Polymeric composites for biodegradable and antimicrobial food packaging applications
Biyobozunur ve antimikrobiyel gıda ambalajı uygulamaları için polimerik kompozitler
- Tez No: 444970
- Danışmanlar: DOÇ. DR. SERAP CESUR, DOÇ. DR. NABANİTA SAHA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Ege Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 162
Özet
Polietilen (PE), alçak yoğunluk polietilen (LDPE) ya da Polipropilen (PP) gibi petrol bazlı atık polimer ambalajlar, birçoğunun biyobozunma özellikleri olmamaları nedeniyle dünya çapında önde gelen ciddi bir sorun haline gelmiştir. Dolayısıyla biyobozunur ambalajın günlük yaşamdaki kullanımı giderek önem kazanmaktadır. Bu yüzden, mevcut talebi karşılayabilecek ve gıda ambalajı gibi pratik kullanım uygulamalarına sahip olacak, iyi mekanik özelliklere sahip ve biyolojik olarak doğada bozunabilecek bazı yeni gıda ambalaj malzemelerinin üretimine gerek duyulmaktadır. Tomas Bata Üniversitesi, Çek Cumhuriyeti'nde ticari bazda Polivinil Prolidon, Sodyum Karboksi Metil Selüloz ve diğer bileşenler (Polietilen Glikol (PEG), Agar-agar, Gliserol ve saf su) ile hidrojel film üretilerek poliol içerikli, biyobozunur olan fakat mekanik özellikleri yetersiz hidrojel gıda ambalajı hazırlanması üzerine çalışmalar yapılmış ve PVP-CMC hidrojel olarak adlandırılmıştır. Bu yüksek lisans tez çalışmasında, doğal koşullarda biyobozunur olan biyopolimer bazlı hidrojel gıda ambalajının (PVP-CMC polimerik film) mekanik özelliklerinin geliştirilmesine odaklanılmıştır. Bu çalışmada mekanik özelliğin geliştirilmesi amacıyla PVP-CMC polimerik film, üç farklı katkı maddesi (Sepiolit (Sep), Polivinil Alkol Nanofiber (PVA) ve Bakteriyel Selüloz (BC)) ile modifiye edilerek yeni bir grup polimerik filmler elde edilmiştir. Her bir katkı maddesi için (150 mL polimer çözeltisi içerisinde) 0,05; 0,10; 0,15 ve 0,20 gram miktarlarda kompozite eklenmiştir. Biyopolimer bazlı filmler çözücü döküm yöntemiyle hazırlanarak sırasıyla“PVP-CMC-Sep”,“PVP-CMC-PVA”ve“PVP-CMC-BC”olarak adlandırılmıştır. Biyobazlı polimerik filmlerin yapısal özelikleri Fourier Dönüşümlü Infrared Spektroskopisi (FTIR) ve X-Ray Kırınım Yöntemi (XRD) ile karakterize edilmiş ve ayrıca film yüzeylerinin morfolojileri Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ile karakterize edilmiştir. FTIR, XRD ve SEM analizleri modifiye edilmiş PVP-CMC filmlerinin doğru biyokompozitler oluşturabildiğini göstermektedir. Filmlerin mekanik özellikleri, çekme testi ile belirlenerek değerlerin sırasıyla 47,79±13,85 MPa (PVP-CMC-BC-0.10)>33,75±7,19 MPa (PVP-CMC-Sep-0,15)>25,21±5,97 MPa (PVP-CMC-PVA-0,20)>20,53±2,37 MPa PVP-CMC olduğu belirlenmiştir. Bu yüzden, termal, geçirgenlik, biyobozunurluk ve antimikrobiyel testler en iyi mekanik özelliği gösteren PVP-CMC-Sep-0.15, PVP-CMC-PVA-0.20, PVP-CMC-BC-0.10 filmleri seçilerek yapılmıştır. Filmlerin termal, mekanik, geçirgenlik, biyobozunurluk ve antimikrobiyellik özellikleri sırasıyla Termal Gravimetrik Analiz (TGA), çekme testi, su buharı geçirgenliği testi, toprak altına gömülme testi ve disk difüzyon yöntemi ile belirlenmiştir. Antimikrobiyel testler ile, polimerik filmlerin çoğunlukla Escherichia coli ve Staphylococcus aureus bakterilerine karşı antimikrobiyel etkiye sahip olduğu gözlemlenmiştir. Ancak, polimerik filmler Aspergillus niger ve Candida albicans mantarlarına karşı etkisizdir. Katkısız ve modifiye edilmiş polimerik filmlerin 21 günlük biyobozunurluk testi periyodunda ağırlıklarının %50'den fazlasını kaybettiği, bahçe toprağında bulunan polimerik filmlerin toprak bakterileri tarafından tüketilerek bozunduğu anlaşılmıştır. Sonuç olarak PVP-CMC-BC-0.10 polimerik filmi (150 gram PVP-CMC polimer çözeltisine 0,10 gram Bakteriyel selüloz katkı maddesi olarak eklenerek hazırlanan film) diğer katkı maddesi kullanılan filmlerle karşılaştırıldığında en iyi çekme dayanımına sahip filmdir. Son olarak bu film 21 günlük biyobozunurluk testinin ilk 7 gününde kütlece %50'den fazla bir biyobozunurluk değeri göstermiştir. Bu nedenle, bu çalışmanın sonucu olarak bu film (PVP-CMC-BC) potansiyel bir gıda ambalajı materyali olarak önerilebilir.
Özet (Çeviri)
Disposal of petroleum based plastic packages like Polyethylene (PE), Low Density Polyethylene (LDPE) or Polypropylene (PP) leads to a serious environmental problem worldwide due to the fact that most of them are generally non-biodegradable. Therefore, biodegradable packaging is gaining importance for their daily use. Thus, attention is needed to be given for the preparation of some novel biodegradable packaging material which can meet the present demand and can be applied for practical use; such as food packaging. Researchers of Tomas Bata University in Zlin, Czech Republic already started to work on this aspect to achieve commercial grade polyol based hydrogel food packaging which is prepared with Polyvinylpyrrolidone (PVP), Sodium-CarboxyMethyl Cellulose and other ingredients (polyethylene glycol, Agar-agar, glycerol and water) to form hydrogel film designated as“PVP-CMC”hydrogel, which is biodegradable but showing very low levels of mechanical properties. Food packaging material point of view, each package should be biodegradable, but also exhibits quite good mechanical properties. Hence, in this Master Thesis, focus has been given to improve the mechanical properties of the existing biopolymer based hydrogel (i.e. PVP-CMC) food package which is already reported as biodegradable under natural conditions. In this Master Thesis, three different kinds of polymeric films were prepared by modifying PVP-CMC with three different additives like: Sepiolite (Sep), PVA Nanofiber (PVA) and Bacterial cellulose (BC). Each case, additive concentration was varied (i. e. 0.05, 0.10, 0.15 and 0.20 g additive was added in 150 mL polymer solution). The biopolymer based films were prepared by the solvent casting method and designated as“PVP-CMC-Sep”,“PVP-CMC-PVA”and“PVP-CMC-BC”respectively. Structural properties of the above mentioned films were characterized by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and X-ray diffraction method (XRD) as well as Scanning Electron Microscopy (SEM) which analysed the surface morphology of the films. FTIR, XRD and SEM analysis confirmed that the modified PVP-CMC films are true biocomposites. The mechanical properties of these four films, including PVP-CMC (without additive) were investigated by the tensile strength test which shows: 47.79±13.85 MPa (PVP-CMC-BC-0.10)>33.75±7.19 MPa (PVP-CMC-Sep-0.15)>25.21±5.97 MPa (PVP-CMC-PVA-0.20)>20.53±2.37 MPa PVP-CMC respectively. Thus, thermal, permeability, biodegradability and antimicrobial tests of the polymeric films were performed for the selected PVP-CMC-Sep-0.15, PVP-CMC-PVA-0.20, PVP-CMC-BC-0.10 films (as test samples) which showed a considerable range of mechanical property after modification of PVP-CMC hydrogel films by Thermal Gravimetric Analysis (TGA), Water Vapour Transmission (WVT) test, soil burial test and disc diffusion method, respectively. As a result of antimicrobial test by disc diffusion method, it is observed that films have mostly antimicrobial effect on both bacteria of Escherichia coli and Staphylococcus aureus. On the contrary, the films do not play antifungal role for neither fungus of Aspergillus niger nor Candida albicans. It was noticed that more than half of the weight was lost after first 7 days of biodegradability test period that is 21 days due to degradation of polymeric films by the soil bacteria present in the garden soil. It was observed that all films are biodegradable in nature. It can be concluded that as PVP-CMC-BC-0.10 showed the highest tensile strength and highest barrier property as compared to the other additive based biocomposites. Therefore, PVP-CMC-BC based composites hydrogel film can be recommended as a good polymeric biomaterial for food packaging.
Benzer Tezler
- Sürdürülebilir ambalaj uygulamaları için biyobozunur poli (butilen süksinat) (PBS) ve sodyum kazeinat (NaCAS) karışımlarının hazırlanması ve karakterizasyonu
The preparation and characterizations of biodegradable poly (butylene succinate)(PBS) and sodium caseinate (NaCAS) blends for packaging applications
MÜMİNE YILDIR
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Kimya MühendisliğiKocaeli ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞE AYTAÇ
- Elektroüretimle nanolif eldesine etki eden faktörlerin ve jelatin-pektin içeren nanoliflerin model gıdaların reolojik özelliklerine etkilerinin incelenmesi
Investigations on affecting parameters of electrospinning and rheological properties of model food systems containing electrospun gelatin-pectin nanofibers
ALPARSLAN KUMRU
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Gıda Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. FİLİZ ALTAY
- Biyobozunur polimer nanokompozitlerin ve ambalaj filmlerinin hazırlanması
Preparation of biodegradable polymer nanocomposites and packaging films
SHAKOFAH KOSHKI
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Kimya MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SENNUR DENİZ
- Development and characterization of polylactic acid based composite materials with antimicrobial properties
Antimikrobiyal özelliklere sahip polikaktik asit bazlı kompozit malzemelerin geliştirilmesi ve karakterizasyonu
MELİKE TUNÇALP
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Makine MühendisliğiEge ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. LÜTFİYE ALTAY
- Effect of molecular weight and D-lactic acid content of polylactide on its electrospinning behaviour
Polilaktik asidin moleküler ağırlığının ve D-laktik asit oranının elektroüretim davranışı üzerine etkisi
ECE GÜLER
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MOHAMMADREZA NOFAR