پلیمرهای غیر مهاجرتی (NMBP) در بستهبندی غذایی
پلیمرهای غیر مهاجرتی (NMBP) در بستهبندی غذایی – ایران ترجمه – Irantarjomeh
مقالات ترجمه شده آماده گروه شیمی
مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی
مقالات
قیمت
قیمت این مقاله: 68000 تومان (ایران ترجمه - Irantarjomeh)
توضیح
بخش زیادی از این مقاله بصورت رایگان ذیلا قابل مطالعه می باشد.
شماره | ۴۰ |
کد مقاله | CHEM40 |
مترجم | گروه مترجمین ایران ترجمه – irantarjomeh |
نام فارسی | پلیمرهای غیر مهاجرتی (NMBP) در بستهبندی غذایی |
نام انگلیسی | Non-migratory bioactive polymers (NMBP) in food packaging |
تعداد صفحه به فارسی | ۶۰ |
تعداد صفحه به انگلیسی | ۳۲ |
کلمات کلیدی به فارسی | پلیمرهای غیر مهاجرتی , بسته بندی مواد غذایی |
کلمات کلیدی به انگلیسی | Non-migratory polymers, food packaging |
مرجع به فارسی | دانشگاه کرنل, ایالات متحده |
مرجع به انگلیسی | Woodhead Publishing Limited and CRC Press LLC, Cornell University, USA |
کشور | ایالات متحده |
پلیمرهای غیر مهاجرتی (NMBP) در بسته بندی غذایی
۱-۵ مقدمه
پلیمرهای فعال زیستی غیر مهاجرتی (NMBP) گروهی از پلیمرها هستند که دارای فعالیت زیستی هستند بدون اینکه اجزای فعال از پلیمر به سوبسترا (واکنشگر) مهاجرت کنند. این مفهوم مدتهاست وجود دارد (باچلر و همکارانش ۱۹۷۰، برادی و بادنی ۱۹۹۵، کاتچالسکی ـ کاتزیر ۱۹۹۳، موزباچ ۱۹۸۰) و در حال حاضر، فقط در کاربرد بسته بندی مورد توجه قرار گرفته است (اپندینی و هاتچکیس ۱۹۹۷، سوارز ۱۹۹۸).
مواد فعال زیستی مبتنی بر مولکولهایی هستند که از سیستمهای زنده پاسخ دریافت میکنند. هدف، استفاده از مواد فعال زیستی است که پاسخ آنها از نقطهنظر بسته بندی یا محصول، به عنوان مثال بازدارندگی از رشد میکروبی یا اصلاحات مناسب، مطلوب است. آنزیمها مثال گروهی مواد فعال زیستی هستند، بعضی از پپتیدها، پروتئینها و سایر ترکیبات آلی نیز مواد فعال زیستیاند. تعریف، از لحاظ بسته بندی، مبتنی بر عملکرد است: روشی که ماده با سیستمهای زنده برهمکنش میکند. فرآیندهای فیزیکی خالص، به عنوان مثال جذب سطحی یا نفوذ، از این تعریف، استنتاج میشوند. پلیمرهای فعال زیستی میتوانند بوسیله اتصال مولکولهای فعال زیستی به پلیمرهای سنتزی تشکیل شوند همانند بیتحرک سازی آنزیم (اپندینی و هاتچیکس ۱۹۹۷، سوآرز ۱۹۹۸) یا ممکن است از اثر فعالیت زیستی ذاتی ساختار پلیمری حاصل شوند مثلا در کیتوزان (کالینز ـ تامپسون و چنگ ـ آن ۲۰۰۰، تاب و همکارانش ۲۰۰۲). آنها کاربردهای بالقوهای در بسته بندی غذا و سایر مواد زیستی، تجهیزات فرآوری غذا، دستگاههای زیست دارویی (سادهی و همکارانش ۲۰۰۱، سان و سان ۲۰۰۲) و نساجی (ادواردز و ویگو ۲۰۰۱، سان و سان ۲۰۰۲) دارند.
پلیمرهای غیر مهاجرتی (NMBP) در بستهبندی غذایی
۲-۵ مزایای NMBP
برای آنکه یک تکنولوژی جدید مورد توجه قرار گیرد باید این تکنولوژی بر تکنولوژیهای موجود مزایایی داشته باشد اما این مزایا، نوعا با محدودیتهای معینی از نظر کاربرد یا استفاده و غالبا با افزایش هزینه مواجهند. مزایا و محدودیتها با انواع مختلف NMBP به نحو متفاوتی عمل خواهد کرد.
مزایای NP میتواند به چهار ناحیه اصلی تقسیم شود: مزایای تکنیکی، مزایای نظم دهنده، جنبههای بازاریابی و جنبه تولید کننده غذا. توجه کنید که این فهرست، جامع نیست، کاربردهای ویژه، بعضی از این جنبهها یا تمام این جنبهها را به اضافه سایر جنبههای خاص آن کاربرد، در نظر خواهد گرفت.
۱-۲-۵ مزایای تکنیکی
مزایای NMBP شامل پایداری اصلاح شده مواد فعال زیستی و غلظت اثر فعال زیستی در یک ناحیه معین میباشد. پایداری اصلاح شده خصوصیتی از مواد فعال زیستی بیتحرک شده به صورت کووالانسی میباشد: مولکولهای زیستی مانند آنزیمها نوعا به شرایط محیطی بسیار حساس هستند. آنها در بعضی از حلالها، دماهای بالا و در بعضی مواد دماهای پایین، فشارهای بالا، تابش یونیزه کننده با برش بالا، مقادیر معین pH و در حضور غلظتهای بالای الکترولیتها به آسانی تغییر ماهیت میدهند (ریچاردسون و هیسلوپ ۱۹۸۵)/ نشان داده شده که اتصال این مولکولها به پایههای پلیمری، پایداری این مولکولها را شدیدا بالا میبرد.
پلیمرهای غیر مهاجرتی (NMBP) در بستهبندی غذایی
۲-۲-۵ مزیتهای نظام مند
بسته بندی غذایی با بخشهای مخصوص درباره مفاهیم سیستمهای بسته بندی فعال و هوشمند بوسیله دکرویژف و ریجک در فصل ۲۲ این متن ارائه میشود (دکرویژف و ریجک ۲۰۰۳). در تفسیر این تحقیق از نقطه نظر NMBP مهم است که تذکر دهیم که NMBP منحر به مهاجرت اجزای فعال به داخل غذا نمیشود.
۳-۲-۵ جنبههای بازاریابی
در سالهای اخیر، مصرف کنندگان در مورد ترکیب و سلامتی غذایشان آگاهتر و نگرانتر شدهاند. تقاضاهای فزآیندهای در مورد محصولات سالم اما با حداقل فرآوری و بدون نگهدارنده وجود داشته است (اپندینی و هاتچکیس ۲۰۰۲، کالینز ـ تامپسون و چنگ ـ آن ۲۰۰۰، و رمیران و همکارانش ۱۹۹۹). این امر در مقابل زمینه ظهور اخیر بیماریهای میکروبی همراه غذا قرار دارد (اپندینی و هاتچکیس ۲۰۰۲، مید و همکارانش ۱۹۹۹). NMPB ممکن است در این ناحیه نقش کلیدی ایفا کند. میکروب کشهای غیر مهاجرتی ترکیبی در مواد بسته بندی، آلودگی میکروبی را تا حد قابل توجهی کاهش میدهند در حالیکه محصولات غذایی بدون نگهدارنده با حداقل فرآوری را فراهم میکنند. به طریق مشابه، بسته بندی آنزیمی، بیتحرک شده (سوآرز ۱۹۹۸) فرصتهای فرآوری داخل بسته بندی را فراهم میکند که برای محصولات تازه به صورت دیگری امکانپذیر نیست و قابلیت پذیرش و عمر قفسهای غذاهای با حداقل فرآوری را افزایش میدهد.
۴-۲-۵ جنبه فرآوری کننده غذا
NMBP از نظر فرآوری کننده غذا چندین مزیت دارد. مزیت عمومی، رسیدن به یک محصول پایدارتر با عمر قفسهای طولانیتر است اما مزیت برتر این است که تکنولوژیها و کاربردهای NMBP مزایای خاصی را ارائه میدهند. به عنوان مثال، تولید شیر فاقد لاکتوز را در نظر بگیرید. گرچه مکانی در بازار برای این محصول وجود دارد، تقاضا برای این محصول بالا نیست. این محصول به علت هزینه بالای تولید و حجم فروش پایین آن با قیمت بالا فروخته میشود. فرآوری به دستگاه مهم با زمان کم برای تمیز کردن یا تسهیلات تولید اختصاص یافته نیاز دارد و ظرفیت بالای دستگاههای مدرن بدین معنی است که حداقل حجم تولید ممکن است از تقاضا بیشتر باشد و منجر به تولید ضایعات شود و به استفاده از تکنولوژی UHT گران قیمت برای افزایش عمر قفسهای نیاز میباشد.
۳-۵ محدودیتهای متداول
همانگونه که در بالا ذکر شد، یک تکنولوژی جدید برای آنکه موفقیتآمیز باشد باید در مقابل تکنولوژیهای رایج، مزایایی داشته باشد. مناسبترین محدودیتهای NMBP چنین هستند: یک مکان هندسی محدود دارای فعالیت، شرایط خاص در مکانیسم فعالیت عامل فعال، کاهش فعالیت، در دسترسپذیری تکنولوژی مناسب و افزایش هزینه بسته بندی
۱-۳-۵ مکان هندسی محدود دارای فعالیت
محدودیت مهم NMBP نیاز به اجزای واکنش برای انتقال به حد واسط بسته ـ محصول میباشد. این محدودیت، عملکرد را به نواحی در تماس کامل با مواد بسته بندی برای غذاهای جامد و مایع ویسکوز (دارای گرانروی بالا) محدود میکند. این محدودیت برای غذاهای دارای گرانروی پایین مشکل کمتری دارد زیرا به هم زدن در طی توزیع، محصول را مخلوط میکند و اجزای مورد نیاز را در تماس با بسته بندی قرار میدهد. گرانروی (ویسکوزیته) بالا در مایعات گرانرو (ویسکوز) باعث می شود که اختلاط کافی در طی توزیع انجام نشود و تمام اجزای هدف در تماس با مواد بسته بندی قرار نگیرند. علاوه بر این، گرانروی بالا اختلاط نشود و تمام اجزای هدف در تماس با مواد بسته بندی قرار نگیرند. علاوه بر این، گرانروی بالا اختلاط نفوذی را محدود خواهد کرد.
۲-۳-۵ مکانیسم های عمل
برای آنکه یک عامل فعال زیستی هنگامی که به صورت کووالانسی به ماده بسته بندی متصل میشود فعال باشد، صورتبندی جزء فعال در حالت بیتحرک (در مقایسه با فرم محلول آزاد)، محل پیوند کووالانسی به پلیمر، و مکانیسمی که بر اساس آن این عامل با محیط برهمکنش میکند تا عملکرد مطلوبی حاصل شود باید همگی در نظر گرفته شوند. اگر به عنوان مثال، یک جزء ضد میکروبی برای موثر شدن، مجبور به ورود به سلول باشد، بعید است که در حالت بسته شده(tethered) فعال باشد، در حالیکه یک عامل ضد میکروبی که در سطح میکروبی فعال است، ممکن است فعالیت خود را هنگامی که بسته شده(tethered) حفظ نماید.
پلیمرهای غیر مهاجرتی (NMBP) در بستهبندی غذایی
۳-۳-۵ کاهش فعالیت
یکی از نگرانیها در مورد ترکیبات فعال زیستی بیتحرک، توانایی از دست دادن فعالیت است. در بعضی موارد، فعالیت در مقایسه با ترکیب محلی کاهش مییابد (کاتچالسکی ـ کاتزیر ۱۹۹۳) و در بعضی موارد، فعالیت کاملا از دست میرود اما با شناخت روش جفت سازی مناسب، فعالیت، گرچه طبیعتا در سطح کمتری از ترکیب آزاد، میتواند حفظ شود. فعالیت یک ترکیب فعال زیستی محدود شده در مقایسه با فرم حل شده آزاد میتواند شدیدا تغییر کند.
۴-۳-۵ دسترس پذیری به تکنولوژی
دسترسپذیری تجاری به تکنولوژی لازم برای تولید NMBP میتواند کاربردها را محدود سازد. تکنولوژیها برای عاملدار کردن سطح فیلمهای پلیمری به آسانی در دسترس میباشند اما تکنولوژیهای جدید که عاملدار شدن کنترل شده سطح را فراهم میکنند هنوز در حال توسعه میباشند. این امر بویژه با توجه به کاربرد آنها در فرآیندهای مداوم با میزان محصول بالا به صورتی که در تولید مواد بسته بندی لازم است، صحیح میباشد. عاملدار شدن سطح در بخش ۵-۵ مفصلتر بحث میشود. علاوه بر عاملدار شدن بازی سطح، اصلاحات بیشتر سطوح فیلم نوعا به صورت تجاری انجام نمیشود.
پلیمرهای غیر مهاجرتی (NMBP) در بستهبندی غذایی
۵-۳-۵ هزینه
محدودیت نهایی NMBP احتمالا افزایش هزینه است. NMBP در فرآیندهای تولید/ تبدیل فیلم به مراحل بیشتر و مواد اضافی نیاز خواهد داشت که هزینه تولید را بالا میبرد. اصلاحات شدید نظیر اتصال پروتئینها به علت نیاز به مراحل فرآوری اضافی، مواد شیمیایی مورد استفاده در فرآوری و هزینه خود عامل، موجب افزایش قابل توجه هزینه خواهد شد. پپتیدها، پروتئینها و آنزیمهای مربوطه میتوانند بسیار گران قیمت باشند اما افزایش تقاضا بدون شک به کاهش هزینه این اجزا در طولانی مدت منجر خواهد شد. علاوه بر این، نیاز به بهبود تحقیق و هزینههای توسعه و نیازهای تجهیزاتی جدید، هزینه فیلم ها را افزایش خواهد داد.
۴-۵ پلیمرهای سنتزی فعال زیستی ذاتی: انواع و کاربرد ها
همانگونه که قبلا ذکر شد، دو نوع اصلی NMBP وجود داردـ پلیمرهای فعال زیستی ذاتی و پلیمرهای دارای عوامل فعال زیستی بیتحرک شده به صورت کووالانسی. در پلیمرهای فعال زیستی ذاتی، خود پلیمر ساختاری غیر فعال است. به عنوان مثال، نشان داده شده که پلیمرهایی که شامل آمینهای آزاد هستند، ضد میکروبی میباشند (شیرر و همکارانش ۲۰۰۰) پلیمرهای ساختاری که در این تعریف وجود دارند، پلیمرهای ساختاری با چارچوبهای اصلاح شده میباشند. این پلیمرها از پلیمرهای دارای ترکیبات غیر فعال بیتحرک شده از این نظر تفاوت دارند که هیچ ترکیب غیر فعال قبلا سنتز شدهای به زنجیر پلیمر متصل نمیشود.
۱-۴-۵ کیتوزان
کیتوزان، NMBP فعال زیستی ذاتی است که احتمالا در گذشته بیش از بقیه مورد مطالعه قرار گرفته است (کوما و همکارانش ۲۰۰۲، اوه و همکارانش ۲۰۰۱، تناب و همکارانش ۲۰۰۲). این ماده دارای طیف گستردهای از فعالیت ضد میکروبی در محیطهای ساده است و به عنوان یک پوشش ضد قارچی برای افزایش عمر قفسهای (عمر مفید) میوههای تازه به طور تجاری در دسترس میباشد (اپندینی و هاتچکیس ۲۰۰۲، پادگت و همکارانش ۱۹۹۸). کیتوزان فرم استیلاتزدایی شده کیتین (پلی ـ b ـ (۴®۱) ـ N ـ استیل ـ D ـ کلوکوزامین) که یک پلیمر زیستی طبیعی عمومی استخراج شده از پوست خرچنگها (سخت پوستان) است، میباشد.
۲-۴-۵ نایلون تحت تابش UV قرار گرفته
توسعه اخیر، اصلاح سطح پلیمرهاست که به فعالیت ضد میکروبی منجر میشود مانند عملکرد نایلون با یک لیزر تحریک کننده در فرکانسهای UV (nm193) (اوزدمیر و سادیکوگلو ۱۹۹۸، شیرر و همکارانش ۲۰۰۰). این پدیده به عنوان اصلاح فیزیکی توصیف میشود (اپندینی و هاتچکیس ۲۰۰۲) اما تغییر واقعی که منجر به ایجاد فعالیت ضد میکروبی میشود یک تغییر شیمیایی است: آمیدهای روی سطح نایلون با آمینها تبدیل میشوند و آمینها به صورت پیوند یافته با زنجیرهای پلیمری باقی میمانند. این پدیده با اسپکتروسکوپی نشر نوری پرتو (XPS) X مشاهده گردید. نایلون ـ ۶،۶ ضد میکروبی با تابش لیزر تحریک کننده UV و nm193 با مجاورت کلی ۱-۳J/cm2 تهیه میشود. این وضعیت به تبدیل تقریبا ۱۰% آمیدهای سطحی و حک نشدن سطح فیلم منجر میشود (شکل ۵-۴).
پلیمرهای غیر مهاجرتی (NMBP) در بستهبندی غذایی
۳-۴-۵ پلیمرهای دیگر
علاوه بر پلیمرهای ذکر شده در بالا، تعدادی از پلیمرهای دیگر برای داشتن فعالیت زیستی بالقوه مورد بررسی قرار گرفتهاند. توسعه جالب اخیر، امکان طراحی پلیمرهای ضد میکروبی با تقلید زیستی میباشد. تیتو و همکارانش (۲۰۰۲) مجموعهای از پلیمرهای آکریلیک آمفیفیلیک را طراحی کردهاند که دارای ساختارهایی بسیار مشابه با گروه ماگاینین پپتیدهای ضد میکروبی آمفیفیلیک میباشند. این پپتیدها میکروبها را از طریق پاره کردن غشاهای سلولی میکشند و در برابر محدوده گستردهای از میکرو ارگانیسمها فعال هستند.
۵-۵ پلیمرهای دارای ترکیبات فعال زیستی بیتحرک شده
نوع اصلی دوم NMBP یک چارچوب پلیمری است که یک عامل فعال به صورت کووالانسی به آن متصل شده است. عامل فعال ممکن است یک پپتید، پروتئین یا آنزیم باشد. عامل فعال میتواند بر روی سطح سنتز شود یا میتواند سنتز شود یا بطور جداگانه استخراج شود و سپس به صورت کووالانسی به پلیمر متصل شود. در گذشته تحقیقات بیشتری در این حوزه نسبت به حوزه پلیمرهای فعال زیستی ذاتی انجام گرفته است و چند مثال به صورت تجاری در آمده است.
۱-۵-۵ توسعه NMBP بوسیله بی تحرک سازی
بعضی از ملاحظات کلیدی در توسعه NMBP بوسیله بیتحرک سازی ترکیبات فعال زیستی، شامل ماهیت چارچوب پلیمر و این امر که بیتحرک سازی به پلیمر تودهای نیاز دارد یا فقط به سطح پلیمر، میباشند. ماهیت چارچوب پلیمر در طراحی نمودارهای اتصال، نکته مهمی است. اگر پلیمر اساسا خنثی باشد مانند PE، گروههای عاملی واکنشپذیر باید بر روی چارچوب پلیمر ایجاد شوند تا مکانهایی برای اتصال فراهم شوند. این مرحله عاملدار شدن پلیمر نامیده میشود ـ
عاملدار کردن پلیمر
در پلیمرهای خنثی نظیر PE، چارچوب پلیمر قبل از اتصال به عامل فعال زیستی مورد نظر یا قبل از تولید آن به عاملدار کردن نیاز دارد. مراجع فرآوری پلیمر شامل چند مثال از این نوع میباشد. بعضی از سادهترین روشها برای کار آزمایشگاهی شامل فرآیندهای شیمیاییتر پلیمرها برای اکسید کردن سطح میباشند مانند اسید کرومیک غلیظ در سولفوریک اسید، پتاسیم پرمنگنات در سولفوریک اسید غلیظ (اریکسون و همکارانش ۱۹۸۴، لارسون و همکارانش ۱۹۷۹) و پتاسیم هیپوکلریت در سولفوریک اسید غلیظ (اریکسون و همکاران ۱۹۸۴). گرچه این روشها نسبتا ساده هستند و به تجهیزات خیلی پیچیده نیاز ندارند، ماهیت خطرناک واکنشگرها آنها را برای کاربردهای تجاری نامطلوب میسازند.
جدا کننده های پلیمری
یکی از مشکلات در اتصال عوامل فعال زیستی به سیستمهای پلیمری، نیاز به نگهداری صورتبندی و ساخت ترکیب متصل شده میباشد. فعالیت اغلب ترکیبات فعال زیستی (زیست فعال) به ساختار آنها بسیار وابسته است و در صورتی که این ساختار از هم گسسته شود، فعالیت آنها به طور عادی از دست میرود. ماهیت آبگریز بعضی از پلیمرهای عمومی، ساختار ترکیب فعال زیستی آبگریز را در صورتی که مستقیما به آنها جفت شود، از هم میگسلد.
پلیمرهای غیر مهاجرتی (NMBP) در بستهبندی غذایی
فرآیند های شیمیایی جفت شدگی
چند فرآیند شیمیایی جفت شدگی برای اتصال کووالانسی ترکیبات فعال زیستی به پلیمرها وجود دارد و چند نوع پیوند مختلف میتواند تشکیل شود. پیوندهای آمیدی بین یک گروه آمینو (یا بر روی عامل فعال زیستی یا بر روی پلیمر) و یک گروه کربوکسیلیک اسید تشکیل میشوند. دیگر پیوندهای عمومی استرها تیواسترها هستند که به ترتیب به وسیله برهمکنشهای میان کربوکسیلیک اسیدها و الکلها یا تیولها تشکیل میشوند. تمام این گروهها اجزاء مشترک پپتیدها، پروتئینها و آنزیمها هستند.
۶-۵ کاربرد پلیمرهای دارای ترکیبات فعال زیستی بیتحرک شده
گرچه تعدادی از کاربردهای ترکیبات فعال زیستی بیتحرک شده در بسته بندی غذایی وجود دارد، فقط تعداد کمی از آنها در گذشته کشف شدهاند. این کاربردها را میتوان به سه کاربرد اصلی تقسیم نمود: فرآوری در بسته بندی/ عمر قفسهای و بسته بندی هوشمند.
۱-۶-۵ فرآوری داخل بسته بندی
فرآوری داخل بسته بندی جدیدترین شکل بسته بندی NMBP است و شامل بیتحرک سازی یک آنزیم بر روی سطح ماده بسته بندی برای اجرا در بسته بندی میباشد و در غیر اینصورت مرحله فرآوری قبل از بسته بندی میباشد. مثال آن هیدرولیزنارینگین، یکی از ترکیبات تلخ مزه در آبلیمو، با نارینگیناز بیتحرک شده (مخلوطی از a – رامنوسیدازو b-گلوکوسیداز) میباشد (سوآرزوهاتچیک ۱۹۹۸، سوآرز ۱۹۹۸).
۲-۶-۵ بسته بندی ضد میکروبی/ افزایش عمر قفسهای
افزایش عمر قفسهای و جلوگیری از بیماری همراه غذا دو هدف بسته بندی ضد میکروبی میباشند. با در نظر گرفتن هدف اخیر، نگهداری مقادیر میکروبهای بیماری (عوامل بیماریزا) در غذا به زیر مقادیری که ایجاد بیماری میکنند، بوسیله تولید سم یا عیوب همراه غذا، بسیار مهم است. بنابراین، جلوگیری از رشد عوامل بیماریزا و غیر فعال کردن هر یک از آنها که در غذا وجود دارند، مهم است.
پلیمرهای غیر مهاجرتی (NMBP) در بستهبندی غذایی