بررسی اثر گلیسرول و پلی ونیل الکل در تولید فیلم‌های ضدباکتری از نانوکریستال سلولز

بیان مساله و اهداف: امروزه سهم قابل‌توجهی از بسته‌بندی مواد غذایی مربوط به پلاستیک‌های مبتنی بر نفت می‌باشد که با هزینه کم در دسترس هستند اما موادی غیرقابل تجزیه زیستی هستند. پلیمرهای زیست‌تخریب‌پذیر اگرچه زیست سازگار هستند اما به دلیل هزینه بالای تولید و ویژگی‌های مقاومتی و ممانعتی ضعیف قابلیت استفاده گسترده در صنعت بسته‌بندی را ندارند. در میان پلی ساکاریدهای زیست‌تخریب‌پذیر، سلولز فراوان ترین زیست پلیمر روی زمین می‌باشد که به راحتی قابل تغییر و اصلاح است. نانوکریستال سلولز (cnc) به دلیل تشکیل فیلم‌های شکننده در مقایسه با سایر مواد نانوسلولزی محدودیت بیشتری در توسعه بسته‌بندی غذایی داشته است. استفاده از برخی مواد نظیر نرم‌کننده‌ها، عوامل اتصال عرضی و همچنین عوامل دارای ویژگی‌های ضدمیکروب در ساختار این فیلم‌ها می‌تواند قابلیت کاربرد وسیع آن‌ها را میسر کند. از این رو در این پژوهش با هدف دستیابی به فیلم‌های برپایِ cnc با ویژگی‌های ممانعتی و مقاومتی بهینه و قابل کاربرد در صنعت بسته‌بندی تاثیر دو نرم‌کننده پلی ونیل الکل (pva) و گلیسرول (gly)، عامل اتصال عرضی اسیدسیتریک و عصاره پوست انار (ppe) به‌عنوان عامل ایجاد کننده اثر ضدمیکروبی در دو روش ترکیبی و لایه به لایه مورد بررسی قرار گرفتند.مواد و روشها: برای این منظور فیلم‌های برپایِ cnc در ترکیب با 20% وزنی پلی‌ونیل‌الکل (pva) و یا گلیسرول (gly)، نسبت 1:1 اسیدسیتریک: cnc و 3 سطح مصرف 1، 2 و 4% ppe نسبت به ترکیب پایه، با دو روش ترکیبی و لایه‌به‌لایه (lbl) تهیه شدند. ویژگی ساختاری فیلم‌ها با استفاده از آنالیز ftir و تصاویر fesem مورد بررسی قرار گرفتند. ویژگی های ممانعتی، فیزیکی و مکانیکی فیلم‌های تهیه شده نیز مورد بررسی قرار گرفتند.نتایج: نتایج ftir نشان دادند که پیوندهای شیمیایی قابل‌توجهی بین اجزای فیلم‌ها صورت گرفته بود. در بررسی نتایج ضد میکروب مشخص شد که فیلم‌ها فعالیت ضدمیکروب قابل‌توجهی داشتند، در روش ترکیبی این اثر بر روی هردو باکتری گرم منفی اشریشیاکلی و گرم مثبت استافیلوکوکوس اورئوس قوی‌تر اما در روش lbl این اثر ضدمیکروب طولانی‌تر بود. نتایج نشان دادند که فیلم‌های ترکیبی cnc با عامل اتصال عرضی اسیدسیتریک، نرم‌کننده pva و 2% و 4% ppe میزان عبور بخار آب، جذب آب، رطوبت، مدول الاستیسیته و اثر ضدباکتری بهتری را نسبت به سایر فیلم‌ها نشان داد و gly عملکرد ضعیف‌تری را در ترکیب با فیلم‌ها ارائه کرد. به‌استثنای مدول الاستیسیته و عملکرد ضدمیکروب طولانی‌تر در زمان سایر ویژگی‌ها در روش lbl ضعیف‌تر از روش ترکیبی بود.نتیجه گیری: بر اساس نتایج به‌دست‌آمده با در نظر گرفتن ویژگی‌های فیزیکی و مکانیکی فیلم‌ها و همچنین هزینه تولید این مواد و با توجه به اینکه در اکثر ویژگی‌های اختلاف ایجادشده بین فیلم‌های ترکیب cnc/pva/2%ppe و cnc/pva/4%ppe در یک گروه آماری قرار داشتند، فیلم‌های ساخته شده از ترکیب cnc/pva/2%ppe که به دلیل داشتن عصاره پوست انار کمتر هزینه تمام‌شده کمتری را نیز در پی دارد به‌عنوان گزینه‌ای مناسب برای جایگزینی پلاستیک در بسته‌بندی مواد غذایی نیازمند به ویژگی‌های ضدمیکروب معرفی می‌گردد.

investigating the effect of glycerol and polyvinyl alcohol in the production of antibacterial films from nanocrystals cellulose

problem definition and objectives: today, a significant share of food packaging is related to petroleum-based plastics, but are non-biodegradable materials. biodegradable polymers, although they are biocompatible, but they cannot be widely used in the packaging industry due to their high production cost and poor resistance and barrier properties. among the biodegradable polysaccharides, cellulose is the most abundant biopolymer on earth, which can be easily changed and modified. nanocrystalline cellulose (cnc) has been more limited in the development of food packaging due to the formation of brittle films compared to other nanocellulosic materials. the use of some materials such as plasticizers, crosslinking agents, and antimicrobial agents in the structure of these films can enable their wide applicability. therefore, in this study, with the aim of achieving cnc-based films with optimal barrier and resistance properties that can be used in the packaging industry, the effects of two plasticizers, polyvinyl alcohol (pva) and glycerol (gly), the crosslinking agent citric acid and pomegranate peel extract (ppe) as antimicrobial agents were investigated in two combined and layer-by-layer methods.methodology: for this purpose, cnc-based films were prepared in combination with 20% by weight of polyvinyl alcohol (pva) or glycerol (gly), a 1:1 ratio of citric acid: cnc, and 3 levels of 1, 2, and 4% ppe relative to the base composition, by two combined and layer-by-layer (lbl) methods. the structural properties of the films were investigated using ftir analysis and fesem images. the barrier, physical, and mechanical properties of the prepared films were also investigated.results: ftir results showed that significant chemical bonds were formed between the components of the films. in the antimicrobial results, it was found that the films had significant antimicrobial activity, in the combined method this effect was stronger on both gram-negative escherichia coli and gram-positive staphylococcus aureus bacteria, but in the lbl method this antimicrobial effect was longer. the results showed that cnc composite films with citric acid crosslinking agent, pva plasticizer and 2% and 4% ppe showed better water vapor transmission rate, water absorption, moisture content, elastic modulus and antibacterial effect than other films, and gly presented poorer performance in cnc films. except for the elastic modulus and longer antimicrobial performance, other properties were weaker in the lbl method than in the combined method.conclusion: based on the results obtained, taking into account the physical and mechanical properties of the films as well as the production cost of these materials, and considering that most of the differences between the cnc/pva/2%ppe and cnc/pva/4%ppe films were in the same statistical group, films made from the cnc/pva/2%ppe combination, which has a lower cost due to the lower content of pomegranate peel extract, are introduced as a suitable option for replacing plastic in food packaging requiring antimicrobial properties.