Biyo bazlı doğal gıda ambalajları için jelatin bazlı film ve kaplama uygulamaları
Gelatin based film and coating applications for bio based natural food packaging
Yazar: MİNE KULALI
Danışman: PROF. DR. HAYATİ TÜRKMEN
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Bu tez çalışmasında, sürdürülebilirlik odağına alınarak kaynakların verimli kullanılması, çevredeki atıkların azaltılması ve döngüsel ekonomiye katkı sağlamak amacıyla esnek ambalaj sektöründe kullanılan petrol bazlı plastiklere alternatif olarak geliştirilen biyo-bazlı ve kompostlanabilir PLA (polilaktik asit), PHA (polihidroksialkanoatlar) ve selüloz bazlı filmlerin endüstride kullanımının yaygınlaştırılması için oksijen bariyerinin geliştirilmesi hedeflenmiştir. Filmlerin içerisinde bulunan gıdalara oksijen bariyeri sağlaması amacıyla jelatin bazlı kaplama geliştirilerek PLA, PHA ve selüloz filmlerdeki oksijen bariyerine etkisi gözlemlenmiştir. Geliştirilen kaplamanın filmlerin mekanik ve optik özelliklerine etkisi incelenmiştir.
Uygun formülasyonu belirlemek için hazırlanan kaplama PLA filme uygulanarak oksijen bariyerleri ölçülmüş ve en düşük ve stabil OTR değerinin elde edildiği optimum formül belirlenmiştir. Formülasyon çalışmaları üç adımda gerçekleştirilmiştir. İlk adımda, farklı jelatin miktarları denenerek en stabil ve düşük oksijen geçirgenliğine sahip optimum jelatin miktarı belirlenmiştir. İkinci aşamada, formülasyonda plastikleştirici olarak kullanılan gliserolün oksijen bariyerine etkisi incelenmiştir. Üçüncü aşamada ise emülgatör olarak kullanılan Tween 80'in oksijen bariyerine etkisi gözlemlenmiştir.
Elde edilen optimum jelatin kaplama PHA ve selüloz filme de uygulanarak, bu filmlerdeki oksijen geçirgenliği değişimi gözlemlenmiş ve mevcut plastik filmler ile karşılaştırılmıştır. Kaplamanın baskı operasyonları için önemli olan optik ve mekanik özelliklere etkisini gözlemlemek amacıyla kaplamalı ve kaplamasız PLA, PHA ve selüloz filmlerin mekanik ve optik özellikleri incelenerek karakterizasyon testleri yapılmıştır.
Yapılan testler sonucunda, jelatin kaplamanın filmlerin oksijen bariyeri özelliklerini önemli ölçüde iyileştirdiği, mukavemet ve delinme direncini geliştirdiği tespit edilmiştir. Kaplamalı ve kaplamasız filmler arasındaki optik özelliklerde minimum fark olduğu ve bu durumun baskı sürecinde renk tutarlılığı sağladığı belirlenmiştir.

Abstract:
In this thesis, with a focus on sustainability, the aim is to develop alternatives to petroleum-based plastics used in the flexible packaging sector to promote efficient resource utilization, reduce environmental waste, and contribute to the circular economy. Specifically, bio-based and compostable PLA (polylactic acid), PHA (polyhydroxyalkanoates), and cellulose-based films are targeted for industrial adoption, with a focus on enhancing oxygen barrier properties. Gelatin-based coatings are developed to provide oxygen barrier functionality to the films, and their effects on oxygen barrier properties in PLA, PHA, and cellulose films are observed. The impact of the developed coating on the mechanical and optical properties of the films is also investigated.
To determine the appropriate formulation, the coating is applied to PLA film, and oxygen transmission rates (OTR) are measured to find the optimum formulation that achieves the lowest and most stable OTR value. Formulation studies are conducted in three steps. Firstly, different amounts of gelatin are tested to identify the most stable and lowest oxygen permeability. Secondly, the effect of glycerol, used as a plasticizer in the formulation, on oxygen barrier properties is examined. Thirdly, the effect of Tween 80, used as an emulsifier, on oxygen barrier properties is observed.
The optimal gelatin coating obtained is applied to PHA and cellulose films, and changes in oxygen permeability in these films are observed and compared with existing plastic films. Mechanical and optical properties of coated and uncoated PLA, PHA, and cellulose films are characterized to observe the impact of the coating on properties important for printing operations.
The tests reveal that the gelatin coating significantly improves the oxygen barrier properties of the films and enhances strength and puncture resistance. Minimal differences in optical properties between coated and uncoated films ensure color consistency during printing processes.