Istraživanje dobijanja i karakterizacija biorazgradivih kompozitnih filmova na bazi biljnih proteina

Abstract

Predmet doktorske disertacije je ispitivanje mogućnosti karakterizacija novih biorazgradivih kompozitnih filmova na bazi biljnih proteina. Osnovno istraživanje se bazira na ispitivanju mogućnosti dobijanja kompozitnih filmova na bazi obnovljivih sirovina, vlažnim postupkom ("casting" metoda), karakterizaciji dobijenih filmova i modifikaciji uslova dobijanja radi poboljšanja osobina formiranog filma. Istraživanja se zasnivaju na dobijanju filmova na bazi pogače uljane tikve golice (Cucurbita pepo L. c. v. Olinka) (pumpkin oil cake – PuOC), njenog proteinskog izolata i njihove kombinacije sa drugim filmogenim polimerima (proteinima i polisaharidima). Istraživanje podrazumeva procenu mogućnosti primene PuOC radi delimične zamene opšte poznatih filmogenih materijala, kao i produkciju filmova od PuOC i od proteinskog izolata PuOC. Za produkciju filmova, od važnosti je ispitivanje procesnih parametara (temperatura, pH, period denaturacije, uslovi sušenja, itd.) i komponenti koje formiraju film (količina polimera sa sposobnošću formiranja filma, količina i vrsta plastifikatora, količina i vrsta agenasa za umrežavanje, itd.). S obzirom na velik broj parametara koji utiču na formiranje filma, kao i na osobine formiranih filmova, ispitano je međusobno delovanja više faktora na mogućnost produkcije i osobine dobijenog filma. Odabir i optimizacija procesnih parametara i modelovanje produkcije filmova izvedeno je implementiranjem nove kompjuterske i analitičke metodologije. Osobine značajne za dalju primenu dobijenih filmova podrazumevaju mehaničke osobine (zateznu jačinu i izduženje pri kidanju), barijerne (propustljivost gasova) i fizičko-hemijske karakteristike (rastvorljivost, količinu rastvorljivih proteina, biološku aktivnost u vidu antioksidantne aktivnosti), a ispitane su u cilju deklarisanja potencijalne aplikacije filma. Dodatno, ispitana je mogućnost produkcije kompozitnih filmova proteinski izolat/hitozan, kao i primena enzimskog umrežavanja (crosslinking) enzimom transglutaminaza (TGaza), radi dobijanja filmova sa unapređenim karakteristikama. Istraživanja su vođena i u smeru karakterizacije strukture nastalih filmova, primenom tehnika elektron skenirajuće mikroskopije, deferencijalne skening kalorimetrije, gasne hromatografije i Furije transformišuće infracrvene spektrofotometrije.

The subject of the doctoral dissertation is to examine the possibility of production and characterization of new biodegradable composite films based on plant proteins. The research is based on an examination of the possibility of obtaining composite films based on renewable raw materials, using the casting method, on the characterization of the obtained films and the requirement for the modification to improve the properties of the formed film. The research is aimed to evaluate the possibility of the production the new biodegradable films based on hull-less pumpkin (Cucurbita pepo L. c. v. Olinka) oil cake (pumpkin oil cake - PuOC), its protein isolates and their combinations with other filmogenous polymers (proteins and polysaccharides). The study involves partial replacement of commonly well-known filmogenous materials with PuOC, and production of films based on the whole PuOC and the protein isolates from PuOC. For film production, it is important to investigate the process parameters (temperature, pH, denaturation period, drying conditions, etc.), film-forming components (the amount of polymer with filmforming ability, the amount and type of plasticizer, the amount and type of cross-linking agents, etc..). As the large number of parameters influence the film formation, as well as the properties of formed films, the interaction of several factors which affect the possibility of the production and properties of the obtained film, was examined. Selection and optimization of process parameters and modeling of film production will be carried out by implementing a new computer and analytical methodology. Characteristics important for further application of the obtained films include mechanical properties (tensile strength and elongation at break), barrier (gas permeability) and physical-chemical properties (solubility, the amount of soluble proteins, biological activity in the form of antioxidant activity) and were tested for the purpose of declaring potential application of the produced films. Additionaly, the possibility of production of composite films protein isolate/chitosan, and the application of enzymatic networks (cross-linking) by the enzyme transglutaminase, in order to obtain films with improved properties, was examined. Research was conducted in the direction of the characterization of films formed by applying the techniques of scanning electron microscopy, diferential scanning calorimetry, gas chromatography and Fourier transforming infrared spectrophotometry.