Preparation and characterization of corn zein coated polypropylene (PP) films for food packaging applications

Abstract

Günümüzde biyobozunur özellikteki polimerlerin petrol türevli sentetikpolimerlere kıyasla doal ve geri dönüebilir olmaları nedeniyle, yüksek miktardatüketilen gıda ambalajlarında kullanılmaları hedeflenmektedir. Bu çalımada, mısırınyapısındaki en önemli protein olan ve film oluturma özelliiyle dikkat çeken zein'in,polipropilen (PP) ambalaj filmleri üzerine kaplanmasıyla elde edilen yeni bir tür kaplıfilmlerin gıda ambalajlarında kullanılmasına yönelik uygunluunun incelenmesiamaçlanmıtır. Uygulanan kaplamanın, yüzeyden kimyasal olarak kolayca ayrılabilmesive bu sayede PP'nin yüksek oranda geriye dönümesine olanak salaması nedeniyle,pahalı ve sentetik kaplama amaçlı polimer filmlere alternatif olabilecektir. En uygunambalaj ölçütlerini elde etmek açısından kaplama içeriinde yer alan çözücü, mısırproteini, plastikletirici yüzdesi ve tipinin kaplı PP filmlerinin su buharı ve oksijengeçirgenlii, mekanik, ısıl, optik ve yüzey özelliklerine etkileri detaylıca saptanmıtır.Mısır proteini (zein) sırasıyla %70'lik ve %95'lik etil alkol ile 50oC'de farklı oranlarda(%5 ve 15%) çözülmü, ve kırılganlıının azaltılmasına yönelik iki tür plastikletirici(polietilenglikol ve gliserol) düük ve yüksek oranlarda (%20, %50) ilave edilerek,PP'nin önceden korona ile modifiye edilmi yüzeyine çözüü döküm tekniiylekaplanmıtır. Mısır proteininin kaplanmasıyla elde edilen PP filmler iyi dı görünümlerive esneklikleriyle göze çarpmılardır. Elde edilen sonuçların istatistiksel çözümlemesi,kaplama içeriinde yer alan mısır proteini ve plastikletirici oranlarının, ayrıcaplastikletirici türünün kaplı PP film özelliklerine en etkili parametreler olduunugöstermitir. Yüksek oranlarda mısır proteininin düük miktarlardaki gliserol ileplastikletirilmesinden sonra PP filmlerine kaplanması ile , filmlerin bariyer ve mekaniközelliklerinde belirgin (P<0.05) artı salanmıtır. Ayrıca, PP filmlerinin kaplamaylabirlikte erime sıcaklıı azalırken, bozulma sıcaklıında artı göze çarpmı, bu da kaplıPP filmlerin process çalıma aralıını geniletmitir. Sonuç olarak, uygun içeriklekaplanan PP filmlerin, günümüzde gıda ambalajlamada kullanılan sentetikkaplamalara alternatif bir malzeme olabilecei bulunmutur.

The plasticized corn-zein coatings on polypropylene (PP) films as an alternativeto multilayer packaging films consisting of non-degradable polymers were prepared toevaluate barrier, mechanical, thermal, surface and optical properties of the resultingcoated film, as affected by coating formulation (solvent, corn-zein, plasticizerconcentration, and plasticizer type). PP films coated with corn zein were obtainedthrough a simple solvent casting method. Corn-zein with different amounts (5% and15%) was dissolved in 70% and 95% aqueous ethanol solution at 50oC, respectively.Solutions of corn-zein plasticized by polyethylene glycol (PEG) and glycerol (GLY) withvarious levels (20% and 50%) were applied on corona-discharged-treated PP film.The resulting corn-zein coated PP films showed good appearance, flexibility andadhesion between the coating and the base film. The coated PP films showed asignificant (P<0.05) increase in barrier (water and oxygen) properties and improvementin mechanical properties when coating formulation consisted of higher corn-zein contentand lower amount of GLY as plasticizer. Furthermore, zein coating increased theservice temperature range of the PP films, and promised good printability on the surfacedue to contact angle results. The statistical analysis defined that the key parameters ofcoating formulation that had major effect on the final properties of coated PP films ascorn-zein concentration, plasticizer concentration, and plasticizer type while ethanolconcentration was found to be as less effective parameter compared to others.In conclusion, corn zein coatings with appropriate formulation on PP films couldhave potential as an alternative to conventional synthetic coatings for food packagingapplications.