نقش پلیمر در بسته بندی مواد غذایی
پلیمرها خواص فیزیکی و مکانیکی نسبتا خوب و مفیدی دارند . أنها دارای وزن مخصوص پاییین و پایداری خوب در مقابل مواد شیمیایی هستند. بعضی از أنها شفاف بوده و می توانند جایگزین شیشه ها شوند. اغلب پلیمرها عایق الکتریکی هستند. اما پلیمرهای خاصی نیز وجود دارند که تا حدودی قابلیت هدایت الکتریکی دارند . عایق بودن پلیمرها به پیوند کووالانسی موجود بین اتمها در زنجیرهای مولکولی ارتباط دارد. اما تحقیقات انجام شده در سالهای اخیر نشان داد که امکان ایجاد خاصیت هدایت الکتریکی در امتداد محور مولکولها وجود دارد. این نوع پلیمرها اساسا از پلی استیلن تشکیل شده اند. با نفوذ دادن عناصری مانند فلزات قلیایی یا هالوژنها «فرایند دوپینگ) به زنجیرهای مولکولی پلی استیلن به ترتیب نیمه هادیهای پلیمری از نوع N و P به دست می أیند. افزودن عناصر یا دوپینگ سبب می شود که الکترونها بتوانند در امتدا د اتمهای کربن در زنجیر حرکت کنند. تفلون از مواد پلیمری است که به دلیل ضریب اصطکاک پایینی که دارد به عنوان پوشش برای جلوگیری از چسبیدن مواد غذایی در وسایل پخت و پز استفاده می شود.
ساختار پلیمرها
اغلب پلیمرهای متداول از پلیمریزاسیون مولکولهای ساده ألی به نام منومر به دست می أیند. برای مثال پلی اتیلن (PE) پلیمری است که از پلیمریزاسیون با افزایش (ترکیب) چندین مولکول اتیلن به دست می أید. هر مولکول اتیلن یک منومر نامیده می شود.
با ترکیب مناسبی از حرارت, فشار و کتالیزور , پیوند دوگانه بین اتمهای کربن شکسته شده و یک پیوند ساده کووالانسی جایگزین أن می شود. اکنون دو انتهای أزاد این منومر به رادیکالهای أزاد تبدیل میشود, به طوری که هر اتم کربن یک تک الکترون دارد که می تواند به را دیکالهای آزاد دیگر افزوده شود. از این رو در اتیلن دو محل ( مربوط به اتم کربن) وجود دارد که مولکولهای دیگر می توانند در آنجا بدان ضمیمه شوند . این مولکول با قابلیت انجام واکنش , زیر بنای پلیمرها بوده و به (مر) یا بیشتر واحد تکراری موسوم است. واحد تکراری در طول زنجیر مولکول پلیمر به تعداد دفعات زیادی تکرارمیشود. طول متوسط پلیمر به درجه پلیمرزاسیون یا تعداد واحدهای تکراری در زنجیر مولکول پلیمر بستگی دارد. بنابراین نسبت جرم مولکولی پلیمر به جرم مولکولی واحد تکرای به عنوان (درجه پلیمریزاسیون) تعریف شده است . با بزرگتر شدن زنجیر مولکولی ( در صورتی که فقط نیروهای بین مولکولی سبب اتصال مولکولها به یکدیگر شود) مقاومت حرارتی و استحکام کششی مواد پلیمری هر دو افزایش می یابند.
به طور کلی فرایند پلیمریزاسیون می تواند به صورتهای مختلفی مانند افزایشی , مرحله ای و .... انجام گیرد.در پلیمریزاسیون افزایشی , تعدادی از واحدهای تکراری به یکدیگر اضافه شده و مولکول بزرگتری را به نام پلیمر تولید می کنند. در این نوع پلیمریزاسیون ابتدا در مرحله اول رادیکال آزاد, با دادن انرژی (حرارتی , نوری) به مولکولهای اتیلین با پیوند دوگانه و شکست پیوند دوگانه , به وجود می آید. سپس رادیکالهای آزاد با اضافه شدن به واحدهای تکراری مراکز فعالی به نام آغازگر شکل میگیرند و هر یک از این مراکز به واحدهای تکراری دیگر اضافه شده و رشد پلیمر ادامه می یابد .
از نظر تئوری درجه پلیمریزاسیون افزایشی می تواند نامحدود باشد, که در این صورت مولکول زنجیره ای بسیار طویلی از اتصال تعداد زیادی واحدهای تکراری به یکدیگر شکل می گیرد. اما عملا رشد زنجیر به صورت نامحدود صورت نمی گیرد.هر چه قدر تعداد مراکز فعال یا آغازگرهای شکل گرفته بیشتر باشد , تعداد زنجیرها زیادتر و نتیجتا طول زنجیرها کوچکتر میشود و بدین دلیل است که خواص پلیمرها تغییر می کند. البته سرعت رشد نیز در اندازه طول زنجیرها موثر است . هنگامی که واحدهای تکراری تمام و زنجیرها به یکدیگر متصل شوند, رشد خاتمه می یابد.
از دیگر روشهای پلیمریزاسیون, پلیمریزاسیون مرحله ای است که در آن منومرها با یکدیگر واکنش شیمیایی داده و پلیمرهای خطی را به وجود می اورند. در بسیاری از واکنشهای پلیمریزاسیون مرحله ای مولکول کوچکی به عنوان محصول فرعی شکل می گیرد . این نوع واکنشها گاهی پلیمریزاسیون کندنزاسیونی نیز نامیده می شوند.
انواع پلیمر
پلیمرها یا بسپارها ، ترکیباتی هستند که از بهم پیوستن چندین مولکول منومر بوجود می‌آیند. پلیمرها را به طرق مختلف طبقه‌بندی می‌کنند. یکی از روشهای تقسیم بندی پلیمرها ، تقسیم بندی از نظر خواص است. پلیمرها از نظر خواص به سه دسته عمده تقسیم بندی می‌شوند.
توموپلاستها
ترموپلاستها ، پلیمرهایی هستند که در اثر فشار ، تغییر شکل (Deformation) می‌دهند و بعد از حذف نیروی خارجی ، این تغییر شکل ، همچنان باقی می‌ماند. به عبارت دیگر این پلیمرها ، خاصیت پلاستیسیتی دارند. این پلیمرها در اثر گرما بتدریج نرم می‌شوند. با افزایش دما به حالت مذاب در می‌آیند. بعد از حذف گرما به حالت فیزیکی جامد خود تبدیل می‌شوند. این خصلت ، کاربرد صنعتی این نوع پلیمرها را تضمین می‌کند.
اگر ترموپلاستیکی را به صورت پودر یا حلقه‌های کوچک در آوریم و سپس حرارت دهیم، ابتدا نرم و سپس مذاب و ویسکوز می‌شود و اگر آنرا در قالب بگیریم، شکل قالب را به خود می‌گیرد و این علت کاربرد بسیار زیاد این مواد است.
 الاستومرها
الاستومرها ، پلیمرهایی هستند که در اثر نیروی خارجی تغییر شکل پیدا می‌کنند. بعد از حذف نیرو ، تغییر شکل از بین می‌رود و دوباره به حالت اولیه باز می‌گردند. این پلیمرها در اثر گرما ، نرم می‌شوند، ولی برخلاف ترموستها (ترموپلاستیکها) به حالت ویسکوز یا مایع سیال در نمی‌آیند. موقعی که این پلیمرها در اثر حرارت نرم شدند، آنرا با اضافه کردن افزودنیهای مورد نیاز در داخل قالب پخت می‌کنند. عملیات پخت را Curing گویند.
ترموسیتینگها :
این پلیمرها ، پلیمرهایی هستند که در اثر گرما نرم نمی‌شوند. بلکه با افزایش دما ، سختتر و محکمتر می‌شوند و با بالا رفتن بیشتر دما ، درجه سختی آنها افزایش می‌یابد. این پلیمرها برای قالب گیری ، درون قالب ریخته می‌شوند و قالب گیری می‌شوند. گاهی ممکن است فرایند پلیمریزاسیون نیز همزمان درون قالب انجام شود و بعد از پلمریزاسیون ، پلیمر شکل قالب را به خود می‌گیرد.
مقایسه ترموستها ، الاستومرها و ترموسیتینگها از نظر ساختمانی
ترموستها و الاستومرها ، پلیمرهای یک‌بعدی هستند. بنابراین در حلال‌های مرسوم شیمیایی که بسته به نوع ساختمان پلیمر تعیین می‌شود، حل می‌گردند. اما ترموسیتینگها ، جزو پلیمرهای سه بعدی یا مشبک می‌باشند و بنابراین در هیچ حلالی حل نمی‌شوند.
 بسته بندی مواد غذایی
 انجام بسته بندی در مواد غذایی دارای چندین عملکرد مهم می باشد که از جمله می توان به محافظ از ماده غذایی حفظ ویژگی های حسی و ظاهری و کیفیت ماده غذایی و ارائه اطلاعات ماده غذایی به مصرف کننده می توان اشاره نمود. در این بخش به بررسی بسته بندیهای بیولوژیکی و بیان مسائل مهم مربوط به بسته بندی مواد غذایی پرداخته می شود. نقشی را که مواد بسته بندی کننده بیولوژیک در محافظت از کیفیت و ویژگی های حسی و ظاهری چندین گروه از مواد غذایی میتوانند بر عهده داشته باشند.علاوه بر جوانب ایمنی و حسی مربوط به مواد غذایی این نکته نیز به خوبی تشخیص داده شده است که در توسعه و انتخاب مواد بسته بندی بیولوژیکی مسائل دیگری نیز به دقت و ملاحظه نیاز دارند.
تعاریف بسته بندی برای مواد غذایی به طور معمول بیشتر بسته بندی های مواد غذایی درسه گروه یا بسته بندی اولیه ، ثانویه و ثالثیه قرار داده میشوند .
مواد بسته بندی کننده اولیه ، آن دسته از موادی هستند که در تماس مستقیم با مواد غذایی قرار دارند. عملکرد و نقش این مواد، دربر گرفتن ، محافظت کردن و تسهیل اموری چون توزیع و نگهداری مواد غذایی همزمان با رفع نیازهای مصرف کننده در رابطه با ایمنی و شفافیت محصول میباشند
در اغلب موارد ، از بسته بندی ثانویه برای محافظت فیزیکی از محصول استفاده گردیده میشود . این بسته بندی ممکن است یک جعبه محافظ مواد غذایی یا یک کیسه پلاستیکی در اطراف ماده غذایی باشد. بسته بندیهای ثالثیه یا سوم با بسته بندی ثانویه در یک سیستم حمل و نقل بسته بندی نهایی همراه گردیده میشود. در اینجا نیز ، هدف از انجام این بسته بندی تسهیل حمل و نقل و نگهداری محصول و محافظت از موارد درون بسته بندی در مقابل آسیبهای فیزیکی میباشد.
پوشش ها و روکش های خوراکی
پو ششها و رو کشهای خوراکی یک گروه منحصر به فرد از مواد بسته بندی کننده را تشکیل میدهند با سایر مواد بسته بندی کننده بیولوژیکی و بسته بندیهای متعارف ، تفاوت دارند .
پوشش های خوراکی ، با اضافه نمودن یک محلول روکش دهنده مایع یا ترکیبات مذاب بر روی محصول بهدست آورده میشوند.
این مواد را میتوان با استفاده از قلم مو ، اسپری کردن و یا مواد سیال کننده نیز مورد استفاده قرار داد. پوشش های خوراکی بخشی از یک محصول غذایی به شمار آمده و از این روی به ویژگیهای و خواص ظاهری مواد غذایی ، نباید هیچ گونه تاثیری را وارد آورند.
اما از سوی دیگر روکش های خوراکی ساختار های جداگانه ای هستند که در مراحل بعدی شکل یافته و به مواد غذایی افزوده میشوند .
این مواد با استفاده پخش کردن و خنک کردن محلولهای روکش دهنده بر روی یک سطح درجه بندی شده، خشک کردن ماده روکش بر روی یک درام خشک کننده ،و یا با استفاده از شیوه های سنتی فرآوری پلاستیک به وجود آورده میشوند .
پوشش ها و روکش های خوراکی موانعی را در مقابل رطوبت ، اکسیژن ، دی اکسیدکربن ، بوها ،لیپیدها و سایر عوامل به وجود آورده و مواد غذایی را در درون خود نگه داشته و کلیت مکانیکی مواد و یا حمل و نقل و نگهداری ماده غذایی را آسان میسازند.
یک چالش
یکی از چالش های پیش رو در صنعت بسته بندی مواد غذایی در ارائه بسته بندی بیولوژیک ، تطابق دوام این بسته بندیها با طول مدت نگهداری محصول میباشد.
مواد بیولوژیکی باید با حفظ خواص تدافعی مکانیکی خود به صورت با دوام باقی مانده و در طول دوره نگهداری محصول نقش خود را به طور صحیح انجام دهند .
به طور ایده آل ، این مواد باید در هنگام دو ریخته شدن از قابلیت تجزیه بیولوژیکی برخوردار باشد. این وضعیت ، چالش های جالب توجهی را پیش روی طراحی و کاربرد مواد بسته بندی بیولوژیک قرار میدهد زیرا بسیاری از فاکتورهایی که بر تجزیه بیولوژیکی این مواد تاثیر میگذارند به میزان فساد مواد غذایی موجود در درون این بسته بندی ها نیز تاثیر گذار هستند .
مواد بالقوه برای بسته بندی بیولوژیکی
PLA یا PHB/Vیا کارتن های مقوایی با روکش PLA یا را می توان به عنوان مواد بسته بندی کننده برایPLB بطری شیر مورد استفاده قرار داد زیرا این مواد از مقاومت زیادی در مقابل اکسیژن و رطوبت برخوردار می باشند.
دور نگه داشتن نور از بطری ها نیز به وسیله اضافه نمودن برخی از رنگدانه ها به مخلوط های پلیمر به دست آورده می شوند.
مواد بسته بندی بیولوژیکی یک عمل مقرون به صرفه خواهد بود . کاغذ های مقوایی دارای روکش های بیولوژیکی و مواد تجزیه پذیر برای به دست آوردن خواص مکانیکی و محافظت مناسب برای موادی همچون ماست ، پنیر و پنیر های پرورده ، مناسب می باشد . بسته بندی مواد غذایی یک عمل چالش برانگیز به شمار می آید ، زیرا مواد غذایی بسیار متنوع و پیچیده هستند.
ماشین های بسته بندی مواد غذایی
ماشین های خودکار :
برای بسته بندی روغن های خوراکی در درون کیسه های کوچک
L.D.P.E و یا L.L.D.P.E . تهیه شده با فیلم های هدایت گر ماشین به صورت الکترو پنوماتیک یا الکترومکانیکی در درون هر ماشین می باشد.
 ماشین های خودکار شکلات پیچ پر سرعت :
این ماشین ها برای بسته بندی 800شکلات در دقیقه در کیسه های. مرکزی طراحی شده است . هدایت ماشین به صورت الکترو مکانیکی انجام میشود.
ماشین های پر کن :
انواع مختلف ماشین های پر کن ، در صنایع غذایی و بسته بندی با استقبال زیادی روبه رو شده اند. این ماشین ها با مصرف انرژی پایین و سرعت بسیار بالایی طراحی شده اند و قادر به بسته بندی انواع محصولات مایع ، پودری ، و گرانولی می باشند.
سری مینی پک :
ماشین های سری مینی پک در قسمت های مختلف صنایع غذایی برای مدت چندین سال است که مورد استفاده قرار داده می شوند این ماشین ها برای بسته بندی انواع قهوه ، محصولات پودری دانه ها و سایر محصولات دارای ذرات ریز مناسب می باشند.

دانش نامه ویکی پدیا