تولید فیلم‌های بر پایه نشاسته/ژلاتین به روش اکستروژن و افزایش در-جای آبگریزی آنها

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی پلیمر، دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

چکیده

فیلم‌های زیست‌تخریب‌پذیر بر پایه نشاسته ذرت و ژلاتین گاوی با بکارگیری اکسترودر دوماردون همسوگرد و استفاده از آب و سوربیتول به عنوان دو نرم‌کننده تولید شد. به منظور بالا بردن آبگریزی از دو روش واکنشی بهره برده شد: یکی ایجاد پیوند شیمیایی با واکس پارافین با انیدرید مالئیک و دیگری استیله کردن با بهره‌گیری از انیدرید استیک. در هر دوی این روش‌ها اکسترودر به عنوان واکنش­گاه بکار رفت. سپس، فیلم‌های زیست‌تخریب‌پذیر از آمیخته‌های دوتایی نشاسته/ژلاتین و سه تایی نشاسته/ژلاتین/نشاسته پیوند خورده با پارافین و نیز نشاسته/ژلاتین/نشاسته پیوند خورده با انیدرید استیک با همان فرآیند اکستروژن ریخته‌گری شدند. فیلم‌ها از نظر خواص مکانیکی و سدگری در برابر رطوبت با استفاده از آزمون‌های کشش، زاویه تماس، جذب آب و تراوایی بخار آب ارزیابی و مقایسه شدند. نتایج نشان داد با وارد کردن نشاسته پیوند خورده با پارافین به آمیخته نشاسته/ژلاتین میزان آبگریزی بر اساس سه شاخص زاویه تماس با آب بیش از ° 28 افزایش، جذب آب 9 درصد کاهش و تراوایی بخار آب 2/4 درصد کاهش می‌یابد و در عین حال ویژگی‌های مکانیکی با آمیخته دوتایی نشاسته/ژلاتین قابل مقایسه است. از سوی دیگر در فیلم‌های تهیه شده از نشاسته/ژلاتین/انیدرید استیک در مقایسه با نشاسته/ژلاتین زاویه تماس ° 21 افزایش یافت و جذب آب 5/4 درصد کم شد، اما خواص مکانیکی افت کرد و تراوایی نسبت به بخار آب 5/3 درصد افزایش یافت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

[1] Babu R.P., O’Connor K., Seeram R., Current Progress on Bio-Based Polymers and Their Future Trends, Prog. Biomater., 2(1): 1-16 (2013).
[2] Taghizadeh M., Sabouri N., Biodegradation Behaviors and Water Adsorption of Poly(Vinyl Alcohol)/Starch/Carboxymethyl Cellulose/Clay Nanocomposites, Int. Nano Lett., 3(1): 51-58 (2013).
[3] Halley P.J., Dorgan J.R., Next-Generation Biopolymers: Advanced Functionality and Improved Sustainability, MRS Bull. 36(9): 687-691 (2011).
[4] Matta F., Maria S., Caon T., Ignacio J., Helena L., Mei I., Edible Films and Coatings Based on Starch/Gelatin: Film Properties and Effect of Coatings on Quality of Refrigerated Red Crimson Grapes, Postharvest Biol. Technol. 109: 57-64 (2015).
[5] Castellari M., Marcos B., Sa C., Kappen F., Schennink G., Arnau J., Development of Biodegradable Films with Antioxidant Properties Based on Polyesters Containing a-Tocopherol and Olive Leaf Extract for Food Packaging Applications, Food Packag. Shelf Life, 1(2): 140-150 (2014).
[6] Mortazavian A.M., Azizi M.H., Sohrabvandi S., Edible Films: Qualitative Parameters and Production Methods, JFST, 7(28): 107-117 (2010).
[7] Hanani Z., Beatty E., Roos Y., Kerry J., Manufacture of Gelatin-Based Films Using Extrusion: Assessment of Extrusion Parameters on Film Properties, 11th International Congress on Engineering and Food: 22-26 (2011).
[8] Park J.W., Scott Whiteside W., Cho S.Y., Mechanical and Water Vapor Barrier Properties of Extruded and Heat-Pressed Gelatin Films, LWT - Food Sci. Technol. 41(4): 692-700 (2008).
[9] Rzayev Z.M.O., Graft Copolymers of Maleic Anhydride and Its Isostructural Analogues: High Performance Engineering Materials, Int. Rev. Chem. Eng. Int. Rev.Chem. Eng. 3(3): 153-215 (2011).
[10] Pervaiz M., Oakley P., Sain M., Development of Novel Wax-enabled Thermoplastic  Starch Blends and Their Morphological, Thermal and Environmental Properties, Int. J. Compos. Mater. 4(5): 204-212 (2014).
[11] Al-Hassan A.A., Norziah M.H., Starch–Gelatin Edible Films: Water Vapor Permeability and Mechanical Properties as Affected by Plasticizers, Food Hydrocoll, 26(1): 108-117 (2012).
[12] Acosta S., Jiménez A., Cháfer M., González-Martínez C., Chiralt A. Physical Properties and Stability of Starch-Gelatin Based Films as Affected by the Addition of Esters of Fatty Acids, Food Hydrocoll. 49: 134-143 (2015).
[13] Silva N.M.C., Fakhouri F.M., Fialho R.L.L., Magalhães Cabral Albuquerque E.C. Starch–Recycled Gelatin Composite Films Produced by Extrusion: Physical and Mechanical Properties, J. Appl. Polym. Sci. 134(19): 46254-46262, (2018).
[14] Kumar, R., Ghoshal, G., Goyal M. Synthesis and Functional Properties of Gelatin/CA–Starch Composite Film: Excellent Food Packaging Material, J. Food Sci. Technol. 56: 1954-1965 (2019).
[15] Chi H., Xu K., Wu X., Chen Q., Xue D., Song C., Zhang W., Wang P. Effect of Acetylation on the Properties of Corn Starch, Food Chem., 106(3): 923-928 (2008).
[16] Diop C.I.K., Li H.L., Xie B.J., Shi J. Effects of Acetic Acid/Acetic Anhydride Ratios on the Properties of Corn Starch Acetates, Food Chem. 126(4): 1662-1669 (2011).
[17] Cheng Y., Zhai X., Wu Y., Li C., Zhang R., Sun C., Wang W., Hou H., Effects of Natural Wax Types on the Physicochemical Properties of Starch/Gelatin Edible Films Fabricated by Extrusion Blowing, Food Chemistry, 401: 134081 (2023).
[18] Liu X.X., Wang Y.F., Zhang N.Z., Shanks R.A., Liu H.S., Tong Z., Chen L., Yu L. Morphology and Phase Composition of Gelatin-Starch Blends, Chinese J. Polym. Sci. 32(1): 108-114 (2014).
[19] Zhang N., Liu X., Yu L., Shanks R., Petinaks E., Liu H., Phase Composition and Interface of Starch-Gelatin Blends Studied by Synchrotron FTIR Micro-Spectroscopy, Carbohydr. Polym. 95(2): 649-653 (2013).
[20] Thunwall M., Kuthanová V., Boldizar A., Rigdahl M. Film Blowing of Thermoplastic Starch, Carbohydr. Polym. 71(4): 583-590 (2008).
[21] Otey F.H., Westhoff R.P., Doane W.M. Starch-Based Blown Films., 2 Ind. Eng. Chem. Res. 26(8): 1659-1663 (1987).
[22] Halley P., Avérous L. "Starch Polymers: from Genetic Engineering to Green Applications", 1st Ed. Elsevier Ltd. (2014).
[23] Xie F., Halley P.J., Avérous L. Rheology to Understand and Optimize Processibility, Structures and Properties of Starch Polymeric Materials, Prog. Polym. Sci. 37(4): 595-623 (2012).
[24] Oakley P. Reducing the Water Absorption of Thermoplastic Starch Processed by Extrusion, Master thesis University of Toronto (2010).
[25] Kord B., Roohani M. Morphological, Mechanical and Barrier Properties of Polylactic Acid/Cellulose Nanocrystal/Nanoclay Composite Films, J. Wood For. Sci. Technol. 21(4): 41-60 (2015).
[26] Barzegar H., Aziz M.H., Barzegar M., Hamidi Z. Preparation and Evaluation of Active Starch-Clay Nanocomposite Film Containing Cinnamon Oil and Potassium Sorbate, JRIFST, 2(2): 167-178 (2013).
[27] Coronado Jorge M.F., Alexandre E.M.C., Caicedo Flaker C.H., Bittante A.M.Q.B. Sobral P.J.D.A. Biodegradable Films Based on Gelatin and Montmorillonite Produced by Spreading, Int. J. Polym. Sci. 2015: 1-8 (2015).
[28] ASTM, Standard Test Methods for Water Vapour Transmission of Materials, Designation: E96-10 Annual book of American standards testing methods standard. 1043-1054, (2010).
[29] Krishna M., Nindo C.I., Min S.C., Development of Fish Gelatin Edible Films Using Extrusion and Compression Molding, J. Food Eng. 108(2): 337-344 (2012).
[30] Ramírez-Arreola D.E., Robledo-Ortiz J.R., Arellano M., González-Núñez R., Rodrigue D. Rapid Starch Acetylation at Low Temperature Using Iodine as Catalyst, Macromol. Symp. 283-284(1): 174-180 (2009).
[31] Krump H., Alexy P., Luyt A.S. Preparation of a Maleated Fischer-Tropsch Paraffin Wax and FTIR Analysis of Grafted Maleic Anhydride, Polym. Test. 24(2): 129-134 (2005).
[32] Hosseini S.F., Rezaei M., Zandi M., Farahmandghavi F. Preparation and Characterization of Chitosan Nanoparticles-Loaded Fish Gelatin-Based Edible Films, J. Food Process Eng. 39(5): 1-9 (2015).
[33] Flaker C.H.C., Lourenço R.V., Bittante A.M.Q.B., Sobral P.J.A., Gelatin-Based Nanocomposite Films: A Study on Montmorillonite Dispersion Methods and Concentration, J. Food Eng. 167(Part A): 65-70 (2015).
[34] Zhang N., Liu H., Yu L., Liu X., Zhang L., Chen L., Shanks R. Developing Gelatin – Starch Blends for Use as Capsule Materials, Carbohydr. Polym. 92(1): 455-461 (2013).
[35] Vogler E.A., Structure and Reactivity of Water at Biomaterial Surfaces, Adv. Colloid Interface Sci. 74: 69-117, (1998).
[36] Zhuang C., Tao F., Cui Y. Anti-Degradation Gelatin Films Crosslinked by Active Ester Based on Cellulose, RSC Adv. 5(64): 52183-52193 (2015).
[37] Nur Hanani Z.A., O’Mahony J.A., Roos Y.H., Oliveira P.M., Kerry J.P. Extrusion of Gelatin-Based Composite Films: Effects of Processing Temperature and pH of Film Forming Solution on Mechanical and Barrier Properties of Manufactured Films, Food Packag. Shelf Life, 2(2): 91-101 (2014).
[38] Altamirano-Fortoul R., Hernandez-Muoz P., Hernando I., Rosell C.M. Mechanical, Microstructure and Permeability Properties of a Model Bread Crust: Effect of Different Food Additives, J. Food Eng. 163: 25-31 (2015).
[39] Chambi H.N.M., Grosso C.R.F. Mechanical and Water Vapor Permeability Properties of Biodegradables Films Based on Methylcellulose, Glucomannan, Pectin and Gelatin, Ciência e Tecnol. Aliment. 31(3): 739-746 (2011).
[40] Liu H., Xie F., Yu L., Chen L., Li L. Thermal Processing of Starch-Based Polymers, Prog. Polym. Sci. 34(12): 1348-1368 (2009).
[41] Chen C., Pang S., Cheng Y., Zhang T. Microstructure and Mechanical Properties of Oriented thermoplastic starches, J. Mater. Sci. 40: 111-116 (2016).
[42] Wang Y., Padua G.W., Tensile Properties of Extruded Zein Sheets and Extrusion Blown Films, Mocromolecular Mater. Eng. 288(11): 886-893 (2003).

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار