کاربرد پلیمرها در صنایع غذایی و بسته بندی

پوشش های خوراکی لایه های نازکی از مواد هستند که سدی در مقابل انتقال رطوبت - اکسیژن و مواد حل شده در غذا ایجاد می کنند و می توانند توسط مصرف کننده خورده شوند.
کاهش عمده در کیفیت و کمیت میوه جات تازه بین برداشت و مصرف رخ می دهد. با فهم بهتر فرایند تنفس میوه جات تازه چندین تکنیک برای افزایش قابلیت ماندگاری وجود دارد. انبار اتمسفر کنترل شده برای نگهداری میوه جات به وسیله کاهش تغییرات کیفی آن ها و کاهش کمیت در طول نگهداری مصرف می شوند. پوشش های خوراکی روی میوه جات تازه یک روش جایگزین برای انبار اتمسفر اصلاح شده به وسیله دادن تغییرات کیفی و کاهش کمیت از طریق اصلاح و کنترل اتمسفر داخلی میوه جات می تواند استفاده شود.

انواع پوشش های خوراکی
الف- پوشش های پلی ساکاریدی
ب- پوشش های پروتئینی
ج- پوشش های لیپیدی
د- پوشش های مرکب

پوشش های پلی ساکاریدی
1) آلژینات
2) پکتین
3) کاراگینان
4) نشاسته
5) دکسترین ها
6) مشتقات سلولز
7) صمغ های میکروبی

آلژینات

آل‍‍‍‍ژینات از جلبک قهوه ای استخراج می گردد. در تشکیل فیلم آلژینات غلظت کاتیون های چند ظرفیتی (به ویژه کلسیم) ، سرعت افزودن و زمان تماس آن، pH و حضور سایر ترکیبات (مثل هیدروکلوئیدها ، پرکننده ها و...) موثر هستند. پوشش های آلژینات برای قطعات گوشت گوساله ، خوک ، طیور ، ماهی و لاشه کامل بره طی یک روش دو مرحله ای به کار می روند.

پکتین

پکتین پلی ساکاریدی ساختمانی است و واحد های سازنده آن اسید گالاکتورونیک نوع D با درجات مختلف از متیل استر تشکیل شده است.
روش تولید ، خواص و کاربرد یا مصرف آن مانند آلژینات است. فیلم ها بدون بو ، درخشنده ، ترد و کمی شور هستند. از آنجایی که قابلیت نفوذ بخار آب در 25 درجه سانتی گراد و رطوبت نسبی 50 درصد نسبتا زیاد است ، استفاده از پوشش محافظ لیپیدی می توانند سبب افزایش کارایی این فیلم ها گردد.

کاراگینان

کاراگینان عصاره جلبک قرمز است و جز پلی ساکاریدهای سولفاته می باشد. به محض سرد کردن محلول آبی گرم پلیمر، ژل تشکیل می گردد. تشکیل ژل احتمالاً به علت تبدیل ساختمان مارپیچ مضاعف به شبکه پلیمری سه بعدی می باشد. پوشش ژل کاراگینان سبب به تاخیر انداختن کاهش رطوبت غذا می گردد.

نشاسته

اتری کردن بخشی از نشاسته حاوی سطح بالای آمیلوز با اکسید پروپیلن ، مشتقاتی با حلالیت بیشتر در آب می دهد که قابل انعطاف ، شفاف ، ضد چسبندگی و قابل دوخت هستند. در رطوبت نسبی بالا (بیش از 78 درصد) هیدراته می شوند. و در نتیجه مقاومت در برابر انتقال اکسیژن کاهش می یابد.

دکسترین ها

ترکیبات حاصل از هیدرولیز نشاسته می باشند که به عنوان پوشش محافظ پیشنهاد شده اند. اگرچه آبدوست هستند ولی در برابر انتقال رطوبت ، مقاومت محدودی از خود نشان می دهند.

مشتقات سلولز

سلولز به علت شکل ساختمانی اش در آب قابل حل نمی باشد. برای متورم نمودن ساختمان سلولز در آب از قلیا استفاده می شود. سپس با اسید کلرو استیک ، کلرور متیل یا اکسید پروپیلن ترکیب شده ، کربوکسی متیل سلولز، متیل سلولز و هیدروکسی پروپیل سلولز حاصل می گردد که برای تولید فیلم مناسب هستند. در این میان پلیمرهای هیدروکسی پروپیل سلولز که در حقیقت یک رزین ترموپلاستیک است ، در حالت مذاب قالب گیری و جهت تولید فیلم استفاده می شود. پوشش های مشتقات سلولز ، نسبتاً مقاوم در برابر نفوذ آب هستند و تحت تاثیر روغن ها و چربی ها و اغلب حلال های آلی غیر قطبی قرار نمی گیرند.

صمغ های میکروبی

از این گروه ترکیبات می توان دکستران ، اسکلرو گلوکان ، کاردلان و پلولان را نام برد. پوشش دکستران از کاهش رطوبت بسیاری از غذاها مانند میگو ، گوشت ها ، میوه های خشک ، پنیر ، کره و غذاهای منجمد جلوگیری می کند. اسکلروگلوکان نیز کاربرد بالقوه ای به عنوان یک پوشش دهنده دارد. پولولان فیلم های پرقدرت و دارای خاصیت ارتجاعی تولید می نماید. فیلم های حاصل از کاردلان نا محلول در آب و محلول در قلیا و دارای قدرتی سه برابر فیلم های آمیلوز و یک سوم فیلم های سلولزی می باشند. اشکال عمده ، قیمت بالای آن ها است و این که برخی قوانین مانند قوانین جامعه اقتصادی اروپا استفاده از آن ها را مجاز نمی دانند.

پوشش های پروتئینی
1) زئین
2) گلوتن
3) کازئین
4) پروتئین های آب پنیر
5) ژلاتین
6) پروتئین پنبه دانه

زئین

بخش پروتئینی ذرت است که در الکل محلول می باشد. فیلم ها ی زئین مقاوم در برابر آب هستند. زئین در فرمولاسیون پوشش های خوراکی قرص ها ، فرآورده های قنادی و برش های میوه به کار می رود. فیلم بوسیله اسپری محلول آن بر سطح محصول یا غوطه ور نمودن محصول در آن تولید می شود. حاوی یک نرم کننده مجاز مانند گلیسیرین ، آنتی اکسیدان و رنگ است که پس از تبخیر حلال بر سطح محصول تشکیل می گردد.

گلوتن

گلوتن پروتئین غیر محلول در آب آرد گندم است. تصور می شود که پیوندهای دی سولفیدی نقش مهمی در تشکیل فیلم گلوتنی دارند. پیوندهای دی سولفیدی بین حلقه های دو پلی پپتید و یا پیوند خارج مولکولی پروتئین های همان پلی پپتید قدرت فیلم را افزایش می دهند و به علت زیاد بودن نیروهای بین مولکولی ، فیلم حاصل ترد خواهد بود. از این رو افزودن نرم کننده جهت بهبود خواص مکانیکی فیلم ضرورت دارد. فیلم های تهیه شده از گلوتن خالص و شفاف هستند ولی گلوتن تجارتی ، به علت ژلاتینه شدن نشاسته موجود ، فیلمی مات تولید می نماید. فیلم های حاصل از گلیادین شفاف و قابل ارتجاع می باشند ولی فیلم حاصل از گلوتنین شکننده و غیر قابل ارتجاع است. فیلم های گلوتن ، مانع خوبی در برابر اکسیژن و دی اکسید کربن هستند. بزرگترین مانع برای بهره برداری این فیلم ها قابلیت نفوذ آب بالای آن ها است. از گلوتن برای پوشش بادام زمینی و کپسوله کردن رنگ ها و طعم دهنده ها استفاده می شود. میکروکپسوله کردن اسیدهای چرب غیر اشباع به وسیله پودر گلیادین خشک شده به روش افشان سبب کاهش اکسیداسیون و تولید کمترین میزان پراکسید در مقایسه با سایر نمونه ها می شود.

کازئین

کازئین ها گروه خاصی از پروتئین های شیر با مشخصاتی ؛ نظیر پیوندهای استری فسفات ، مقادیر بالای پرولین ، میزان سیستئین پایین و حلالیت کم در pH4تا 5 می باشند. از کازئین نیز جهت تهیه فیلم خوراکی استفاده می شود. فیلم های حاصل چسبنده ، تیره ، قابل حل در قلیا و مقاوم نسبت به نفوذ آب هستند.

پروتئین های آب پنیر

خواص مناسب پروتئین های شیر موجب شده است که ماده اولیه خوبی برای تهیه فیلم خوراکی باشند. پروتئین های شیر اولاً ارزش تغذیه ای خوب و ثانیاً خواص عمل کنندگی متعدد دارند که جهت ساخت فیلم بسیار حائز اهمیت است.

ژلاتین

ژلاتین ترکیب پروتئینی مشتق شده از کلاژن است که حاوی 18 نوع اسید آمینه می باشد. ژلاتین در اثر حرارت ژل های برگشت پذیر تولید می نماید. هنگامی که محلول های سوسپانسیون آبی پلی پپتید سرد شوند ، ژل تشکیل می گردد. فیلم های ژلاتین قوی و شفاف هستند و پس از خشک شدن ژل ، شکل می گیرند.

پوشش های لیپیدی 1) استو گلیسیرید ها
۲) موم ها
3) ترکیبات فعال کننده سطح

فیلم های لیپیدی

استفاده از پوشش چربی در مورد فرآورده های غذایی سابقه طولانی دارد ، به ویژه در مورد محصولات قنادی و محصلات تازه (پوشش میوه). انواع ترکیبات لیپیدی مورد استفاده به عنوان پوشش های محافظ شامل منوگلیسریدهای استیله شده ، موم های طبیعی و ترکیبات فعال کننده سطح می باشند. به دلیل این که این ترکیبات قطبیت کمی دارند ، عمل عمده این پوشش ها عموما جلوگیری از انتقال رطوبت است.

استو گلیسیریدها

گلیسرول منو استئارات را با اسید استیک بدون آب واکنش داده و آن را استیله می کنند. استو گلیسیریدها در فاز جامد به شکل آلفا پلی مورفیک وجود دارند که سبب قابلیت انعطاف این ترکیبات می گردد. نسبت به اکسیژن نفوذ ناپذیر هستند و مقاومت آن ها در برابر انتقال رطوبت به میزان زیادی به گرادیان فشار بخار آب در سرتا سر فیلم بستگی دارد. این ترکیبات برای قطعات گوشت و طیور ، پنیر ، کشمش ، مغزها ، آجیل و آب نبات و تکه های شکلات به منظور جلوگیری از دهیدراسیون در طول نگهداری به کار می روند.

موم ها

اکثر موم ها از نظر انتقال رطوبت ، نسبت به سایر فیلم های لیپیدی و غیر لیپیدی بسیار مقاوم هستند. اگر به صورت فیلمی بر روی فیلم های خشک شده پکتینات مصرف شوند مانع خروج رطوبت می گردند. خاصیت مقاومت زیاد در برابر نفوذ آب به ساختمان مولکولی این ترکیبات مربوط می شود.

ترکیبات فعال کننده سطح

این ترکیبات فعالیت آبی سطحی و اتلاف رطوبت به وسیله تبخیر را کاهش می دهند و به عبارتی مهار کننده تبخیر هستند. رشد میکروبی به علت کاهش فعالیت آبی با به کار گیری ترکیبات فعال کننده سطح به تاخیر می افتد به عنوان مثال با استفاده از پوشش توین سبز شدن غده های سیب زمینی مهار می گردد زیرا به علت تجمع دی اکسید کربن در بافت از سنتز کلروفیل جلوگیری می شود.

پوشش های مرکب
فیلم های مرکب می توانند شامل مخلوطی از فیلم های پلی سکاریدی - پروتئینی و لیپیدی باشند. به منظور غلبه بر تاثیر منفی یکی از ترکیبات مذکور و یا بهره مندی از ویژگی های کاربردی هر یک از آن ها از فیلم های مرکب یا چند ترکیبی استفاده می شود. فیلم های مرکب همانند سایر فیلم های مذکور دارای ویژگی ممانعت در برابر عبور رطوبت - گاز و مواد حل شده می باشند. به عنوان مثال استفاده از پوشش آلژینات سدیم حاوی دکسترین و محلول کربوکسی متیل سلولز برای محافظت گوشت - طیور و ماهی خام از تغییر رنگ و از دست دادن آب در حین نگهداری در سردخانه پیشنهاد گردیده است.

مشکلات مربوط به پوشش های خوراکی
حتی با آن که بعضی پوشش های خوراکی به طور موفقیت آمیزی به کار برده شدند. اصلاح اتمسفر داخلی به وسیله مصرف پوشش های خوراکی می تواند باعث ایجاد بوهای نامطلوب مربوط به افزایش غلظت دی اکسید کربن و کاهش غلظت اکسیژن شود.
نتایج یک تحقیق نشان داد که واکسی کردن سیب و گلابی مانع سرعت رسیدگی نرمال شده و اگر واکس کافی به کار برده شود به طور زیادی جلوی تنفس گرفته شده و عطر و طعم های الکلی به وسیله تخمیر بی هوازی توسعه داده می شود.

مشکلات مربوط به پوشش های خوراک سیب های پوشش داده شده با استر اسید چرب ساکارز باعث عدم کاهش تغییرات مضر در مورد سفتی ، زرد شدن و کاهش وزن شد.
گوجه فرنگی پوشش داده شده با 6/2 میلی متر فیلم زئین باعث ایجاد عطر و طعم های الکلی و بد طعمی شد که با میزان اکسیژن کم و میزان بالای دی اکسید کربن در ارتباط بود.
افزایش بیش از حد ضخامت فیلم و پوشش باعث اثرات مضر ناشی از کاهش غلظت اکسیژن زیر یک حد مطلوب و افزایش غلظت دی اکسید کربن در نتیجه تخمیر بی هوازی می شود.
هر میوه و واریته ای نیاز متفاوتی به ترکیب گازی دارد. پس بنابراین بایستی بسته به نیاز هر ماده ای پوشش متناسب به آن انتخاب شود.

خصوصیات پوشش های طبیعی1) خصوصیات ارگانولپتیک
2) خصوصیات مکانیکی
3) حلالیت در آب و چربی
4) نفوذ پذیری

خصوصیات ارگانولپتیک

پوشش های خوراکی باید حتی الامکان خصوصیات ارگانولپتیک خنثی (روشن - شفاف - فاقد بو و مزه ...) داشته باشند و موقع خوردن حس نشوند. بهبود ظاهر سطحی پوشش و خصوصیاتی که با حس لامسه تشخیص داده می شود از جمله نیازهای ضروری می باشد. معمولا پوشش های پلی ساکایدی خنثی تر از پوشش های لیپیدی هستند و پوشش های لیپیدی غالبا مات – لیز و لغزان بوده و طعم مومی دارند.

خصوصیات مکانیکی

معمولا پوشش ها باید به خراشیدگی و شکستگی مقاوم باشند و از خود انعطاف پذیری نشان دهند. خواص مکانیکی پوشش های خوراکی به نوع ماده تشکیل دهنده و به خصوص به پیوستگی ساختمان آن بستگی دارد. توانایی ایجاد پیوستگی به ساختمان پلیمر ، طول مولکول ، شکل هندسی ، توزیع وزن مولکولی و نوع موقعیت گروه های جانبی آن بستگی دارد. هم چنین این خصوصیت به شرایط تشکیل و روش پوشش دهی وابسته است. به عنوان مثال استحکام پوش های گلوتنی در مقابل سوراخ شدن به غلضت گلوتن و pH محلول تشکیل دهنده پوشش بستگی دارد.

حلالیت در آب و چربی

معمولاً اکثر پوشش های هیدروکلوئیدی خوراکی در آب محلول هستند مگر این که در ساختمان آن ها پیوند عرضی ایجاد شده باشد و یا این که از شرایط دناتوره کننده ، استفاده شود. به هنگام ساخت پوشش هایی که نسبت به رطوبت مقاومت زیادی دارند ، غالباٌ استفاده از موادی که تقریباٌ یا کاملاٌ در آب نامحلول می باشند ، الزامی است تا بدین ترتیب از کاهش کیفیت پوشش در اثر متورم شدن یا به هم خوردن شکل هنگام تماس با مواد غذایی جلوگیری گردد. در این موارد توصیه می شود که از لیپیدها یا پروتئین های تقریباٌ نامحلول نظیر زئین یا گلوتن استفاده شود.

نفوذ پذیری

الف) ممانعت در مقابل نفوذ گاز
ب) مقاومت در مقابل نفوذ چربی و ماده حل شدنی
ج) مقاومت در مقابل نفوذ رطوبت

ممانعت در مقابل نفوذ گاز

پوشش های هیدروکلوئید اگر مرطوب نباشند ، نسبت به اکسیژن مقاومت خوبی از خود نشان می دهند. از پوشش های ژلاتینی می توان برای محافظت چربی گوشت منجمد در مقابل تندی ، پوشش دادن شرینی ها و محصولات خشک و کپسوله کردن مواد مولد طعم استفاده نمود. اگر رطوبت وجود داشته باشد زنجیره های ماکرومولکول ها حرکت بیشتری پیدا کرده و در نتیجه نفوذ پذیری نسبت به اکسیژن زیاد می شود. لیپیدهایی که اغلب برای به تاخیر انداختن انتقال آب استفاده می شوند در مقابل نفود اکسیژن نیز مقاومت نشان می دهند.

مقاومت در مقابل نفوذ چربی و ماده حل شدنی

نفوذ روغن به داخل ماده غذایی را که در حال سرخ شدن هستند و یا توسط سرخ کردن خشک می گردنند را می توان با پوشش دادن این غذاها با مواد آب دوست مقاوم به نفوذ چربی کاهش داد. علاوه بر این ، نفوذ ماده حل شدنی را در حین انجماد گوشت و مواد غذایی دریایی در آب نمک یا در حین خشک کردن اسمزی قطعات سبزی یا میوه که محدودیت قابل ملاحظه ای در این نوع فرایندها محسوب می گردد ، می توان با بکار گیری پوشش های مقاوم به نفوذ ماده حل شدنی که از قبل ماده غذایی را پوشش داده اند ، کاهش داد.
مقاومت در مقابل نفوذ رطوبت

در اکثر موارد تنها روش ایده آل برای جلوگیری از تبادل رطوبت استفاده از صمغ های میکروبی یا گیاهی ، نشاسته ، مشتقات محلول سلولز و تعداد زیادی از پروتئین ها که برای تولید پوشش هایی که مقاومت به نفوذ رطوبت دارند استفاده می شود. کاربرد چنین پوشش هایی به عنوان لایه محافظ در مقابل تبادل رطوبت ، منحصرا به نگهداری گوتاه مدت مواد غذایی خشک ، نظیر میوه های خشک محدود می گردد.
از بیشتر ترکیبات لیپیدی از جمله چربی های حیوانی و گیاهی ، استو گلیسیریدها و موم ها برای تولید پوشش های خوراکی استفاده شده است زیرا نسبت به نفوذ رطوبت مقاومت خوبی از خود نشان می دهند. اما این ترکیبات از نقطه نظر نحوه کاربرد ، ثبات مکانیکی و شیمیایی و کیفیت ارگانولپتیک معایبی دارند. از این رو غالبا مجموعه هایی از لیپید هیدروکلوئید برای تولید پوشش به کار می روند.

کاربرد پلیمرها در صنایع غذایی و بسته بندی

مطالب مشابه :

مقایسه تهیه مربا به روش سنتی و صنعتی

گزارش کار مربای هویج (تکنولوژی کنسرو)

ماشین های بسته بندی در صنایع غذایی

برخی از اصطلاحات اصول نگهداری مواد غذایی

کاربرد پلیمرها در صنایع غذایی و بسته بندی