های استر به طور طبیعی با آنزیم های میکروبی حساس به کاتالیزوری باعث تخریب هیدرولیتیک از زنجیره های پلیمری می شوند، سازگار هستند. در جدول زیر خواص پلی کاپرولاکتون اصلاح شده (PCL) ارائه شده است.

جدول 1:

PCL به عنوان یک بیوپلیمر زیست تخریب پذیر مصنوعی در طبیعت وجود ندارد. ازطرفی، پتانسیل تجاری PCL نیز شناسایی شده است. PCL یکی از اولین پلیمرهای سنتز شده توسط گروه کاروتر در اوایل دهه 1930 است. برخلاف پلاستیک های سنتی مانند پلی پروپیلن (PP) و پلی اتیلن (PE) که تجزیه کامل آنها صدها یا حتی هزاران سال طول می کشد، تجزیه زیستی PCL فقط در چند سال انجام می شود. از PCL و کوپلیمرهای آن باتوجه به زیست سازگاری عالی، انعطاف پذیری و خواص ترموپلاستی در اهداف زیست پزشکی و بیومتریال کاربرد دارند که منجر به بسیاری برنامه های کاربردی موفق تجاری می شود. همچنین از PCL  به طور گسترده در مهندسی بافت پزشکی، سیستم های دارورسانی و رهش کنترل شده، صنعت بسته بندی مواد غذایی، مطالعات آنتی باکتریال، تولید پوشاک محافظ و حسگرهای زیستی کاربرد دارد. باوجود هزینه بالا، PCL به شدت در تحقیقات بسته بندی مواد غذایی استفاده می شود. مهمترین معایب شناخته شده PCL تجزیه در دمای ذوب پایین و قدرت مکانیکی پایین است. راحت ترین و موثرترین روش برای بهبود خواص مکانیکی و افزایش پتانسیل PCL در بسته بندی مواد غذایی افزودن پرکننده به ترکیب آن است. درحالی که بسیاری از پلیمرهای زیست تخریب پذیر به کار رفته در بسته بندی مواد غذایی در لابراتوارها مورد مطالعه قرار گرفته اند اما تعداد اندکی از آنها قابلیت تجاری سازی دارند. PCL و PLA از جمله پلیمرهای محدودی هستند که کاربرد گسترده دارند. اگرچه PCL به عنوان یک افزودنی در تسهیل فرایند پذیری دیگر پلیمرها کاربرد دارد اما همچنین می تواند به تنهایی به عنوان یک جایگزین برای پلی اولفین ها استفاده شود.

سخن پایانی و جمع بندی

این مطالعه به بررسی کاربردهای اخیر پلیمر اصلاح شده پلی کاپرولاکتون (PCL) در بسته بندی مواد غذایی پرداخته است. امروزه برخی مطالعات به طور کلی بر تقویت خواص مکانیکی، مانع گاز و خواص حرارتی PCL همچون جنبه نامطلوب PCL و عملکرد پلیمر با مواد شیمیایی مختلف متمرکز هستند. این مطالعات به ما نشان می دهند که PCL جایگزین مناسبی برای مواد بسته بندی است که با تکیه بر ماهیت زیست تخریب پذیری خود به محیط زیست آسیب نمی رساند و نیازهای صنعت را نیز برآورده می‌کند. اگرچه اصلاح PCL فقط با افزودن اجزای زیست فعال امکان پذیر است اما در دیگر مطالعات به روش های اصلاح زیادی اشاره شده است. به همین دلیل، می توان خواص ساختاری و ضد میکروبی PCL را باهم تقویت کرد. این رویکرد جامع نشان دهنده استفاده کامل از پلیمر است. تکنیک های توسعه یافته تولید فیلم در سال های اخیر از تولید فیلم های بسته بندی به حسگرهایی تبدیل شده است که برای اهداف مختلف استفاده می شوند. رویکرد بسته بندی-حسگر افق های جدیدی را پیش روی صنعت باز می کند؛ به ویژه در حفظ کیفیت غذا و کاهش اثرات میکروبی ناشی از فاسد شدن مواد غذایی. از آنجایی که مواد شیمیایی به کار رفته در اصلاح PCL نباید سلامتی جانداران را تهدید کنند، بهتر است این مواد شیمیایی از منابع گیاهی تولید شوند. چون که گیاهان ازلحاظ خواص ضد میکروبی و آنتی اکسیدانی بسیار غنی هستند، برای تولید فیلم ها مورد مطالعه قرار گرفتند. علاوه براین، بسیاری از موادی که برای سلامتی انسان مضر نیستند مانند نانورس ها، آنزیم ها، پپتیدها، اسیدها، نانوفلزات و گرافن در اصلاح PCL استفاده می شوند. با افزایش تقاضای پلیمرهای زیست تخریب پذیر و کاربردی مانند PCL، در آینده با کاهش منابع طبیعی مواجه خواهیم بود. با این حال، به مطالعات بیشتری روی خواص PCL نیاز است.