Comparison of dipping and spraying methods in layer-by-layer deposition of chitosan and sodium caseinate

Abstract

In this thesis; it is aimed to develop a novel, ultra thin, homogeneous edible coating with adequate gas barrier properties by layered deposition of chitosan and sodium caseinate with dipping and spraying methods and compare the coating structures. The parameters considered in this study are pH, adsorption times, number of layers and the types of the top layer. To determine the appropriate conditions, zeta potential and hydrodynamic diameter measurements of chitosan and sodium caseinate were done. After determining the appropriate concentrations and pH values, layer deposition has been initiated. Following the formation of multilayer coating by UV-Vis spectrophotometer, the most suitable combination was determined for the formation of multilayer coating. Multilayered coating characterization was done by Scanning Electron Microscopy (SEM), Atomic Force Microscopy (AFM) and Surface Plasmon Resonance which allows to observe coating formation in-situ. Moreover antimicrobial activity, water vapor permeability and oxygen permeability were also investigated. It has been observed that the multilayer coating structures obtained by dipping and spraying methods have some differences. The formation of multilayer coating has been followed successfully with UV-Vis spectrophotometer; besides information about surface topography and coating thickness is obtained by Atomic Force Microscopy (AFM). The multilayered coatings have no significant effects on oxygen permeability and water vapor permeability; however it has contact antimicrobial effect.

Bu tezde kitosan ve sodyum kazeinat materyallerinin katmanlı depozisyon işlemi sonucunda, minimal işlem görmüş taze sebze ve meyveler için, yeni nesil çok ince, homojen, dayanıklı ve yeterli gaz bariyer özelliklerinde sahip kaplamaların daldırma ve püskürtme yöntemleri ile elde edilmesi ve kaplama yapılarının karşılaştırılması amaçlanmıştır. Bu çalışmada ele alınan parametreler; pH değeri, adsorbsiyon süresi, katman sayısı ve üst katmanın çeşididir. Uygun deney koşullarını belirleyemek adına kitozan ve sodyum kazeinatın zeta potansiyeli ve hidrodinamik çap ölçümleri yapılmıştır. Bu aşamada belirlenen uygun konsantrasyon ve pH değerleri ile katmanlı depozisyon deneylerine geçilmiştir. UV-Vis spektrofotometre ile çok katmanlı kaplama oluşumu eğrisi takip edilerek, çok katmanlı kaplama oluşumu için en uygun kombinasyon belirlenmiştir. Taramalı Elektron Mikroskopisi (TEM) ile kaplama oluşumunun yerinde gözlemlenmesine olanak veren Yüzey Plazmon Rezonansı (YPR) ve Atomik Kuvvet Mikroskopisi (AKM) ile elde edilen kaplamaların karakterizasyonu yapılmıştır. Elde edilen kaplamaların su buharı ve oksijen geçirgenliği ile antimikrobiyal etkisinin olup olmadığı da araştırılmıştır. Daldırma ve püskürtme yöntemleri ile elde edilen çok katmanlı kaplama yapıları arasında farklılık gözlemlenmiştir. UV-Vis spektrofotometre ile çok katmanlı kaplama oluşumu başarılı bir şekilde takip edilmiş, Atomik Kuvvet Mikroskopisi (AKM) ile kaplamaların yüzey topoğrafyası ve kalınlığı hakkında bilgiler edinilmiştir. Elde edilen kaplamaların su buharı ve oksijen geçirgenliği üzerinde belirgin bir etkisi bulunmamasına karşın, kaplamaların kontak antimikrobiyal etkisinin olduğu görülmüştür.