การศึกษาผลของเพคตินจากเปลือกกล้วยที่มีผลต่อคุณสมบัติทางกายภาพของฟิล์มบรรจุภัณฑ์ชีวภาพจากคาร์บอกซีเมลทิลเซลลูโลสจากทางปาล์ม
- ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์
ชนิดา ทองโรย, ภูริชญา สามัคคี, ชนัญชิดา น่าเยี่ยม
- อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์
พรพัฒน์ ขวัญนิมิตร
- โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์
- ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์
บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์
ที่มาและความสำคัญ
ในปัจจุบันถุงพลาสติกมีผลทำให้เกิดภาวะโลกร้อนต้องใช้เวลาย่อยสลายถึง 450 ปี หากนำไปเผาก็จะทำให้เกิดสารประกอบไฮโดรคาร์บอน ซึ่งทำให้เกิดโทษต่อระบบนิเวศและชีวิตของผู้บริโภคต่อเนื่อง กว้างขวาง และยาวนาน ในแต่ละสัปดาห์คนไทยนำถุงพลาสติกกลับบ้านมากกว่า 100 ล้านถุงหรือมากกว่า 5,000 ล้านถุง ในแต่ละปี การนำถุงพลาสติกไปใช้ซ้ำอาจทำให้เกิดผลกระทบต่อภาวะโลกร้อนอย่างมาก โดยเฉพาะการใช้ถุงพลาสติกใส่ขยะมูลฝอยจะทำให้เกิดการแปรสภาพขยะมูลฝอยในภาวะที่ขาดอากาศเป็นผลให้เกิดก๊าซพิษที่เป็นต้นเหตุของการเกิดภาวะเรือนกระจกและยังเป็นอันตรายต่อระบบนิเวศของสิ่งมีชีวิตทั้งทางบกและทางน้ำ มีการรายงานถึงขยะปริมาณมหาศาลที่ลอยอยู่ในมหาสมุทรแปซิฟิกที่ส่วนใหญ่เก้าสิบกว่าเปอร์เซ็นต์เป็นพลาสติก ทุก 1 ตารางไมล์จะพบถุงพลาสติก 46,000 ใบลอยอยู่ในมหาสมุทรซึ่งส่งผลให้แต่ละปีมีนกทะเลตาย 1 ล้านตัว และมีสัตว์ทะเลอื่นๆจำนวน 100,000 ตัว รายงานของนักวิทยาศาสตร์พบเศษพลาสติกในสิ่งมีชีวิต เช่น หนอนทะเล แมงกะพรุน โดยเศษขยะพลาสติกจะพันตัวสัตว์ ดังนั้นเราจึงต้องหันมาใช้ถุงผ้าหรือถุงพลาสติกชีวภาพที่สามารถย่อยสลายได้เองตามธรรมชาติและไม่เป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อมทั้งทางบกและทางน้ำ
กระบวนการย่อยของฟิล์มบรรจุภัณฑ์ชีวภาพ คือ การที่พลาสติกสามารถย่อยสลายได้เองตามธรรมชาติโดย ขั้นตอนสุดท้ายจะถูกย่อยโดยจุลินทรีย์จนกลายเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ น้ำ และมวลชีวภาพภายใต้อุณหภูมิและความชื้นที่เหมาะสม เช่น ความชื้นสัมพัทธ์ 50-60% อุณหภูมิ 50-60 องศาเซลเซียส และจุลินทรีย์ในธรรมชาติหรือนำไปผ่านกระบวนการหมักทางชีวภาพภายในระยะเวลาไม่เกิน 180 วัน ผลที่ได้จะไม่มีส่วนของพลาสติกและสารพิษหลงเหลืออยู่ ซึ่งจะไม่เป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อม
ทางปาล์มเป็นวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรที่พบมากในท้องถิ่นและไม่ได้นำมาใช้ประโยชน์ จากการศึกษาพบว่า ทางปาล์มมีเซลลูโลสเป็นจำนวนมาก ซึ่งเซลลูโลสเหล่านี้สามารถนำมาสังเคราะห์เป็นคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลสหรือซีเอ็มซีได้ (Carboxymethyl cellulose, CMC) โดยคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลสเป็นพอลิเมอร์ชีวภาพมีบทบาทในอุตสาหกรรมหลายชนิด เช่น อุตสาหกรรมซักฟอก สิ่งทอ กระดาษ เซรามิก และที่สำคัญคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลสสามารถนำมาผลิตเป็นพลาสติกชีวภาพที่สามารถใช้ทดแทนพลาสติกและสามารถย่อยสลายได้
จากการศึกษาพบว่าในเปลือกผลไม้มีเพคติน ซึ่งเป็นพอลิเมอร์ชีวภาพหรือพอลิเมอร์ธรรมชาติสะสมอยู่ในปริมาณมาก เพคตินมีประโยชน์หลากหลายและมีการใช้กันอย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมอาหารและเครื่องดื่มมาช้านาน โดยใช้เป็นสารเพิ่มความข้นหนืด สารก่อเจล ในผลิตภัณฑ์แยม เจลลี่ และสารเพิ่มความคงตัวของระบบคอลลอยด์ ซึ่งสกัดได้จากเซลล์พืช ได้แก่ ผลของพืชตระกูลส้มทุกชนิด แอปเปิ้ล แครอท กล้วย และถั่ว เป็นต้น เพคตินที่สกัดได้ส่วนใหญ่เป็นเฮทเทอโรพอลิแซคคาไรด์ ซึ่งประกอบด้วยน้ำตาลอะราบิโนส น้ำตาลกาแลคโตส และกรดกาแลคทูโรนิก นอกจากนั้นยังพบว่าอุตสาหกรรมมีการนำเข้าเพคตินจากต่างประเทศเป็นจำนวนมากและมีราคาค่อนข้างสูง
คณะผู้จัดทำจึงได้ศึกษาเปลือกกล้วยหอมที่เป็นเศษเหลือทางการเกษตรจัดเป็นของเสีย นำมาสกัดเพคตินเพื่อลดปริมาณขยะทางการเกษตร ในการศึกษาครั้งนี้จึงมีวัตถุประสงค์เพื่อสกัดเซลลูโลสจากทางปาล์ม เพื่อนำมาสังเคราะห์เป็นคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลสแล้วนำมาผลิตเป็นฟิล์มบรรจุภัณฑ์ชีวภาพ จากนั้นเติมเพคตินที่สกัดได้จากเปลือกกล้วยหอม เพื่อศึกษาคุณสมบัติทางกายภาพ ได้แก่ ความหนา การละลายน้ำ และการต้านทานแรงดึงขาด ซึ่งฟิล์มบรรจุภัณฑ์ชีวภาพนี้สามารถย่อยสลายได้อย่างรวดเร็ว สามารถใช้ทดแทนฟิล์มบรรจุภัณฑ์ในปัจจุบัน และไม่ส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม
วัตถุประสงค์
1.เพื่อเปรียบเทียบปริมาณเพคตินจากเปลือกกล้วยที่สกัดด้วยกรดไฮโดรคลอริกที่ความเข้มข้นต่างกัน และน้ำกลั่น
2.เพื่อสังเคราะห์คาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลสจากทางปาล์ม
3.เพื่อศึกษาอัตราส่วนที่เหมาะสมของเพคติน : กลีเซอรอล : คาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลสจากทางปาล์มที่มีผลต่อ สมบัติทางกายภาพของฟิล์มบรรจุภัณฑ์ชีวภาพ
ขอบเขตการศึกษา
1.เป็นการหาปริมาณเพคตินจากเปลือกกล้วยหอมที่สกัดด้วยกรดไฮโดรคลอริกที่มีความเข้มข้น 0.5% , 1% , 1.5% และ 2% และน้ำกลั่น
2.เป็นการสังเคราะห์คาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลสจากทางปาล์ม
3.เป็นการหาอัตราส่วนของเพคติน : กลีเซอรอล : คาร์บอกซีเมทิวเซลลูโลสจากทางปาล์มที่เหมาะสมต่อคุณสมบัติทางกายภาพ
สมมติฐานและตัวแปรที่ศึกษา
ตอนที่ 1 การเปรียบเทียบปริมาณเพคตินจากเปลือกกล้วยหอมที่สกัดด้วยกรดไฮโดรคลอริกที่ความเข้มข้นต่างกัน และน้ำกลั่น
สมมติฐาน : ปริมาณเพคตินจะเพิ่มขึ้นตามความเข้มข้นของกรดไฮโดรคลอริก และน้ำกลั่นจะมีปริมาณเพคตินน้อยที่สุด
ตัวแปรต้น : ความเข้มข้นของกรดไฮโดรคลอริกและน้ำกลั่น 0.5% , 1% , 1.5% และ 2%
ตัวแปรตาม : ปริมาณของเพคตินที่ได้จากการสกัด
ตัวแปรควบคุม : ปริมาณน้ำ เอทิลแอลกอฮอล์ เปลือกกล้วยหอม ระยะเวลาที่ใช้ในการสกัด อุณหภูมิที่ใช้ในการสกัด ระยะเวลาที่ใช้ในการอบแห้ง และอุณหภูมิที่ใช้ในการอบแห้ง
ตอนที่ 2 การศึกษาอัตราส่วนที่เหมาะสมของเพคติน : กลีเซอรอล : คาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลสจากทางปาล์มที่มีผลต่อสมบัติทางกายภาพของฟิล์มบรรจุภัณฑ์ชีวภาพ
สมมติฐาน : อัตราส่วนของเพคติน : กลีเซอรอล : คาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลสจากทางปาล์มมีผลต่อสมบัติทางกายภาพของฟิล์มบรรจุภัณฑ์ชีวภาพ
ตัวแปรต้น : อัตราส่วนของเพคติน : กลีเซอรอล : คาร์บอกซีเมทิวเซลลูโลสจากทางปาล์ม
ตัวแปรตาม : คุณสมบัติทางกายภาพของฟิล์มบรรจุภัณฑ์ชีวภาพ
ตัวแปรควบคุม : ปริมาณน้ำ วิธีการคนสารละลาย ปริมาณสารละลายที่ใช้ในการขึ้นรูปฟิล์ม ระยะเวลาและอุณหภูมิที่ใช้ในการอบแห้ง วิธีการทดสอบคุณสมบัติทางกายภาพของแผ่นฟิล์ม
ประโยชน์ที่จะได้รับ
1.เพื่อนำวัสดุเหลือทิ้งจากการเกษตรมาพัฒนาต่อยอดให้เกิดประโยชน์สูงสุด
2.ฟิล์มบรรจุภัณฑ์ชีวภาพสามารถย่อยสลายได้ในระยะเวลาที่รวดเร็ว และไม่ส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม