کاربرد پلیمر در بسته بندی؛ پلیمرهای زیست تخریب پذیر

به جرأت می توان گفت یکی از بزرگترین صنایعی که از مواد پلیمری استفاده می‌کند و مورد تحول بسیاری قرار گرفته است، صنعت بسته بندی است. به طور کلی بسته‌بندی به معنی محافظی است که سلامت کالای بسته‌بندی شده را در فاصله زمانی پس از تولید و در مراحل حمل و نقل، انبارداری و توزیع تا مصرف نهایی حفظ کرده و کالا را از صدمات احتمالی در اثر عوامل زیستی، فیزیکی یا شیمیایی مصنون نگه می‌دارد. در میان صنایع مختلف، صنعت غذایی بیشترین مصرف را از صنعت بسته بندی دارد.

در صنعت غذایی هدف اصلی از بسته بندی، جداسازی مواد غذایی از محیط خارجی و حفاظت غذا در برابر فساد ناشی از فعالیت ریزاندامگان، رطوبت، گازها، گرد و غبار، بوها و همچنین نیروهای مکانیکی است. امروزه با توجه به معایبی که در انواع مختلف بسته بندی‌های مواد غذایی از جنس مواد پلاستیکی تخریب ناپذیر، شیشه، فلزات و کاغذ دیده می‌شود، گرایش به سمت یافتن استفاده از زیست پلیمرهای تخریب پذیر در انواع بسته بندی ها بیشتر شده است. از این رو پژوهش‌های جدید به یافتن جایگزین‌های مناسب برای بسته‌بندی‌های متداول معطوف شده است.

از آنجایی که بکارگیری مواد پلیمری در صنعت بسته بندی مواد غذایی بیشترین کاربرد را پیدا کرده است، در ادامه این مقاله کاربرد مواد پلیمری را در صنعت غذایی بررسی می‌کنیم. همچنین برای آشنایی با کاربردهای مواد پلیمری در بسته بندی محصولات کشاورزی نیز می‌توانید به بخشی از مقاله کاربرد مواد پلیمری در کشاورزی مراجعه کنید. در ادامه این مقاله ضمن مقدمه ای بر معرفی انواع روش‌های بسته بندی، ویژگی های مواد زیست تخریب پذیر مورد استفاده در صنعت بسته‌بندی محصولات غذایی را معرفی می‌کنیم.

مقدمه

موادی که به طور معمول در بسته بندی مواد غذایی از دیرباز استفاده شده‌اند، شامل شیشه، فلزات، کاغذ و پلاستیک سخت و انعطاف پذیر است. بر اساس مواد بکار رفته در صنعت بسته بندی در سراسر جهان، 36% مواد کاغذی، 17% فلز، 34% پلاستیک، 10% شیشه و 3% سایر مواد استفاده می‌شوند که هر کدام مزایا معایب خاص خودشان را دارند.

به عنوان مثال شیشه در کنار برخورداری از مزایای خنثی بودن از نظر شیمیایی، نفوذ ناپذیری، بی بو بودن، بهداشتی بودن و شفافیت دارای معایبی مانند وزن زیاد، حساس بودن به شوک های گرمایی و عوامل خارجی، زیاد بودن هزینه و… است.

فلزات دارای مزایایی مانند مقاومت زیاد در برابر ضربه‌های خارجی، دمای زیاد، نفوذ رطوبت، نور و اکسیژن هستند. اما، پدیده خوردگی در فلزات در مقایسه با دیگر مواد بسته بندی، سریع‌تر رخ می‌‌دهد و این خوردگی به وجود آمده می‌تواند موجب تغییر رنگ و کاهش ویتامین‌های مواد غذایی شود.

کاغذ افزون بر برخورداری از انعطاف‌پذیری، شکل‌پذیری و چاپ‌پذیری، بازیافت‌پذیری وتجزیه سریع در محیط، سد مطلوبی در برابر نور است. اما، در برابر نفوذپذیری رطوبت مقاومت مناسبی ندارد.

در این بین بکارگیری پلاستیک‌های سنتزی سهم زیادی از صنعت بسته بندی را با توجه به مزایایی همچون قیمت به‌نسبت کم، قابلیت شکل‌پذیری زیاد و….گرفته اند. با وجود اینکه پلاستیک‌های سنتزی بیشترین کاربرد را در صنعت بسته‌بندی مواد غذایی دارند، اما افزایش تولید و حجم مصرف پلاستیک‌ها در زندگی روزمره بشر، به تجمع حجم عظیمی از ضایعات پلاستیکی تجزیه‌ناپذیر منجر شده که منجر به مشکلات فراوان زیست محیطی شده است. از بین بردن این ضایعات پلاستیکی تجزیه ناپذیر بسیار پراهمیت است ولی هزینه های این کار بسیار زیاد بوده و مشکلات زیادی دارد. از این رو، در سال‌های اخیر توجه پژوهشگران به یافتن جایگزین‌های مناسب برای این نوع مواد بسته‌بندی معطوف شده است. برای این منظور، مواد زیست تخریب پذیر با قابلیت زیست تخریب پذیری زیاد و سازگاری با محیط زیست گزینه مناسبی به حساب می‌آیند.

انواع پلیمر های زیست تخریب پذیر

زیست پلیمرهای تخریب پذیر بر اساس منشا و فرایند تولید در سه دسته قرار می گیرند.

1. زیست پلیمرهای طبیعی یا پلیمرهایی که به طور مستقیم از استخراج زیست توده ها به دست می آیند که کربوهیدرات های گیاهی (نشاسته، سلولوز، کیتوسان، آلژینات، آگار و کاراگینان) و پروتئین‌های گیاهی و حیوانی (پروتئین سویا، زئین ذرت، گلوتن گندم، ژلاتین، کلاژن، کازئین و پروتئین آب پنیر) از آن جمله هستند.
2. پلیمرهای زیست تخریب پذیر سنتزی که با به کاربردن فرایندهای شیمیایی از مونومرهای زیست تجدید پذیر تولید می شوند. از این گروه می توان به پلی وینیل الکل (PVA)، پلی گلیکولیک اسید (PGA)، پلی کاپرولاکتون (PCL)، پلی لاکتیک اسید (PLA) و پلی بوتیلن سوکسینات (PBS) اشاره کرد.
3. زیست پلیمرهای تولید شده از تخمیر میکروبی، پلیمرهایی هستند که به وسیله ریزاندامگان و باکتری های اصلاح شده ژنتیکی به دست می آیند. موادی مانند پلی هیدروکسی آلکانوات (PHAs)، پلی هیدروکسی بوتیرات (PHB)، سلولوزهای باکتریایی و پلی ساکاریدهای میکروبی مانند زانتان، پلولان در این دسته قرار می گیرند.

ویژگی های مواد زیست تخریب پذیر در صنعت بسته بندی

به طور کلی، تغییرات فیزیکی، شیمیایی و فساد میکروبی باعث زوال ویژگی های مواد غذایی می‌شود. در نتیجه، بسته بندی‌های بر پایه مواد زیستی باید مانند بسته بندی های رایج، موجب کاهش تغییرات زوال دهنده در مواد غذایی شوند.

روش های مختلفی وجود دارد که بتوان از مواد غذایی در برابر زوال بر اثر عوامل شیمیای، فیزیکی و… محافظت کرد. از جمله تغییرات شیمیایی که مواد غذایی در هنگام زوال با آن روبرو می‌شوند می توان به واکنش های قهوه ای شدن و… اشاره کرد و از جمله تغییرات فیزیکی که به زوال مواد غذایی منجر می شوند، شامل نرم شدگی، سفت شدن و… است که با بکارگیری مواد زیست تخریب پذیر به همراه روشهایی می توان به پایداری غذا دست یافت. به عنوان مثال چند نمونه از پلیمرهای زیست تخریب پذیر که به عنوان ماده بسته بندی بکار می‌روند به همراه مزایا و معایب آنها در جدول زیر آمده است. همچنین برای مطالعه در مورد پرکاربردترین مواد پلیمری که در ساخت انواع نایلون به منظور بسته بندی های تخریب ناپذیر به کار می روند، می توانید به مقاله کاربرد مواد پلیمری در ساخت نایلون مراجعه کنید تا ضمن آشنایی با انواع نایلون در مصارف مختلف بسته بندی و… با پرکاربردترین گریدهای آنها آشنا شوید.

نتیجه گیری

امروزه با توجه به معایبی که در انواع مختلف بسته بندی های مواد غذایی از جنس مواد پلاستیکی تخریب ناپذیر، شیشه، فلزات و کاغذ دیده می شود، گرایش به سمت یافتن استفاده از زیست پلیمرهای تخریب پذیر در صنعت بسته بندی در انواع بسته بندی ها بیشتر شده است. از این رو پژوهش‌های جدید به یافتن جایگزین‌های مناسب برای بسته‌بندی‌های متداول معطوف شده است. زیست پلیمرها با خاصیت زیست تخریب پذیر و سازگار با محیط زیست با وجود معایبی مانند شکنندگی، سفتی، ناپایداری گرمایی و نفوذپذیری زیاد نسبت به گازها و بخار آب، اما با توجه به مزایای چشمگیرشان، به عنوان راه حل مناسبی برای بسته بندی ها پیشنهاد می‌شوند و روز به روز مقالات بیشتری با هدف بهبود بیشتر کارایی زیست پلیمرهای تخریب پذیر از نظر فیزیکی-شیمیایی چاپ می شود. در این مقاله ضمن معرفی مواد زیست تخریب پذیر، به انواع آنها اشاره کردیم و ویژگی های آن را در بسته بندی بررسی کردیم. ضمنا اگر علاقه‌مند به کاربردهای مواد پلیمری در صنایع دیگر هستید می‌توانید به مقاله کاربرد پلیمرها مراجعه کنید.