Mikroperfore polipropilen filmlerin oksijen geçirgenliğinin belirlenmesi ve tahmin edilmesi
Determination and estimation of oxygen permeabilities of microperforated polyproplyene films
Yazar: TUĞBA ÇEVİK SİVRİHİSAR
Danışman: DOÇ. DR. MURAT ÖZDEMİR
Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü / Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2008
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Gaz geçirgenliği = Gas permeability ; Matematiksel modelleme = Mathematical modelling

Özet:
Taze meyve ve sebzelerin raf ömrünün uzatılması ekonomik bakımdan çok önemlidir. Bu ürünler oksijen geçirgenliği uygun olmayan ambalaj filmleri ile ambalajlanırlarsa uygun muhafaza koşulları sağlansa bile raf ömürleri azalır. Mikroperfore filmlerin, yüksek seviyede solunum yapan meyve ve sebzelerin ihtiyaç duyduğu oksijen miktarına göre oksijen geçirgenlikleri ayarlanabilmekte ve bu filmler gıdaların raf ömürlerinin uzatılmasında önemli avantajlar sağlayabilmektedir.Plastik esaslı gıda ambalaj filmleri yeni lazer teknolojileri sayesinde mikroperfore hale getirilebilmektedir. Lazer teknolojisi homojen, çok küçük boyutta, film ile temas etmeden ve filme zarar vermeden delik açabilmektedirler. Gıda ambalaj filmlerinin mikroperforasyon işlemi için en uygun lazer karbondioksit lazerdir. Karbondioksit lazer ile farklı kalınlıklardaki polimer filmler üzerine farklı çap ve farklı sayılarda mikron ölçeğinde delikler açılabilir.Bu çalışmada fizikokimyasal özellikleri ve solunum hızı belirlenen Anamur muzu 30 ?m kalınlığında deliksiz, delik çapları 60-200 ?m arasında ve delik sayıları 8-600 aralığında değişen çift yönlü gerdirilmiş polipropilen filmler ile ambalajlanmıştır. Ambalajda bulunan deliklerin çap ve sayılarının muzun solunum hızına, ambalaj içi % denge O2 miktarına ve tek bir delikten geçen O2 miktarına etkisi incelenmiştir. İncelemeler sonucunda mikroperfore plastik-esnek bir filmde ve içinde taze meyve veya sebze bulunan mikroperfore plastik-esnek bir ambalajda gaz difüzyonunun matematiksel modeli geliştirilmiştir. Bu çalışmada elde edilen model kullanılarak mikroperfore ambalajlardaki delik sayısı ortalama %38 hata payıyla tahmin edebilmiştir. Ayrıca bu çalışmadan elde edilen model kullanılarak ambalaj içindeki O2 miktarının zamana göre değişimi ortalama %3,9 hata payıyla, denge O2 mol fraksiyonunu ortalama %8,5 hata payıyla ve denge zamanı ise ortalama %20 hata payıyla tahmin edilmiştir.Sonuç olarak, bu çalışma ile plastik-esnek filmlerle ambalajlanmış taze meyve ve sebzelerin raf ömürleri süresince ihtiyaç duyduğu denge oksijen konsantrasyonunu sağlamak için gereken mikroperfore delik sayısı teorik olarak hesaplanmıştır. Teorik model yardımıyla, mikroperfore film üretimi yapan firmalar gıdalar için istenen özellikteki mikroperfore filmleri bilimsel yöntemlerle üretebileceklerdir.

Abstract:
Prolonging shelf life of fresh fruit and vegetables is economically important. Even though these products are kept at appropriate storage conditions, their shelf lives will be shorten due to the use of packaging films that have inappropriate oxygen transmission rates. Oxygen permeabilities of microperforated films can be adjusted with respect to fruit and vegetables that have high respiration rates, and these films could provide significant advantages in prolonging the shelf life of foods.Plastic-based food packaging films can be converted to the microperforated form with new laser technologies. Homogeneous and micro-sized holes can be opened on film surfaces without any contact or deformation to films by lasers. Carbon dioxide laser is the most appropriate laser for the microperforation of food packaging films. The carbon dioxide laser can open micro-sized holes on polymer films that have different thicknesses where the holes are different in radius and number.In this work, Anamur bananas whose physicochemical properties and respiration rates were determined, were packaged with nonperforated and microperforated bi-axially oriented polypropylene (BOPP) films with hole diameters between 60 and 200 ?m and number of holes between 8 and 600, and a thickness of 30 ?m. The effects of hole diameter and number of holes on the respiration rate of banana, steady-state % oxygen concentration in package and the amount of oxygen passing through a single hole were examined. After the analysis, gas diffusion through microperforated flexible films and microperforated flexible package used for fresh fruit and vegetables were developed. The model developed in this study predicted the number of microperforations on the packages with an average error of 38%. In addition, the change in oxygen concentration in packages with respect to time, the steady-state oxygen mole fraction and the steady-state time were estimated with an average error of 3,9%, 8,5% and 20%, respectively, by the model developed in this work.In conclusion, the number of the microperforated holes that needs to be drilled on flexible packaging films was calculated by the theoretical model developed based on the steady-state oxygen demand for fresh fruit and vegetables during their shelf lives. With the help of the theoretical model, film manufacturers will produce microperforated films with certain properties in a more scientific way.