شکل ۱-۱: نمودار فرایند پژوهشی ۱۷
شکل ۲- ۱: ساختمان شیمیایی نشاسته ۲۰
شکل ۴- ۱: رنگ فیلمهای ترکیبی نشاسته ssps / ژلاتین با غلظت های متفاوت ( %۰، ۱%، ۳%، ۵%) نانو دی اکسید تیتانیوم ۸۰
شکل ۴- ۲: طیف FTIR فیلمهای ترکیبی نشاسته ssps / ژلاتینی حاوی %۰، ۳% و ۵% نانو دی اکسید تیتانیوم ۹۱
شکل ۴- ۳: میزان جذب نور فیلمهای بایونانوکامپوزیتی در طول موجهای ۲۰۰ تا ۸۰۰ ۹۲
شکل ۴- ۴: درصد عبور نور فیلمهای بایو نانو کامپوزیتی در طول موجهای ۲۰۰ تا ۸۰۰ ۹۳
شکل ۴- ۵: مدل جذب تعادلی چند جمله ای (مرتبه ۳) برای فیلم ترکیبی در مقایسه با بایونانوکامپوزیت ترکیبی محتوی ۵% نانو دی اکسید تیتانیوم ۹۵

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

شکل ۴- ۶: هاله عدم رشد در فیلم ترکیبی با ۵% نانو دی اکسید تیتانیوم ۹۸
شکل ۴- ۷: اثر نانو اکسید روی بر ناحیه بازدارندگی فیلمهای ترکیبی علیه اشرشیا کلی. ۱۰۰
شکل ۴- ۸: اثر نانومیله های اکسید روی بر ناحیه بازدارندگی فیلمهای ترکیبی علیه استافیلوکوکوس. ۱۰۱
چکیده
هدف از این پژوهش بررسی اثر نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم بر خواص فیزیکوشیمیایی، مکانیکی، نمودار جذب تعادلی، عبور دهی نسبت به بخار آب و اکسیژن روی فیلم­های ترکیبی نشاسته ssps/ ژلاتین گاوی می باشد. در این کار پژوهشی فیلم­های ترکیبی نشاسته ssps/ ژلاتین گاوی (۱۰% ژلاتین و ۹۰% نشاسته ssps)، به همراه نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم در غلظت­های ۰، ۱، ۲، ۳، و ۵ % با بهره گرفتن از روش کاستینگ انجام شد. کلیه خواص فیزیکوشیمیایی، مکانیکی و عبوردهی نسبت به بخار آب و اکسیژن به روش استاندارد ملی امریکا انجام شد. مدل های جذب تعادلی چند جمله ای(مرتبه سوم) و مدل ۳ پارامتری جذب تعادلی GAB در داده های تجربی براز شد. آزمون مکانیکی نانوبایوکامپوزیت فیلم­های ترکیبی نشاسته ssps/ ژلاتین گاوی / نانودی اکسید تیتانیوم ، افزایش استحکام کششی و مدول یانگ، کاهش درصد کشیدگی را به دلیل افزایش غلظت نانو ذرات نشان داد. خواص فیزیکوشیمیایی از قبیل میزان جذب آب، حلالیت در آب، نفوذ پذیری به بخار آب و اکسیژن، با افزایش میزان نانو ذرات کاهش معنی داری (p<0/05) را نشان داد. همچنین میزان جذب کامل اشعه UV در غلظت ۵% درصد مشاهده شد. نمودارهای FTIR نشان داد که تعاملات انجام شده تماماً فیزیکی بوده و واکنش­های شیمیایی رخ نداده است. با بررسی ایزوترم­های جذب نانو بایو کامپوزیت حاصل، مشخص شد که مقدار رطوبت آب تک لایه کاهش یافته و نمودار به سمت پایین جابجا شده است و این حاکی از آن است که ذرات نانو دی اکسید تیتانیوم، توانایی آبگریز کردن فیلم را دارند. به طور کلی با توجه به بررسی­های انجام شده، فیلم­های خوراکی حاوی نانو دی اکسید تیتانیوم قابلیت به کارگیری به عنوان بسته­بندی فعال در صنایع غذایی را دارا می­باشند.
واژگان کلیدی : فیلم خوراکی، نشاسته ssps، ژلاتین گاوی، نانو دی اکسید تیتانیوم، خواص مکانیکی، خواص ممانعتی، خواص فیزیکوشیمیایی.
فصل اول: مقدمه
۱-۱- مقدمه
واژه یا اصطلاح بسته­بندی به هر ماده، ظرف یا پوششی که جهت جلوگیری از آلودگی طی حمل­و­نقل و جا به ­جایی، حفاظت، بهبود و بازار­یابی یا فروش هر فرآورده یا ماده به­کار می­رود اتلاق می­گردد ( لوپز- روبیو^[۱] و همکاران، ۲۰۰۴). هدف از بسته­بندی مواد غذایی حفاظت از ایمنی و کیفیت ماده­ غذایی حاوی آن از زمان تولید تا زمان مصرف توسط مصرف ­کننده می­باشد. یکی دیگر از کاربرد­های مهم بسته­بندی ماده­ غذایی حفاظت از محصول در برابر آسیب­های فیزیکی شیمیایی و بیولوژیکی می­باشد. شناخته­ترین مواد بسته­بندی دارای خصوصیات ذکر شده مواد بسته­بندی پلاستیکی می­باشند ( دالین و شورتن^[۲]، ۱۹۹۸).
توسعه روز افزون صنایع پتروشیمی و پیشرفت سریع تکنولوژی­های مربوط به تولید پلاستیک­های صنعتی موجب کاربرد هر چه بیشتر پلیمرهای نفتی در صنایع بسته­بندی و به خصوص بسته­بندی­های ویژه­ی مواد غذایی شده است. دلیل این امر دسترسی آسان به ماده­ اولیه، هزینه­ نسبتا پایین، ویژگی­های مکانیکی مطلوب و بازدارندگی خوب می­باشد ( سیراکسا^[۳] و همکاران، ۲۰۰۸). با این حال بازیافت نشدن مواد بسته­بندی پلاستیکی یکی از محدودیت­های جدی این مواد می­باشد. اغلب پلیمرهای سنتزی با منشاء نفتی به تخریب بیولوژیکی مقاوم می­باشند و پیوندهای کربنی آن­ها توسط آنزیم­ های میکروارگانیسم­ها شکسته نمی­شوند و زیست تخریب­پذیر^[۴] نمی­باشند. دومین مشکل مربوط به محدودیت مکانی به­ ویژه در مکان­های پر جمعیت است، یافتن مکان مناسب برای دفع زباله­های تولیدی و صنعتی در آینده مشکل­تر از پیش می­باشد ( هاگارد^[۵] و همکاران، ۲۰۰۱). مشکل دیگر بسته بندی­های پلاستیکی مهاجرت ترکیبات استفاده شده در فرمولاسیون مانند نرم کننده­ها^[۶]، مونومرها و باقیمانده حلال به داخل ماده غذایی می­باشد که موجب کاهش ایمنی و ایجاد بد طعمی ­در ماده غذایی می­گردد ( مانهیم و پاسی^[۷]، ۱۹۹۰). فاکتور بعدی که باید مورد توجه قرار گیرد وابستگی مواد بسته­بندی پلاستیکی به مواد نفتی می­باشد. با توجه به محدودیت و افزایش قیمت این منابع یافتن روش­های مقرون به صرفه تولید مواد بسته ­بندی مورد توجه قرار گرفته است. علاوه بر عوامل زیست محیطی ذکر شده بسته­ بندی مواد غذایی با تغییرات قابل توجهی در توزیع مواد غذایی شامل جهانی شدن زنجیره­ی غذایی، افزایش تمایل مصرف کنندگان به مصرف غذاها­ی تازه­تر و با کیفیت بهتر و ایمن­تر مواجه شده است ( لوپز- روبیو^[۸] و همکاران، ۲۰۰۴).
آلودگی ناشی از مواد بسته­بندی تولید شده از مشتقات نفتی و مشکلات ناشی از روش­های مختلف حذف این مواد توجه پژوهشگران را در طی سال­های اخیر به یافتن جایگزین­های مناسب برای این نوع مواد بسته­بندی معطوف کرده است ( فانگ^[۹] و همکاران، ۲۰۰۳). به لحاظ مشکلات زیست محیطی بسیاری از مواد بسته بندی، توجه ویژه ای به پلیمرهای زیستی و تجزیه پذیر به منظور توسعه مواد بسته بندی غذایی دوست دار طبیعت معطوف شده است ( لوپز- روبیو^[۱۰] و همکاران، ۲۰۰۴). از طرفی استفاده از محصولات جنبی (By-products) کشاورزی و صنعت غذایی به منظور توسعه مواد زیست تخریب پذیر برای جایگزینی پلیمرهای بر پایه نفت در کاربردهای بسته بندی علاقه مندی روبه رشدی را در پی داشته است ( دالین و شورتن^[۱۱]، ۱۹۹۸). استفاده از فیلم­هایی با منشا طبیعی(نشاسته-پروتئین و …)به دلیل پتانسیل این مواد در جایگزینی پلیمرهای رایج در بسته بندی موادغذایی و به علت مقاومت آن­ها در برابر نفوذ گازها ،رطوبت، و مواد محلول ازدهه قبل رایج شده است ( جان استون- بانک^[۱۲]، ۱۹۹۰).
۱-۲- پیش زمینه
در جهان حدود ۱۲۵ میلیون تن پلاستیک تولید می­ شود که حدود ۳۰ میلیون تن آن در بخش بسته بندی مصرف می شود. آلودگی ناشی از مواد بسته بندی تولید شده از مشتقات نفتی و مشکلات ناشی از روش های مختلف آلودگی زدایی (مانند دفن کردن ، سوزاندن و بازیافت آن­ها) توجه پژوهشگران را در طی سال های اخیر به یافتن جایگزین های مناسب برای این نوع مواد بسته بندی معطوف کرده است. (فانگ^[۱۳]،۲۰۰۳).
تولید بیوپلیمر­هایی که از منابع تجدیدپذیر بدست می­آیند بر خلاف پلیمر­های سنتزی که بیشتر منشا نفتی دارند در محیط طبیعی تجزیه پذیر هستند و موجب حفظ منابع تجدید ناپذیر می­گردد. این بیوپلیمر­ها که قابلیت برگشت به طبیعت را دارند از محصولات کشاورزی بدست آمده و موجب آلودگی محیط زیست نمی­شوند و در فرایند کمپوست توسط میکروارگانیسم ها به محصولات طبیعی مانند آب، متان، دی اکسید کربن، و توده زیستی تبدیل می­شوند. پلیمر­هایی که پس از فرایند تجزیه توسط میکروارگانیسم ها ­ کاملا به محصولات طبیعی تبدیل می­شوند زیست تخریب پذیر نامیده می­شوند (قنبرزاده و همکاران، ۱۳۸۸).
پلیمرهای زیست تخریب­پذیر را می­توان بر اساس ترکیب شیمیایی، روش سنتز، روش فرایند، اهمیت اقتصادی، کاربرد، منشاء و …. طبقه بندی نمود. پلیمرهای زیست تخریب پذیر را بر اساس منشا می­توان به پلیمرهای طبیعی یا بیوپلیمرها که از منابع تجدید شونده حاصل می­شوند و پلیمرهای سنتزی که از نفت خام (یک منبع غیر تجدید شونده) سنتز می­شوند، طبقه بندی نمود.
بیوپلیمرها با منشاء طبیعی را می­توان به ۶ زیر گروه طبقه بندی کرد:
۱)پلی ساکاریدها، مانند: نشاسته، سلولز، لیگنین و کیتین
۲)پروتئین­ها، مانند: ژلاتین، کازئین، گلوتن گندم، ابریشم، پشم
۳)لیپیدها، که شامل: چربی­های حیوانی و روغن­های گیاهی مانند روغن کرچک
۴)پلی استرهای تولید شده بوسیله میکروارگانیسم­ها یا بوسیله گیاهان مانند پلی هیدورکسی آلکانوآت ها(PHA) و پلی ۳- هیدورکسی بوتیرات(PHB)
۵)پلی استرهای سنتز شده از منومرهای با منشا طبیعی مانند: پلی­لاکتیک اسید (PLA)
۶)دیگر پلیمرهای طبیعی مانند کائوچوی طبیعی ( اسمیت^[۱۴]، ۲۰۰۵).
بسته بندی­های زیستی حاصل از بیوپلیمر­های خالص دارای سرعت زیست تخریب پذیری بالاتری نسبت به فیلم­های آلیاژ شده می­باشند ولی کیفیت مکانیکی و نفوذپذیری آن­ها به نسبت پایین تر است (قنبرزاده و همکاران، ۱۳۸۸). دلایل استفاده از این نوع بسته بندی عبارتند از: جلوگیری از انتقال رطوبت، جلوگیری از خروج ترکیبات فرار موجود در ماده غذایی، کاهش دهنده سرعت تنفس، به تاخیر انداختن تغییرات در بافت ماده غذایی، مانعی بسیار عالی در برابر عبور چربیها و روغن ها، عبوردهی بسیار انتخابی گازهایی نظیر اکسیژن و دی اکسیدکربن (ایران منش، ۱۳۸۸).
فیلم­های خوراکی لایه نازکی از بیوپلیمرها هستند که برای بهبود و نگه داری بهتر مواد غذایی بر روی سطح ماده غذایی کشیده می­شوند و یا بین اجزای مواد غذایی قرار داده می­شوند. البته عمدتا” فیلم­ها و پوشش ­های خوراکی برای حذف بسته بندی غیر خوراکی استفاده نمی­شوند بلکه به همراه بسته بندی­های مرسوم به بهبود کیفیت و ماندگاری کمک می­ کنند و تعداد لایه­ های بسته بندی را کاهش می­ دهند و بعد از این که بسته باز شد حفاظت از غذا را ادامه می­ دهند. فیلم­های خوراکی همچنین ممکن است به عنوان لایه­ای از بسته بندی­های چند لایه مورد استفاده قرار گیرند (قنبر زاده و همکاران، ۱۳۸۸).
سایر مزایای فیلم­های خوراکی نسبت به مواد بسته­بندی پلیمری مصنوعی را می­توان به صورت زیر خلاصه کرد :
۱- مصرف توام فیلم­ها با محصول بسته­بندی شده بدون اینکه باقیمانده­ای دور ریخته شود.
۲- فیلم­ها باعث افزایش خواص ارگانولپتیک مواد بسته­بندی می­شوند، بدین ترتیب، ترکیبات مختلف نظیر طعم­دهنده­ها، رنگ­ها و شیرین­کننده­ها، به همراه آن­ها منتقل می­شوند و می­توانند به عنوان انتقال دهنده مواد ضدمیکروبی و آنتی­اکسیدان به­کار روند.
۳- از مهاجرت آروما، طعم و رنگ ماده­ غذایی به محیط و بین اجزای موادغذایی جلوگیری می­ کنند.
۴- فیلم­ها می­توانند به عنوان مکمل ارزش تغذیه­ای مواد غذایی باشند.
۵- فیلم­ها باعث کاهش تبادل گازهای تنفسی بین محیط و ماده­ غذایی می­گردند.
۶- می­توانند به­منظور جلوگیری از حذف رطوبت و مهاجرت مواد محلول در مواد غذایی طراحی شوند.
۷- فیلم­ها می­توانند به­آسانی برای تولید میکروکپسول­های طعم دهنده مواد غذایی و عوامل تخمیر کننده بکار روند (پترسن^[۱۵]، ۱۹۹۹).
در سالیان اخیر روی بسته بندی مواد غذایی بیشتر روی فیلم­های زیست سازگار از جمله روی فیلم­های تهیه شده از پروتئین­های خوراکی با منشآ گیاهی و حیوانی (زیئن، گلوتن گندم، سویا، بادام زمینی، ژلاتین، کلاژن، آلبومین و پروتئن­های آب پنیر)، پلی ساکاریدی( پکتین، سلولز، کیتوزان و ….) و یا ترکیبی از آن­ها استوار بوده است ( شکوه صارمی و همکاران، ۱۳۸۵).
لایه های خوراکی و زیست تجزیه پذیری که از منابع مختلف به دست می آیند توجه زیادی به خود جلب کرده اند.مصرف کنندگان و پردازشگرهای نظیر به کاهش مشکلات محیطی مربوط به ضایعات بسته بندی مصنوعی اقدام کرده اند. در دهه گذشته، درباره لایه های بسته بندی خوراکی و زیست تجزیه پذیر، به خاطر مزایای فراوانی که در مقایسه با لایه های بسته بندی مصنوعی دارند تحقیقات زیادی انجام شده است.گر چه جایگزینی کامل لایه­ های بسته بندی مصنوعی آناً ممکن نیست، لایه های خوراکی و زیست تجزیه پذیر پتانسیل کاهش و جایگزینی لایه های مصنوعی شیمیایی را در بعضی از کاربردهای آتی خواهند داشت.موادی که برای تشکیل لایه ها و روکش ها در دسترس هستند جزو دسته های پروتئین­ها، پلی ساکارید ها، لیپیدها و رزین ها هستند. ( لی راها ونگ^[۱۶] و همکاران، ۲۰۱۱). پوشش مواد غذایی با فیلم های خوراکی دارای مزایای زیادی است از جمله سلامتی ویژگی های حسی و اقتصادی بودن و اینکه خود پوشش نیز دارای ارزش تغذیه ای است مانع فساد وآلودگی میکروبی میشوند و باعث استحکام و یکپارچگی مواد غذایی هستند ( دویتینک^[۱۷] و همکاران، ۱۹۹۸ ؛ نوسینوویچ^[۱۸]، ۱۹۹۷ ؛ اوتارا^[۱۹] و همکاران، ۲۰۰۲).
۱-۳- بیان مسأله
بسته بندی­های زیست تخریب پذیر که قابلیت خوراکی بودن و مصرف به همراه ماده غذایی را دارند شامل فیلم ها و پوشش ­های خوراکی می­باشند. 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 محیط­ها استفاده می­شوند. پوشش های خوراکی قابل تجزیه به وسیله میکروارگانیسم­ها مصرف شده و به ترکیبات ساده تبدیل می­شوند. پلی ساکارید­هایی مانند کیتوزان، نشاسته و سلولز، پروتئین­هایی مانند زئین و کلاژن و چربی­هایی مانند تری گلیسیریدها و اسیدهای چرب می­توانند به عنوان فلیم های خوراکی استفاده شوند. فیلم های پلی ساکاریدی قیمت پایینی دارند اما مانع مناسبی در برابر نفوذ رطوبت نیستند. فیلم­های پروتئینی دارای قابلیت ­های مفیدی مثل شکل پذیری در فرایند، خاصیت ارتجاعی و ممانعت خوب در برابر نفوذ اکسیژن هستند ( نظیر پلی ساکاریدها ) اما عبور ناپذیری آ­ن­ها در برابر نفوذ آب ضعیف است مانند پلی ساکاریدها. فیلم­های چربی خواص نفوذ ناپذیری خوبی در برابر رطوبت دارند اما مقاومت آن­ها در برابر عبور اکسیژن و خصوصیات مکانیکی شان 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 می­رود. بنابراین کنترل سطح اکسیژن در بسته بندی غذا امری مهم تلقی می­ شود. بخار آب تشکیل شده در داخل بسته بندی باعث رشد میکرواگانیسم­ها و در نتیجه از بین رفتن کیفیت غذا و کاهش زمان ماندگاری می­گردد. یکی از راه های رفع این نقایص در فیلم­های 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 در این پلیمرها ممکن است امکانات جدیدی را برای بهبود نه تنها ویژگی­ها بلکه به طور همزمان بهبود ارزش، قیمت و راندمان را سبب شود. انداره نانو ذرات موجب پراکندگی و توزیع خوب آن­ها می­ شود. این نانو کامپوزیت ها می­توانند 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 ( سورنتینو^[۲۰] و همکاران، ۲۰۰۷). رشد میکروب ها روی سطح مواد غذایی دلیل اصلی فساد مواد غذایی و بیماریزایی در مصرف کننده می باشد. به این دلیل تلاش های زیادی برای تیمار این سطوح به روش های گوناگون مانند اسپری یا غوطه ور کردن در مواد نگهدارنده مختلف صورت گرفته است. فیلم­های خوراکی به تنهایی و یا همراه با مواد ضد میکروبی، موجب مهار رشد باکتریها در سطح مواد غذایی و در نتیجه فساد آن­ها می­شوند. فناوری نانو می ­تواند در مواردی مانند افزایش مقاومت به نفوذ در پوشش ها، افز ایش ویژگی های ممانعتی، افزایش مقاومت در برابر گرما، گسترش ضد میکروب های فعال و سطوح ضد قارچ کارساز باشد( سورنتینو^[۲۱] و همکاران، ۲۰۰۷). گروه تحقیقاتی دانشگاه انگلیسی لیدز دریافتند که نانو ذرات اکسید روی و اکسید منیزیم باعث از بین بردن میکروارگانیسم ها می شوند که می­توانند کاربرد زیادی در بسته بندی مواد غذایی داشته باشند.این شیوه می تواند افزودن مقدار زیاد ضدمیکروب ها به درون توده غذا را کاهش دهد. آزاد شدن کنترل شده ضد میکروب ها به سطح غذاامتیازات زیادی نسبت به روش های دیگر مانند فروبری و اسپری کردن دارد ( آریو^[۲۲] و همکاران، ۲۰۱۱ ). در این دو فرایند اخیر ماده ضدمیکروبی به سرعت از سطح ماده غذایی به داخل آن نفوذ می کند ( منتشر می شود ) و در نتیجه خاصیت ضدمیکروبی در سطح کاهش می­یابد. مواد ضد میکروبی باقی مانده، در تماس با مواد فعال موجود در سطح خنثی می شوند و میکروب های 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 می­ دهند.
۱-۴- اهمیت موضوع
امروزه بخش بزرگی از مواد استفاده شده در صنعت بسته بندی از فرآوردهای نفتی و پتروشیمی به دست می­آیند که غیر قابل تجزیه در طبیعت بوده و مشکل زیست محیطی ایجاد می­ کنند. از این­ رو محققین همواره به دنبال راه حل­هایی برای این موضوع می­باشند. رشد روز افزون محصولات زیستی و توسعه تکنولوژی­های نوین سبب کاهش وابستگی به استفاده از سوخت­های فسیلی گردیده است. در چند دهه اخیر میزان توجه و علاقه افراد به استفاده از بیوپلی­مرها به دلیل افزایش بیشتر آگاهی مصرف کنندگان، افزایش قیمت نفت خام، افزایش آلودگی­های زیست محیطی و تجزیه ناپذیر بودن پلیمرهای نفتی و توجه به گرمای جهانی افزایش یافته است و سبب شده تلاش­ های فراوانی در جهت تولید مواد بسته­بندی با منشا طبیعی(پروتئین،چربی و کربوهیدرات) به صورت فیلم یا پوشش صورت گیرد. اینگونه بیوپلیمرها در مقایسه با بهره گرفتن از پلاستیک­ها اثرات مخرب کمتری بر محیط زیست دارند ( پین^[۲۳] و همکاران، ۱۹۹۲).
به طور کلی مصرف کنندگان مواد بسته بندی را تقاضا می­ کنند که طبیعی­تر، از بین رونده­تر و دارای پتانسیل تجزیه پذیری زیستی و نیز قابلیت برگشت پذیری داشته باشد. به همین دلیل علاقه به مطالعه و توسعه بیوپلیمرها با منابع تجدید شدنی که قادر به تجزیه توسط فرایند کود شدن طبیعی می­باشند برای کاربرد بسته بندی افزایش یافته است. 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 افزودنی های غذایی مانند عوامل ضد میکروبی و آنتی کسیدان ها، بهبود کیفیت و افزایش ماندگاری بر روی محصول غذایی قرار می­گیرد. زیست تخریب پذیر بودن و خوراکی بودن این ترکیبات سبب شده است که به طور وسیع مورد پژوهش و کاربرد قرار گیرند. از جمله کاربردهای فیلم­های خوراکی در ارتباط با مواد غذایی می توان به پوشش دادن آن­ها بر سطح فرآورده های قنادی، میوه ها و سبزی های تازه، برخی فرآورده ­های گوشتی، برخی فرآورده های لبنی، شکلات، غلات صبحانه ای، طیور و ماهی، فرآورده ­های منجمد، فرآورده ­های خشک شده و نظایر این­ها اشاره داشت (ناکائو^[۲۴] و همکارانش، ۲۰۰۷ ).
رشد فزاینده علاقه نسبت به فیلم­های ساخته شده از بیو­پلیمرهای طبیعی از قبیل نشاسته به عنوان یک منبع جایگزین به منظور حل پلیمرهای غیر قابل تجزیه و انهدام ضایعات شکل گرفته از پلیمرهای سنتیک مطرح شده است. از این رو، استفاده از بیوپلیمرهای کشاورزی که از نظر زیستی به راحتی تجزیه­پذیر هستند نه تنها باعث حل این مشکلات می­ شود بلکه به ارائه کاربرد جدیدی از تولیدات مازاد کشاورزی نیز می ­پردازد. به واسطه نگرانی­های محیطی، ترکیب مواد نگهدارنده زیستی با فیلم­هایی که از نظر زیستی تجزیه پذیر می­باشند مناسب­تر از ترکیب با فیلم­های پلاستیکی است (تورهان^[۲۵] و همکاران، ۲۰۰۴).
در گروه مواد تجدید شدنی بر پایه ی مواد پلیمری زیست تخریب پذیر، نشاسته یکی از قابل توجه ترین مواد بود به دلیل این که به آسانی در دسترس است و می ­تواند محصولات نهایی موثری ایجاد کند. نشاسته فرم اصلی کربوهیدرات در گیاهان است. نشاسته یک پلیمر نیمه بلورین تشکیل شده از یک مخلوطی از آمیلوز یک پلی ساکارید خطی وآمیلوپکتین یک پلی ساکارید منشعب می­باشد. نسبت مقدار آمیلوز و آمیلوپکتین به منبع گیاهی بستگی دارد. در کاربرد های بسته بندی، مواد برپایه نشاسته ، به دلیل زیست تخریب پذیری، به طور گسترده در دسترس بودن و هزینه ی کم مورد توجه زیاد واقع شده اند( زپا^[۲۶] و همکاران، ۲۰۰۸)
SSPSاز خانواده پکتین مانند از بیوپلیمر اسیدی استخراج شده از محصول فرعی کربوهیدرات باقی مانده از تولید پروتئین سویا جدا شده تولید می­ شود. ( شوری^[۲۷] و همکاران، ۱۹۸۵). SSPS می ­تواند فیلم­های زیست تجزیه پذیر با ظاهر خوب و خواص مکانیکی رضایت بخش تولید کنند ( سالار باش^[۲۸] و همکاران، ۲۰۱۳).
در سال های اخیر فیلم و پوشش خوراکی بر پایه پروتئین با توجه به خواص عملکردی و ویژگی­های تغذیه ای آن توجه زیادی را به خود جلب کرده است. یک نوع از پروتئین­ها ژلاتین تهیه شده از کلاژن می باشد که کاربرد فراوانی در فیلم های خوراکی دارد (ناکائو^[۲۹] و همکارانش، ۲۰۰۷ ). ژلاتین خواص شکل پذیری فیلم و مکانیکی خوبی دارد. به علاوه در میان هیدروکلوئیدها در ایجاد برگشت پذیری حرارتی با نقطه ذوب نزدیک به دمای بدن بی نظیر است که بویژه در کاربردهای خوراکی و دارویی مهم است. هر چند ژلاتین به عنوان پروتئین حیوانی از پروتئین گیاهی گرانتر است. ژلاتین از جمله موادی است که به دلیل استحکام کششی، انعطاف پذیری قابلیت دسترسی بالا و پلاستیک کنندگی در صنعت بسته بندی مزایای زیادی به همراه دارد به عنوان مثال جایگزینی ژلاتین در بسته بندی گوشت. فیلم­های پروتئینی به خوبی به سطح هیدروفیل متصل می­شوند، ممانعت از اکسیژن و دی اکسید کربن می­ کنند اما به نفوذ آب مقاوم نمی­باشند ( کوآنگ یئون لی^[۳۰] و همکاران، ۲۰۰۴؛ ناکائو^[۳۱] و همکارانش، ۲۰۰۷ ). فیلم­های ژلاتینی علیرغم برخورداری از ویژگی­های ممانعتی خوب در برابر اکسیژن، فاقد خواص مکانیکی و ممانعتی مناسب هستند که کاربردهای بالقوه شان را محدود می­ کند. آلودگی مواد غذایی بسته بندی شده تا حد زیادی به نقل و انتقالات رخ داده بین غذای درون بسته و محیط خارج آن بستگی دارد. افزودن پرکننده های با حداقل اندازه در مقیاس نانو به فیلم های خوراکی و تولید پلیمرهای زیست نانو کامپوزیت می ­تواند راه حل جدیدی برای این مشکل ارائه نماید. نانو ذرات وقتی به پلیمر اضافه می­شوند علاوه بر تقویت خواص پلیمر می­توانند دارای فعالیت ضد میکروبی نیز باشند ( لی^[۳۲] و همکاران، ۲۰۰۴). این نسل جدید کامپوزیت­ها بهبود چشمگیری در مقایسه با پلیمرهای اولیه نشان می­ دهند. برخی از نانو مواد می­توانند ویژگی های نفوذ پذیری مواد بسته بندی را تغییر داده سبب بهبود ویژگی­های مکانیکی، شیمیایی، حرارتی و میکروبی شوند. نانو سایز کردن ذرات موجب افزایش سطح نانو فیلرها و در نتیجه افزایش سطح داخلی و واکنش میان فیلر و پلیمر و در نتیجه بهبود زیادی در خواص پلیمر می­ شود. به عنوان مثال نانو ذرات اکسید مس، منیزیم و نقره دارای خاصیت ضد میکروبی هستند. نانو ذرات نقره می­توانند بیش از ۶۵۰ نوع باکتری شناخته شده را از بین ببرنند ( آریو^[۳۳] و همکاران، ۲۰۱۱ ). از نانو کامپوزیت­های خاک رس نیز می­توان برای تولید مواد اولیه بطری های ماء الشعیر استفاده کرد. مهم­ترین خصوصیت این مواد بازدارندگی آن­ها از خروج گاز دی اکسید کربن از این نوشیدنی­هاست. سیلیکات کلسیم نانو ساختار برای بسته بندی مواد غذایی فسادپذیر استفاده شده ­اند. نانو ذرات سیلیکات کلسیم دارای ساختار متخلخل و خاصیت جذب رطوبت هستند. یکی از اکسیدهای معدنی ای که در سال­های اخیر بیش از پیش در دنیای نانو به ویژه در پوشش دهی منسوجات و تولید کرم­های ضد آفتاب و بسته بندی مورد استفاده قرار گرفته دی اکسید تیتانیوم است ( چامورن^[۳۴] و همکاران، ۲۰۰۸). این ماده در صنعت رنگ سازی کاربردهای فراوان دارد ولی ذرات کوچک نانو متری آن به دلیل داشتن خواص فوق العاده و منحصر به فرد موارد استفاده زیادی پیدا کرده اند. از این ماده در تصفیه، گندزدایی، رنگ زدایی، بوزدایی،ساخت سرامیک های ویژه، از بین بردن سلول های سرطانی، ساخت فتوکاتالیست ها، کاغذ سازی، تولد لوازم بهداشتی و آرایشی، تهیه پوشش ­های محافظ در مقابل اشعه ماوراء بنفش و ایجاد درخشندگی استفاده می­ شود. دی اکسید تیتانیوم در اندازه نانو متری یک فوتوکاتالیست ایده آل است که مهم­ترین دلیل وجود این خاصیت در این ماده قابلیت جذب اشعه فرابنفش است. فوتون­های فرابنفش بسیار پر انرژی هستند و در بیشتر موارد می توانند به سادگی باعث تخریب اجسام گردند. این پدیده معمولاً از طریق شکست پیوندهای شیمیایی در آن­ها صورت می­گیرد. بنابراین دی اکسید تیتانیوم با جذب اشعه فرابنفش و به واسطه خاصیت فوتوکاتالیستی خود می ­تواند پوششی ضد باکتری روی سطوح ایجاد کند و هم چنین مانع از عبور اشعه گردد. واکنش فوتوکاتالیستی دی اکسید تیتانیوم برای غیرفعالسازی طیف وسیعی از میکروارگانیسم­ها استفاده شده است. TiO₂ غیر سمی می­باشد و توسط اداره کل غذا و دارو امریکا (FDI) برای استفاده در غذای انسان، داروها، مواد در تماس با غذا و مواد آرایشی تأیید شده است. اثرات ضد باکتریایی و ضد قارچی دی اکسید تیتانیوم روی اشرشیا کلای، سالمونلا کلرئاسویس، ویبریو پاراهمولیتیکوس، لیستریا مونو سیتوژنز، سودو موناس آئروژنیوسا، استافیلوکوکوس اورئوس، دیاپورته اکتینیدیا، پنی سیلیوم اکسپنسوم گزارش شده است ( کیم^[۳۵] و همکاران، ۲۰۰۳ ؛ چو^[۳۶] و همکاران، ۲۰۰۴ ؛ مانرات^[۳۷] و همکاران، ۲۰۰۶ ؛ مانس^[۳۸] و همکاران، ۱۹۹۹).
تلفیق نانو ذرات فلزی دی اکسید تیتانیوم در فیلم ترکیبی نشاسته ssps / ژلاتین، موجب ایجاد نوعی بسته بندی فعال می­گردد. بسته بندی فعال نوعی بسته بندی است که علاوه بر داشتن خواص بازدارندگی اصلی بسته بندی های معمول (مانند خواص بازدارندگی در برابر گازها، بخارآب و تنش های مکانیکی)، با تغییر شرایط بسته بندی، ایمنی، ماندگاری و یا ویژگی­های حسی ماده غذایی را بهبود می­بخشد و در عین حال کیفیت ماده غذایی را حفظ می­ کند.
۱-۵- اهداف تحقیق
۱-۵-۱- هدف اصلی
هدف اصلی از این تحقیق تهیه فیلم­های ترکیبی نشاسته ssps/ ژلاتین گاوی غنی شده با نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم می باشد. اثر این نانو ذرات بر خواص فیزیکوشیمیایی و نمودار تعادلی رطوبت فیلم­های تهیه شده از ژلاتین گاوی بررسی شده است. خاصیت جذب اشعه UV نانو ذرات TiO₂ این نانو ذرات را گزینه­ای مناسب جهت تلفیق با فیلم­ ترکیبی نشاسته ssps/ ژلاتین گاوی خصوصاً برای بسته بندی و نگهداری مواد غذایی حساس می­سازد. همچنین با توجه به نقصان در جذب عنصر روی مواد غذایی توسط بدن و عوارض ناشی از کمبود آن، این فیلم­ها می ­تواند تا حدی در جبران این مشکل مؤثر باشند. ارزش تغذیه ای و زیست تخریب پذیر بودن و شکل پذیری خوب نشاسته و ژلاتین موجب اهمیت کاربرد آن در تهیه فیلم­های خوراکی جهت بسته بندی مواد غذایی و داروها می­باشد.