كيف تحافظ علب البيض المصنوعة من البولي إيثيلين تيريفثاليت (PET) على نضارة الأغذية

علم المواد: لماذا يتفوق البولي إيثيلين تيريفثاليت (PET) في أداء الحواجز

الصلابة الفطرية، والشفافية، وكثافة الجزيئات تُمكّن من الثبات الهيكلي وانخفاض النفاذية

معدلات انتقال الرطوبة منخفضة جدًّا مقارنةً بمواد التغليف الأخرى بسبب استخدام مزيج البولي إيثيلين تيريفثاليت/إيثيلين فنوكسي إيثانول (PET/EVOH) والبولي إيثيلين تيريفثاليت/البولي إيثيلين (PET/PE). فعلى سبيل المثال، تبلغ معدلات انتقال الرطوبة لمزيجي PET/EVOH وPET/PE أقل من ٠٫٨ غرام/متر²/يوم. وتساعد هذه المعدلات المنخفضة في الحفاظ على محتوى الرطوبة في الفواكه والخضروات المُعبَّأة، كما تساعد في الحد من نمو البكتيريا. وبالإضافة إلى انخفاض معدلات انتقال الرطوبة، فإن الخصائص المادية الأصلية والمُرْغوبة الأخرى للبولي إيثيلين تيريفثاليت (PET)، مثل المتانة الميكانيكية وخصائص الحواجز والشفافية، تتيح استخدامه في مجموعة واسعة من التطبيقات. ومن بين تطبيقات الحواجز السطحية هذه عبوات الـ PET ذات التصميم القابل للطي (Clam Shell) والعُلب الكرتونية المصنوعة من الـ PET المستخدمة في التغليف. وبخصوص البنية البلورية للبولي إيثيلين تيريفثاليت (PET)، فإن مستويات انتقال الرطوبة وانتقال الأكسجين تكون منخفضة في حالته البلورية. وهذه المعدلات المنخفضة لانتقال الأكسجين هي السبب في أن عبوات الـ PET ذات التصميم القابل للطي (Clam Shell) لا تحتاج إلى دمجها مع أنواع بلاستيكية أخرى للحفاظ على سلامة المنتجات المحفوظة داخلها. وتبلغ قيمة معدل انتقال الأكسجين (OTR) لعينات الـ PET ٠٫٥ سم³/متر²/يوم، أي ما يعادل عُشر قيمة معدل انتقال الأكسجين (OTR) الخاصة بالبولي بروبيلين (PP) من الدرجة السكنية.

أداء حاجز الأكسجين والرطوبة لبولي إيثيلين تيريفثاليت مقارنةً ببولي إيثيلين تيريفثاليت المعاد تدويره: تأثير نسبة المحتوى المعاد تدويره

وبجانب تجاوز الحواجز المفروضة من قِبل المواد الجديدة، لا يبدو أن البولي إيثيلين تيريفثاليت المعاد تدويره (rPET) يحقق نفس النتيجة عمليًّا. وأظهرت الاختبارات المستقلة التي أُجريت على البولي إيثيلين تيريفثاليت الجديد (PET) والبولي إيثيلين تيريفثاليت المعاد تدويره (rPET) فروقًا في معامل انتقال الأكسجين (OTR) ومعامل انتقال بخار الماء (MVTR)، كانت هذه الفروق عمومًا أقل من ٥٪. ويعود ذلك إلى حقيقة أن البولي إيثيلين تيريفثاليت المعاد تدويره (عبر إعادة التدوير الميكانيكية) لا يؤدي إلى تدهور وحدة المونومر المكوِّنة للبوليستر (إيثيلين تيريفثاليت) المسؤولة عن تلك الخصائص الحاجزية منذ البداية. وهذه معلومةٌ بالغة الأهمية فيما يتعلق بالعوائق الأكثر نفاذيةً التي تشكِّلها أشياء مثل علب المحار البلاستيكية المخصصة للحيوانات الأليفة. وهنا تكمن المعضلة. إذ يمكن أن تؤدي الطبقات المتعددة من إعادة التدوير — وبشكلٍ متناقضٍ — إلى زيادة نفاذية المواد للأكسجين بنسبة تصل إلى ١٢٪، وقد تزداد هذه النسبة أكثر عند الحفاظ على درجة حرارة المعالجة فوق ٢٨٠°م. وتسعى معظم مصانع إعادة التدوير اليوم إلى تجنُّب هذه المشكلة باستخدام تصاميم ترشيح جديدة ومبتكرة لتقليل تلك الملوثات المزعجة التي كانت تسبِّب مشكلات سابقة في الخصائص الحاجزية. أما البولي إيثيلين تيريفثاليت المعاد تدويره والمخصص للاستخدام في أغراض الأغذية اليوم، فيمتلك خصائص حاجزية ضد الرطوبة تفي بالمتطلبات المطلوبة، حيث يتراوح معامل انتقال بخار الماء (MVTR) فيه بين ٠٫١ و٠٫٣ جرام لكل متر مربع في اليوم، حتى في حالات البولي إيثيلين تيريفثاليت المعاد تدويره الذي تحتوي تركيبته على ما يصل إلى ٣٠٪ من المحتوى المعاد تدويره. وهذا يعني أن الشركات يمكنها تحقيق أهدافها البيئية دون المساس بمدة صلاحية منتجاتها.

وظيفة الحاجز في العمل: التحكم في انتقال الأكسجين والرطوبة

معدل انتقال الأكسجين المرجعي (OTR) لعلب الـPET ذات الغطاء المفتوح ومقارنته بمواد أخرى

عندما يتعلق الأمر بالتغليف القابل للطي على شكل صدفة، فإن تيريفثالات البروبلين (PET) يتمتع بميزة تنافسية من حيث نفاذية الأكسجين التي تبلغ ٥ إلى ١٠ سم³ لكل متر مربع في اليوم. وهذه تمثّل تحسّنًا جذريًّا مقارنةً بمعظم مواد التغليف الأخرى. فعلى سبيل المثال، تبلغ معدلات النفاذية للأوعية القياسية المصنوعة من البوليبروبيلين ٥٠ إلى ١٥٠ سم³/م²/يوم، بينما تصل معدلات النفاذية للمنتجات المصنوعة من البوليستيرين إلى ما هو أعلى بكثير، أي ما بين ٢٠٠ و٤٠٠ سم³/م²/يوم. وبفضل هذه النفاذية المنخفضة للأكسجين، يقلّ الضرر الواقع على الأغذية المجففة داخل العبوة. فعلى سبيل المثال، لا تتحول الفواكه مثل التوت إلى اللون البني بسرعة كبيرة، كما لا تفقد الخضروات مثل الخضر الورقية كمية كبيرة من العناصر الغذائية، مثل فيتامين ج الذي لا يفقد إلا بكميات ضئيلة جدًّا مع مرور الوقت. إذن، ما السبب وراء هذا التحسّن الكبير الذي تحققه مادة PET؟ والإجابة تكمن في تركيبها البلوري. فهذا التركيب يُشكّل فتحات دقيقة جدًّا في الحاجز، ما يجعل من الصعب على جزيئات الأكسجين اختراق هذا الحاجز. ونتيجةً لذلك، يبقى الطعام أكثر طعمًا وقيمة غذائية، ويحتفظ بطراته لفترة أطول. ولذلك تُعدّ مادة PET خيارًا مثاليًّا للأغذية الأقل استقرارًا والتي تتطلب حماية أكبر.

معدل انتقال بخار الرطوبة (MVTR) ودوره في إدارة تنفس المنتجات الزراعية والتكثيف

تتراوح قيم معدل انتقال بخار الرطوبة (MVTR) لمادة البولي إيثيلين تيرفثالات (PET) بين ١–٢ غرام/م²/يوم، وفي هذه الحالة تساعد على التحكم في رطوبة عبوات النوع القابل للإغلاق (Clamshell). فعند تنفس الفواكه، تُنتج ما بين ٢٠–٥٠ ملغ من بخار الماء لكل كيلوجرام من الفاكهة في الساعة. وإذا لم تُدار مستويات الرطوبة بشكل مناسب، فإن المنتجات الزراعية ستفسد وستتعرض لتغيرات غير مرغوب فيها. وتتميّز مادة البولي إيثيلين تيرفثالات (PET) بأنها مقاومة للماء، ما يساعد على تقليل التجعّد وفقدان الوزن. وعلى سبيل المثال، لن تصبح حاويات الطماطم الكرزية والعنب رطبة جدًّا أو طرية جدًّا.

استخدام عبوات النوع القابل للإغلاق المصنوعة من البولي إيثيلين تيرفثالات (PET) لزيادة مدة الصلاحية الفعلية على أرض الواقع

دراسة حالة مؤكدة: دراسة بحثية مشتركة بين وزارة الزراعة الأمريكية (USDA) وإدارة الأغذية والأدوية الأمريكية (FDA)، أظهرت زيادة مدة صلاحية الفراولة بمقدار ٤–٧ أيام إضافية

كشفت دراسة تعاونية حديثة أجرتها وزارة الزراعة الأمريكية (USDA) وهيئة الغذاء والدواء الأمريكية (FDA) أن الفراولة المُعبَّأة في عبوات PET على شكل صدفات يمكن أن تبقى على الرف لمدة أطول بـ ٤ إلى ٧ أيام مقارنةً بالتغليف التقليدي. ولاحظ الباحثون الوظيفة المزدوجة التي توفرها عبوات الـ `PET` على شكل صدفات. وبمعدل انتقال الأكسجين (OTR) أقل من ٠٫٥ سم³/م²/يوم، انخفض معدل الأكسدة وبالتالي انخفض ظهور البقع البنية غير الجذابة المرافقة لها. وفي الوقت نفسه، يتم التحكم في انتقال بخار الرطوبة الميكروي، ما يؤدي إلى الحفاظ على مستوى الرطوبة والرطوبة المثلى داخل العبوة. وأدى هذا التحكم إلى خفض تقريبي بنسبة ٦٠٪ في معدل نمو الكائنات الدقيقة، مما يطيل مدة صلاحية المنتج. وتسهم هذه النتائج بشكل كبير في التخفيف من مشكلة الهدر الغذائي الهائلة. فقد وجدت خدمة الأبحاث الزراعية التابعة لوزارة الزراعة الأمريكية (USDA) عام ٢٠٢٣ أن التوت الطازج، الذي تبلغ قيمته ٦٫٢ مليار دولار أمريكي كمحصول في الولايات المتحدة، يتعرض لخسارة سنوية تُقدَّر بنحو ٣٠٪ بسبب تغليف غير كافٍ أو غير مصمَّم جيدًا. كما لاحظ تجار التجزئة أن الفراولة المعبأة في عبوات PET حافظت على نسبة أعلى من فيتامين ج بلغت ١٥٪ بعد ١٠ أيام من التخزين، ما يوفِّر فائدة صحية. وهذا يدل على أن التغليف يحافظ على القيمة الغذائية، ويُظهر أن الحواجز في مجال التغليف ليست مجرد أرقام فقط، بل تمثل قيمة غذائية فعلية. وفي حالة الفراولة، فإن مادة الـ PET تحقِّق أكثر باستخدام أقل.

دمج التصميم: التهوية، وسلامة الإغلاق، وإدارة الرطوبة في عبوات الـPET على شكل صدفة

يجب النظر إلى الحُسْنِ في الأختام، والتهوية، والتحكم في الرطوبة، وتصميمها باعتبارها نظامًا معقدًا ومتكاملًا بدلًا من أن تُعتبر أنظمة منفصلة عند تصميم عبوات الـPET على شكل غلاف قابل للانفتاح (Clam Shell). وتؤدي الثقوب الصغيرة التي نقطعها بالليزر في أماكن مختلفة دور فتحات تهوية دقيقة تسمح بمرور كمية هواء محددة بدقة إلى المنتجات المُنتِجة للإيثيلين، مما يقلل احتمال تكوّن التكثّف. أما إغلاقات الإطباق (Snap Closures) التي نصمّمها فهي تخضع لعملية تصنيع باستخدام قوالب سيليكونية تُنتج أنظمة إغلاق تُغلق تلقائيًّا بإحكامٍ تامٍّ لتوفير حاجز ثلاثي ضد دخول الأتربة الملوِّثة، وخروج الغازات الناتجة، وهروب الرطوبة المبكرة. والسمة المميِّزة لعبوات الـPET المستخدمة في منتجات الخضر والفاكهة هي معدل انتقال بخار الرطوبة (Moisture Vapor Transmission Rate) الذي صُمِّمت خصيصًا له، وهو ما يحقّق استقرار المحتوى الرطوبي المتوازن للمنتج. وقد صُمِّمت هذه العبوات لرفع مستوى التوازن المثالي بين الجفاف والرطوبة، ولمنع ظروف نمو العفن المزعج، والرطوبة الزائدة، وتعفُّن الأطراف. كما أن ظروف المناخ الدقيق المُتحكَّم فيها تُبطئ معدل تنفُّس المنتجات الخضرية والفاكهة. وتأخّر هذه العبوات بداية نمو جراثيم العفن، وتحافظ على تلك الصفة الكريهة غير الجذّابة المتمثلة في انكماش التوت وفقدانه لمظهره وقوامه الطبيعي. وهي مثالٌ مثاليٌّ على عبوةٍ تُطيل فعليًّا مدة صلاحية المنتج.

أسئلة شائعة

ما هو البولي إيثيلين تيريفثاليت (PET) ولماذا يُستخدم في التغليف؟

البولي إيثيلين تيريفثاليت (PET) هو نوع من البلاستيك يُسمى بولي إيثيلين تيريفثاليت. وهو كثيف جدًّا ويتميَّز بهيكل شبه بلوري ملحوظ. وهذا يجعله حاجزًا ممتازًا ضد الغازات والرطوبة. وبالتالي، فهو مثالي لأغراض التغليف، إذ يحافظ على نضارة المنتجات ويحمي وضوحها.

ما خصائص الحواجز التي يوفِّرها البولي إيثيلين تيريفثاليت المعاد تدويره (rPET) مقارنةً بالبولي إيثيلين تيريفثاليت الجديد؟

بالنسبة للبولي إيثيلين تيريفثاليت الجديد، فإن البولي إيثيلين تيريفثاليت المعاد تدويره (rPET) يوفِّر حماية حاجزية مماثلة، وأي نواقص تظهر في هذه الحماية تقتصر بدقة على معدلات انتقال الرطوبة والأكسجين في rPET، والتي لا تتجاوز عمومًا ٥٪. ومع عمليات إعادة التدوير، تنخفض عادةً فعالية الحماية الحاجزية، لكن هذا الأمر أصبح أقل إشكاليةً مع تقنيات إعادة التدوير المُستخدمة حاليًّا.

كيف تساعد علب الـ PET ذات الغطاء المفتوح والمقفل (Clamshells) في إطالة فترة نضارة المنتجات؟

علب الـ PET ذات الغطاء المفتوح تتميز بمعدل منخفض لنقل كلٍّ من الأكسجين والرطوبة. ويساعد هذا في التحكم في مستوى الرطوبة ويُبطئ معدل الأكسدة، مما يساعد المنتجات على البقاء طازجة لفترة أطول. وأجرت وزارة الزراعة الأمريكية (USDA) وإدارة الأغذية والأدوية الأمريكية (FDA) دراسة خلُصت إلى أن الفراولة المعبأة في علب PET ذات الغطاء المفتوح ظلت طازجة لمدة أطول بـ ٤ إلى ٧ أيام مقارنةً بالفراولة المعبأة في عبوات تغليف قياسية.