مشاهده / بستن موضوعات

بررسی خواص فیزیکوشیمیایی، مکانیکی، ضدمیکروبی ومدل¬سازی ایزوترم جذب فیلم نانوبیوکامپوزیتی نشاسته تاپیوکا/ ژلاتین گاوی/ نانومیله اکسیدروی

دسته بندی: صنایع غذایی
1338 بازدید

هدف از این مطالعه بررسی اثر نانومیله اکسید روی بر خواص فیزیکوشیمیایی، مکانیکی، ضدمیکروبی و نمودار جذب تعادلی روی فیلم­های نشاسته تاپیوکا/ ژلاتین گاوی می­باشد. در این کار پژوهشی فیلم­های نشاسته تاپیوکا/ ژلاتین گاوی به همراه نانومیله اکسید روی در غلظت­های 0، 5/0%، 2%و5/3% با استفاده از روش کاستینگ (Solvent Casting) تهیه شد. کلیه خواص فیزیکوشیمیایی، مکانیکی و عبوردهی نسبت به بخار آب به روش استاندارد ملی امریکا انجام شد. مدل­های جذب تعادلی چند جمله­ای(مرتبه ششم) و مدل 3 پارامتری جذب تعادلیGAB در داده­های تجربی براز شد. آزمون مکانیکی نانوبیوکامپوزیت فیلم­های نشاسته تاپیوکا/ ژلاتین گاوی / نانومیله­ اکسید روی، افزایش استحکام کششی، کاهش درصد کشیدگی را به دلیل افزایش غلظت نانوذرات نشان داد. خواص فیزیکوشیمیایی از قبیل میزان جذب آب، حلالیت در آب، نفوذپذیری به بخار آب، با افزایش میزان نانوذرات کاهش معنی­داری (p<0.05) را نشان داد. همچنین نانومیله­ اکسید روی اشعه UV را جذب می­کرد. نمودارهای FTIRنشان داد که تعاملات انجامشده تماماً فیزیکی بوده و واکنش­های شیمیایی رخ نداده است. با بررسی ایزوترم­های جذب نانوبیوکامپوزیت حاصل، مشخص شد که مقدار رطوبت آب تک لایه کاهش یافته و نمودار به سمت پایین جابه­جا شده است و این حاکی از آن است که نانومیله های اکسید روی، توانایی آب­گریز کردن فیلم را دارند. به طور کلی با توجه به بررسی­های انجام شده، فیلم­های خوراکی حاوی نانومیله­های اکسید روی قابلیت به کارگیری به عنوان بسته­بندی فعال در صنایع غذایی را دارا می­باشند.

 

واژگان کلیدی: ایزوترم جذب، بیونانوکامپوزیت، فعالیت ضدمیکروبی، نانومیله اکسید روی، نشاسته تاپیوکا

 

 150صفحه فایل ورد (Word) فونت 14 منابع دارد  قیمت 17000 تومان

 

پس از پرداخت آنلاین میتوانید فایل کامل این پروژه را دانلود کنید

فهرست مطالب

چکیده. 1

فصل اول: کلیات.... 2

1-1- مقدمه. 3

1-2- پیش زمینه. 4

1-3- بیان مسأله. 7

1-4- اهمیت موضوع. 9

1-5- اهداف تحقیق.. 13

1-6- نمودار روش تحقیق.. 14

1-7- محدودیت­های تحقیق.. 15

فصل دوم: مروری بر پژوهش­های پیشین... 16

2-1-نانو تکنولوژی.. 17

2-2-کامپوزیت... 19

2-3- نانوکامپوزیت... 20

2-4-نانوبیوکامپوزیت... 22

2-5- بسته­بندی نانو. 24

2-6- بسته­بندی فعال.. 26

2-7- فلز روی.. 27

2-7- 1-نانو اکسید روی.. 28

2-8-اثر سمیت نانو ذره نسبت به سلول سرطانی.. 29

9-2-سمیت نانوذره اکسید روی بر روی سلول­های یوکاریوتی. 28

2-10- فیلم خوراکی.. 30

2-10-1- ژلاتین.. 32

2-10-2- ساختار مولکولی ژلاتین.. 35

2-10- 3-ژلاتین گاوی.. 35

2-10-4 –تولید ژلاتین از پوست و استخوان گاو. 35

5-10-2-نشاسته. 38

2-10-6- نشاسته تاپیوکا40

7-10-2- پلاستیسایزر. 44

2-10-7-1- مقایسه پلاستیسایزرها45

2-10-8-روش­های تولید فیلم.. 46

2-10-9-خواص ممانعتی(عبوردهی گازها). 51

2-10-10- خواص مکانیکی.. 54

2-10-11- خواص ضدمیکروبی.. 56

2-11- نمودارهای جذب تعادلی.. 76

2-12- ویژگی­های ساختمانی بسته­بندی­های ضدمیکروبی...................................................................................................... 64

فصل سوم: مواد و روش­ها. 66

3-1- مواد. 67

3-2 آماده­سازی فیلم.. 67

3-3 ضخامت فیلم.. 69

3-4 آزمایش­ها69

3-5 آنالیز فیلم.. 70

3-5-1- ویژگی­هایمکانیکی.. 70

3-5-2-اندازه­گیریرنگ.... 71

3-5-3-نفوذپذیریبخارآب(WVP). 72

3-5-4- بررسیتعاملموادشیمیاییFTIR... 73

3-5-5-حلالیتفیلم­ها74

3-5-6- ظرفیتجذبآب(WAC). 75

3-5-7- ایزوترمجذب... 76

3-5-8- اشعهمرئی- UV... 77

3-5-9- بررسی حضور نانو میله­ها با استفاده از XRD... 78

3-5-10-سنجشضدمیکروبی.. 80

3-6- تجزیه و تحلیل آماری.. 80

فصل چهارم: نتایج و بحث.... 81

4-1-بررسی اثر نانومیله بر خواص ظاهری فیلم­های نشاسته تاپیوکا/ ژلاتین گاوی.. 82

4-2- بررسی اثر نانومیله بر ضخامت فیلم­های نشاسته تاپیوکا/ ژلاتینگاوی.. 83

4-3- بررسی اثر نانومیله بر خواص فیزیکوشیمیایی فیلم­های نشاسته تاپیوکا/ ژلاتینگاوی.. 83

4-3-1- محتوای رطوبت، حلالیت در آب و قابلیت جذب آب... 83

4-3-2- جستجویپیوندباروشFTIR... 86

4-3-3-بررسیمیزانعبورو جذبنوردرناحیهمرئیوماوراءبنفش.... 89

4-3-4- نمودارهای جذب تعادلی.. 92

4-3-4-1- مدل جذب تعادلی چند جمله­ای.. 92

4-3-4-2- مدل جذب تعادلی GAB... 94

4-3-5- مشخصه­های رنگی.. 96

4-4- بررسی اثر نانومیله بر نفوذپذیری نسبت به بخار آب... 107

4-5-بررسی حضور نانومیله­ها با استفاده ازXRD... 110

4-6-بررسی اثر نانومیله بر خواص مکانیکی فیلم­های نشاسته تاپیوکا/ ژلاتین گاوی.. 112

4-7- بررسی اثر نانومیله بر خواص ضد میکروبی فیلم­های نشاسته تاپیوکا/ ژلاتینگاوی.. 116

فصل پنجم: نتیجه­گیری و پیشنهادات.... 125

5-1- نتیجه­گیری.. 126

5-2- پیشنهادات... 127

منابع و مراجع.. 128

 

 

فهرست جداول

جدول 4- 1: میانگین ضخامت فیلم­های شاهد و نمونه­های حاوی ذرات نانو.. 83

جدول 4- 2: محتوای رطوبت، درصد حلالیت و قابلیت جذب آب فیلم­های بیونانوکامپوزیتی نشاسته تاپیوکا / ژلاتین گاوی. 84

جدول4-3: ضریب­های معادله چندجمله­ای برای فیلم­های نشاسته تاپیوکا / ژلاتین گاوی حاوی نانومیله­ اکسید روی در دمای°C 25.............................................................................................................................................93

جدول 4- 4: پارامترهای معادله GAB برای فیلم­های نشاسته تاپیوکا / ژلاتین گاوی حاوی نانومیله­ اکسید روی در دمای °C25.. 96

جدول 4- 5: پارامترهای رنگ سنجیIlluminant D از فیلم نشاسته تاپیوکا / ژلاتین گاوی با غلظت­های مختلف از نانومیله اکسید روی... 98

جدول 4-6: زاویه انحراف بردار O حاصله از Illuminant D از فیلم نشاسته تاپیوکا / ژلاتین گاوی با غلظت­های مختلف از نانومیله اکسید روی....................................................................................................................99

جدول 4-7: پارامترهای رنگ سنجیIlluminant F از فیلم نشاسته تاپیوکا / ژلاتین گاوی با غلظت­های مختلف از نانومیله اکسید روی..............................................................................................................................     101

جدول 4-8:زاویه انحراف بردار O حاصله از Illuminant F از فیلم نشاسته تاپیوکا / ژلاتین گاوی با غلظت­های مختلف از نانومیله اکسید روی ...............................................................................................................102                                                                     

جدول 4-9: پارامترهای رنگ سنجیIlluminant A از فیلم نشاسته تاپیوکا / ژلاتین گاوی با غلظت­های مختلف از نانومیله اکسید روی......................................................................................................................................103

جدول 4-10:زاویه انحراف بردار O حاصله از Illuminant A از فیلم نشاسته تاپیوکا / ژلاتین گاوی با غلظت­های مختلف از نانومیله اکسید روی.................................................................................................................104                                                                                                                                         

جدول 4- 11: نفوذپذیری بخار آب فیلم­های نشاسته تاپیوکا / ژلاتین گاوی حاوی غلظت­های مختلف نانومیله  109

جدول 4- 12: اثر نانومیله اکسید روی بر خواص مکانیکی فیلم­هاینشاسته تاپیوکا / ژلاتین گاوی... 115

 

 

فهرست شکل­ها

شکل 1-1: نمودار فرآیند پژوهشی... 14

شکل 2-1: انتقال مولکول­های گاز از فیلم­های خوراکی... 52

شکل 3-1 ساخت فیلم نشاسته تاپیوکا / ژلاتین گاوی حاوی غلطت­های مختلف نانومیله اکسید روی........68        

شکل 3-2: تصویر ESEM نانومیله اکسید روی... 69

شکل3-3: اندازه­گیری نفوذپذیری بخار آبفیلم­هاینشاسته تاپیوکا / ژلاتین گاویحاویغلظت­های مختلف نانومیله اکسید روی........................................................................................................................................................................................... 73

شکل3-4: ارزیابی FTIR فیلم­های نشاسته تاپیوکا / ژلاتینگاوی حاوی غلظت­های مختلف نانومیله اکسید روی           74

شکل3-5: اندازه­گیری حلالیتفیلم­هاینشاسته تاپیوکا / ژلاتین گاویحاویغلظت­های مختلف نانومیله اکسید روی     75

شکل3-6: اندازه­گیری میزان جذب آب فیلم­هاینشاسته تاپیوکا / ژلاتین گاویحاویغلظت­های مختلف نانومیله اکسید روی................................................................................................................................................................................................... 76

شکل3-7: ایزوترم جذب فیلم­های نانوبیوکامپوزیتی نشاسته تاپیوکا / ژلاتین گاوی........................................... 77

شکل­3-8: بررسی میزان جذب و عبوردهی فیلم­های نانوبیوکامپوزیتی نشاسته تاپیوکا / ژلاتین گاوی ......... 78

شکل3-9: ارزیابیXRDفیلم­هاینشاسته تاپیوکا / ژلاتین گاویحاویغلظت­های مختلف نانومیله اکسید روی 79

شکل 4- 1: رنگ فیلم­های نشاسته تاپیوکا / ژلاتین گاوی با غلظت­های متفاوت ( 5/0%،2%،5/3%) نانومیله اکسید روی    82

شکل 4- 2: طیف FTIR فیلم­های نشاسته تاپیوکا / ژلاتین گاوی... 87

شکل4-3:طیف FTIRفیلم­ نشاسته تاپیوکا / ژلاتین گاوی حاوی 5/0% نانومیله اکسید روی.................... 87  

شکل4-4: طیف FTIRفیلم­ نشاسته تاپیوکا / ژلاتین گاوی حاوی 2% نانومیله اکسید روی..........................88

شکل4-5: طیف FTIRفیلم­ نشاسته تاپیوکا / ژلاتین گاوی حاوی5/3% نانومیله اکسید روی......................            89

شکل 4- 6: میزان جذب نور فیلم­های بیونانوکامپوزیتی نشاسته تاپیوکا / ژلاتین گاویدر طول موج­های 190 تا 1100   90

شکل 4- 7: میزان عبور نور فیلم­های بیونانوکامپوزیتی نشاسته تاپیوکا / ژلاتین گاوی در طول موج­های 190 تا 1100   92

شکل 4-8: مدل جذب تعادلی چند جمله­ای برای فیلم نشاسته تاپیوکا / ژلاتین گاوی در مقایسه با بیونانوکامپوزیت نشاسته تاپیوکا / ژلاتین گاوی محتوی 5/3% نانومیله اکسید روی... 94

شکل 4-9: مدل جذب تعادلی GABبرای فیلم نشاسته تاپیوکا / ژلاتین گاوی در مقایسه با بیونانوکامپوزیت نشاسته تاپیوکا / ژلاتین گاوی محتوی5/3% نانومیله اکسید روی... 95

شکل 4-10: میزان جذب نور فیلم­های بیونانوکامپوزیتی نشاسته تاپیوکا / ژلاتین گاوی در طول موج­های 400 تا 700....................................................................................................................................................................... 106

شکل4-11: میزان عبور نور فیلم­های بیونانوکامپوزیتی نشاسته تاپیوکا / ژلاتین گاوی در طول موج­های 400 تا 700............................................................................................................................................................................... 107

شکل4-12: الگویXRD فیلم نشاسته تاپیوکا / ژلاتین گاوی حاوی 5/0% و 5/3% نانومیله اکسید روی....112

شکل 4-13: اثر نانومیله اکسید روی بر ناحیه بازدارندگی فیلم­هاینشاسته تاپیوکا / ژلاتین گاویعلیه اشریشیا کلی.117

شکل 4-14: اثر نانومیله اکسید روی بر ناحیه بازدارندگی فیلم­های نشاسته تاپیوکا / ژلاتین گاویعلیه استافیلوکوکوس.117

شکل 4-15: هاله عدم رشد اشریشیا کلی و استافیلو کوکوس اورئوس در فیلم نشاسته تاپیوکا / ژلاتین گاوی با (2% 5/3% ) نانومیله اکسید روی... 124

 

 

 

فصل اول

کلیات

 

 

1-1- مقدمه

بسته یا پوشش غذا نقش منحصر به فردی در سلامت غذا و در نتیجه مصرف­کنندهو همچنین نقش مهمی را در تهیه ایمنی و باقی­ماندن کیفیت ماده­ غذاییایفا می­کند(et al., 2012.(Espitiمسلم است که بیشتر فرآورده­های غذایی با نوعی روش بسته­بندی بهمصرف­کننده می­رسد و در نتیجه بسته­بندی بخش مهمی در زنجیره غذایی می­باشد. نوعی از پلاستیک­ها که در همه زمینه­ها مورد استفاده قرار می­گیرد مشتق شده از منابع نفتی غیرقابل بازیافت است که زیست تخریب­پذیر نبوده و مواد پلاستیکی غیرقابل بازیافت ایجاد می­کند. اثرات محیطی زباله­های ماندگار پلاستیکی نگرانی جهانی را افزایش می­دهدZhao et al., 2008) ). پلاستیک­ها از لحاظ زیست محیطی قابل تحمل نیستند و خطرات سلامتی را تحمیل می­کنند برای مثال مهاجرت افزودنی­های مضر به غذا. زیست تخریب­پذیری مواد پلاستیکی سنتزی حاصل از مشتقات نفتی بسیار کند بوده و تجزیه کامل آنها چندین سال به طول می­انجامد و این امر باعث افزایش آلودگی­های زیست محیطی می­گردد. لذا طی سال­های اخیر یافتن جایگزینی مناسب برای پلاستیک­های سنتزی به­طوری­که زیست تخریب­پذیری بالایی داشته و آلودگی زیست محیطی کمتری بر جای بگذارد توجه محققین را به خود جلب کرده است. یکی از راه­حل­های این مشکل ایجاد بسته­بندی­های تجزیه­پذیر از مواد تجزیه­پذیر یا بیوپلیمرهای خوراکی با زیست تخریب­پذیری بالا است که از منابع قابل تجدید کشاورزی حاصل می­شوند که گزینه­ای مناسب در این زمینه به­شمار می­روند.

با وجود مزایای مسلم زیست محیطی و پایداری پلیمرهای زیستی این قیمت رو به رشد نفت خام و گاز طبیعی است که عامل محرک برای سرمایه­گذاری اقتصادی در این زمینه است. این موضوع و دو عامل محرکه تلاش برای بازیافت بیشتر ضایعات و همچنین ثبات محیط زیست و مدیریت کشاورزی این ضرورت را ایجاد می­کند که تغییری به سمت پلاستیک­های زیستی صورت گیرد.

 

1-2- پیش­زمینه

تهیه و تولید مواد بسته­بندی با هدف حفظ کیفیت، افزایش عمر ماندگاری و حفاظت مواد غذایی در برابر انواع آلودگی­های میکروبی و فسادهای شیمیایی یکی از دغدغه­ها و موضوعات تحقیقاتی برای محققین عرصه صنعت غذا در سال­های اخیر بوده استKim, B & Kim, D, 2003)). شیوع میکروب از طریق مواد غذایی نیاز به ابداع روش­هایی جهت ممانعت از رشد میکروبی در مواد غذایی به منظور حفظ کیفیت، تازگی و ایمنی مواد غذایی را ضروری می­نمایدKester & Fennema, 1976)). در قرن نوزدهم پیشگامانی همچونPrescot Samuel، Nicholas Apper، Louis Pasteur و Willieam L Underwoodایده­های مربوط به صنعت بسته­بندی مواد غذایی و محافظت از مواد غذایی را ابداع کردند. ایده­هایی که حتی تا به امروز در این صنعت مطرح هستند. اما اختراعاتی مثل ساخت بطری­های شیشه­ای، پوشش سلفون، فویل آلومینیومی و ظروف پلاستیکی که در قرن بیستم روی داد به شکل چشمگیری، انعطاف­پذیری صنعت مواد غذایی را بالاتر برد و آن را کاربردی­تر کرد. پیشرفت­های دیگری نظیر استفاده از مواد ضدمیکروبی یا جاذب اکسیژن در ساخت ظروف مواد غذایی موجب شکل­گیری رویه جدیدی در افزایش ماندگاری مواد غذایی و حفاظت آن­ها در برابر تأثیرات محیطی شد. با توجه به روند فعلی عرضه محصولات غذایی در سطح جهان، افزایش فرآوری صنعتی غذاها، حجم بالای صادرات و واردات محصولات غذایی و کوتاه­تر شدن زمان تهیه مواد غذایی تازه، این روند صنعت بسته­بندی محصولات غذایی را وادار می­کند که به دنبال راه­کارهای جدیدتر و پیشرفته­تر بسته­بندی باشد. زمانی حفاظت و افزایش طول عمر مواد غذایی هدف اصلی صنعت بسته­بندی این محصولات بود اما هم­اکنون سهولت در کاربرد و آسانی مصرف هم به همان اندازه اهمیت یافته است. در این عرصه اهمیت عوامل دیگری همچون امکان ردیابی، تجهیز به نشان­گرهای الکترونیکی و با دوام بودن نیز رو به افزایش است. بسیاری از پیشرفت­های جدید صنعت بسته­بندی مواد غذایی پاسخگوی این نیازها است. بسته­بندی­های فعال به عنوان مواد فعال در ارتباط با ماده­ غذایی تعریف می­شوند و این قابلیت را دارند که ساختار ماده­ غذایی و یا اتمسفر اطراف آن را تغییر بدهند. بسته­بندی­های ضد­میکروبی نوعی از بسته­بندی فعال است که با محصول و یا head space (فضای خالی) فعل و انفعال دارد که رشد میکروارگانیسم­ها را کاهش می­دهد، یا به تاخیر می­اندازد ویا از رشد آن­ها ممانعت می­کند. در این راه تلقیح مواد ضد­­­میکروبی به داخل مواد بسته­بندی باعث می­شود که مواد باکتریوساید یا باکتریواستاتیک به تدریج به داخل ماتریکس ماده ­غذایی آزاد شوند که دیگر احتیاجی به اضافه کردن مواد ضدمیکروبی آن هم به طور مستقیم به مواد­ غذایی نیست. محققان می­گویند بسته­بندی­های ضدمیکروبی به عنوان یک مانع اضافی برای آلودگی­های مواد غذایی بعد از فرآیندهای غیردمایی است از این رو این بسته­بندی­ها نقش مهمی را در کاهش آلودگی­های پاتوژنی و افزایش یافتن زمان ماندگاری بازی می­کنند. ترکیبات ارگانیک به مانند روغن­های ضروری، ارگانیک اسیدها، آنزیم­هایی به مانند لیزوزیم و باکتربوسین­ها است که به­طور گسترده به دلیل ویژگی­های آنتی­میکروبیشان مورد مطالعه قرارگرفتند و پتانسیل عملکرد­­شان در مواد پلیمری به عنوان بسته­بندی­های ضدمیکروبی مورد آزمایش قرارگرفته است باتوجه به شرایط سخت فرآیند در بسیاری از فرآیندهای صنعتی(مانند دما، فشار بالا و افزایش مقاومت میکروارگانیسم­ها) حضور ترکیبات ارگانیک در بعضی مواقع بی­فایده است(et al., 2012(Espitia. بسته­بندی هوشمند و فعال مواد غذایی علاوه بر به تأخیر انداختن عوامل محیطی مؤثر بر مواد غذایی، روش پویاتری را برای حفظ نگه­داری محصول به­کار می­گیرند. به عنوان مثال دو مقوله مهم در حفظ کیفیت ماده غذایی
بسته­بندی شده، کنترل میزان رطوبت و اکسیژن است. وجود اکسیژن در ظرف حاوی ماده غذایی موجب رشد میکروب­های هوازی و کپک­های قارچی می­شود. به علاوه فعالیت­های اکسیدی درون ظرف باعث ایجاد طعم و بوی ناخواسته و تغییر در رنگ و خصوصیات تغذیه­ای ماده غذایی می­شوند. به همین ترتیب وجود رطوبت در ظرف محتوی ماده غذایی ممکن است باعث ایجاد کلوخه در محصولات پودری شکل یا نرم شدن مواد غذایی ترد شود. به علاوه وجود رطوبت به رشد میکروب کمک می­کند. از سوی دیگر، خشکی بیش از حد فضای درون ظرف نیز باعث کم آب شدن ماده غذایی می­شود. در بسته­بندی فعال، ظروف شامل موادی هستند که این معضلات را برطرف می­کند. برخی از مهیج­ترین پیشرفت‌های حاصل شده در صنعت بسته­بندی مواد غذایی مرتبط با فناوری نانو است. فناوری نانو که علم مطالعه نانوذره­ها است، تأثیر بزرگی بر مواد مورد استفاده در صنعت بسته­بندی مواد غذایی داشته است. با بهره گرفتن از ابداعاتی که در مقیاس نانو صورت می‌گیرد می‌توان به ایده­های جدیدی در خواص فنی و قابلیت ممانعت­کنندگی ظروف، ایده­های جدید در تشخیص عوامل بیماری­زا و راه­­کارهای جدید بسته­بندی فعال و هوشمند دست یافت. ظهور نانوتکنولوژی منجر به گسترش مواد با خواص جدید شد که به عنوان عوامل ضدمیکروبی مورد استفاده قرار می­گیرد(et al., 2012(Espitia. نانوکامپوزیت­ها در رأس ابداعات فناوری نانو مرتبط با صنعت بسته­بندی مواد غذایی قرار دارند. نانوکامپوزیت‌ها موادی هستند که از ترکیب نانوذره­ها با پلیمر ساخته می‌شوند. فیلم­های پلاستیکی نانوکامپوزیتی این قابلیت را دارند که از نفوذ اکسیژن، دی­اکسید کربن و رطوبت به داخل ظرف جلوگیری کنند. برطبق نظر Thosteson و همکاران (2005) و همکاران هنگامی که نانوکامپوزیت­ها به عنوان بسته­بندی موادغذایی مورد استفاده قرار می­گیرد آنها قادرند که در مقابل استرس­های­ گرمایی فرآیندهای غذایی و استرس­های مکانیکی در طول انتقال و نگهداری موادغذایی مقاومت کنند. به این ترتیب ظروفی که در ساختار آنها از فیلم­های نانوکامپوزیت استفاده شده است، باعث افزایش ماندگاری ماده غذایی می‌شوند. ظروف نانوکامپوزیت سبک، محکم و مقاوم به حرارت هستند. مواد تجزیه­پذیر موادی هستند که به­وسیله
ارگانیسم­های زنده مانند باکتری­ها، مخمرها و قارچ­ها در شرایط هوازی به دی­اکسید کربن و آب و در شرایط بی­هوازی به هیدروکربن­ها و متان تبدیل می­شوند. مهم­ترین عوامل در سرعت تجزیه اختصاص به فعالیت آبی، مواد مغذی، اکسیژن، زمان نگهداری، دما و pH دارد. گزارش شده است که این مواد بعد از سه، شش یا دوازده ماه بدون صدمه زدن به محیط تخریب می­شوند و در پایان عمر، آن­ها به عنوان کود به خاک سپرده می­شوندZhao et al., 2008) ). امروزه تحقیقاتی در زمینه ساخت ظروف با استفاده از مواد نانوکامپوزیت زیست­ تجزیه­پذیر درحال انجام است. با این­­که استفاده از نانوکامپوزیت‌ها در صنایع بسته­بندی مواد غذایی تضمین کننده سطح بالای ممانعت­کنندگی ظرف است، نوع دیگری از مواد نانو توانایی بالایی در کنترل رشد میکروب‌ها دارد. محققان دریافته­اند که نانولوله‌های کربنی خاصیت ضد­میکروبی قدرتمندی از خود نشان می‌دهند. ثابت شده است تماس مستقیم با توده نانولوله‌های کربنی برای باکتری روده­ای اشریشیاکلی کشنده است. اساس علمی این موضوع مبتنی بر این واقعیت است که ساختار نازک و میله­ای شکل این نانولوله‌های منجر به سوراخ کردن سلول باکتری شده و به آن آسیب می‌زند.

 

1-3- بیان مسأله

بسته­بندی­های زیست تخریب­پذیر که قابلیت خوراکی بودن و مصرف به همراه ماده غذایی را دارند شامل فیلم­ها و پوشش­های خوراکی می­باشند. فیلم­های خوراکی لایه­هایی از مواد قابل هضم هستند که به عنوان پوشش مواد غذایی(پوشش های خوراکی)و یا به عنوان مانعی بین غذا و سایر مواد و یا محیط­ها استفاده
می­شوند. پوشش­های خوراکی قابل تجزیه به­وسیله میکروارگانیسم­ها است و به ترکیبات ساده تبدیل می­شوند. پلی­ساکاریدهایی مانند نشاسته و سلولز، پروتیین­هایی­مانند کازئین، کلاژن، آب­پنیر، ژلاتین، سفیده­ تخم­مرغ و پروتیین­های میوفیبریلی ماهی و چربی­هایی مانند تری­گلیسیریدها و اسیدهای چرب می­توانند به عنوان
فیلم­های خوراکی استفاده شوند. فیلم­های پلی­ساکاریدی قیمت پایینی دارند اما مانع مناسبی در برابر نفوذ رطوبت نیستند. فیلم­های پروتیینی دارای قابلیت­های مفیدی مثل شکل­پذیری در فرآیند، خاصیت ارتجاعی و ممانعت خوب در برابر نفوذ اکسیژن هستند (نظیر پلی ساکاریدها) اما مانند پلی­ساکاریدها عبور ناپذیری آنها در برابر نفوذ آب ضعیف است. فیلم­های چربی خواص نفوذناپذیری خوبی در برابر رطوبت دارند اما مقاومت آنها در برابر عبور اکسیژن پایین و خصوصیات مکانیکی ضعیفی دارند. اکسیژن بالا در بسته­بندی غذا به رشد میکروب، حذف طعم و بوی ایجاد شده، تغییر رنگ و از بین رفتن غذا کمک می­کند و علت عمده کاهش زمان نگه­داری غذاها به شمار می­رود. بنابراین کنترل سطح اکسیژن در بسته­بندی غذا امری مهم تلقی می­شود. بخار آب تشکیل شده در داخل بسته­بندی باعث رشد میکرواگانیسم­ها و در نتیجه از بین رفتن کیفیت غذا و کاهش زمان ماندگاری می­گردد. یکی از راه­های رفع این نقایص در فیلم­های پلیمری زیستی ایجاد
ترکیب­هایی از آنها با نانوذرات است که موجب تحقیق و توسعه نانوکامپوزیت­های زیستی شده است. استفاده از نانوتکنولوژی دراین پلیمرها ممکن است امکانات جدیدی را برای بهبود نه تنها ویژگی­ها بلکه به­طور
هم­زمان بهبود ارزش، قیمت و راندمان را سبب شود. انداره نانوذرات موجب پراکندگی و توزیع خوب آن­ها می­شود. نانوکامپوزیت­ها می­توانند به­طور قابل توجهی ویژگی­های مکانیکی، حرارتی، ممانعتی و فیزیکوشیمیایی بهبود یافته­ای در مقایسه با پلیمرهای اولیه و کامپوزیت­های میکروسایز مرسوم نشان دهند Sorrentino et al., 2007)). رشد میکروب­ها روی سطح مواد غذایی دلیل اصلی فساد مواد غذایی و بیماریزایی در مصرف­کننده می­باشد. به این دلیل تلاش­های زیادی برای تیمار این سطوح به روش­های گوناگون مانند اسپری یا غوطه­ور کردن در مواد نگه­دارنده مختلف صورت گرفته است. فیلم­های خوراکی به تنهایی و یا همراه با مواد ضدمیکروبی، موجب مهار رشد باکتری­ها در سطح مواد غذایی و در نتیجه جلوگیری از فساد آنها می­شوند. فناوری نانو می­تواند در مواردی مانند افزایش مقاومت به نفوذ در پوشش­ها، افزایش ویژگی­های ممانعتی، افزایش مقاومت در برابر گرما، گسترش ضدمیکروب­های فعال و سطوح ضدقارچ کارساز باشدSorrentino et al., 2007)).گروه تحقیقاتی دانشگاه انگلیسی لیدز دریافتند که نانوذرات اکسید روی و اکسیدمنیزیم باعث از بین بردن میکروارگانیسم­ها می­شوند که می­توانند کاربرد زیادی در بسته­بندی مواد غذایی داشته باشند.این شیوه می­تواند افزودن مقدار زیاد ضدمیکروب­ها به درون توده غذا را کاهش دهد. آزاد شدن کنترل شده ضدمیکروب­ها به سطح غذا امتیازات زیادی نسبت به روش­های دیگر مانند فروبری و اسپری کردن دارد Emamifar et al., 2011)). در این دو فرآیند اخیر ماده ضدمیکروبی به سرعت از سطح ماده غذایی به داخل آن نفوذ می­کند (منتشر می شود) و در نتیجه خاصیت ضدمیکروبی در سطح کاهش می­یابد. مواد ضدمیکروبی باقی مانده، در تماس با مواد فعال موجود در سطح خنثی می­شوند و میکروب­های آسیب دیده ممکن است دوباره فعال گردند. برای مثال ثابت شده است که امولسیفایرها و اسیدهای چرب با نایسین واکنش داده و خواص آن را کاهش می­دهند.

 

1-4- اهمیت موضوع

مواد استفاده شده برای بسته­بندی که از سوخت­های فسیلی تولید شده­اند عملاً تجزیه­ناپذیر می­باشند. بههمین دلیل مواد بسته­بندی غذاها نیز مانند سایر مواد بسته­بندی مشکلات جدی را از لحاظ محیط زیست ایجاد می­کنند. در نتیجه مطالعاتی جهت استفاده از بسته­بندی­های زیست تخریب­پذیر انجام گرفته است. حدود 125 میلیون تن سالانه در جهان پلاستیک تولید می­شود که حدود 30 میلیون تن آن در بخش بسته­بندی مصرف می­شود (Moriniello, 2007) (Lin & Xing, 2005).مصرف­کنندگان اولیه مواد پلاستیکی از 5 میلیون تن در سال 1950 به حدود 100 میلیون تن افزایش پیدا کرده است. در اوکراین حدوداٌ 7/4 میلیون تن پلاستیک در سال2001 مورد مصرف قرار گرفت که حدود 44% آن مورد مصرف بخش­هایی که دوره کوتاه مدت مصرف را داشتند مورد استفاده قرار گرفت مانند چنگال­ها، بشقاب­های یک­بار مصرف، کیسه­های زباله، فنجان­ها و 56% باقی­مانده در عملیات­های طولانی مانند ساختمان­ها، الکترونیک، حمل و نقل، اسباب­بازی مورد استفاده قرار گرفت. در سال 2005 در آمریکا 9/28 میلیون تن پلاستیک تولید شد که حدود 7/5% بازیافت وحدود 3/94% سوزانده شد. در اروپا حدود 79600 تن از بسته­بندی­های پلی­اتیلن­ترفتالات در سال 2005 مورد بازیافت قرار گرفتZhao et al., 2008) ). به­منظور کاهش ضایعات بسته­بندی پلاستیکی زیست تخریب­ناپذیر استفاده از پلاستیک­های زیست پایه تخریب­پذیر مانند نشاسته، سلولز، PLA، ژلاتین و... ضروری می­باشد((Wilhelm et al., 2003) (Almasi et al., 2009.

به­طورکلی مصرف­کنندگان، مواد بسته­بندی را تقاضا می­کنند که طبیعی­تر، از بین­رونده­تر و دارای پتانسیل تجزیه­پذیری زیستی و نیز قابلیت برگشت­پذیری داشته­باشد. به همین دلیل علاقه به مطالعه و توسعه بیوپلیمرها با منابع تجدیدشدنی که قادر به تجزیه توسط فرآیند کود شدن طبیعی می­باشند برای کاربرد
بسته­بندی افزایش یافته­است. فیلم و پوشش خوراکی لایه نازکی از مواد خوراکی است که توسط فرآیندهای مناسب صنعت غذا ساخته شده و برای دستیابی به اهدافی از قبیل کنترل انتقال رطوبت، محدود کردن انتقال گازها، به تعویق انداختن مهاجرت روغن و چربی، حمل افزودنی­های غذایی مانند عوامل ضدمیکروبی و آنتی اکسیدان­ها، بهبود کیفیت و افزایش ماندگاری بر روی محصول غذایی قرار می­گیرد. زیست تخریب­پذیر بودن و خوراکی بودن این ترکیبات سبب شده است که به­طور وسیع مورد پژوهش و کاربرد قرار گیرند. از جمله کاربردهای فیلم­های خوراکی در ارتباط با مواد غذایی می­توان به پوشش دادن آن­ها بر سطح فرآورده­های قنادی، میوه­ها و سبزی­های تازه، برخی فرآورده­های گوشتی، برخی فرآورده­های لبنی، شکلات، غلات صبحانه­ای، طیور و ماهی، فرآورده­های منجمد، فرآورده­های خشک شده و نظایر این­ها اشاره داشت. فیلم­های زیست تخریب­پذیر ازجنس پلی­ساکاریدها ، پروتیین­ها وچربی­ها یا مخلوطی از این ترکیبات هستند. نشاسته از جمله پلی­ساکاریدهایی است که به فراوانی و با هزینه کم قابل تولید است. نشاسته به­وفور در طبیعت یافت می­شود، به دلیل قیمت پایین، خاصیت ترموپلاستیکی، قابلیت تجدیدشوندگی و بازیافت زیستی نشاسته یکی از مواد خام جذاب و مورد علاقه برای استفاده در بسته­بندی های خوراکی محسوب می­گردد(Guilbert, 2000). فیلم­های نشاسته اغلب ویژگی ممانعت­کنندگی خوبی برای ورود اکسیژن، دی­اکسید کربن و چربی­ها دارند و مانع از تشکیل محصولات ناشی از اکسیداسیون چربی­ها می­گردند(Banker, 1966). نشاسته به دلیل دارا بودن برخی معایب نمی­تواند به تنهایی فیلم مطلوبی تولید کند،خاصیت آب­دوستی شدید نشاسته، مقاومت ضعیف فیلم در برابر رطوبت و خواص مکانیکی ضعیف آن در مقایسه با پلیمرهای سنتزی مهم­ترین معایب فیلم نشاسته می­باشند که باعث محدود شدن استفاده از این بیوپلیمر در زمینه­های مختلف می­شود(Elliasson et al., 2001)(Mali et al., 2005). در سال­های اخیر فیلم و پوشش خوراکی بر پایه پروتیین با توجه به خواص عملکردی و ویژگی­های تغذیه­ای آن توجه زیادی را به خود جلب کرده است. یک نوع از پروتیین­ها ژلاتین تهیه شده از کلاژن می­باشد که کاربرد فراوانی در فیلم­های خوراکی دارد. ژلاتین به عنوان پروتیین حیوانی از پروتیین گیاهی گرا­ن­تر است. ژلاتین از جمله موادی است که به دلیل استحکام کششی، انعطاف پذیری، قابلیت دسترسی بالا و پلاستیک­کنندگی در صنعت بسته­بندی مزایای زیادی به همراه دارد به عنوان مثال جایگزینی ژلاتین در بسته­بندی گوشت. فیلم­های پروتیینی به­­خوبی به سطح هیدروفیل متصل می­شوند، ممانعت از اکسیژن و دی­اکسید کربن می­کنند اما به نفوذ آب مقاوم نمی­باشند(Nacao et al., 2007)(Lee et al., 2004). فیلم­های ژلاتینی علی­رغم برخورداری از ویژگی­های ممانعتی خوب در برابر اکسیژن، فاقد خواص مکانیکی و ممانعتی مناسب هستند که کاربردهای بالقوه آن­ها را محدود می­کند. آلودگی مواد غذایی بسته­بندی شده تا حد زیادی به نقل و انتقالات رخ­داده بین غذای درون بسته و محیط خارج آن بستگی دارد. افزودن پرکننده­های با حداقل اندازه در مقیاس نانو به فیلم­های خوراکی و تولید پلیمرهای زیست نانوکامپوزیت می­تواند راه حل جدیدی برای این مشکل ارائه نماید. نانوذرات وقتی به پلیمر اضافه می­شوند علاوه بر تقویت خواص پلیمر می­توانند دارای فعالیت ضدمیکروبی نیز باشند(Li et al., 2010). این نسل جدید از کامپوزیت­ها بهبود چشمگیری در مقایسه با پلیمرهای اولیه نشان می­دهند. برخی از نانومواد می­توانند
ویژگی­های نفوذپذیری مواد بسته­بندی را تغییر داده سبب بهبود ویژگی­های مکانیکی، شیمیایی، حرارتی و میکروبی شوند. نانو سایز کردن ذرات موجب افزایش سطح نانوفیلرها و در نتیجه افزایش سطح داخلی و واکنش میان فیلر و پلیمر و در نتیجه باعث بهبود خواص پلیمر می­شود. به عنوان مثال نانوذرات اکسید مس، منیزیم و نقره دارای خاصیت ضدمیکروبی هستند. نانوذرات نقره می­توانند بیش از 650 نوع باکتری شناخته شده را از بین ببرند Emamifar et al., 2011)). از نانو کامپوزیت­های خاک رس نیز می­توان برای تولید مواد اولیه بطری­های ماء­الشعیر استفاده کرد. مهم­ترین خصوصیت این مواد بازدارندگی آنها از خروج گاز دی­اکسید کربن از این نوشیدنی­ها است. سیلیکات کلسیم نانو ساختار برای بسته­بندی مواد غذایی فسادپذیر استفاده شده­اند. نانوذرات سیلیکات کلسیم دارای ساختار متخلخل و خاصیت جذب رطوبت هستند.

اکسید روی یک نیمه­رسانا می­باشد و این ماده برای کاربردهای سلول­های خورشیدی، حس­گرها، نمایش­گرها، حس­گرهای گاز (بخار و بنزین)، مبدل­های صوتی – الکتریکی، دیودهای حساس به نور و دستگاه­های انتشار نور UV استفاده می­شوند. اکسید روی قابل کاربرد در زندگی روزمره مانند سیستم تحویل دارو، لوازم آرایشی و ابزارهای پزشکی است که به­دلیل خاصیت ضدمیکروبی قوی آن بر طیف گسترده­ای از میکروارگانیسم­ها است. علاوه بر این توسط FDA (سازمان غذا ودارو آمریکا) به­عنوان GRAS شناخته شده است. فلز روی در بسیاری از فعل و انفعالات بدن شرکت داشته برای حفظ سلامتی و طول عمر بدون امراض وجود آن لازم و ضروری است. فلز روی آنتی­اکسیدانی است که در واکنش­های اکسیداتیو نقش مهمی دارد. فلز روی در افزایش سطح ایمنی و کارکرد صحیح دستگاه ایمنی نقش مهمی دارد. عنصر روی عوامل و فلزات سمی وارد شده به بدن را جذب و خنثی می­کند. اکسید روی به­طور گسترده به عنوان پر­کننده عملکردی در جذب UV برای کاربردهایی در مواد دارویی، وسایل آرایش، پوشش مواد و رنگدانه استفاده می­شود(Li et al., 2009)(Kmar & sing, 2008) (Yu et al., 2004).. علاوه بر این استفاده از نانوذرات اکسید روی یک روش مناسب برای جلوگیری از بیماری­های عفونی از طریق اثرات ضدمیکروبی آن است(Rajendra et al., 2010).(Zhang et al., 2008) استفاده از نانوذرات فلزی اکسید روی در فیلم نشاسته تاپیوکا/ ژلاتین موجب ایجاد نوعی بسته­بندی فعال می­گردد. بسته­بندی فعال نوعی بسته­بندی است که علاوه بر داشتن خواص بازدارندگی اصلی بسته­بندی­های معمول (مانند خواص بازدارندگی در برابر گازها، بخارآب و تنش­های مکانیکی)، با تغییر شرایط بسته­بندی، ایمنی، ماندگاری و یا ویژگی­های حسی ماده غذایی را بهبود می­بخشد و در عین حال کیفیت ماده غذایی را حفظ می­کند.

 

1-5- اهداف تحقیق

هدف اصلی از این تحقیق استفاده از عنصر کمیاب Znو ضروری بدن با ویژگی­های مطلوب برای بسته­بندی مواد غذایی، که بارزترین آن جذب بسیار عالی اشعه UV در بسته­بندی­های زیست­تخریب­پذیر بر پایه نشاسته تاپیوکا و ژلاتین گاوی با بهره جستن از فناوری نانو می­باشد که منجر به تولید پوشش­های خوراکی با خاصیت ضدمیکروبی، کاهش میزان جذب آب در فیلم­های بیوپلیمری و بهبود ویژگی­های نشاسته و ژلاتین گاوی برای تولید فیلم­های خوراکی با ایجاد خاصیت­های مطلوب برای بسته­بندی­های مواد غذایی خصوصاً مواد غذایی حساس به نور بسیار مثمرالثمر خواهد بود. همچنین استفاده از اکسیدروی علاوه بر آن­که سبب بهبود ویژگی­های فیلم­های خوراکی می­شود با جذب روی در مواد غذایی از طریق پوشش­ها امید هست که تا حدی کمبود روی در بدن نیز جبران شود. از طرفی مشکلات ناشی از آلودگی­های محیط زیست که مربوط به ضایعات بسته­بندی می­شود را برطرف خواهد کرد.

 

1-6- نمودار روش تحقیق

شکل 1-1: نمودار فرآیند پژوهشی

 

1-7- محدودیت­های تحقیق

محدود بودن درصد مورد استفاده از نانومیله­های اکسید روی تا سقف 5% به دلیل هتروژن نمودن بافت فیلم­ها از محدودیت­های این تحقیق بود.

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                  

فصل دوم: مروری بر پژوهش های پیشین

 

 

 

 

 

 

2-1- نانوتکنولوژی

نانو یک واژه یونانی به معنای ریز و کوچک است. نانو در حدود یک میلیاردیم متر است و در واقع در دنیای مولکول­ها و اتم­ها معنا می­یابد. فناوری نانو یک علم جدید نیست بلکه یک مقیاس جدید و یک رویکرد جدید در فناوری است. فناوری نانو در مصر، چین و ایران باستان در کوزه­گری و در لعاب­دهی مورد استفاده قرار می­گرفته است. گفته می­شود که در کاشی­های بناهای اسلامی که در مقابل فرسایش و آسیب مقاومت می­کردند از این فناوری استفاده می­شده است. نتیجتاً ما در طول تاریخ از این فناوری استفاده می­کردیم. اما در دهه­های اخیر این کار به صورت آگاهانه انجام می­شود. در دهه 50 میلادی دانشمندان بر روی کاتالیست­ها کار می­کردند. آن­ها سعی می­کردند که با افزایش سطح کاتالیست­ها سرعت­ واکنش­ها را افزایش دهند. تفکر افزایش سطح کاتالیست­ها دانشمندان را بر آن داشت که از فناوری نانو در جهت افزایش سرعت واکنش­های شیمیایی استفاده کنند. سه شاخه اصلی علم که دنیای فردا را خواهد ساخت فناوری اطلاعات وارتباطات، بیوتکنولوژی و نانوتکنولوژی است. ریچارد فایمن(1959)در سخنرانی خود اعلام کرد که آن پایین فضای بسیاری است. این جمله ساده و مبهم..............................

 

 

بلافاصله بعد از پرداخت موفق میتوانید فایل کامل این پروژه را با سرعت و امنیت دانلود کنید

قیمت اختصاصی و استثنایی این پروژه در پایان نامه دات کام : تنها , 17000 تومان

 

 


 

قیمت قبلی : 270000 ریال

قیمت جدید : 17000 تومان  |   جهت خرید محصول بر روی تصویر روبرو کلیک نمایید :

خرید آنلاین این مطلب





0 نظر
نام:*
ایمیل:*
متن نظر:
کد را وارد کنید: *