Biopohjaisten kalvojen hapen- ja hiilidioksidinläpäisevyysominaisuudet

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-201703131446
Title: Biopohjaisten kalvojen hapen- ja hiilidioksidinläpäisevyysominaisuudet
Author: Korjus, Emmi
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Food and Environmental Sciences
Publisher: Helsingfors universitet
Date: 2017
Language: fin
URI: http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-201703131446
http://hdl.handle.net/10138/178535
Thesis level: master's thesis
Discipline: Livsmedelsteknologi
Food Technology
Elintarviketeknologia
Abstract: Gas permeabilities of films used in food packaging must be well known to ensure the best conditions for packed food products. In addition to oxygen and carbon dioxide permeability as such their ratio affects the choice of packaging materials. The CO2/O2 ratio of petroleum derived plastics is normally under 6:1 but that of bio-based films is less known. The literature review of this study focused on different sources of bio-based raw-materials and their chemical structure. The aim of the experimental study was to measure oxygen and carbon dioxide permeabilities of different bio-based films and to identify the CO2/O2 ratio. Another point of interest was the realiability of used carbon dioxide permeation analyzer which was assembled from an old oxygen permeation analyzer and gas chromatography. Three of the used film types were prepared in laboratory scale from Konjac glucomannan, starch and hydroxypropyl starch with 10 % or 40 % of sorbitol (of the dry matter) due to a reduction of porosity of materials. Other bio-based films were obtained from VTT (cellulose nanofibrils, hydroxypropyl xylan, cellulose derivative, cellophane and polyglycolic acid). Almost all the films had low oxygen permeabilities (OP<2.8 [cm3 µm]/[m2 d kPa]) and replicate results did not vary much. The cellulose derivative films had higher OP of 120 (cm3 µm)/(m2 d kPa). The carbon dioxide permeabilities showed more variation and were clearly higher (CO2P was 0 to 978 [cm3 µm]/[m2 d kPa]). In addition films including 40 % of sorbitol leaked more often. The ratio of CO2/O2 varied between 7:1–329:1. Most of the measured bio-based films are suitable for packaging food products, whose preservation depends on the permeability of carbon dioxide through the packaging more than that of oxygen. Excellent applications can be found among fruits and vegetables, whose maturing have to be controlled during storage. High CO2/O2 ratios were due to rather different chemical structures of the studied bio-based films and therefore the determination of a definite CO2/O2 ratio was not possible (unlike with petroleum based films). The magnitude of carbon dioxide permeabilities were similar to those reported in literature but further research with the assembled analyzer is needed to ensure its realiability.Elintarvikepakkaamisessa käytettävien kalvojen kaasunläpäisevyysominaisuudet ovat tärkeitä tuotteiden säilymisen kannalta. Yksittäisten hapen- ja hiilidioksidinläpäisevyyksien lisäksi on kyseisten kaasujen suhteella merkitystä pakkausmateriaalivalinnoissa. Öljypohjaisilla muoveilla CO2/O2-suhdeluku on usein alle 6:1, mutta biopohjaisille kalvomateriaaleilla kaasujenläpäisevyyksien suhdetta on tutkittu vähemmän. Kirjallisuuskatsauksessa perehdyttiin tarkemmin eri lähteistä saataviin biopohjaisiin raaka-aineisiin ja niiden kemialliseen rakenteeseen. Kokeellisen työn tavoitteena oli puolestaan selvittää erilaisten biopohjaisten kalvojen hapen- ja hiilidioksidinläpäisevyyksiä ja tarkastella niitä suhteessa toisiinsa kartoitettaessa biopohjaisten pakkausmateriaalien CO2/O2-suhdetta. Vanhasta hapenläpäisevyyslaitteistosta ja kaasukromatografista koostetun hiilidioksidinläpäisevyyslaitteiston luotettavuutta haluttiin myös arvioida. Näytteinä käytettiin itse valmistettuja konjak-glukomannaani-, tärkkelys- ja hydroksipropyylitärkkelyskalvoja, jotka sisälsivät 10 tai 40 % sorbitolia kuiva-aineen määrästä kalvojen huokoisuuden vähentämiseksi. Näiden lisäksi työssä mitattiin valmiita nanoselluloosa-, hydroksipropyloitu ksylaani-, selluloosaderivaatta-, sellofaani- ja polyglykolihappokalvoja. Lähes kaikkien kalvojen hapenläpäisevyydet olivat matalia (OP<2,8 [cm3 µm]/[m2 vrk kPa]). Ainoastaan tärkkelysderivaatan arvo poikkesi muista suuruudellaan (OP 120 [cm3 µm]/[m2 vrk kPa]). Hiilidioksidinläpäisevyydet olivat selkeästi suurempia ja vaihtelivat enemmän (CO2P 0–978 [cm3 µm]/[m2 vrk kPa]). Lisäksi huomattiin, että kalvot, joissa oli korkeampi sorbitolipitoisuus, vuotivat herkemmin. Mitattujen kalvojen CO2/O2-suhde vaihteli välillä 7:1–329:1. Tutkitut biopohjaiset kalvomateriaalit soveltuvat läpäisevyysominaisuuksiensa puolesta erittäin hyvin elintarvikkeille, joiden säilyminen edellyttää hiilidioksidin kulkeutumista pakkauksen läpi selkeästi happea paremmin. Erinomaisia sovelluskohteita ovat hedelmät ja vihannekset, joiden toivotaan kypsyvän hallitusti vielä säilytyksen aikanakin. Selluloosaderivaatan suuria läpäisevyyksiä lukuun ottamatta toimisivat kaikki näytemateriaalit hyvinä esteinä hapelle. Hiilidioksidinläpäisevyydet vaihtelivat kuitenkin suuresti, mikä vaikutti eroihin myös CO2/O2-arvoissa. Tämä johtuu puolestaan biopohjaisten kalvojen hyvinkin erilaisista kemiallisista rakenteista, eikä yksiselitteisen suhdeluvun määrittäminen kaikille kaasunläpäisevyyksille ollut tästä syystä mahdollista. Tutkimuksessa käytetyn hiilidioksidinläpäisevyyslaitteiston antamat tulokset vastasivat suuruusluokaltaan kirjallisuudessa esiintyviä läpäisevyysarvoja, mutta muutamien erisuuruisten rinnakkaismittausten vuoksi täytyisi laitteella tehdä vielä lisätutkimuksia luotettavuuden arvioimiseksi.
Subject: bio-based
films
carbon dioxide permeability
oxygen permeability
CO2/O2 ratio
biopohjainen
pakkauskalvo
hiilidioksidinläpäisevyys
hapenläpäisevyys
CO2/O2-suhde


Files in this item

Files Size Format View

There are no files associated with this item.

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record