Nişasta kaynağının ve çeşitli yardımcı malzemelerin nişasta bazlı köpük tabakların özellikleri üzerine etkisi

Abstract

Bu tez çalışmasında, glioksal ile çapraz bağlanmış mısır, patates ve buğday nişastaları ve çeşitli lifler, lipitler ve dolgu malzemeleri kullanılarak yoğunluğu ve su emme miktarı olabildiğince düşük, mekanik direnci yüksek köpük tabakların üretilmesi hedeflenmiştir. Bu araştırmanın ilk aşamasında, ideal köpük tabak üretimi için en uygun nişasta kaynağı belirlenmeye çalışılmıştır. Bu amaçla glioksal ile çapraz bağlanmış (0,126g glioksal/kg nişasta) mısır, buğday ve patates nişastalarından ayrı ayrı ve karışımlar halinde tabaklar üretilmiştir. Bu tabakların kalınlık, yoğunluk, denge nem içeriği, su emme miktarı ölçülmüş ve mekanik özellikleri bükme testi yapılarak belirlenmiştir. Yapılan analizler sonucunda yeterince köpük yapı oluşturduğu gözlemlenen tabakların mekanik özelliklerinin yaklaşık aynı olduğu ancak çapraz bağlı buğday-patates nişastasından üretilen tabağın (BP) yoğunluğunun (0,17g/cm3) ve su emme miktarının(%25,5) diğer tabaklara göre daha düşük olduğu tespit edilmiştir. Dolayısıyla tabak üretmek için en uygun nişasta kaynağının çapraz bağlı buğday-patates nişastası karışımı olduğu belirlenmiştir. Çapraz bağlı buğday-patates nişastası karışımına üç farklı kaynaktan elde edilmiş lif (odun, buğday ve bambu lifi), iki farklı lipit çeşidi (balmumu ve susuz hidrojene yağ) ve dört farklı dolgu malzemesi (Kaolen, nanokil (montmorillonit), silisyum dioksit (SiO2) ve çinko oksit (ZnO) nanoparçacıkları) eklenerek tabak özellikleri daha da geliştirilmeye çalışılmıştır. Tabakların su emme miktarını en fazla düşüren lif çeşidinin buğday lifi (% 7), lipit çeşidinin ise susuz hidrojene yağ (% 10) olduğu tespit edilmiştir. Dolgu malzemelerinden, nanokilin tabakların su emme miktarını artırdığı, silisyum dioksitin su emme miktarı üzerinde etkisi olmadığı, kaolen (% 1) ve çinko oksit nanoparçacıklarının (% 1) ise tabakların su emme miktarını düşürdüğü bulunmuştur. Çapraz bağlı buğday-patates nişastası karışımına en uygun çeşit ve miktarı belirlenen yardımcı malzemeler eklenerek üretilen tabakların kalınlığı, yoğunluğu, denge nem içeriği, su emme miktarı, renk değerleri ve mekanik özellikleri ölçülmüştür. Tabakların, yüzeyi ve kesiti taramalı elektron mikroskobu (SEM) altında görüntülenmiş, kristal yapısı X-ışını kırınımı (XRD) analiziyle, erime sıcaklığı ve erime ısısı ise kademeli taramalı kalorimetre (DSC) ile belirlenmiştir. Çapraz bağlı buğday-patates nişastasına eklenen bütün yardımcı malzemeler tabakların kalınlığını artırmıştır. Çapraz bağlı buğday-patates nişastasına nişastanın % 7'si kadar buğday lifi eklenerek üretilen tabağın (BPL) ve nişastanın % 7'si kadar buğday lifi ve %10'u kadar susuz hidrojene yağ içeren (BPLS) tabağın yoğunlukları, BP tabağının yoğunluğundan daha düşük olduğu bulunmuştur. Bu tabakların yoğunluklarının sırasıyla 0.115±0.013 g/cm3, 0.148±0.005g/cm3 olduğu bulunmuştur. Nişastanın % 7'si kadar buğday lifi ve % 1'i kadar çinko oksit nanoparçacıkları içeren (BPLN) ve nişastanın %7'si kadar buğday lifi, %10'u kadar susuz hidrojene yağ ve %1'i kadar çinko oksit nanoparçacıkları (BPLNS) tabaklarının ise BP ile aynı yoğunluğa sahip olduğu belirlenmiştir. Kaolen içeren tabakların ise BP'den daha yüksek yoğunluğa sahip oldukları tespit edilmiştir. BP tabağının su emme miktarı % 25,50±0,74 iken, BPL, BPLS ve BPLNS tabaklarının su emme miktarları sırasıyla % 16,64±1,25, % 6,4±0,01 ve % 5,85±0,29'e düşmüştür. Tabak yüzeylerinin taramalı elektron mikroskobu (SEM) görüntülerinde, yardımcı malzeme içermeyen tabakların daha fazla çatlak yapı gösterdiği, yardımcı malzemelerinin ilavesiyle tabakların yüzeylerindeki çatlakların azaldığı gözlemlenmiştir. Tabakların kesit yüzey SEM görüntülerinde, en düşük yoğunluğa sahip olduğu belirlenen BPL'nin diğer tabaklara göre daha kalın bir yapıda olduğu ve gözenek yapısının daha düzgün ve gözeneklerin daha büyük olduğu görülmektedir. Tabak üretiminde eklenen bütün yardımcı malzemeler L* değerinin artmasına yani tabakların renginin açılmasına neden olmuştur. BPLN ve BPLNS tabaklarının da en açık renge sahip tabaklar olduğu bulunmuştur. Çapraz bağlı buğday-patates nişastasına lif ilavesi, tabağın hem erime sıcaklığını hem de erime ısısını artırmış, ancak diğer yardımcı malzemelerin (kaolen, nanoparçacık, susuz hidrojene yağ) eklenmesi tabakların erime sıcaklığını farklı şekillerde etkilerken, erime ısılarını düşürmüştür. En düşük su emme değerine sahip BPLS ve BPLNS tabaklarında yapılan migrasyon analizi sonucunda, tabaklardan migrasyonla saf suya geçen glioksal miktarının Birleşik Alman Risk Araştırma Enstitüsü (BfR)'nün belirlediği üst sınırdan daha düşük olduğu belirlenmiştir. Yapılan antibakteriyel testler sonucunda çinko oksit nanoparçacıklarının E.coli XL 1-Blue üzerinde antibakteriyel etkisi olduğu ancak silisyum dioksit nanoparçacıklarının ve çinko oksit nanoparçacıkları içeren tabakların (BPLN ve BPLNS) antibakteriyel etki göstermediği bulunmuştur. Dolgu malzemelerinden nanoparçacıkların tabaklara antibakteriyel bir etki kazandırmaması ve eklenen tüm dolgu malzemelerinin tabakların diğer özellikleri üzerine olumlu bir etki yapmaması nedeni ile köpük tabak üretiminde dolgu malzemesi (kaolen, nanokil (montmorillonit), silisyum dioksit ve çinko oksit nanoparçacıkları) eklenmesine gerek olmadığı sonucuna varılmıştır. Bu tez çalışması sonucunda en iyi özelliklere sahip olan tabağın çapraz bağlı buğday-patates nişastası ve nişastanın %7'si kadar buğday lifi, %10'u kadar susuz hidrojene yağ kullanılarak üretilen tabaklar (BPLS) olduğu ve bu tabakların gıda servis ve ambalajlanmasında kullanılabileceği belirlenmiştir.