Biyobozunur ve antimikrobiyel gıda ambalajı uygulamaları için polimerik kompozitler

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.