طور باحثون طريقة لمعالجة أغشية السليلوز باستخدام البلازما، بهدف استخدامها مستقبلا في تغليف المواد الغذائية .
وتعالج التقنية إحدى أبرز مشكلات الأغشية المصنوعة من الألياف النباتية، وهي سهولة امتصاصها للرطوبة. وأظهرت الاختبارات أن أحد الطلاءات المستخدمة خفض امتصاص الماء السائل إلى أقل من 1%.
ونشرت نتائج الدراسة في مجلة Applied Surface Science.
غشاء مصنوع من ألياف نباتية
أغشية السليلوز النباتية ( مصدر الصور: Unsplash )
يعتمد الغشاء على ألياف نانوية من السليلوز، وهي ألياف نباتية شديدة الدقة يمكن الحصول عليها، على سبيل المثال، من لب الخشب.
وتتميز هذه الأغشية بقدرتها على التحلل بيولوجيا، كما توفر حاجزا جيدا أمام الأكسجين والدهون، وهو ما يجعلها مادة واعدة للاستخدام في تغليف الأغذية.
لكن السليلوز يجذب الماء بسهولة، لذلك يمكن أن يفقد الغشاء جزءا من قوته في البيئات الرطبة، كما قد تتراجع قدرته على حماية محتويات العبوة.
البلازما تغير خصائص السطح
لتغيير سلوك سطح الغشاء، استخدم الباحثون البلازما، وهي غاز يحتوي على جسيمات مشحونة كهربائيا.
وبمساعدة البلازما، تمكن الفريق من ترسيب أجزاء من مركب يحتوي على السيليكون العضوي على سطح الغشاء.
ومن خلال تغيير تركيبة الغاز وظروف المعالجة، استطاع العلماء إنتاج طبقات تختلف في طريقة تفاعلها مع الماء. فبعضها يجذب الماء، بينما يعمل بعضها الآخر على طرده.
وساعد الجمع بين هذه الطبقات على تقليل امتصاص الماء مقارنة بالغشاء غير المعالج.
الماء السائل وبخار الماء
لكن مقاومة الماء السائل لا تعني بالضرورة أن المادة تمنع مرور بخار الماء.
وهذا الفرق مهم عند استخدام المادة في تغليف المواد الغذائية. فقد جعل أحد أنواع الطلاء الغشاء أكثر نفاذية لبخار الماء.
وتعد هذه الخاصية مشكلة مهمة عند استخدام الغشاء لتغليف منتجات مثل رقائق البطاطس، لأن الرطوبة الموجودة في الهواء يمكن أن تصل إلى المنتج حتى من دون ملامسته للماء مباشرة، ما يؤدي إلى فقدانه قرمشته.
لذلك، فإن نجاح الغشاء في أحد اختبارات مقاومة الماء لا يعني بعد أنه أصبح جاهزا لاستبدال مواد التغليف البلاستيكية التقليدية.
اختبارات قبل الاستخدام التجاري
تتمثل إحدى مزايا هذه الطريقة في أنها تغير خصائص سطح الغشاء مع الحفاظ على الخصائص الميكانيكية لطبقة السليلوز الأساسية.
كما أن تقنيات البلازما مستخدمة بالفعل في صناعة التغليف، ولذلك يرى الباحثون أن هذه التقنية يمكن أن تشكل أساسا لتوسيع عملية إنتاج الأغشية المعالجة.
ما الخطوة التالية؟
قبل الانتقال إلى الإنتاج، يحتاج الباحثون إلى تحسين قدرة الغشاء على منع مرور بخار الماء، إضافة إلى تحديد السرعة التي يمكن بها تطبيق الطلاء على المادة.
كما يتعين على الفريق تقييم عدة عوامل أخرى، من بينها استهلاك الطاقة، ومدى قدرة الطلاء على تحمل الاستخدام العادي، وسلامة المادة عند استخدامها في تغليف المواد الغذائية.
وستحدد نتائج هذه الاختبارات ما إذا كان الغشاء النباتي المعالج بالبلازما قادرا فعلا على حماية المنتجات الغذائية خارج الظروف المختبرية، وما إذا كان يمكن أن يصبح بديلا عمليا لبعض أنواع التغليف البلاستيكي التقليدي.