الغذائية الصناعات في البيئية االعتباراتالعربية

المستقبل واتجاهات الحالية االوضاعللجامعة) العامة االمانة ( 3- 5 / 4 / 2006مقر

البيئة في للتحلل القابلة التعبئة مواد

اعدادناجي. خالد د

االغذية تكنولوجيا بحوث معهد

1

الزراعية البحوث مركزاالغذية تكنولوجيا بحوث معهد

ناجي / خالد الدكتور اعدادوالتغليف التعبئة التصنيع هندسة بحوث قسم

2

: والتغليف التعبئة تطور عن نبذة

وصلت قد الصناعي الثورة كانت عشر التاسع القرن نهاية معالمواد وتغليف لتعبئة الالزمة العبوات توفير مع المتقدم للمستوى

عام وحتى المنتج واحتياج المستهلك لذوق تبعا المختلفة الغذائيةخالل 1940 أنه اال والكماليات المظاهر ضمن تعد العبوات كانت

قائمة أساسية صناعة الى تحولت ما سرعان الماضية عاما الخمسين: Packaging Industryبذاتها من المختلفة العبوات لصناعة

( –الزجاج –الخشب –المعدن –الورق) هذه لزم وقد البالستيك : باآلتي االلمام المتطورة الصناعة

التعبئة- 1 التعبئة- 2مواد العبوة – 3آالت اختيار

التعبئة- 4 االعالن- 6التسويق- 5اقتصاديات

نحو االتجاه وتزايد للشعوب الحضاري المستوى الرتفاع نتيجة وذلك . أنواعها بكافة المتداولة السلع وتغليف تعبئة

وتسويقية بيئية العتبارات االتجاه هذا ايجابيات من الرغم وعلىعمليات اعباء تزايد الى يؤدي الوقت نفس في فانه واقتصادية

تلوث على خطيرة مشكلة تشكل أصبحت التي مخلفاتها من التخلصاهتمامات. ضمن االول المكان تحتل البيئة مشكلة تكاد حيث البيئة

على. بذلك مؤثرا سلبياته يفرض الصناعي التقدم الن ذلك العالم . لالنسان العامة الصحة وعلى البيئة

نظرا التلوث ذلك في المهمة العوامل أحد البالستيك كان وربما . هذه تذهب فأين سنويا العالم يستهلكها التي الهائلة للكمية

معها؟ التعامل يمكن وكيف ؟ المخلفات

المقدمة :

خالل البالستيك صناعة في وتطور انتعاش حدوث نالحظمن هائلة وكميات متعددة أنواع انتاج الى الماضية سنة الثالثون

البالستيكية االفالم تصنيع في تستخدم التي الصناعية البوليمرات . ونالحظ والتغليف التعبئة منها كثيرة مجاالت في تطبيقاتها تجد والتي

3

) ( ال بتروكيميائية مشتقات أغلبها الصناعية البوليمرات معظم أنتراكم الى أدى مما منها التخلص عند الطبيعية البيئية بالعوامل تحلل نظرا وخطيرة عديدة بيئية مشكالت في والتسبب المخلفات هذه

. سنويا العالم يستهلكها التي الهائلة للكميةهذه من للتخلص حل اليجاد حتمية ضرورة هناك وأصبحت

. البيئة على آثارها من والحد المخلفات

سنة االحصائيات أشارت االستهالك 1997حيث مقدار أنه الىيبلغ المجاالت جميع في البالستيك منتجات من مصر في 9xالسنوي

10° ) ( لالنضغاط البالستيك قابلية لعدم ونظرا كبيرة كمية وهي طنومطر ورطوبة وشمس هواء من الطبيعية التحلل لعوامل ومقاومته

فان تحلله على االنزيمات أو الدقيقة الحية الكائنات قدرة وعدموالتي فيها مرغوب الغير القمامة أنواع من تعد البالستيك مخلفات

بؤر وتصبح القمامة من التخلص اماكن بها وتمتلىء باستمرار تتراكموتوالد جذب أماكن يوفر مما المخلفات من أخرى أنواع لتجميع

. سنة االحصائيات أشارت وقد واالمراض لالوبئة ومصدر الحشراتالى 1997 تصل البالستيك من المصري المنزل مخلفات طن )380أن

2 ) من% النوع لهذا االسترجاع نسبة وان المخلفات اجمالي من% 8,17المخلفات من للتخلص حتمية ضرورة وجود يجب كان لهذا

في للتحلل قابل بالستيك انتاج الطرق هذه واحدى المخلفات هذه. Biodegradable Plasticالبيئة

ق بالستيك انتاج من البيئة االغرض في للتحلل بلBiodegradable plastic

عن المخلفات هذه من التخلص تسهل جديدة طريقة دراسة هوتضمين ) Incorporationطريقة النشا مثل طبيعية عضوية مواد

التحلل( عمليات على تساعد كي االفالم هذه تركيب ضمن والسليلوز . المخلفات هذه فناء وعلى البيولوجي

تراكمها الن الى يؤدي البالستيك مخلفات من اآلمن التخلص عدممما:

- . التربة خواص من يسيء- . صحية بيئية خطورة يشكل- . الطاقة من كبير لجزء مستهلك يعتبر

4

- . القومي الدخل من لجزء اهدار يعتبر

وأضرارها المخلفات للتخلصمن المعروفة الطرق

الدفن.-1

االرض باطن في ضخمة مساحات الطريقة لهذه يخصصكي الزمن عامل على فيها ويعتمد بداخلها المخلفات لدفن . عن عجزت الطريقة هذه لكن التربة داخل وتتحل تتآكلداخل للتحلل قابلة غير لكونها البالستيكية مخلفات على القضاء

. التربة تلوث مسببة متواجدة تظل وبالتالي التربة

الحرق -2

أماكن في ضخمة بكميات المخلفات حرق فيها يتمبسبب هوائي تلوث سبب الحرق ناتج أن اال لذلك مخصصة

التي الحرائق تلك من المنبعثة الضرر شديدة الكربونية الموادالهيدروكلوريك وحمض الفوسجين غاز أبخرة تصاعد عنها نتج

عبوات حرق تصاعد PVCنتيجة وكذلك للتسمم المسببةالدايوكسين . Dioxins مركبات الخطورة شديدة الكلورونية

التصنيع -3 أعادة

في وكبسها تنسيقها واعادة المخلفات بتجميع ذلك يتم . العبوة تصبح التصنيع اعادة عند ولكن خاصة آلية ذات مكابس

مركبات خالل من االنسان صحة على خطورة أكثر نفسهاتصبح وكذلك بها المعبأ للغذاء تنتقل التي البتروكميائية العبوة

. للمستهلك جاذبية أقل العبوة

الطرق : تلك تسببها التي االخطار ونتيجة

عبوات انتاج الى كله العالم واتجاه العلمي البحث اتجاه كانالبيولوجي التحلل طريق عن منها التخلص سهل المستقبل في تكون

. االنزيمات طريق عن أو الدقيقة الحية الكائنات باستخدام سواء لها،

5

البيولوجي التحلل قابلة البوليمرات من انواع بانتاج ذلك وكانمادة استخدام مع االرتباط قدرة زراعية substrateولها مواد من

) البوليمرات) مع االرتباط وقدرة البيولوجي التحلل قابلية لها مخلفاتوهي Biodegradable Filmsالكيميائية

Biodegradable Plastic Filmsتعريف للتحلل قابلة بالستيكية أفالم هي

البيولوجي .

البالستيكية : المواد تعريف

اتحاد تكرار نتيجة تتكون التي البوليمرات أحد البالستيك يعتبر( Monomerجزىء ( لتكوين محددة كيميائية ظروف تحت مونومر

) ( تسمى العملية وهذه بوليمير المسمي العمالق الجزئيPolymerization على التعديالت من الكثير ادخال ويمكن

لل monomerالمونومرات والمزج والخلط الدمج يتم اماتخحيثانتاجها بعد وذلك االساسية الخامة خصائص تعديل مع معا المختلفة

. بوليمر شكل على

البوليمرات : أنواع : الى البوليمرات تنقسم

طبيعية: -1النشا : Celluloseالسليلوز (Starch)مثل

صناعية: -2polyethylene 2- polyester 3- polypropylene - 1: مثل

للبوليمرات : Physical Propertiesالخواضالطبيعية

الى : الصناعية أو الطبيعية البوليمرات تنقسمراتنجات - فيصورة صلبة Resinsموادلدائن - علىشكل لينة Latixمواداالصماغ - ومنها سائلة Gums مواد

6

أساسية كمادة الطبيعي النشا بوليمر اختيار تم البحث هذا وفيأنواع اختيار وكذلك البيولوجي للتحلل القابلة العبوات تصنيع في

تصنيع في النشا مع المستخدمة الكيميائية البوليمرات منالعبوات.

: تجاريا المتداولة للتحلل القابلة البوليمرات أنواعbiological products

وهي بكتيري نشاط عن الناتج االستر عديد من مجموعة هيوتنتجها جيدة ميكانيكية خصائص وذات البيولوجي للتحلل قابلة

وأمثلتها : عالمية شركات

1( -PHB)butyrate 2,3 Polyhydroxy

اسم تحت تجاريا Bellingham , UKشركة وتنتجهBIOPOLوتباع

2 -PHB / HV عن من Copolymerعبارة2,3 polyhydroxy butyrate – hydroxyl Valeric

اسم تحت تجاريا شركة ICIوتباع Bellingham, UKمن

3-PHB HV ploy )3- hydroxy buytyrate - co – 3 hydroxy Valeric (

اسم تحت تجاريا رطل / 8وسعرها Biopo/TMوتباع دوالرشركة Zeneca Boiproducts, wilming ton, D.E. USA وتنتجه

4 -Polycarpo )PCL(شركة Co Union carbide chemicals andوتنتجهplastic.

(Harleston , WV)

5 -PLA(( )Lacid acid ( PLOY شركة Co ( Minneapolis, MN( carqillوتنتجه

تم البوليمرات البيولوجي اهذه التحلل خاصية لها يكون بغرض نتاجهالها يكون وأيضا استخدامها بعد كمخلفات منها التخلص لسهولة

7

الشفافية حيث من جيدة فيزيائية ميكانيكية -–خصائص الشد قوةجيدة . خصائص لها البوليمرات هذه أ، التجارب اثبتت ولقد االستطالة

: . التالي الجدول في موضح هو كما الشد قوة حيث من

Table )1( : Peel strengths of polymer films on starch foam sheets

Peel strength )n/m(Film 39PHBV103PCL 230PLA

Table )2( : Peel strengths of polymer coating on starch – PVA films

Peel strength )n/m(Coating 38PHBV*PCL 3.2PLA

Could not be tested

النشا *** مميزاتالثمن- 1 التحلل- 2رخيصة كبيرة- 3قابلة بكميات متاحة

الماء- 4 امتصاص على تساعد هيجروسكوبية طبيعة ذاتالبالستيكية- 5 لالفالم عالية شفافية تعطي

التي االفالم خواص في جدا جيدة نتائج النشا أعطت وبالتجربةباالفالم مقارنة الشد قوة ناحية من خاصة انتاجها في دخلت

.) تتحلل ) ال التي الصناعية البالستيكية

الحراري البالستيك أفالم باسم عرفت االفالم هذهthermoplastic على الفيزوكيميائية % 90- 70تحتوي والخصائص نشا

ووجد النشا نوع حسب على قوتها تختلف الحراري البالستيك لمواد/ االمليزو معدل على تعتمد التي القوة على تعتمد الشفافية ان

8

/ االميلوز. من نسبة أعلى ان المعروف من ان حيث االميلوبكتين . مادة اقوى تكون أميلوبكتين

. االميلوبكتين / االميلوز نسبة بزياد تزداد الشد قوة أن وجد وقد( والقمح البطاطس نشا في النسبة هذه أن وجد (79:21وبالدراسة . القمح نشا أفالم من البطاطسأقوى نشا أفالم ان وجد ولكن

( الى الذرة نشا في النسبة هذه من( 72: 28ووصلت أعلى أي . أفالم في الشد قوة ان وجد ذلك من وبالرغم والقمح البطاطس نشا

. الذرة نشا أفالم من أعلى البطاطسوالقمح نشاالوزن الى ترجع أن محتمل االختالفات هذه ان قيل وبالدراسة

. لالميلوز الجزئي

تصنيع Thermoplastic starchتكنولوجيا

تاريخية : ناحية1- Incorporation of starch

بمستويات البوليمرات م النشا حبيبات 15- 6تضمين % 2- Starch composite

خلطات في composites عمل معلقة أو ذائبة بوليمرات مع النشا منالى وصلت بمستويات % 60-40الماء

3- Graft polymerization نظرا محدودة النشا اضافة كانت وهنا النشا مع االسترات بلمرة

والقابلة الناتجة للمواد الميكانيكية الخواص في حدث الذي للتدهور . الحراري باالنصهار للتشكيل

4- Extrusion into thermoplastic materials باستخدام النشا على تحتوي حرارية بالستيكية مواد extruderانتاج

.) الحراري) الباثقالى استخدامها الممكن النشا نسبة ترتفع أن أمكن الحالة هذه وفي

95 -98. للخواص % محسنة مواد استخدام معهذه التصاق قوة ان االفالم من النوعية هذه انتاج تجارب اثبتت وقد

. آلخر نوع من تختلف للتحلل القابلة البوليمراتان التجارب اثبتت على PLAحيث النشا مع التصاق أفضل أعطي

والبوليمر PLC & PHBVعكس النشا بين الضعيف للتالصق ونظراالعالم PHBVاالساسي قام ethylene (باستخدام Shogren 95فقد

9

oxide( poly يزيد لكي النشا حبيبات تغطية في منه مائي محلول فيوبين النشا بين مثل PHBV الترابط أخرى مواد تجربة تمت وأيضا

Cellulose acetate propionate & toluene diisocyanate

Shogren sasberey 1994 ملخصطريقة

في 1-60 مذاب التغطية في المستخدمة المادة من 600جمالمناسب المذيب السابق 670من للمحلول يضاف نشا جم

لمدة م 30ويقلبحتى -2 ويترك مسطحة أطباق على السابق المخلوط يصب

على وينحل يطحن ثم . 0.5الجفاف سم حراري -3 بثق عملية بمسحوق Extrusionتجري المغطي للنشا

PHBV +صورة في النهائي الناتج ويتم الملونة المادة . بالستيك وشوك سكاكين

افالم النتاج Thermoplastic starchاالساسالنظريبالنشا البالستيك تطعيم عليها يطلق الطريقة starch – plasticهذه

graft

كلمة باستخدام انتاجها يتم للتحلل القابلة وهذه, Graftواالفالم. آخر نبات أصل على نبات تطعيم وتعني الزراعة في تستخدم الكلمة

مواضع احداث يتم الطريقة هذه freeوفي radicals سطح علىالسيريك أيون باستخدام أما النشا ammonium في ceric ionجزىء

nitrate ceric ( كوبالت االشعاع باستخدام High (60او energy radiation وحدات مع النشا بلمرة تجري venyl or acrylicبنائية ثم

monomer حبيبات صورة في النشا يكون وقد مائي وسط في وذلك . المنتج لخواص محسنة مواد تضاف وقد بالحرارة جلتنته أوسبق

ملونة ) مواد ( –مرطبة –ملينة –النهائي تشكيله يمكن والمنتج عازلة. thermo plasticحراريا

: أخرى تجارب وفيالنشا مكان السليلوز استبدال تم

10

أن وجد ولكنللـ -1 استجابة أقل . graftingالسليلوز النشا عن2-. للترطيب السائل من أكبر كمية تحتاج االلياف

القابلة لالفالم البيولوجي التحليل درجة تقييم طريقةللتحلل

البيولوجي للتحلل القابلة البالستيكية االفالم وخصائص لتعدد نظراالمكونات يوا في للتحلل نتيجة القابلية في التغير متابعة لضرورة ضا

سريعة اختبارات ذلك استلزم قد المكونات نسب أو التصنيع طرق أوللتحلل القابلية وتقدير لدراسة الطبيعة في يحدث ما تماثل معملية

المستخدمة الطرق تقسيم يمكن وعموما الناتجة لالفالم البيولوجيالى:

: الطبيعية: الطرق أوال

التربة -1 في الدفن ) التربة ) في ودفنها شرائح صورة في الفيلم من عينات ترقيم يتم

. ومكوناته الفلم صفات في التغير ومتابعة مختلفة أعماق علىتستغرق الطريقة . 45هذه فيها موثوق ومنتائجها يوم

الماء -2 تحتسطح الغمر) انهار ) أو محيطات الماء سطح تحت الفيلم من شرائح ترقيم يتم

وتماثل الفيلم، خصائص وتركيب طبيعة في الحادث التغير ومتابعةعند تحدث والتي الالهوائي التخمر لمدة% 35- 25عمليات رطوبة

على 10 م. 50أيام

العملية: الطرق Laboratory simulated test ثانيا

داخل وذلك الطبيعة في يحدث لما مشابهة ظروف توفير ويتم : من بأنواع أيضا االستعانة مع المعمل

لالمليز -1 المحللة االنزيماتلالمليز -2 المحللة لالنزيمات المنتجة البكترياللسليلوز -3 المحللة الدقيقة الكائنات

11

: في الوقت مع التغيرات تتبع يتم الطرق هذه وفيمختزلة -1 الغير أو الناتجة المختزلة الذائبة السكريات2-X-ray النشا بلورة3-FTIR للفيلم الطبيعي IR & URالتحللالميكانيكية -4 االختباراتوالكثافة -5 والوزن السمك في التغير

االفالم من النوعية هذه انتاج الى والدراسات االبحاث واتجهتنوع على التجارب احدى وفي عليها المعملية التجارب واجراء

البوليمر. ploy hydroxy – 3 – butyratye )PHB( منه جديد نوع بتصنيع قاموا

copolymers اليه %20% & 10بنسبة hydroxyvaleric-3مضافتحتوي( PHB/10%HV& )( PHB/20%HVفانتج ) تربة في دفنه وتم

حرارتها% 22-16على درجة رفع وتم 15ماء م40، ،28

السماء في التجربة نفس تكرير في Compostوتم والغمرfreshwater & seawater تحليل عمل وتم العينات أخذت فترة بعد ثم

. لها كروماتوجرافي

على للعينات البيولوجي للتحلل نتيجة أفضل وكان 40فكانت مبدراسة قاوما وعندما الدقيقة الحية الكائنات هو التحلل في السبب

يحتاج االنزيمي التحلل ان وجد العينات هذه على االنزيمات تأثيرمن ) أكبر كمية الى( HVالضافة %. 45تصل

الدقيقة الحية الكائنات من العديد عزل تم التجربة هذه ومنأنواع وكانت الطبيعية للعينات البيولوجي التحلل بعملية قامت التي

لجرام السالبة الموجبة Gram Negative bacteriaالبكتريا والبكترياGram positive bacteria الجناس Bacilli & Streptomycetesوالتابعة

لجنس التابعة الفطريات من أنواع أخرى Aspergillusوكذلك وبأنواع.Actinomycetesمن

مادة على أخرى اختبارات -ploy – 3 – hydroxy butyratyeوباجراءco -3- )PHB( Hydroxyvalerate من السليلوز معها مستخدما

مادتي:

12

Cellulose acetate butyrate )CAB(Cellulose acetate propionate )CAP(

االنزيمي التحلل لدراسة اختبارات اجراء من :–تم لكال البيئة وتحللPHBV & PHBV / CAP & PHBV / CAB

البالوعات مياه في بتحليلها Sewageوذلك degradation وكانت االفالم مخاليط على واالنزيمات البيئة تحليل دراسة من للنتيجة

يتجاوز ال الوزن في الفقد ان على% 10السابقة احتوائها %50عند . أكثر أو سليلوز

مخلوط بسرعة BHBV/CAP وأن من يتحلل PHBVأكثر & PHBV/CAP . االنزيمات ومحلول البالوعات ماء من كال في

13

REFERENCES

Brown, W.E. )1992(. Plastics in food packaging Ch.4 p. 103- 138 , ch 8 p. 292-357, Marcel Dekker ine .

1-

Brandl, H. and Puchner, P. )1990(. Novel Biodegradable Microbial Polumers, Dawes, E.A. )Ed.(, Kluwer Academic Publishers Dordrecht/Boston / London, p.421.

2-

Doi, Y. )1990( Microbial Polyesters, UCH Publishers Inc., New York, Chapter 8, p. 135

3-

George, F. Fanta )1992(. Starch Graft Copolymers. Plant polymer Research. National Center for Agricultural Utilization Research. USDA. 7901 – 7907

4-

John, W. Lowton )1997(. Biodegradable Coatings for Thermoplastic Starch. Plenum Press, New York, 43- 47 .

5-

Patil. D. R. and Fanta , G.F. )1993(. Graft Coplymerization of starch with methyl – Acrylate. An examination of Reaction Variabbs. Journal of applied polymer science, Vol. 47, 1765 – 1772

6-

Shogren. R.L. and Jasterg, B.K. )1994(. Thermoplastic starch. J. Enuiron polymer. Degrad, 2,99- 109

7-

Saito, Y.)1990(. International Sympoaium in Biodegradable polymers – programs and Abstracts. Biodegradable plastic socity, p.103 .

8-

Trimnell, C.L. Swanson, C.L. Shogren, R.L. and Fanta, G.F. )1993(. Starch Graft. J. Appl. Polymer. Sci, 48, 1665

9-

Wiedmann, W. and Strobel, E. )1991( Srarch, 43.13810-Sana Sobhy Hasan Sabria Abozed Mohamed 11-

14