Gıda Uygulamaları İçin Gümüş nanopartikül İçeren Karabuğday Nişastası Esaslı Aktif Ambalaj Malzemelerin Geliştirilmesi

Abstract

Sürdürülebilir ambalajlara artan talep, biyobozunur malzemelere ilgiyi artırsa da bu malzemelerin mekanik ve bariyer özellikleri plastiklerin gerisinde kalmaktadır. Bu tez çalışmasında, karabuğday nişastası ve proteini esaslı, yeşil sentezle elde edilen gümüş nanoparçacıklar (AgNP'ler) ile güçlendirilmiş aktif, biyobozunur kompozit filmler geliştirilmiş ve Kaşar peyniri ambalajlamasında uygunlukları incelenmiştir. Kompozit filmler, Yanıt Yüzey Yöntemi ile optimize edilmiştir. Optimum kompozit film, tek polimerli filmlere kıyasla daha yüksek dayanım ve daha düşük hidrofiliklik göstermesine rağmen, bariyer özelliklerinin daha da iyileştirilmesine ihtiyaç duyulmuştur. Bu nedenle, karabuğday nişastası sodyum trimetafosfat ile çapraz bağlanmıştır. Çapraz bağlı karabuğday nişastası ve karabuğday proteini içeren kompozit filmin mekanik ve bariyer özelliklerinde iyileşmeler gerçekleşmiş; çapraz bağlanmamış kompozit filme kıyasla çekme dayanımı %81 artarken (4,2 MPa'dan 7,6 MPa'a), su buharı geçirgenliği %47 azalmıştır. Sentezlenen AgNP'ler, çapraz bağlı kompozit filme %0,5-2,5 (w/w) ilave edilerek nanokompozit filmler üretilmiştir. AgNP ilavesi filmlere antimikrobiyal özellik kazandırmış, ancak yüksek konsantrasyonlar mekanik ve bariyer performansı ile biyobozunurluğunu azaltırken suya dayanımı artırmıştır. Sitotoksisite analizleri, düşük ve orta AgNP yüklemelerinin sitotoksik olmadığını, en yüksek düzeyin (%2,5) ise doza bağlı sitotoksik etki oluşturduğunu göstermiştir. Bu filmler ile ambalajlanan Kaşar peynirleri 60 gün izlenmiştir. Çapraz bağlı kompozit filmler, biyobozunur seçenekler arasında en iyi bariyer performansını sağlamış; AgNP içeren filmler ise daha yüksek nanoparçacık düzeylerinde maya, küf ve toplam aerobik mezofilik bakteri gelişimini inhibe etmiştir.

The growing demand for sustainable packaging has increased interest in biodegradable materials; however, their mechanical and barrier properties still fall short of conventional plastics. In this thesis, active and biodegradable composite films based on buckwheat starch and protein, reinforced with silver nanoparticles (AgNPs) were developed and their suitability for Kashar cheese packaging was evaluated. Although the optimized composite films showed improved tensile strength and reduced hydrophilicity compared to single-polymer films, their barrier performance required further enhancement. Therefore, buckwheat starch was cross-linked using sodium trimetaphosphate. A cross-linked composite film based on cross-linked buckwheat starch and buckwheat protein resulted in notable improvements in mechanical and barrier properties, increasing tensile strength by 81% (from 4.2 to 7.6 MPa) and reducing water vapor permeability by 47% compared to the non-crosslinked composite film. AgNPs synthesized from buckwheat hull were incorporated (0.5-2.5% w/w) into the cross-linked films, yielding nanocomposite structures. AgNP addition imparted antimicrobial activity, however higher concentrations reduced mechanical, barrier performance and biodegradability, while increasing water resistance. Cytotoxicity analysis confirmed that low and moderate AgNP loadings were non-cytotoxic, whereas the highest level (2.5%) caused dose-dependent cytotoxic effects. Kashar cheese packaged with these films was then monitored for 60 days. Cross-linked composite films provided the best barrier performance among biodegradable options, and AgNP-containing films significantly inhibited yeasts, molds and total aerobic mesophilic bacteria, especially at higher nanoparticle levels.