Μελέτη της επίδρασης ιονιζουσών ακτινοβολιών-γ και ηλεκτρονίων υψηλής ενέργειας στις φυσικοχημικές και μηχανικές ιδιότητες πολυστρωματικών υλικών συσκευασίας τροφίμων

Abstract

Food irradiation is a non-thermal method of pasteurization of foods which are usually prepackaged to prevent microbial recontamination. Plastics are affected in several ways when exposed to high-energy ionizing radiation (cross-linking, changes in mechanical and thermal properties, changes in migration of polymer constituents into food simulants etc.). In addition, from an environmental point of view the recycling of plastic packaging materials is an important process. The result of recycling is a significant modification in the molecular structure of the polymer and a subsequent deterioration of its properties. Low density polyethylene (LDPE) is one of the most widely used food packaging material. Thus, it is of a great interest to study the effects of ionizing radiation on the properties of packaging materials containing recycled LDPE. The objectives of the present work were to study the effects of ionizing gamma and electron beam irradiation (doses 5-60 kGy) on: the mechanical, thermal and permeation properties and potential structural changes of experimental five-layer food packaging films LDPE / LDPE - LLDPE / LDPE / LDPE - LLDPE / LDPE, PA / tie / LDPE / LDPE / LDPE and PA/ EVOH / tie / LDPE / LDPE, where the middle layer was 50 % or 100 % recycled low density polyethylene (LDPE) or virgin LDPE (control), cross-linking of LDPE of the same above reported multilayer structures at 60 kGy, the formation of radiolysis products after realistic food irradiation contact conditions (plastic in contact with the food simulant iso-octane during irradiation at room temperature), and organoleptic characteristics of potable water as a food simulant after contact with above multilayer film samples. Results showed that gamma irradiation at doses of 5 and 10 kGy (cold pasteurization) did not induce significant changes in properties, while some differences were observed at higher doses of 30 and mainly of 60 kGy. However, a large number of radiolysis products were produced as a result of irradiation. The concentration of these compounds increased progressively with increasing dose. In addition, moderate differences were recorded in the odor and mainly in the taste score of potable water upon irradiation. Electron beam irradiation at a dose of 60 kGy induced cross-linking in LDPE of all the samples. In addition, some differences were observed in mechanical and thermal properties as a result of electron beam irradiation. A large number of radiolysis products was detected in the food simulant (isooctane) after contact with all films tested. The concentration of radiolysis products increased with increasing dose. Some differences in odor as well as 'plastic' taste transfer to potable water were observed. Generally, the two types of irradiation had a similar effect on the properties of the multilayer films. Results showed that the percentage of recycled LDPE in the multilayer structure did not significantly affect the properties of the non-irradiated materials. Small differences were observed in properties of irradiated materials mainly at doses of 30 and 60 kGy.

Η ακτινοβόληση, μέθοδος παστερίωσης των τροφίμων τα οποία ακτινοβολούνται κατόπιν συσκευασίας τους, επιδρά στις ιδιότητες πλαστικής συσκευασίας (στη δομή του πολυμερούς, στις μηχανικές και φυσικοχημικές του ιδιότητες, στη μετανάστευση συστατικών κ.α.). Επιπρόσθετα, σήμερα έχει αυξηθεί το ενδιαφέρον για ανακύκλωση πλαστικών υλικών συσκευασίας, η οποία οδηγεί σε υποβάθμιση των ιδιοτήτων τους. Το χαμηλής πυκνότητας πολυαιθυλένιο (LDPE) είναι από τα πλέον χρησιμοποιούμενα υλικά συσκευασίας τροφίμων. Είναι, επομένως, σημαντική η διερεύνηση της επίδρασης της ακτινοβόλησης σε υλικά που περιέχουν τόσο παρθένο όσο και ανακυκλωμένο LDPE. Στην παρούσα διατριβή μελετήθηκε η επίδραση ιονιζουσών ακτινοβολιών-γ και ηλεκτρονίων υψηλής ενέργειας σε δόσεις 5-60 kGy: στις μηχανικές και θερμικές ιδιότητες, στη διαπερατότητα και τη δομή πειραματικών πενταστρωματικών υλικών LDPE / LDPE - LLDPE / LDPE / LDPE - LLDPE / LDPE, PA / tie / LDPE / LDPE / LDPE και PA/ EVOH / tie / LDPE / LDPE, στα οποία το ενδιάμεσο στρώμα ήταν 50% ή 100% ανακυκλωμένο LDPE ή 100 % παρθένο LDPE (μάρτυρας), στη δημιουργία σταυροδεσμών στο LDPE των παραπάνω υλικών στα 60 kGy, στην παραγωγή προϊόντων ραδιόλυσης σε προσομοιωτή λιπαρών τροφίμων (ισο-οκτάνιο), και στα οργανοληπτικά χαρακτηριστικά πόσιμου νερού σε επαφή με τα ακτινοβολημένα πολυμερή. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η γ-ακτινοβόληση σε ενδιάμεσες δόσεις των 5 και 10 kGy (ψυχρή παστερίωση τροφίμων) δεν προκάλεσε σημαντικές μεταβολές, ενώ κάποιες μεταβολές παρατηρήθηκαν στις υψηλότερες δόσεις 30 και, κυρίως, 60 kGy. Η ακτινοβόληση οδήγησε στην παραγωγή μεγάλου αριθμού προϊόντων ραδιόλυσης σε όλες τις δόσεις, η συγκέντρωση των οποίων αυξήθηκε αυξανομένης της δόσης ακτινοβόλησης. Παρατηρήθηκαν σημαντικές μεταβολές στην οσμή και, κυρίως, στη γεύση πόσιμου νερού σε επαφή με τα ακτινοβολημένα υλικά. Η ακτινοβόληση με ακτινοβολία ηλεκτρονίων υψηλής ενέργειας οδήγησε σε σχηματισμό σταυροδεσμών στο LDPE (στα 60 kGy) στην περίπτωση και των τριών υλικών. Μεταβολές παρατηρήθηκαν στις μηχανικές και θερμικές ιδιότητες των υλικών. Η ακτινοβόληση οδήγησε στην ταυτοποίηση μεγάλου αριθμού προϊόντων ραδιόλυσης, η συγκέντρωση των οποίων αυξήθηκε αυξανομένης της δόσης ακτινοβόλησης. Τέλος, μεταβολές στην οσμή και, κυρίως, ανάπτυξη «πλαστικής» γεύσης παρατηρήθηκαν στο νερό σε επαφή με τα τρία υλικά. Γενικά, οι δύο ακτινοβολίες είχαν παρόμοια επίδραση στις ιδιότητες των πολυστρωματικών υλικών. Η ύπαρξη ανακυκλωμένου ενδιάμεσου στρώματος LDPE σε ποσοστά 50 % και 100 % δεν μεταβάλλει τις ιδιότητες των μη ακτινοβολημένων υλικών, ενώ οδηγεί σε μικρές διαφορές στις ιδιότητες των υλικών μετά την ακτινοβόληση, κυρίως στις υψηλές δόσεις των 30 και 60 kGy.