3-4-5- ظرفيت جذب آب (WAC)74
3-4-6- ايزوترم جذب74
3-4-7- اشعه مرئي – UV75
3-4-8- نفوذ پذيري به اکسيژن75
3-4-9- آزمون ميکروبي76
3-5- تجزيه و تحليل آماري78

فصل چهارم: نتايج و بحث79
4-1- ارزيابي کيفي فيلمها80
4-1-1- بررسي اثر نانو ذرات بر خواص ظاهري فيلمهاي ترکيبي80
4-1-2- بررسي اثر نانوذرات بر ضخامت فيلمهاي ترکيبي نشاسته ssps / ژلاتين گاوي81
4-2- بررسي اثر نانو ذرات بر خواص فيزيکوشيميايي فيلمهاي ترکيبي نشاسته ssps / ژلاتين گاوي81
4-2-1- محتواي رطوبت، حلاليت در آب و قابليت جذب آب81
4-3- بررسي اثر نانو ذرات بر خواص ممانعتي فيلمهاي ترکيبي نشاسته ssps / ژلاتين84
4-4- بررسي اثر نانو دي اکسيد تيتانيوم بر خواص مکانيکي فيلمهاي ترکيبي88
4-5- جستجوي پيوند با روش FTIR90
4-6- ميزان جذب و عبور نور فرابنفش از فيلمهاي ترکيبي نشاسته ssps/ ژلاتين حاوي نانو ذرات دي اکسيد تيتانيوم (uv-vis)91
4-7- مشخصههاي رنگي93
4-8- نمودارهاي جذب تعادلي94
4-8-1- مدل جذب تعادلي چند جمله اي94
4-8-2- مدل جذب تعادلي GAB95
4-9- بررسي اثر نانو ذرات بر خواص ضد ميکروبي فيلمهاي ترکيبي97
فصل پنجم: نتيجه گيري و پيشنهادات102
5-1- نتيجه گيري103
5-2- پيشنهادات104
منابع و مراجع105
English Abstarct114
فهرست جداول
جدول 4- 1: ميانگين ضخامت فيلمهاي شاهد و نمونه هاي حاوي ذرات نانو دي اکسيد تيتانيوم81
جدول 4- 2: محتواي رطوبت، درصد حلاليت و قابليت جذب فيلمهاي ترکيبي نشاسته ssps / ژلاتين حاوي نانو ذرات دي اکسيد تيتانيوم.84
جدول 4- 3: اثر نانو ذرات دي اکسيد تيتانيوم بر نفوذ پذيري فيلمهاي ترکيبي نسبت به اکسيژن و بخار آب87
جدول 4- 4: اثر نانوذرات دي اکسيد تيتانيوم بر خواص مکانيکي فيلمهاي ترکيبي نشاسته ssps / ژلاتين گاوي.90
جدول 4- 5: پارامترهاي رنگ سنجي از فيلم ترکيبي با غلظت هاي مختلف نانو دي اکسيد تيتانيوم.94
جدول 4- 6: پارامترهاي معادله GAB براي فيلمهاي ترکيبي حاوي نانو دي اکسيد تيتانيوم در دماي 25 درجه سانتيگراد97
فهرست شکل ها
شکل 1-1: نمودار فرآيند پژوهشي17
شکل 2- 1: ساختمان شيميايي نشاسته20
شکل 4- 1: رنگ فيلمهاي ترکيبي نشاسته ssps / ژلاتين با غلظت هاي متفاوت ( %0، 1%، 3%، 5%) نانو دي اکسيد تيتانيوم80
شکل 4- 2: طيف FTIR فيلمهاي ترکيبي نشاسته ssps / ژلاتيني حاوي %0، 3% و 5% نانو دي اکسيد تيتانيوم91
شکل 4- 3: ميزان جذب نور فيلمهاي بايونانوکامپوزيتي در طول موجهاي 200 تا 80092
شکل 4- 4: درصد عبور نور فيلمهاي بايو نانو کامپوزيتي در طول موجهاي 200 تا 80093
شکل 4- 5: مدل جذب تعادلي چند جمله اي (مرتبه 3) براي فيلم ترکيبي در مقايسه با بايونانوکامپوزيت ترکيبي محتوي 5% نانو دي اکسيد تيتانيوم95
شکل 4- 6: هاله عدم رشد در فيلم ترکيبي با 5% نانو دي اکسيد تيتانيوم98
شکل 4- 7: اثر نانو اکسيد روي بر ناحيه بازدارندگي فيلمهاي ترکيبي عليه اشرشيا کلي.100

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

شکل 4- 8: اثر نانوميله هاي اکسيد روي بر ناحيه بازدارندگي فيلمهاي ترکيبي عليه استافيلوکوکوس.101
چکيده
هدف از اين پژوهش بررسي اثر نانو ذرات دي اکسيد تيتانيوم بر خواص فيزيکوشيميايي، مکانيکي، نمودار جذب تعادلي، عبور دهي نسبت به بخار آب و اکسيژن روي فيلمهاي ترکيبي نشاسته ssps/ ژلاتين گاوي مي باشد. در اين کار پژوهشي فيلمهاي ترکيبي نشاسته ssps/ ژلاتين گاوي (10% ژلاتين و 90% نشاسته ssps)، به همراه نانو ذرات دي اکسيد تيتانيوم در غلظتهاي 0، 1، 2، 3، و 5 % با استفاده از روش کاستينگ انجام شد. کليه خواص فيزيکوشيميايي، مکانيکي و عبوردهي نسبت به بخار آب و اکسيژن به روش استاندارد ملي امريکا انجام شد. مدل هاي جذب تعادلي چند جمله اي(مرتبه سوم) و مدل 3 پارامتري جذب تعادلي GAB در داده هاي تجربي براز شد. آزمون مکانيکي نانوبايوکامپوزيت فيلمهاي ترکيبي نشاسته ssps/ ژلاتين گاوي / نانودي اکسيد تيتانيوم ، افزايش استحکام کششي و مدول يانگ، کاهش درصد کشيدگي را به دليل افزايش غلظت نانو ذرات نشان داد. خواص فيزيکوشيميايي از قبيل ميزان جذب آب، حلاليت در آب، نفوذ پذيري به بخار آب و اکسيژن، با افزايش ميزان نانو ذرات کاهش معني داري (p<0/05) را نشان داد. همچنين ميزان جذب کامل اشعه UV در غلظت 5% درصد مشاهده شد. نمودارهاي FTIR نشان داد که تعاملات انجام شده تماماً فيزيکي بوده و واکنشهاي شيميايي رخ نداده است. با بررسي ايزوترمهاي جذب نانو بايو کامپوزيت حاصل، مشخص شد که مقدار رطوبت آب تک لايه کاهش يافته و نمودار به سمت پايين جابجا شده است و اين حاکي از آن است که ذرات نانو دي اکسيد تيتانيوم، توانايي آبگريز کردن فيلم را دارند. به طور کلي با توجه به بررسيهاي انجام شده، فيلمهاي خوراکي حاوي نانو دي اکسيد تيتانيوم قابليت به کارگيري به عنوان بستهبندي فعال در صنايع غذايي را دارا ميباشند.
واژگان کليدي : فيلم خوراکي، نشاسته ssps، ژلاتين گاوي، نانو دي اکسيد تيتانيوم، خواص مکانيکي، خواص ممانعتي، خواص فيزيکوشيميايي.
فصل اول: مقدمه
1-1- مقدمه
واژه يا اصطلاح بستهبندي به هر ماده، ظرف يا پوششي که جهت جلوگيري از آلودگي طي حملونقل و جابهجايي، حفاظت، بهبود و بازاريابي يا فروش هر فرآورده يا ماده بهکار ميرود اتلاق ميگردد ( لوپز- روبيو1 و همکاران، 2004). هدف از بستهبندي مواد غذايي حفاظت از ايمني و کيفيت مادهي غذايي حاوي آن از زمان توليد تا زمان مصرف توسط مصرفکننده ميباشد. يکي ديگر از کاربردهاي مهم بستهبندي مادهي غذايي حفاظت از محصول در برابر آسيبهاي فيزيکي شيميايي و بيولوژيکي ميباشد. شناختهترين مواد بستهبندي داراي خصوصيات ذکر شده مواد بستهبندي پلاستيکي ميباشند ( دالين و شورتن2، 1998).
توسعهي روز افزون صنايع پتروشيمي و پيشرفت سريع تکنولوژيهاي مربوط به توليد پلاستيکهاي صنعتي موجب کاربرد هر چه بيشتر پليمرهاي نفتي در صنايع بستهبندي و به خصوص بستهبنديهاي ويژهي مواد غذايي شده است. دليل اين امر دسترسي آسان به مادهي اوليه، هزينهي نسبتا پايين، ويژگيهاي مکانيکي مطلوب و بازدارندگي خوب ميباشد ( سيراکسا3 و همکاران، 2008). با اين حال بازيافت نشدن مواد بستهبندي پلاستيکي يکي از محدوديتهاي جدي اين مواد ميباشد. اغلب پليمرهاي سنتزي با منشاء نفتي به تخريب بيولوژيکي مقاوم ميباشند و پيوندهاي کربني آنها توسط آنزيمهاي ميکروارگانيسمها شکسته نميشوند و زيست تخريبپذير4 نميباشند. دومين مشکل مربوط به محدوديت مکاني بهويژه در مکانهاي پر جمعيت است، يافتن مکان مناسب براي دفع زبالههاي توليدي و صنعتي در آينده مشکلتر از پيش ميباشد ( هاگارد5 و همکاران، 2001). مشکل ديگر بسته بنديهاي پلاستيکي مهاجرت ترکيبات استفاده شده در فرمولاسيون مانند نرم کنندهها6، مونومرها و باقيمانده حلال به داخل ماده غذايي ميباشد که موجب کاهش ايمني و ايجاد بد طعمي در ماده غذايي ميگردد ( مانهيم و پاسي7، 1990). فاکتور بعدي که بايد مورد توجه قرار گيرد وابستگي مواد بستهبندي پلاستيکي به مواد نفتي ميباشد. با توجه به محدوديت و افزايش قيمت اين منابع يافتن روشهاي مقرون به صرفهي توليد مواد بسته بندي مورد توجه قرار گرفته است. علاوه بر عوامل زيست محيطي ذکر شده بسته بندي مواد غذايي با تغييرات قابل توجهي در توزيع مواد غذايي شامل جهاني شدن زنجيرهي غذايي، افزايش تمايل مصرف کنندگان به مصرف غذاهاي تازهتر و با کيفيت بهتر و ايمنتر مواجه شده است ( لوپز- روبيو8 و همکاران، 2004).
آلودگي ناشي از مواد بستهبندي توليد شده از مشتقات نفتي و مشکلات ناشي از روشهاي مختلف حذف اين مواد توجه پژوهشگران را در طي سالهاي اخير به يافتن جايگزينهاي مناسب براي اين نوع مواد بستهبندي معطوف کرده است ( فانگ9 و همکاران، 2003). به لحاظ مشكلات زيست محيطي بسياري از مواد بسته بندي، توجه ويژه اي به پليمرهاي زيستي و تجزيه پذير به منظور توسعه مواد بسته بندي غذايي دوست دار طبيعت معطوف شده است ( لوپز- روبيو10 و همکاران، 2004). از طرفي استفاده از محصولات جنبي (By-products) كشاورزي و صنعت غذايي به منظور توسعه مواد زيست تخريب پذير براي جايگزيني پليمرهاي بر پايه نفت در كاربردهاي بسته بندي علاقه مندي روبه رشدي را در پي داشته است ( دالين و شورتن11، 1998). استفاده از فيلمهايي با منشا طبيعي(نشاسته-پروتئين و …)به دليل پتانسيل اين مواد در جايگزيني پليمرهاي رايج در بسته بندي موادغذايي و به علت مقاومت آنها در برابر نفوذ گازها ،رطوبت، و مواد محلول ازدهه قبل رايج شده است ( جان استون- بانک12، 1990).
1-2- پيش زمينه
در جهان حدود 125 ميليون تن پلاستيك توليد ميشود كه حدود 30 ميليون تن آن در بخش بسته بندي مصرف مي شود. آلودگي ناشي از مواد بسته بندي توليد شده از مشتقات نفتي و مشكلات ناشي از روش هاي مختلف آلودگي زدايي (مانند دفن كردن ، سوزاندن و بازيافت آنها) توجه پژوهشگران را در طي سال هاي اخير به يافتن جايگزين هاي مناسب براي اين نوع مواد بسته بندي معطوف كرده است. (فانگ13،2003).
توليد بيوپليمرهايي که از منابع تجديدپذير بدست ميآيند بر خلاف پليمرهاي سنتزي که بيشتر منشا نفتي دارند در محيط طبيعي تجزيه پذير هستند و موجب حفظ منابع تجديد ناپذير ميگردد. اين بيوپليمرها که قابليت برگشت به طبيعت را دارند از محصولات کشاورزي بدست آمده و موجب آلودگي محيط زيست نميشوند و در فرآيند کمپوست توسط ميکروارگانيسم ها به محصولات طبيعي مانند آب، متان، دي اکسيد کربن، و توده زيستي تبديل ميشوند. پليمرهايي که پس از فرايند تجزيه توسط ميکروارگانيسم ها کاملا به محصولات طبيعي تبديل ميشوند زيست تخريب پذير ناميده ميشوند (قنبرزاده و همکاران، 1388).
پليمرهاي زيست تخريبپذير را ميتوان بر اساس ترکيب شيميايي، روش سنتز، روش فرآيند، اهميت اقتصادي، کاربرد، منشاء و …. طبقه بندي نمود. پليمرهاي زيست تخريب پذير را بر اساس منشا ميتوان به پليمرهاي طبيعي يا بيوپليمرها که از منابع تجديد شونده حاصل ميشوند و پليمرهاي سنتزي که از نفت خام (يک منبع غير تجديد شونده) سنتز ميشوند، طبقه بندي نمود.
بيوپليمرها با منشاء طبيعي را ميتوان به 6 زير گروه طبقه بندي کرد:
1)پلي ساکاريدها، مانند: نشاسته، سلولز، ليگنين و کيتين
2)پروتئينها، مانند: ژلاتين، کازئين، گلوتن گندم، ابريشم، پشم
3)ليپيدها، که شامل: چربيهاي حيواني و روغنهاي گياهي مانند روغن کرچک
4)پلي استرهاي توليد شده بوسيله ميکروارگانيسمها يا بوسيله گياهان مانند پلي هيدورکسي آلکانوآت ها(PHA) و پلي 3- هيدورکسي بوتيرات(PHB)
5)پلي استرهاي سنتز شده از منومرهاي با منشا طبيعي مانند: پليلاکتيک اسيد (PLA)
6)ديگر پليمرهاي طبيعي مانند کائوچوي طبيعي ( اسميت14، 2005).
بسته بنديهاي زيستي حاصل از بيوپليمرهاي خالص داراي سرعت زيست تخريب پذيري بالاتري نسبت به فيلمهاي آلياژ شده ميباشند ولي کيفيت مکانيکي و نفوذپذيري آنها به نسبت پايين تر است (قنبرزاده و همکاران، 1388). دلايل استفاده از اين نوع بسته بندي عبارتند از: جلوگيري از انتقال رطوبت، جلوگيري از خروج ترکيبات فرار موجود در ماده غذايي، کاهش دهنده سرعت تنفس، به تاخير انداختن تغييرات در بافت ماده غذايي، مانعي بسيار عالي در برابر عبور چربيها و روغن ها، عبوردهي بسيار انتخابي گازهايي نظير اکسيژن و دي اکسيدکربن (ايران منش، 1388).
فيلمهاي خوراکي لايه نازکي از بيوپليمرها هستند که براي بهبود و نگه داري بهتر مواد غذايي بر روي سطح ماده غذايي کشيده ميشوند و يا بين اجزاي مواد غذايي قرار داده ميشوند. البته عمدتا” فيلمها و پوششهاي خوراکي براي حذف بسته بندي غير خوراکي استفاده نميشوند بلکه به همراه بسته بنديهاي مرسوم به بهبود کيفيت و ماندگاري کمک ميکنند و تعداد لايههاي بسته بندي را کاهش ميدهند و بعد از اين که بسته باز شد حفاظت از غذا را ادامه ميدهند. فيلمهاي خوراکي همچنين ممکن است به عنوان لايهاي از بسته بنديهاي چند لايه مورد استفاده قرار گيرند (قنبر زاده و همکاران، 1388).
ساير مزاياي فيلمهاي خوراکي نسبت به مواد بستهبندي پليمري مصنوعي را ميتوان به صورت زير خلاصه کرد :
1- مصرف توام فيلمها با محصول بستهبندي شده بدون اينکه باقيماندهاي دور ريخته شود.
2- فيلمها باعث افزايش خواص ارگانولپتيک مواد بستهبندي ميشوند، بدين ترتيب، ترکيبات مختلف نظير طعمدهندهها، رنگها و شيرينکنندهها، به همراه آنها منتقل ميشوند و ميتوانند به عنوان انتقال دهنده مواد ضدميکروبي و آنتياکسيدان بهکار روند.
3- از مهاجرت آروما، طعم و رنگ مادهي غذايي به محيط و بين اجزاي موادغذايي جلوگيري ميکنند.
4- فيلمها ميتوانند به عنوان مکمل ارزش تغذيهاي مواد غذايي باشند.
5- فيلمها باعث کاهش تبادل گازهاي تنفسي بين محيط و مادهي غذايي ميگردند.
6- ميتوانند بهمنظور جلوگيري از حذف رطوبت و مهاجرت مواد محلول در مواد غذايي طراحي شوند.
7- فيلمها ميتوانند بهآساني براي توليد ميکروکپسولهاي طعم دهنده مواد غذايي و عوامل تخمير کننده بکار روند (پترسن15، 1999).
در ساليان اخير روي بسته بندي مواد غذايي بيشتر روي فيلمهاي زيست سازگار از جمله روي فيلمهاي تهيه شده از پروتئينهاي خوراکي با منشآ گياهي و حيواني (زيئن، گلوتن گندم، سويا، بادام زميني، ژلاتين، کلاژن، آلبومين و پروتئنهاي آب پنير)، پلي ساکاريدي( پکتين، سلولز، کيتوزان و ….) و يا ترکيبي از آنها استوار بوده است ( شکوه صارمي و همکاران، 1385).
لايه هاي خوراکي و زيست تجزيه پذيري که از منابع مختلف به دست مي آيند توجه زيادي به خود جلب کرده اند.مصرف کنندگان و پردازشگرهاي نظير به کاهش مشکلات محيطي مربوط به ضايعات بسته بندي مصنوعي اقدام کرده اند. در دهه گذشته، درباره لايه هاي بسته بندي خوراکي و زيست تجزيه پذير، به خاطر مزاياي فراواني که در مقايسه با لايه هاي بسته بندي مصنوعي دارند تحقيقات زيادي انجام شده است.گر چه جايگزيني کامل لايه هاي بسته بندي مصنوعي آناً ممکن نيست، لايه هاي خوراکي و زيست تجزيه پذير پتانسيل کاهش و جايگزيني لايه هاي مصنوعي شيميايي را در بعضي از کاربردهاي آتي خواهند داشت.موادي که براي تشکيل لايه ها و روکش ها در دسترس هستند جزو دسته هاي پروتئينها، پلي ساکاريد ها، ليپيدها و رزين ها هستند. ( لي راها ونگ16 و همکاران، 2011). پوشش مواد غذايي با فيلم هاي خوراکي داراي مزاياي زيادي است از جمله سلامتي ويژگي هاي حسي و اقتصادي بودن و اينکه خود پوشش نيز داراي ارزش تغذيه اي است مانع فساد وآلودگي ميکروبي ميشوند و باعث استحکام و يکپارچگي مواد غذايي هستند ( دويتينک17 و همکاران، 1998 ؛ نوسينوويچ18، 1997 ؛ اوتارا19 و همکاران، 2002).
1-3- بيان مسأله
بسته بنديهاي زيست تخريب پذير که قابليت خوراکي بودن و مصرف به همراه ماده غذايي را دارند شامل فيلم ها و پوششهاي خوراکي ميباشند. فيلم هاي خوراکي لايههايي از مواد قابل هضم هستند که به عنوان پوشش مواد غذايي(پوشش هاي خوراکي) و يا به عنوان مانعي بين غذا و ساير مواد و يا محيطها استفاده ميشوند. پوشش هاي خوراکي قابل تجزيه به وسيله ميکروارگانيسمها مصرف شده و به ترکيبات ساده تبديل ميشوند. پلي ساکاريدهايي مانند کيتوزان، نشاسته و سلولز، پروتئينهايي مانند زئين و کلاژن و چربيهايي مانند تري گليسيريدها و اسيدهاي چرب ميتوانند به عنوان فليم هاي خوراکي استفاده شوند. فيلم هاي پلي ساکاريدي قيمت پاييني دارند اما مانع مناسبي در برابر نفوذ رطوبت نيستند. فيلمهاي پروتئيني داراي قابليتهاي مفيدي مثل شکل پذيري در فرآيند، خاصيت ارتجاعي و ممانعت خوب در برابر نفوذ اکسيژن هستند ( نظير پلي ساکاريدها ) اما عبور ناپذيري آنها در برابر نفوذ آب ضعيف است مانند پلي ساکاريدها. فيلمهاي چربي خواص نفوذ ناپذيري خوبي در برابر رطوبت دارند اما مقاومت آنها در برابر عبور اکسيژن و خصوصيات مکانيکي شان ضعيف است. اکسيژن بالا در بسته بندي غذا به رشد ميکروب، حذف طعم و بوي ايجاد شده، تغيير رنگ و از بين رفتن غذا کمک مي کند و علت عمده کاهش زمان نگهداري غذاها به شمار ميرود. بنابراين کنترل سطح اکسيژن در بسته بندي غذا امري مهم تلقي ميشود. بخار آب تشکيل شده در داخل بسته بندي باعث رشد ميکرواگانيسمها و در نتيجه از بين رفتن کيفيت غذا و کاهش زمان ماندگاري ميگردد. يکي از راه هاي رفع اين نقايص در فيلمهاي پليمري زيستي ايجاد ترکيب هايي از آنها با نانو ذرات است که موجب تحقيق و توسعه نانو کامپوزيت هاي زيستي شده است. استفاده از نانو تکنولوژي در اين پليمرها ممکن است امکانات جديدي را براي بهبود نه تنها ويژگيها بلکه به طور همزمان بهبود ارزش، قيمت و راندمان را سبب شود. انداره نانو ذرات موجب پراکندگي و توزيع خوب آنها ميشود. اين نانو کامپوزيت ها ميتوانند به طور قابل توجهي ويژگي هاي مکانيکي، حرارتي، ممانعتي و فيزيکوشيميايي بهبود يافته اي در مقايسه با پليمرهاي اوليه و کامپوزيت هاي ميکرو سايز مرسوم نشان دهند ( سورنتينو20 و همکاران، 2007). رشد ميکروب ها روي سطح مواد غذايي دليل اصلي فساد مواد غذايي و بيماريزايي در مصرف کننده مي باشد. به اين دليل تلاش هاي زيادي براي تيمار اين سطوح به روش هاي گوناگون مانند اسپري يا غوطه ور کردن در مواد نگهدارنده مختلف صورت گرفته است. فيلمهاي خوراکي به تنهايي و يا همراه با مواد ضد ميکروبي، موجب مهار رشد باکتريها در سطح مواد غذايي و در نتيجه فساد آنها ميشوند. فناوري نانو ميتواند در مواردي مانند افزايش مقاومت به نفوذ در پوشش ها، افز ايش ويژگي هاي ممانعتي، افزايش مقاومت در برابر گرما، گسترش ضد ميکروب هاي فعال و سطوح ضد قارچ کارساز باشد( سورنتينو21 و همکاران، 2007). گروه تحقيقاتي دانشگاه انگليسي ليدز دريافتند که نانو ذرات اکسيد روي و اکسيد منيزيم باعث از بين بردن ميکروارگانيسم ها مي شوند که ميتوانند کاربرد زيادي در بسته بندي مواد غذايي داشته باشند.اين شيوه مي تواند افزودن مقدار زياد ضدميکروب ها به درون توده غذا را کاهش دهد. آزاد شدن کنترل شده ضد ميکروب ها به سطح غذاامتيازات زيادي نسبت به روش هاي ديگر مانند فروبري و اسپري کردن دارد ( آريو22 و همکاران، 2011 ). در اين دو فرآيند اخير ماده ضدميکروبي به سرعت از سطح ماده غذايي به داخل آن نفوذ مي کند ( منتشر مي شود ) و در نتيجه خاصيت ضدميکروبي در سطح کاهش مييابد. مواد ضد ميکروبي باقي مانده، در تماس با مواد فعال موجود در سطح خنثي مي شوند و ميکروب هاي آسيب ديده ممکن است دوباره فعال گردند. براي مثال ثابت شده است که امولسيفايرها و اسيدهاي چرب با نايسين واکنش داده و خواص آن را کاهش ميدهند.
1-4- اهميت موضوع
امروزه بخش بزرگي از مواد استفاده شده در صنعت بسته بندي از فرآوردهاي نفتي و پتروشيمي به دست ميآيند که غير قابل تجزيه در طبيعت بوده و مشکل زيست محيطي ايجاد ميکنند. از اين رو محققين همواره به دنبال راه حلهايي براي اين موضوع ميباشند. رشد روز افزون محصولات زيستي و توسعه تکنولوژيهاي نوين سبب کاهش وابستگي به استفاده از سوختهاي فسيلي گرديده است. در چند دهه اخير ميزان توجه و علاقه افراد به استفاده از بيوپليمرها به دليل افزايش بيشتر آگاهي مصرف کنندگان، افزايش قيمت نفت خام، افزايش آلودگيهاي زيست محيطي و تجزيه ناپذير بودن پليمرهاي نفتي و توجه به گرماي جهاني افزايش يافته است و سبب شده تلاشهاي فراواني در جهت توليد مواد بستهبندي با منشا طبيعي(پروتئين،چربي و کربوهيدرات) به صورت فيلم يا پوشش صورت گيرد. اينگونه بيوپليمرها در مقايسه با استفاده از پلاستيکها اثرات مخرب کمتري بر محيط زيست دارند ( پين23 و همکاران، 1992).
به طور کلي مصرف کنندگان مواد بسته بندي را تقاضا ميکنند که طبيعيتر، از بين روندهتر و داراي پتانسيل تجزيه پذيري زيستي و نيز قابليت برگشت پذيري داشته باشد. به همين دليل علاقه به مطالعه و توسعه بيوپليمرها با منابع تجديد شدني که قادر به تجزيه توسط فرآيند کود شدن طبيعي ميباشند براي کاربرد بسته بندي افزايش يافته است. فيلم و پوشش خوراکي لايه نازکي از مواد خوراکي است که توسط فرآيندهاي مناسب صنعت غذا ساخته شده و براي دستيابي به اهدافي از قبيل کنترل انتقال رطوبت، محدود کردن انتقال گازها، به تعويق انداختن مهاجرت روغن و چربي، حمل افزودني هاي غذايي مانند عوامل ضد ميکروبي و آنتي کسيدان ها، بهبود کيفيت و افزايش ماندگاري بر روي محصول غذايي قرار ميگيرد. زيست تخريب پذير بودن و خوراکي بودن اين ترکيبات سبب شده است که به طور وسيع مورد پژوهش و کاربرد قرار گيرند. از جمله کاربردهاي فيلمهاي خوراکي در ارتباط با مواد غذايي مي توان به پوشش دادن آنها بر سطح فرآورده هاي قنادي، ميوه ها و سبزي هاي تازه، برخي فرآوردههاي گوشتي، برخي فرآورده هاي لبني، شکلات، غلات صبحانه اي، طيور و ماهي، فرآوردههاي منجمد، فرآوردههاي خشک شده و نظاير اينها اشاره داشت (ناکائو24 و همکارانش، 2007 ).
رشد فزاينده علاقه نسبت به فيلمهاي ساخته شده از بيوپليمرهاي طبيعي از قبيل نشاسته به عنوان يك منبع جايگزين به منظور حل پليمرهاي غير قابل تجزيه و انهدام ضايعات شكل گرفته از پليمرهاي سنتيك مطرح شده است. از اين رو، استفاده از بيوپليمرهاي كشاورزي كه از نظر زيستي به راحتي تجزيهپذير هستند نه تنها باعث حل اين مشكلات ميشود بلكه به ارائه كاربرد جديدي از توليدات مازاد كشاورزي نيز ميپردازد. به واسطه نگرانيهاي محيطي، تركيب مواد نگهدارنده زيستي با فيلمهايي که از نظر زيستي تجزيه پذير ميباشند مناسبتر از تركيب با فيلمهاي پلاستيكي است (تورهان25 و همکاران، 2004).
در گروه مواد تجديد شدني بر پايه ي مواد پليمري زيست تخريب پذير، نشاسته يکي از قابل توجه ترين مواد بود به دليل اين که به آساني در دسترس است و ميتواند محصولات نهايي موثري ايجاد کند. نشاسته فرم اصلي کربوهيدرات در گياهان است. نشاسته يک پليمر نيمه بلورين تشکيل شده از يک مخلوطي از آميلوز يک پلي ساکاريد خطي وآميلوپکتين يک پلي ساکاريد منشعب ميباشد. نسبت مقدار آميلوز و آميلوپکتين به منبع گياهي بستگي دارد. در کاربرد هاي بسته بندي، مواد برپايه نشاسته ، به دليل زيست تخريب پذيري، به طور گسترده در دسترس بودن و هزينه ي کم مورد توجه زياد واقع شده اند( زپا26 و همکاران، 2008)
SSPSاز خانواده پکتين مانند از بيوپليمر اسيدي استخراج شده از محصول فرعي کربوهيدرات باقي مانده از توليد پروتئين سويا جدا شده توليد ميشود. ( شوري27 و همکاران، 1985). SSPS ميتواند فيلمهاي زيست تجزيه پذير با ظاهر خوب و خواص مکانيکي رضايت بخش توليد کنند ( سالار باش28 و همکاران، 2013).
در سال هاي اخير فيلم و پوشش خوراکي بر پايه پروتئين با توجه به خواص عملکردي و ويژگيهاي تغذيه اي آن توجه زيادي را به خود جلب کرده است. يک نوع از پروتئينها ژلاتين تهيه شده از کلاژن مي باشد که کاربرد فراواني در فيلم هاي خوراکي دارد (ناکائو29 و همکارانش، 2007 ). ژلاتين خواص شکل پذيري فيلم و مکانيکي خوبي دارد. به علاوه در ميان هيدروکلوئيدها در ايجاد برگشت پذيري حرارتي با نقطه ذوب نزديک به دماي بدن بي نظير است که بويژه در کاربردهاي خوراکي و دارويي مهم است. هر چند ژلاتين به عنوان پروتئين حيواني از پروتئين گياهي گرانتر است. ژلاتين از جمله موادي است که به دليل استحکام کششي، انعطاف پذيري قابليت دسترسي بالا و پلاستيک کنندگي در صنعت بسته بندي مزاياي زيادي به همراه دارد به عنوان مثال جايگزيني ژلاتين در بسته بندي گوشت. فيلمهاي پروتئيني به خوبي به سطح هيدروفيل متصل ميشوند، ممانعت از اکسيژن و دي اکسيد کربن ميکنند اما به نفوذ آب مقاوم نميباشند ( کوآنگ يئون لي30 و همکاران، 2004؛ ناکائو31 و همکارانش، 2007 ). فيلمهاي ژلاتيني عليرغم برخورداري از ويژگيهاي ممانعتي خوب در برابر اکسيژن، فاقد خواص مکانيکي و ممانعتي مناسب هستند که کاربردهاي بالقوه شان را محدود ميکند. آلودگي مواد غذايي بسته بندي شده تا حد زيادي به نقل و انتقالات رخ داده بين غذاي درون بسته و محيط خارج آن بستگي دارد. افزودن پرکننده هاي با حداقل اندازه در مقياس نانو به فيلم هاي خوراکي و توليد پليمرهاي زيست نانو کامپوزيت ميتواند راه حل جديدي براي اين مشکل ارائه نمايد. نانو ذرات وقتي به پليمر اضافه ميشوند علاوه بر تقويت خواص پليمر ميتوانند داراي فعاليت ضد ميکروبي نيز باشند ( لي32 و همکاران، 2004). اين نسل جديد کامپوزيتها بهبود چشمگيري در مقايسه با پليمرهاي اوليه نشان ميدهند. برخي از نانو مواد ميتوانند ويژگي هاي نفوذ پذيري مواد بسته بندي را تغيير داده سبب بهبود ويژگيهاي مکانيکي، شيميايي، حرارتي و ميکروبي شوند. نانو سايز کردن ذرات موجب افزايش سطح نانو فيلرها و در نتيجه افزايش سطح داخلي و واکنش ميان فيلر و پليمر و در نتيجه بهبود زيادي در خواص پليمر ميشود. به عنوان مثال نانو ذرات اکسيد مس، منيزيم و نقره داراي خاصيت ضد ميکروبي هستند. نانو ذرات نقره ميتوانند بيش از 650 نوع باکتري شناخته شده را از بين ببرنند ( آريو33 و همکاران، 2011 ). از نانو کامپوزيتهاي خاک رس نيز ميتوان براي توليد مواد اوليه بطري هاي ماء الشعير استفاده کرد. مهمترين خصوصيت اين مواد بازدارندگي آنها از خروج گاز دي اکسيد کربن از اين نوشيدنيهاست. سيليکات کلسيم نانو ساختار براي بسته بندي مواد غذايي فسادپذير استفاده شدهاند. نانو ذرات سيليکات کلسيم داراي ساختار متخلخل و خاصيت جذب رطوبت هستند. يکي از اکسيدهاي معدني اي که در سالهاي اخير بيش از پيش در دنياي نانو به ويژه در پوشش دهي منسوجات و توليد کرمهاي ضد آفتاب و بسته بندي مورد استفاده قرار گرفته دي اکسيد تيتانيوم است ( چامورن34 و همکاران، 2008). اين ماده در صنعت رنگ سازي کاربردهاي فراوان دارد ولي ذرات کوچک نانو متري آن به دليل داشتن خواص فوق العاده و منحصر به فرد موارد استفاده زيادي پيدا کرده اند. از اين ماده در تصفيه، گندزدايي، رنگ زدايي، بوزدايي،ساخت سراميک هاي ويژه، از بين بردن سلول هاي سرطاني، ساخت فتوکاتاليست ها، کاغذ سازي، تولد لوازم بهداشتي و آرايشي، تهيه پوششهاي محافظ در مقابل اشعه ماوراء بنفش و ايجاد درخشندگي استفاده ميشود. دي اکسيد تيتانيوم در اندازه نانو متري يک فوتوکاتاليست ايده آل است که مهمترين دليل وجود اين خاصيت در اين ماده قابليت جذب اشعه فرابنفش است. فوتونهاي فرابنفش بسيار پر انرژي هستند و در بيشتر موارد مي توانند به سادگي باعث تخريب اجسام گردند. اين پديده معمولاً از طريق شکست پيوندهاي شيميايي در آنها صورت ميگيرد. بنابراين دي اکسيد تيتانيوم با جذب اشعه فرابنفش و به واسطه خاصيت فوتوکاتاليستي خود ميتواند پوششي ضد باکتري روي سطوح ايجاد کند و هم چنين مانع از عبور اشعه گردد. واکنش فوتوکاتاليستي دي اکسيد تيتانيوم براي غيرفعالسازي طيف وسيعي از ميکروارگانيسمها استفاده شده است. TiO2 غير سمي ميباشد و توسط اداره کل غذا و دارو امريکا (FDI) براي استفاده در غذاي انسان، داروها، مواد در تماس با غذا و مواد آرايشي تأييد شده است. اثرات ضد باکتريايي و ضد قارچي دي اکسيد تيتانيوم روي اشرشيا کلاي، سالمونلا کلرئاسويس، ويبريو پاراهموليتيکوس، ليستريا مونو سيتوژنز، سودو موناس آئروژنيوسا، استافيلوکوکوس اورئوس، دياپورته اکتينيديا، پني سيليوم اکسپنسوم گزارش شده است ( کيم35 و همکاران، 2003 ؛ چو36 و همکاران، 2004 ؛ مانرات37 و همکاران، 2006 ؛ مانس38 و همکاران، 1999).
تلفيق نانو ذرات فلزي دي اکسيد تيتانيوم در فيلم ترکيبي نشاسته ssps / ژلاتين، موجب ايجاد نوعي بسته بندي فعال ميگردد. بسته بندي فعال نوعي بسته بندي است که علاوه بر داشتن خواص بازدارندگي اصلي بسته بندي هاي معمول (مانند خواص بازدارندگي در برابر گازها، بخارآب و تنش هاي مکانيکي)، با تغيير شرايط بسته بندي، ايمني، ماندگاري و يا ويژگيهاي حسي ماده غذايي را بهبود ميبخشد و در عين حال کيفيت ماده غذايي را حفظ ميکند.
1-5- اهداف تحقيق
1-5-1- هدف اصلي
هدف اصلي از اين تحقيق تهيه فيلمهاي ترکيبي نشاسته ssps/ ژلاتين گاوي غني شده با نانو ذرات دي اکسيد تيتانيوم مي باشد. اثر اين نانو ذرات بر خواص فيزيکوشيميايي و نمودار تعادلي رطوبت فيلمهاي تهيه شده از ژلاتين گاوي بررسي شده است. خاصيت جذب اشعه UV نانو ذرات TiO2 اين نانو ذرات را گزينهاي مناسب جهت تلفيق با فيلم ترکيبي نشاسته ssps/ ژلاتين گاوي خصوصاً براي بسته بندي و نگهداري مواد غذايي حساس ميسازد. همچنين با توجه به نقصان در جذب عنصر روي مواد غذايي توسط بدن و عوارض ناشي از کمبود آن، اين فيلمها ميتواند تا حدي در جبران اين مشکل مؤثر باشند. ارزش تغذيه اي و زيست تخريب پذير بودن و شکل پذيري خوب نشاسته و ژلاتين موجب اهميت کاربرد آن در تهيه فيلمهاي خوراکي جهت بسته بندي مواد غذايي و داروها ميباشد.
1-5-2- اهداف اختصاصي
بررسي اثر نانو دي اکسيد تيتانيوم بر معادلات جذب تعادلي رطوبت فيلم ترکيبي ژلاتيني/SSPS
بررسي اثر نانو دي اکسيد تيتانيوم بر خواص مکانيکي فيلم ترکيبي ژلاتيني/SSPS
بررسي اثر نانو دي اکسيد تيتانيوم بر خواص فيزيکوشيميايي فيلم ترکيبي ژلاتيني/SSPS
1-6- پرسشهاي تحقيق
آيا دي اکسيد تيتانيوم به صورت ذرات نانو ميتواند ميزان جذب آب را در پوششهاي ترکيبي کاهش دهد؟
آيا ذرات نانو از جنس دي اکسيد تيتانيوم باعث تغيير در پارامترهاي معادله G.A.B ميشوند؟
آيا ذرات نانو از جنس دي اکسيد تيتانيوم بر خواص فيزيکوشيميايي فيلمهاي ترکيبي ژلاتيني/SSPS تاثير دارند؟
آيا استفاده از نانو دي اکسيد تيتانيوم بر خواص ضد ميکروبي فيلمهاي خوراکي فيلمهاي ترکيبي ژلاتيني/SSPS تاثيردارد؟
1-7- محدوديتهاي تحقيق
در اين پژوهش حداکثر غلظت ترکيب نانو به عنوان يک محدود کننده مطرح ميگردد. بيشتر از 5% ترکيب نانو باعث هتروژن نمودن فيلم ميشد.
1-8- نمودار روش تحقيق
شکل 1-1 نمودار فرآيند پژوهش را به صورت شماتيک نشان ميدهد.
شکل 1-1: نمودار فرآيند پژوهشي
فصل دوم: مروري بر پژوهشهاي پيشين
2-1- ترکيبات اساسي بايوکامپوزيت
2-1-1- نشاسته
نشاسته يک جزء غذايي عمده است و يک کربوهيدرات تجزيه پذير که از هزاران واحد گلوکز ساخته شده است. نشاسته در برگيرنده زنجيرههاي خطي و شاخهدار مولکولهاي گلوکز است که آميلوز39 و آميلو پکتين40 ناميده ميشوند. آميلوز که يک حالت خطي نشاسته است مسئول شکل گيري فيلمهاي قوي است. پيوندهاي فيزيکي در شبکه ماکرو مولکولي نشاسته بيشتر براساس آميلوز هستند و بر خصوصيات مکانيکي فيلمها تاثير ميگذارند از سوي ديگر، ساختار شاخهدار آميلو پکتين عموماً باعث ايجاد فيلمهايي ميشود که شکننده هستند ( فازيلا41 و همکاران، 2011).
نشاسته در طبيعت به شکل نيمه کريستالي وجود دارد با اين توضيح که شکل کريستالي آن منحصرا مربوط به بخش آميلو پکتين و حالت آمورفي آن نمايانگر بخش آميلوز ميباشد (لويي42 ،2003). نشاسته ترکيبي از دو پليمر است آميلوز، يک اتصال خطي (4? 1 ) از glucan – D – ? و آميلوپکتين، يک مولکول پرشاخه که از شاخه هاي کوچک (4 ? 1 ) glucan – D – ? و پيوند ? (6 ? 1) در اتصالات تشکيل شده است. طول زنجيره آميلوز حدود 6000 واحد D – گلوکو پيرانوز، با وزن مولکولي بين 600000 – 150000 دالتون است. آميلو پکتين، بر عکس بسيار پر شاخه است به طور ميانگين 26- 17 شاخه، با واحدهاي D- گلوکوزيل جداشده از پيوندهاي (6 ? 1 ) ? است. اندازهي مولکولي آميلو پکتين بزرگتر از آن است که به طور دقيق مشخص شود ولي مطالعات پراکنش نور حدود 106 D – گلوکوزيل در هر مولکول را نشان داد که آميلو پکتين را يکي از بزرگترين ماکرو مولکولهاي موجود در طبيعت ميکنند. همهي نشاستهها از اين دو ترکيب ساخته شدهاند. نسبت آنها در نمونههاي نشاسته معمولا 20 به 80 آميلوز به آميلو پکتين است (يقباني و محمدزاده، 1384 ؛ قنبرزاده و همکاران، 1388). نشاسته پلي ساکاريدي با دو پليمر خطي آميلوز و شاخه دار آميلو پکتين ميباشد. اغلب نشاستهها حاوي حدود 25% آميلوز و 75% آميلوپکتين ميباشند. براي نشاسته با آميلوز بالا به دليل قدرت تشکيل ژل خوب و ساختار پليمر خطي مارپيچ، يکي از مواد بسيار عالي و مفيد براي تشکيل فيلم محسوب ميگردد. (فورسل43،2002)
شکل 2- 1: ساختمان شيميايي نشاسته
نشاسته پليمري از مولکولهاي گلوکز است. اين ماده در بافت هاي گياهي به صورت دانه هاي جدا از هم يا گرانول وجود دارد که قطر آنها از2 تا100 ميکرون متغيراست. گرانولها به لحاظ شکل ممکن است به صورتهاي کروي، بيضي و يا چند وجهي باشند که با ميکروسکوپ قابل بررسي هستند. اين گرانولها اکثراً داراي يک مبدا مرکزي موسوم به هيلام ميباشند که اغلب توسط حلقه هاي متحد المرکزي احاطه شده اند. مهم ترين منبع تهيه نشاسته، ذرت است اما نشاسته گندم، برنج، سيب زميني، کاساوا و ساگو نيز توليد و به بازار عرضه ميشود. در اين ميان بزرگ ترين گرانولها مربوط به سيب زميني و کوچک ترين آنها متعلق به برنج است. نشاسته از دو قسمت يا دو نوع مولکول پليمري تشکيل شده است. يک قسمت به صورت خطي و فاقد انشعاب موسوم به آميلوز است و قسمت ديگر که داراي انشعاب ميباشد آميلو پکتين نام دارد (فاطمي، 1384).
نشاسته که به وفور در طبيعت يافت ميشود، به دليل قيمت پائين، قابليت تجديد شوندگي و بازيافت زيستي، يکي از مواد خام جذاب و مورد علاقه براي استفاده در بسته بنديهاي خوراکي محسوب ميگردد. علاوه بر اين حساسيت زا نبوده و به دليل دارا بودن ويژگيهاي مکانيکي و مقاومت در برابر نفوذ گازها، امکان به کارگيري و استفاده از آن در صنايع غذايي وجود دارد ( الماسي و همکاران، 1388 و جوانمرد و همکاران، 1385). نشاسته به دليل ماهيت پليمري قابليت فيلم سازي دارد. به علاوه به دليل قيمت مناسب و در دسترس بودن توجه زيادي به آن ميشود ( بميلر44، 2009). يکي از معايب فيلم هاي نشاسته، مقاومت پايين آنها به رطوبت است (آهويناينن45، 2003). براي حل اين مشکل مي توان از چربيها يا پليمرهاي زيست تخريب پذير مقاوم به رطوبت استفاده کرد.(کاتر46، 2006)
علاقه به استفاده از نشاسته به عنوان پر کننده به منظور زيست تخريب کردن در صنايع بسته بندي از سال 1970 آغاز شد، گريفين47 اولين کسي بود که از نشاسته به عنوان پر کننده در پلاستيک هاي سنتتيک استفاده کرد، او محصولي با بيش از 50% نشاسته بدست آورد که در آن از پليمر سنتزي LDPE وTPS استفاده شد. اين فيلم مانع عبور مايع بود اما در برابر گاز ها نفوذ پذيري داشت (گيلبرت48،2000 ؛ مالي49، 2005). نشاسته به دليل ماهيت پليمري قابليت فيلم سازي را دارد (بميلر، 2009).
نشاسته فيلمهاي شفاف، نيمه شفاف، بي طعم و بي مزه و بيرنگ توليد ميکند (ميلارينن50، 2002). نشاسته به دليل فراواني در طبيعت (دومين بايو پليمر فراوان در طبيعت است)، ارزان بودن و قابليت ترمو پلاستيک شدن به عنوان ماده بسته بندي مورد توجه زيادي قرار دارد. هرچند نشاسته به تنهايي، داراي معايبي مانند آبدوستي بالا و ويژگي مکانيکي ضعيف (شکنندگي) ميباشد (قنبرزاده51 و همکاران، 2007 ؛ جي.اچ.لي52، 2009)
عموما پلاستي سايزرها براي فيلمهاي خوراکي بر پايه نشاسته براي غلبه بر شکنندگي فيلم مورد استفاده قرار ميگيرند. معمولا پلاستي سايزرهايي که براي فيلمهاي نشاسته اي استفاده ميشود سوربيتول و گليسرول است .يکي از معايب عمده فيلم هاي نشاسته مقاومت پائين آنها به رطوبت است ( مالي، 2005).


دیدگاهتان را بنویسید