Physical and mechanical properties of chitosan-gelatin based film

Abstract

The present study was aimed to utilize waste from the frozen black tiger shrimp industry as raw material for biodegradable cling film production. The physical and chemical properties of the produced chitosan were determined. In addition, the solubility of chitosan was tested in lactic acid, propionic acid and citric acid. Chitosan film from different acids and varying concentrations was prepared. The physical and mechanical properties of the film were measured and improved to the market standard using 2 different plasticizers: glycerol and sorbitol. The results showed that the produced chitosan has 6.85 % moisture content, 6.34 % nitrogen content 0.1 % fat, 0.25 % ash, 86.7 % deacetylation and 230 cps viscosity. These properties are similar to the properties of the commercial chitosan. For production of biodegradable film, several parameters that could influence properties of the film were optimized, including chitosan content, types and concentrations of organic acids, volume of chitosan solution, chitosan: gelatin ratio, as well as types and required amount of plasticizer. The optimum conditions for preparing 20x25 cm2 biodegradable chitosan film were found to be 150 ml. of 1% chitosan-gelatin solution (1:1 chitosan: gelatin ratio) in 5% propionic acid and 0.5% glycerol. The properties of the film were: tensile strength 70.385 N/ mm2; elongation at break 13.463 mm/ mm; tearing resistance 616.7 mN; weight 2.243 mg/ piece; film thickness 0.032 mm; and water vapor permeability 0.1564 x 10-3 g.mm/ mm2 hr mm Hg. Comparable to mechanical properties of commercially available polyethylene film, the produced chitosan-gelatin film was superior in tensile strength and tearing resistance, while elongation at break and water vapor permeability were inferior.

งานวิจัยนี้ เป็นการศึกษาการใช้เศษเหลือจากอุตสาหกรรมกุ้งกุลาตำแช่แข็ง ไปเป็นวัตถุดิบในการผลิต แผ่นฟิล์มยืดชีวภาพที่สามารถย่อยสลายได้ โดยทำการศึกษาคุณสมบัติทางเคมีและกายภาพของไคโตซานที่ผลิตได้ ศึกษาการละลายของไคโตซานในกรดอินทรีย์ 3 ชนิด คือ กรดแลคติก โพรพิโอนิค และซิตริก รวมถึงการนำสารละลายไคโตซานที่ได้ไปผลิตเป็นแผ่นฟิล์มไคโดซาน-เจลาติน ทำการปรับปรุงคุณสมบัติทางกายภาพ และทางกลของแผ่นฟิล์มให้ได้มาตรฐานโดยการเติมพลาสติกไซเซอร์ 2 ชนิด คือ กลีเซอรอล และซอร์บิทอล เพื่อให้ได้แผ่นฟิล์ม ไคโตซานที่มีคุณสมบัติดี ผลจากการทดลองพบว่า ไคโตซานที่ผลิตได้ในห้องปฏิบัติ มีค่าความชื้นร้อยละ 6.85 ปริมาณโปรตีนร้อยละ 6.34 ไขมันร้อยละ 0.1 เถ้าร้อยละ 0.25 ระดับการกำจัดหมู่อะซิติลร้อยละ 86.7 และค่าความหนืด 230 เซนติพอยส์ ซึ่งมีคุณภาพใกล้เคียงกับไคโตซานที่มีจำหน่ายในท้องตลาด ในการนำไคโตซานที่ผลิตได้นี้ไปทดลองผลิตเป็นแผ่นฟิล์มชีวภาพ ได้ทำการคัดเลือกปัจจัยต่าง ๆ ที่มีผลต่อคุณสมบัติของฟิล์ม เช่น ปริมาณไคโตซาน ชนิดและความเข้มข้นของกรดอินทรีย์ ปริมาตรของสารละลาย ไคโตซาน อัตราส่วนของเจลาติน รวมถึงชนิดและปริมาณของพลาสติกไซเซอร์ที่เหมาะสม พบว่าฟิล์มขนาด 20 x 25 ซม2 ที่เตรียมจากสารละลายไคโตซาน-เจลาติน ร้อยละ 1 (อัตราส่วนหนึ่งต่อหนึ่ง) ในกรดโพรพิโอนิกเข้มข้นร้อยละ 5 ปริมาตร 150 มล และมีส่วนผสมของกลีเซอรอล ร้อยละ 0.5 ให้คุณสมบัติของแผ่นฟิล์มดีที่สุด โดยมีคุณสมบัติ ดังนี้ ค่าการด้านแรงดึง 70.385 นิวตัน/ มม2 ค่าการยืดตัวเมื่อขาด 13.463 มม/ มม การด้านแรงฉีกขาดเท่ากับ 616.7 มิลลินิวตัน น้ำหนัก 2,243 มก/ แผ่น ความหนา 0.032 มม และมีค่าการซึมผ่านไอน้ำ 0.1667 x 103 กรัม มม/ มม2 ชั่วโมง มม ปรอท แผ่นฟิล์มชีวภาพจากไคโตซานที่ผลิตได้นี้ เมื่อนำมาเปรียบเทียบในแง่คุณสมบัติเชิงกลกับแผ่นฟิล์มที่ผลิต จากโพลีเอธิลีนที่ขายทั่วไปตามท้องตลาด พบว่าแผ่นฟิล์มไคโตซานที่ผลิตขึ้นได้ใหม่มีค่าการด้านแรงดึง และการด้านแรงฉีกขาดที่สูงกว่าแผ่นฟิล์มโพลีเอธิลีน แต่มีค่าการยืดตัวเมื่อขาดและค่าการซึมผ่านไอน้ำต่ำกว่าแผ่นฟิล์มโพลีเอธิลีน