4-5- بررسیاثرنانوومیکروذراتدیاکسیدتیتانیومبرخواصمکانیکیفیلمهاینشاستهسیبزمینی 65
فصلپنجم: نتیجهگیریوپیشنهادات 68
5-1- نتیجهگیری 69
5-2- پیشنهادات 70
منابعومراجع 71
English Abstarct 83
فهرست جداول
جدول 4- 1: میانگینضخامتفیلمهایشاهدونمونههایحاوینانوذرات 51
جدول 4- 2: محتوایرطوبت،درصدحلالیتوقابلیتجذبآبفیلمهایبایوکامپوزیتینشاستهسیبزمینی 52
جدول 4- 3: پارامترهایرنگسنجیازفیلمنشاستهسیبزمینیباغلظتهایمختلفنانوذرات 60
جدول 4- 4: اثرذراتنانوبرنفوذپذیریفیلمهاینشاستهسیبزمینینسبتبهاکسیژنوبخارآب 62
جدول 4- 5: اثرنانوومیکروذراتدیاکسیدتیتانیومبرخواصمکانیکیفیلمهاینشاستهسیبزمینی 66
فهرست شکل ها
شکل 1-1: نمودارفرآیندپژوهشی 12
شکل 3- 1: تصویرESEMمیکرودیاکسیدتیتانیوم 40
شکل 3- 2: تصویرESEMنانودیاکسیدتیتانیوم 41
شکل 4- 1: رنگفیلمهاینشاستهسیبزمینیباغلظتهایمتفاوت ( 1%،3%،5%) نانودیاکسیدتیتانیوم 50
شکل 4- 2: طیفFTIRفیلمهاینشاستهسیبزمینیحاوی 0، 3 و 5% نانودیاکسیدتیتانیوم 55
شکل 4- 3: اثرنانودیاکسیدتیتانیومبرمیزانجذبنورفیلمهاینشاستهسیبزمینیدرطولموجهای 200 تا 800 57
شکل 4- 4: اثرنانودیاکسیدتیتانیومبردرصدعبورنورفیلمهاینشاستهسیبزمینیدرطولموجهای 200 تا 800 57
شکل 4- 5: اثرمیکرودیاکسیدتیتانیومبرمیزانجذبنورفیلمهاینشاستهسیبزمینیدرطولموجهای 200 تا 800 58
شکل 4- 6: اثرمیکرودیاکسیدتیتانیومبردرصدعبورنورفیلمهاینشاستهسیبزمینیدرطولموجهای 200 تا 800 59
چکیده
هدف از این پژوهش بررسی اثرمیکرو و نانو ذرات دی اکسید تیتانیومبر خواصفیزیکوشیمیایی، مکانیکی، نمودار جذب تعادلی، عبوردهی نسبت به بخار آب و اکسیژنفیلمهای نشاسته سیب زمینی می باشد.در این تحقیق فیلمهای نشاسته ایساپورت شده بامیکرو و نانو ذراتدی اکسید تیتانیوم در غلظتهای 0، 1، 3، و 5 % با استفاده از روش کاستینگتهیه شد. کلیه خواص فیزیکوشیمیایی، مکانیکی و عبوردهی نسبت به بخار آب و اکسیژن به روش استاندارد ملی امریکا(ASTM) .آزمون مکانیکی بایوکامپوزیت فیلمهای نشاسته سیب زمینی/نانو یا میکرو دی اکسید تیتانیوم ،افزایش استحکام کششی، کاهش درصد کشیدگی را با افزایش غلظت ذرات به شکل معنی داری(p0.05) نشان داد.خواص فیزیکوشیمیایی از قبیل میزان جذب آب، حلالیت در آب،نفوذ پذیری به بخار آب و اکسیژن، با افزایش میزان نانو و میکرو ذرات کاهش معنی داری(p0.05) را نشان داد.همچنین میزان جذب کامل اشعه UV در غلظت 5% نانو ذراتمشاهده شد. نمودارهای FTIRنشان داد که تعاملات انجامشده تماماً فیزیکی بوده و واکنشهای شیمیایی رخ نداده است. درمجموع اثرات این میکرو و نانو ذره یکسان نبوده و به خصوص در برخی خواص به خصوص خواص نوری به دلیل شکل کروی دی اکسید تیتانیوم اثرات بیشتری از خود نشان داد. به طور کلی با توجه به بررسیهای انجام شده، فیلمهای نشاسته ای حاوی نانو و دی اکسید تیتانیوم قابلیت به کارگیری به عنوان بستهبندی مقاوم به UVدر صنایع غذایی را دارا می باشند.
کلمات کلیدی: بایو کامپوزیت، نشاسته سیبز زمینی، خواص مکانیکی، جاذب UV، فیلم خوراکی، نفوذ پذیری
فصل اول: کلیات
1-1- مقدمه
استفاده از بیوپلیمرهای زیست تخریب پذیر برای بسته بندی یا پوشش دادن مواد غذایی سالیان طولانی است که مورد توجه محققین بوده است. تولید و کاربرد این بیوپلیمرها در صنایع بستهبندی میتواند مزایای زیادی داشته باشد. چون بخش عمدهایی از این بیوپلیمرها منشاء کشاورزی دارند و معمولا از محصولات گیاهی یا حیوانی بدست می آیند می توان با تولید و استخراج آنها ارزش افزوده محصولات کشاورزی را بالا برد. همچنین این بیوپلیمرها از منابع تجدیدپذیر بدست میآیند بنابراین تولید آنها میتواند موجب حفظ منابع تجدیدپذیر برای نسلهای آینده گردد.
بیوپلیمرهای حاصل از فراوردهای کشاورزی قابلیت برگشت به طبیعت را دارند و توسط میکروارگانیسمها در طی فرایند کمپوست به محصولات طبیعی مانند دیاکسیدکربن آب متان و تودهی زیستی (بیومس) تبدیل میشوند بنابراین این بیوپلیمرها زیست فروپاشنده هستند و موجب آلودگی محیطزیست نمیگردند.
سالیان طولانی است که از پوششهای خوراکی برای نگهداری بهتر محصولات غذایی و افزایش جذابیت ظاهری آنها استفاده میشود. پوشش دادن علاوه بر اینکه از خشک شدن جلوگیری مینماید باعث ایجاد ظاهری جذاب کاهش تبادل گازی تنفسی (کاهش فعالیتهای بیوشیمیایی)و عدم رشد کپکها و حشرات بر روی میوهها و سبزیها می گردد. لذا طی سال های اخیر یافتن جایگزینی مناسب برای پلاستیک های سنتزی بطوریکه زیست تخریب پذیری بالایی داشته و آلودگی زیست محیطی کمتری بر جای بگذارد توجه محققین را به خود را جلب کرده است. بیوپلیمرهای خوراکی بازیست تخریب پذیری بالا که از منابع قابل تجدید کشاورزی حاصل می شوند گزینه ای مناسب در این زمینه به شمار می روند.
1-2-پیش زمینه
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 است]1[. 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 مینماید]2[. در قرن نوزدهم دانشمندان، ایدههای 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 ضد میکروبی 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 این حال روند فعلی عرضه محصولات غذایی در سطح جهان مثل افزایش فرآوری صنعتی غذاها، حجم بالای صادرات و واردات محصولات غذایی و کوتاهتر شدن زمان تهیه مواد غذایی تازه، صنعت بستهبندی محصولات غذایی را وادار میکند به دنبال راه کارهای جدیدتر وپیشرفتهتر بستهبندی باشد. زمانی حفاظت و افزایش طول عمر مواد غذایی هدف اصلی صنعت بستهبندی این محصولات بود اما هم اکنون 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. بستهبندی هوشمند و فعال مواد غذایی علاوه بر به تأخیر انداختن عوامل محیطی مؤثر بر مواد غذایی، روشی پویاتر را برای حفظ نگهداری محصول به کار میگیرد. 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 نانو ذرههاست، 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 ممانعت کنندگی ظروف، ایدههای جدید در تشخیص عوامل بیماریزا و راه‌کارهای جدید بستهبندی فعال وهوشمند دست یافت. نانوکامپوزیتها در رأس ابداعات فن‌آوری نانو مرتبط با صنعت بستهبندی مواد غذایی قرار دارند. نانوکامپوزیت‌ها مواد هستند که از ترکیب نانوذرهها ساخته می‌شوند. فیلمهای پلاستیکی نانوکامپوزیتی این قابلیت را دارند که از نفوذ اکسیژن، دیاکسید کربن و رطوبت به داخل ظرف جلوگیری 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. علاوه بر این تحقیقاتی در زمینه ساخت ظروف با استفاده از مواد نانوکامپوزیت زیستتجزیهپذیر درحال انجام است. با این‌که استفاده از نانوکامپوزیت‌ها در صنایع بستهبندی مواد غذایی تضمین کننده سطح بالای ممانعت کنندگی ظرف است، نوع دیگری از مواد نانو توانایی بالایی در کنترل رشد میکروب‌ها دارد. محققان دریافتهاند که نانو لوله‌های کربنی خاصیت ضد میکروبی قدرتمندی از خود نشان می‌دهند ثابت شده است تماس مستقیم با توده نانولوله‌های کربنی برای باکتری رودهای اشرشیا کلی 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
فیلم های خوراکی لایه هایی 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 محیط ها استفاده می شوند.پوشش های خوراکی قابل تجزیه به وسیله میکروارگانیسم ها مصرف شده و به ترکیبات ساده تبدیل می شوند.پلی ساکارید هایی مانند کیتوزان، نشاسته و سلولز، پروتئین هایی مانند زئین و کلاژن و چربی هایی مانند تری گلیسیریدها و اسیدهای چرب می توانند به عنوان فلیم های خوراکی استفاده شوند. فیلم های پلی ساکاریدی قیمت پایینی دارند اما مانع مناسبی در برابر نفوذ رطوبت نیستند. فیلم های پروتئینی دارای قابلیت های مفیدی مثل شکل پذیری در فرآیند، خاصیت ارتجاعی و ممانعت خوب در برابر نفوذ اکسیژن هستند(نظیر پلی ساکاریدها)اما نفوذ ناپذیری آنها در برابر نفوذ آب ضعیف است. اکسیژن بالا در بسته بندی غذا به رشد میکروب، حذف طعم و بوی ایجاد شده، تغییر رنگ و از بین رفتن غذا کمک می کند و علت عمده کاهش زمان نگهداری غذاها به شمار می رود. بنابراین کنترل سطح اکسیژن در بسته بندی غذاامری مهم تلقی می شود. بخار آب تشکیل شده در داخل بسته بندی باعث رشد میکرواگانیسم ها و در نتیجه از بین رفتن کیفیت غذا و کاهش زمان ماندگاری می گردد. یکی از راه های رفع این نقایص در فیلم های پلیمری زیستی ایجاد ترکیب هایی از آنها با نانو ذرات است که موجب تحقیق و توسعه نانو کامپوزیت های زیستی شده است. استفاده از نانو تکنولوژی دراین پلیمرها ممکن است امکانات جدیدی را برای بهبود نه تنها ویژگی ها بلکه به طور همزمان بهبود ارزش، قیمت و راندمان را سبب شود. انداره نانو ذرات موجب پراکندگی و توزیع خوب آنهامی شود. این نانو کامپوزیت ها می توانند به طور قابل توجهی ویژگی های مکانیکی، حرارتی، ممانعتی و فیزیکوشیمیایی بهبود یافته ای در مقایسه با پلیمرهای اولیه و کامپوزیت های میکرو سایز مرسوم نشان دهند]3[.گروه تحقیقاتی دانشگاه انگلیسی لیدز دریافتند که نانو ذرات اکسید روی و اکسید منیزیم باعث از بین بردن میکروارگانیسم ها می شوند که می توانند کاربرد زیادی در بسته بندی مواد غذایی داشته باشند.این شیوه می تواند افزودن مقدار زیاد ضدمیکروب

مطلب مرتبط :   منبع پایان نامه ارشد دربارهدی اکسید کربن، محیط زیست، منابع طبیعی
دسته‌ها: No category

دیدگاهتان را بنویسید