دانشگاه آزاد اسلامی
پایاننامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد در رشتهی
مهندسی علوم و صنایع غذایی
عنوان:
بررسی اثر نانو اکسید روی بر معادلات جذب تعادلی، خواص مکانیکی، فیزیکوشیمیایی و پارامترهای معادلات رشد میکروبی فیلم تهیه شده از قدومه شیرازی
استاد راهنما
دکتر دانیال فدایی
استاد مشاور
نگارنده
دریا عظیمی
مهر 1393
چکیده
زيست كافت بودن (تجزيه پذير بودن زيستي)، خوراكي بودن و كارآمد بودن و سازگاری با محیط زیست فيلم هاي خوراكي سبب شده است كه اين فيلم ها به عنوان جايگزين هاي فيلم هاي سنتزي به طور وسيع مورد مطالعه قرار گيرند. برخی از بزرگ ترین پیشرفتهای حاصل شده در صنعت بسته بندی مواد غذایی مرتبط با فناوری نانو است. قدومه با نام های چشم بلبلی، قدومه شیرازی، قدومه شهری، توذریح، بذرالخمخم، تودری سرخ، آرد سمن و مادردخت نیز شناخته می شود. اگرچه لعاب صمغ قدومه شیرازی قرن هاست که در ایران استفاده می شود اما هیچ کار عملی روی خواص عملکردی و رئولوژیکی آن انجام نشده است. هدف از این پژوهش بررسی اثر نانو اکسید روی بر خواص فیزیکوشیمیایی، مکانیکی، ایزوترم جذب، خاصیت ضد میکروبی و عبور دهی نسبت به بخار آب روی فیلمهای قدومه شیرازی میباشد. در این پژوهش فیلمهای قدومه شیرازی به همراه نانو اکسید روی در غلظتهای 0، 1، 3، و 5 % با استفاده از روش کاستینگ (Solvent Casting) تهیه شد. کلیه خواص فیزیکوشیمیایی، ایزوترم جذب، مکانیکی و عبوردهی نسبت به بخار آب و خاصیت ضد میکروبی به روش استاندارد ملی امریکا انجام شد. مدلهای جذب تعادلی چند جمله ای (مرتبه سوم) و مدل 3 پارامتری جذب تعادلی GAB در دادههای تجربی براز شد. آزمون مکانیکی نانو بایوکامپوزیت فیلمهای قدومه شیرازی / نانو اکسید روی، افزایش استحکام کششی و مدول یانگ، کاهش درصد کشیدگی را به دلیل افزایش غلظت نانو ذرات نشان دادند.. خواص فیزیکوشیمیایی از قبیل میزان جذب آب، محتوای رطوبت، حلالیت و خواص ممانعتی نظیر نفوذ پذیری به بخار آب، با افزایش میزان نانو ذرات کاهش معنی داری ( 05/0 > P)، را نشان دادند. 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 نانو اکسید روی، توانایی آبگریز کردن فیلم را دارند. همچنین فیلمهای قدومه شیرازی حاوی نانو ذرات اکسید روی خاصیت ضد میکروبی خوبی را مقابل اشرشیا کلی از خود نشان دادند. به طور کلی با توجه به بررسی های انجام شده نانو اکسید روی توانایی بهبود خواص اساسی فیلمهای قدومه شیرازی را دارا میباشند و میتوانند به عنوان بسته بندی فعال در صنایع غذایی مورد استفاده قرار گیرند.
واژگان کلیدی : فیلم خوراکی، صمغ، قدومه شیرازی، نانو اکسید روی، خواص مکانیکی، خواص ممانعتی، خواص فیزیکوشیمیایی، خاصیت ضد میکروبی، ایزوترم جذب.
فصل اول: مقدمه
1-1- مقدمه
امروزه پیشرفت و توسعه فن آوری در جهان بر همه ی فعالیت های انسان تأثیر گذار بوده و شیوه زندگی مردم نسبت به گذشته بسیار متفاوت شده است. این پیشرفتها منجر به تغییراتی در تهیه مواد غذایی و عادات مصرف گردیده و نتیجه مثبت آن در تکنولوژی مواد غذایی، سبب ایجاد فرآوری و تکنیک های بسته بندی گردیده است که این شیوه جهت کمک به حصول اطمینان از عرضه مواد غذایی و همچنین آماده سازی و مصرف آن، مورد استفاده قرار میگیرد. در واقع بسته بندی یکی از حساس ترین و تعیین کننده ترین مراحل عرضه و مصرف کالا می باشد و میتواند عامل تمایز از رقبا و نوعی مزیت رقابتی باشد. بسته بندی به عنوان پوشش یا ظرف، جهت حفظ کیفیت غذا، به حداقل رساندن ضایعات مواد غذایی و کاهش استفاده از مواد نگهدارنده در ماده غذایی، مورد استفاده قرار میگیرد. از مهمترین اهداف بسته بندی می توان به طراحی و تولید ظرف یا لفاف برای نگهداری و محافظت از محصول در فاصله تولید تا مصرف در برابر آسیب های فیزیکی و شیمیایی حین ارائه به بازار و مصرف کننده،اشاره نمود (کی منش، 1390). اخیراً به دلیل نگرانی‌های زیست محیطی در ارتباط با پسماند بسته‌بندی‌های پلاستیکی مصنوعی، تلاش‌های بسیاری برای تهیه مواد بسته‌بندی زیست تجزیه‌پذیر از پلیمرهای طبیعی است (مز استاکا1 و همکاران، 2009). 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 میکنند. 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 تلاشهای 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 استفاده از پلاستیکها اثرات مخرب کمتری بر محیط زیست دارند ( پین2 و همکاران، 1992). فیلمهای خوراکی که در ارتباط با مواد غذایی کاربرد دارند زیستتخریبپذیر هستند، یعنی قابلیت تجزیه شدن به عناصر سازنده را به وسیلهی موجودات ذرهبینی خاک دارند ( فیگویرو3 و همکاران، 2004).
مواد استفاده شده برای بسته بندی که از سوخت های فسیلی تولید شده اند عملاً تجزیه ناپذیر می باشند. به همین دلیل مواد بسته بندی غذاها نیز مانند سایر مواد بسته بندی مشکلات جدی رااز لحاظ محیط زیست ایجاد می کنند. در نتیجه مطالعاتی جهت استفاده از بسته بندی های زیست پایه تخریب پذیر انجام گرفته است. حدود 125 میلیون تن سالانه در جهان پلاستیک تولید می شود که حدود 30 میلیون تن آن در بخش بسته بندی مصرف می شود ( مارینیلو4 و همکاران، 2003؛ لین5 و همکاران، 2005). به منظور کاهش ضایعات بسته بندی پلاستیکی زیست تخریب ناپذیر استفاده از پلاستیک های زیست پایه تخریب پذیر مانند نشاسته، سلولز، PLA، ژلاتین و… ضروری میباشد ( الماسی6 و همکاران، 2009؛ ویلهلم7 و همکاران، 2003).
بسته یا پوشش غذا نقش منحصر به فردی در سلامت غذا و در نتیجه مصرف کننده ایفا می کند. مسلم است که بیشتر فرآورده های غذایی با نوعی روش بسته بندی به مصرف کننده می رسد و در نتیجه بسته بندی بخش مهمی در زنجیره غذایی می باشد ( کیم8 و همکاران، 2003). اما مواد بسته بندی قدیمی که از مواد نفتی مشتق شده بودند هیچ یک زیست تخریب پذیر نبوده و از لحاظ زیست محیطی قابل تحمل نیستند و خطرات سلامتی را تحمیل می کنند؛ برای مثال مهاجرت افزودنی های مضر به غذا. زیست تخریب پذیری مواد پلاستیکی سنتزی حاصل از مشتقات نفتی بسیار کند بوده و تجزیه کامل آنها چندین سال به طول می انجامد و این امر باعث افزایش آلودگی های زیست محیطی میگردد. لذا طی سال های اخیر یافتن جایگزینی مناسب برای پلاستیک های سنتزی به طوریکه زیست تخریب پذیری بالایی داشته و آلودگی زیست محیطی کمتری بر جای بگذارد توجه محققین را به خود را جلب کرده است. بیوپلیمرهای خوراکی با زیست تخریب پذیری بالا که از منابع قابل تجدید کشاورزی حاصل میشوند گزینه ای مناسب در این زمینه به شمار می روند. با وجود مزایای مسلم زیست محیطی و پایداری پلیمرهای زیستی این قیمت رو به رشد نفت خام و گاز طبیعی است که عامل محرکه برای سرمایه گذاری 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- پیش زمینه
بسته بندي پوششی است كه سلامت كالاي محتوي خودراپس ازتوليد تا مرحلهي مصرف حفظ مينمايد وبا ايجاد يك مانع فيزيكي بين محصولات غذايي ومحيط خارج بهداشت محصول راتضمين ميكند و عمر كالاي فاسد شونده را افزايش ميدهد. درسالهاي اخیربه علت افزایش مصرف پلاستیکها و با توجه به طول عمربالاي آنها و تقریبا زیست تخریبپذیر1 نبودن آنها، سنتز پلیمرهاي زیست تخریب پذیرافزایش یافته است (قنبرزاده و همکاران، 1388).
در بسته بندی مواد غذایی از مواد مختلفی نظیر شیشه، پلاستیکهای سخت و نیمه سخت، فلزات سخت (قوطیها) استفاده میشود این مواد در اکثر موارد توسط مصرف کننده دور ریخته میشوند (بدیعی و همکاران، 1387). مواد بسته بندی پلیمری که کاربرد گستردهای در صنعت بستهبندی دارند، غیرقابل تجزیه و غیر قابل برگشت به محیط زیست هستند و به همین دلیل، از مهمترین آلایندههای طبیعت محسوب میشوند ( الماسی، 1388 و ایران منش، 1388). از ويژگيهاي مطلوب براي هر بستهبندي، بازيافت آسان آن و ايجاد كمترين خسارت به محيط زيست است. هرساله بالغ بر چند ميليون تن ضايعات پلاستيكي از جمله كيسهها، پاكتهاي پلاستيكي و مواد بسته بندي وارد محيط زيست گرديد و به علت عدم بازگشت به چرخه زيست محيطي باعث ايجاد مشكلات فراوان براي محيط زيست ميشوند. توليد فيلمهاي تجزيهپذير طبيعي وجايگزين نمودن آنها به جاي پلاستيكهاي سنتزي راه حلي براي به حداقل رساندن آثار نامطلوب و زيانآور زبالههاي حاصل از مواد سنتزی است (دارائي وهمكاران، 1388).
بسته بندی های زیست تخریب پذیر که قابلیت خوراکی بودن و مصرف به همراه ماده غذایی را دارند شامل فیلم ها و پوشش های خوراکی می باشند. 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 ( آل حسن و همکاران، 2012).
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 فرآیند 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، 1388).
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، 1388).
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، 1388).
1-3- بیان مسئله
در قرن نوزدهم ایدههای مربوط به صنعت بستهبندی مواد غذایی و محافظت از مواد غذایی ابداع گردید. 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 و پیشرفتهتر 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 راه‌ کارهای جدید بستهبندی فعال و هوشمند 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 زیست تجزیهپذیر درحال انجام است. با این‌ که 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 ( آل حسن9 و همکاران، 2012).
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. اندازه نانو ذرات موجب پراکندگی و توزیع خوب آنها میشود. این نانو کامپوزیتها میتوانند به طور قابل توجهی ویژگیهای مکانیکی، حرارتی، ممانعتی و فیزیکوشیمیایی بهبود یافته ای در مقایسه با پلیمرهای اولیه و کامپوزیت های میکرو سایز مرسوم نشان دهند ( آل حسن10 و همکاران، 2012). 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 ( آل حسن و همکاران، 2012). 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 ضد میکروب ها به درون توده غذا را کاهش دهد. آزاد شدن کنترل شده ضد میکروب ها به سطح غذا امتیازات زیادی نسبت به روش های دیگر مانند فروبری و اسپری کردن دارد (محمدی11 و همکاران، 2012). در این دو فرآیند اخیر ماده ضد میکروبی به سرعت از سطح ماده غذایی به داخل آن نفوذ می کند (منتشر می شود) و در نتیجه خاصیت ضد میکروبی 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 میدهند.
بسته بندی فعال، یک روش بستهبندی جدید غذا در پاسخ به تقاضای مصرف کننده برای سالم بودن است که فعالیت ترکیبات بیولوژیکی مانند عوامل آنتی میکروبی آنتی اکسیدانی، ویتامینها، عوامل طعمدهنده در ترکیبات بستهبندی زیست تخریبپذیر ترکیب میشود ( کارمن12 و همکاران، 2010). در واقع استفاده از بستهبندی فعال، روش نوینی برای نگهداری این نوع ماده غذایی میباشند. بستهبندی فعال به صورت زیر تعریف شده است:
نوعی بستهبندی که علاوه برداشتن خواص بازدارندگی اصلی بستهبندیهای معمولی (بازدارندگی در مقابل گازها و بخار آب و خواص مکانیکی) با تغییر شرایط بستهبندی، ایمنی، ماندگاری و یا ویژگیهای حسی ماده غذایی را بهبود میبخشد و در عین حال کیفیت ماده غذایی حفظ میگردد. تکنولوژی بستهبندی فعال شامل بر هم کنشهایی بین غذا، ماده بستهبندی و اتمسفر گازی داخل بسته میباشد که بایستی در عین حال که کیفیت و امنیت محصول را حفظ میکند، قادر به افزایش ماندگاری آن نیز باشد ( لابوزا و برن13، 1988)
خاصیت ضد میکروبی ترکیبات اکسید روی ازگذشته بسیار دور شناخته شده وکاربردهای فراوانی در ضدعفونی کردن وسایل پزشکی، تصفیه آب، لوسیون ها و پمادهای ضد باکتری دارد. مکانیسم ضد میکروبی نانو ذرات فلزی حاصل از این فلز هنوز دقیقا مشخص نیست. براساس مطالعات محققان این مکانیسم ممکن است به صورت القای تنش اکسیداتیوبه غشای سلول میکروبی به دلیل آزادسازی گونه های اکسیژن فعال (ROS) یا آزاد سازی یون از سطح ذره و اتصال به غشای سلول و انهدام آن باشد. فلز روی در بسیاری از فعل و انفعالات بدن شرکت داشته و برای حفظ سلامتی و طول عمر بدون امراض وجود آن لازم و ضروری است. فلز روی آنتی اکسیدانی است که در واکنشهای اکسیداتیو نقش مهمی دارد. همچنین در افزایش سطح این یون کارکرد صحیح دستگاه ایمنی نقش مهمی دارد. روی عوامل و فلزات سمی وارد شده به بدن را جذب و خنثی میکند. روی در ساختمان بیش از 200 آنزیم شرکت دارد و همچنین به عنوان کاتالیزور در واکنش های بدن عمل می کند. روی در تکثیر سلولی هم مورد استفاده است. در ساختن دزاکسی ریبونوکلوئیک اسید یاDNA نیاز به روی می باشد. مهمترین علت کاهش میزان روی در بدن نقصان دریافت آن از طریق مواد غذایی است. بكارگيري كامپوزيت‌ها به عنوان چالشي بزرگ در زمينها افزايش به كارگيري فيلم‌هاي خوراكي تجزيه‌پذير به شمار مي‌رود اين قبيل تركيبات سبب كاهش پسمانده‌هاي بسته‌بندي، حفظ تازگي ماده غذايي و افزايش دوره ماندگاري آن مي‌شوند. پليمر كامپوزيت آميخته‌اي از ساختار پليمر به همراه افزودني‌هاي آلي و غيرآلي مي‌باشد. ظهور نسل جديدي از كامپوزيت‌ها تحت نام (نانوكامپوزيت) منجر به بهبود برخي ويژگي‌ها، نظير افزايش مقاومت در برابر صدمات مكانيكي، حرارتي، نفوذ حلال و گازها، كاهش وزن بسته، افزايش شفافيت و زمان ماندگاري در مقايسه با انواع تجاري در سطح ميكرو مي‌گردد (سوبرال14 و همکاران، 2001).
فيلمها و پوششهاي خوراكي اي كه از تركيبات مختلف تهيه ميشوند (فيلمهاي مركب)، براي بهتر شدن ويژگيهاي كاربردي فيلم هايي كه از يك نوع تركيب توليد شده و همچنين غلبه بر مشكلات فناوري مربوطه، توسعه يافته اند. بيشترين فيلم هاي مركبي كه مورد مطالعه قرار گرفته اند، آميزه اي از تركيب ليپيدي و ساختار هايي بر پايه هیدروکلوئیدها می باشند ( کمپر و فنما15، 1984؛ گونتارد16 و همکاران، 1994). استفاده رو به رشد هیدروکلوئیدها در صنایع غذایی سبب نیاز به منابع جدید از این محصولات شده است، چرا که هیدروکلوئیدها در سیستم های غذایی بطور گسترده ای برای اهداف متنوعی از قبیل قوام دهندگی، عامل ژل ساز، اصلاح کننده بافت و تثبیت کننده، استفاده می شوند. امروزه برای تأمین کیفیت در پایداری، بافت و ظاهر محصولات غذایی از هیدروکلوئیدها به عنوان ماده افزودنی استفاده می شود، البته سهم حجم مواد تشکیل دهنده بستگی به امنیت در عرضه، کیفیت و قیمت نیز دارد. صمغ دانه ها از افزودنی های مهم در صنعت غذا است ( گلیکسمن17، 1969). قدومه گیاهی است علفی با برگ هایی با بریدگی های نامنظم و گل های کوچک و زرد رنگ (صابری و صداقت، 1384) به ارتفاع 36-6 سانتی متر که توسط بذر تکثیر می شود. میوه این گیاه خورجینک، مدور به قطر 5 تا 7 میلی متر، با سطحی زبر و پوشیده از کرک های ستاره ای است. بذرها به رنگ قهوه ای، گرد و به قطر 75/1 تا 5/2 میلی متر می باشند (راشد محصل و همکارن، 1388). این گیاه بیشتر در نواحی معتدله اروپا و آسیا می روید. قدومه دارویی است لعاب دار که خیس کرده یا جوشانده آن تنها یا مخلوط با داروهای دیگر برای نرم کردن سینه و روده ها بکار می رود (صابری و صداقت، 1384). علاوه بر این غذاهای غنی شده با صمغ دانه قدومه به خوبی مورد استقبال مصرف کنندگان قرار گرفته است و دانش استفاده از این دانه ها برای مصارف دارویی در حال گسترش است (کوچکی و همکاران، 2008). به همین علت در این پژوهش سعی بر آن شده تا با توجه به ارزش و مزایای فیلم های خوراکی تهیه شده تا به امروز و کاربرد دارویی صمغ به دست آمده از بذر دانه قدومه شیرازی، فیلمی بر پایۀ این صمغ تهیه شود.
1-4- اهمیت موضوع
بستهبنديهاي زيست سازگار بر پايه فيلمهاي خوراكي، كه عمدتاً از پلي ساكاريدها، پروتئينها، چربيها و يا تركيبي از آنها ساخته ميشوند، به دليل دارا بودن مواد طبيعي، قابليت تجديدپذيري و عدم ايجاد آلودگيهاي زيست محيطي روز به روز از اهميت خاصي برخوردار ميشوند (آهوناینن18 و همکاران 2003). از دهههای گذشته، علم نانو و دیگر تکنولوژی های مرتبط، تبدیل به تکنولوژی شده اند(نارایانامورتی19،٢۰۰٦). تکنولوژی- های کامپوزیت، با علم نانو ترکیب شدند و منجر به توسعه ی علم و تکنولوژی نانو گردیدند (هاسین و همکاران20، ٢۰۰٦). تلفیق نانو ذرات به داخل مواد کامپوزیت، توجهات زیادی را به سمت خود جلب نمود که به دلیل قابلیت آن، در بهبود خصوصیات پلیمر، مانند؛ خصوصیات حرارتی، مکانیکی و ممانعت کنندگی گازها می باشد (کوریان و همکاران21، ٢۰۰٦). اخیرا، مواد غیرآلی مانند فلز و اکسید فلزات، در پژوهش تکنولوژی نانو، مورد توجه قرار گرفته اند، که این به دلیل توانایی آن ها در مقاومت در شرایط ناملایم می باشد (فو و همکاران22، ٢۰۰٥). در بین اکسید فلزات ZnO، TiO2، MgO و CaO، بیشتر مورد توجه می باشد، زیرا برای انسان و حیوانات ایمن است (لین و همکاران23، b٢۰۰٩؛ استومیتاو و همکاران24، ٢۰۰٢).
بیونانوکامپوزیت ها، تولید جدید نانوکامپوزیت ها را به نمایش می گذارند و شامل ترکیب بیوپلیمرها و یک ماده ی غیرآلی می باشند که حداقل، یک بُعد نانو دارند. بیونانوکامپوزیت ها، یک گروه از مواد دو جزئی با ساختار نانو هستند که مابین تکنولوژی نانو، علم ماده و علم زندگی قرار دارند (اُزین و همکاران25، ٢۰۰٩؛ داردِر و همکاران26، ٢۰۰٧).
پُر کنندههای نانو، واکنش های داخلی عالی ای با انشعابات پلیمری برقرار میکنند، که این به دلیل مساحت سطحی زیاد و سطح بالای انرژی آنها میباشد. بنابراین، بطور معنا داری باعث بهبود خصوصیات پلیمری میگردند (کوواسویک و همکاران27، ٢۰۰٨).
از اکسید روی، بطور وسیعی بعنوان پُر کننده ی عملگرا در جاذب های UV ، برای کاربرد در مواد دارویی، بهداشتی، مواد پوشش دهی و پیگمنت ها استفاده شده است (لی و همکاران28، ٢۰۰٩؛ کومار و سینگ29، ٢۰۰٨؛ یو و همکاران30، ٢۰۰٤). علاوه بر این، استفاده از نانو ذرات اکسید روی، یک روش ماندنی برای جلوگیری از بیماری های عفونی، از طریق اثرات ضد میکروبی اکسید روی میباشد (لی و همکاران، ٢۰۰٩و٢۰١۰؛ راجندرا و همکاران31، ٢۰١۰؛ ژانگ و همکاران32، ٢۰۰٨).
اندازه، مورفولوژی، بلورینگی، ترکیب و شکل ذرات، پارامترهای بحرانی برای خصوصیات اصلی نانو ذرات می باشند (شهرام و عبداله33، ٢۰۰٦؛ یاماموتو34، ٢۰۰١). لین و همکارانش (a٢۰۰٩) گزارش کردند که نانومیله های اکسید روی، مانع فعالیت نوری جذب UV می شوند. با اینکه، گزارش شده است که تلفیق نانو ذرات به داخل فیلم نشاسته، باعث بهبود برخی خصوصیات میگردد (ما و همکاران، ٢۰۰٩؛ یو و همکاران، ٢۰۰٩).
تلاشهایی در مورد توسعهی بیونانوکامپوزیت های دارای خواص حرارتی، مکانیکی و عملگراییِ بهبود یافته، صورت گرفته است که به دلیل ماتریکس یا پُر کننده های نانو ذره می باشد (جیا و همکاران35، ٢۰۰٦؛ چن و همکاران36، ٢۰۰٤). علاوه بر این، مواد بیوپلیمری، بعنوان تکنولوژی سبز37 معروف هستند و زیست تخریب پذیر بوده و با محیط زیست سازگارند و در تکنولوژی های دارویی، بسته بندی غذایی و کشاورزی مورد استفاده قرار می گیرند (شاملی و همکاران38، ٢۰١۰؛ ما و همکاران39، ٢۰۰٩).
1-5- اهداف پژوهش
1-5-1- هدف اصلی
هدف اصلی از این پژوهش، تهیه و ارزیابی فیلم خوراکی بر پایه هیدروکلوئید استخراج شده از صمغ قدومه شیرازی و پیشنهاد یک منبع جدید برای تهیه فیلم های خوراکی و همچنین تهیه و ارزیابی فیلم خوراکی ترکیبی از این صمغ و نانو ذرات اکسید روی می باشد.
1-5-2- اهداف اختصاصی
بررسی اثر نانو اکسید روی بر خواص مکانیکی فیلمهای قدومه شیرازی
بررسی اثر نانو اکسید روی بر خواص فیزیکوشیمیایی فیلمهای قدومه شیرازی
بررسی اثر نانو اکسید روی بر خواص ضد میکروبی فیلمهای قدومه شیرازی
بررسی اثر نانو اکسید روی بر ایزوترم جذب تعادلی رطوبت فیلمهای قدومه شیرازی
1-6- پرسشهای تحقیق
آیا نانو اکسید روی میتواند بر خواص مکانیکی فیلم قدومه شیرازی تاثیر داشته باشد؟
آیا نانو اکسید روی میتواند بر خواص فیزیکوشیمیایی فیلم قدومه شیرازی تاثیر داشته باشد؟
آیا نانو اکسید روی میتواند بر ایزوترم جذب تعادلی فیلم قدومه شیرازی تاثیر داشته باشد؟
آیا نانو اکسید روی میتواند بر خواص ضد میکروبی فیلم قدومه شیرازی تاثیر داشته باشد؟
1-7- محدودیت های تحقیق
در این تحقیق حداکثر غلظت ترکیب نانو اکسید روی به عنوان یک محدود کننده مطرح میگردد. بیشتر از 5 % ترکیب نانو باعث هتروژن نمودن فیلم میشد.
1-8- نمودار تحقیق
شکل 1-1 نمودار تحقیق را برای این پژوهش نشان می دهد.
شکل 1- 1: نمودار فرآیند پژوهش
فصل دوم:
مروری بر پژوهشهای پیشین
2-1- قدومه
Alyssum از کلمه یونانی a به معنی نه و lyssa به معنی بیماری های روانی اقتباس شده است. این جنس دارای گونه های علفی یکساله و چند ساله و نیمه درختچه ای با برگ های ساده و گل های کوچک است. پراکنش آن از مناطق مدیترانه تا سیبری است (امامی و حسینی، 1387).
قدومه گیاهی است یکساله و کوتاه از تیره شب بو (صابری و صداقت، 1384). ارتفاع قدومه 40-30 سانتی متر و بسیار پر شاخ و برگ هستند. برگ ها کرک دار و متقابل، گل ها انتهایی و به صورت چتر، میوه خورجینک، دو خانه ای با دو برگچه که دو کفه آن از قاعده میوه باز می شود. در این میوه چهار بذر گرد، پهن و نوک دار در دو قسمت جداگانه به صورت دوبه دو با پرده ای غشایی از هم جدا می شود (امامی و حسینی، 1387). ساقه آن منشعب و دارای کرک های ستاره ای است (راشدمحصل و همکاران، 1388). میوه قدومه از 30 تا 100 دانه تشکیل شده است، درشتی این دانه ها به اندازه یک نیمه عدس می باشد که پهن، گرد و سه قسم دارد: سرخ، زرد و سفید. سرخ رنگ آن را در اصفهان قدومه یا تودری سرخ می گویند. نارس این دانه ها سبز است که پس از رسیدن و خشک شدن به رنگ زرد خرمایی در می آید. قدومه با اسامی عمومی تودری، توذریج، قدامه، بذرالخمخم، بذرالهوه خوانده می شود اما نام علمی آن قدومه شیرازی و قدومه شهری است (صمصام شریعت، 1386). انتشار عمومی این گیاه در کشورهای مصر، عربستان، فلسطین، ایران، پاکستان و عراق است.
شکل 2- 1: نمایی از گیاه قدومه
2-1-1- عوامل محیطی
بذر قدومه در خاک های سبک و سنگریزه دار به خوبی سبز شده و در خاک های سنگین از درصد سبز کشتزار کاسته می شود. این گیاه به خشکی خاک و هوا متحمل است و در بارندگی به هنگام رسیدن حساس است. سله خاک از موقع سبز شدن گیاهچه ها خسارت زیادی می زند (امامی و حسینی، 1387).
2-1-2- کاشت
در تکثیر قدومه، رایج ترین روش استفاده از بذر است. در مناطق مختلف ایران در زمین های بایر تهران، قزوین، اصفهان و شیراز و در مناطق استپی و نیمه خشک می روید (کریمی، 1374). چنانچه تاریخ کشت در مهر ماه انتخاب شود طی 2 تا 3 روز گیاه سبز می شود و چنانچه در آذر ماه کشت صورت گیرد، طی 5 تا 6 روز گیاه از خاک بیرون می آید. بذر لازم برای کاشت، از 7 تا 30 کیلوگرم برای هر هکتار، بسته به شرایط آب و هوایی و خاک متفاوت است. کاشت بصورت کرتی (درهم یا ردیفی) انجام می شود و پس از آن با دو آبیاری به فاصله یک شبانه روز، گیاه سبز می شود، تا شروع پر شدن دانه ها (پس از گل دهی) نیازی به آبیاری نیست.
2-1-3- برداشت
گل دهی گیاه 3 ماه و رسیدن بذر حدود 6 ماه پس از کاشت است. تأخیر در برداشت موجب ریزش بذر می شود، بنابراین با رسیدن 20 درصد میوه ها، اقدام به برداشت می شود. رسیدن محصول قدومه، همزمان با برداشت جو در هر منطقه است. برداشت محصول به 15 کارگر در هکتار نیاز دارد و بارندگی در زمان برداشت خسارت زیادی به این محصول وارد می کند. محصول به دست آمده از هر هکتار حدود 1000 تا 1500 کیلوگرم است. برداشت بذر با ریشه کن کردن بوته ها و خشک کردن آنها بر روی سطح صاف یا پارچه انجام می شود (امامی و حسینی، 1387). بهترین زمان برداشت این محصول تیر و مرداد ماه می باشد (آخوند زاده و همکاران، 1379).
2-1-4- ترکیبات شیمیایی
در انواع قدومه، دانه دارای مواد روغنی به مقدار 30-15 درصد است. روغن مذکور از گلیسریدهای اسیدهای اولییک، پالمتیک، اروسیک و لینولئیک تشکیل شده است.
2-1-5- مواد موثر دارویی
موسیلاژ، پکتین، دکسترین، میروزین و به مقدار کم روغن فرار (صمصام شریعت، 1386).
2-1-6- موارد مصرف و خواص درمانی
میوه قدومه در آب لعابی می دهد که کاربرد دارویی دارد. از بذر قدومه در درمان بیماری های تنفسی، گلو درد و سرفه استفاده می شود. قدومه از نظر طبیعت طبق نظر حکمای طب سنتی گرم و تر است. از نظر خواص اشتها آور است، دم کرده آن در سرکه برای چاق شدن، افزایش اشتها و رنگ صورت مفید است. ضماد کوبیده آن با آب برای سرطان های داخلی و مالیدن آن با عسل به چشم برای رفع زخم چشم و پاک کردن چرک آن مفید است. برای اخراج خلط غلیظ و لزج سینه و ریه و تحلیل ورم های سفت عقب گوش، پستان، بیضه ها و رفع ناراحتی سموم مفید است. دانه این گیاه طعم تند دارد و اخیرا به جای فلفل از آن استفاده به عمل می آید (زرگری، 1371). در پزشکی سنتی از قدومه به عنوان لینت بخش، مقوی، سنگ شکن، ضد اسکوربوت و گرفتگی صدا استفاده می شود.
2-1-7- عوارض جانبی در اثر مصرف
به دلیل داشتن فعالیت ضد تیروئیدی ممکن است در برخی افراد ایجاد گواتر نماید. مصرف مقدار زیاد آن ممکن است باعث نفخ و بزرگی شکم شود و حتی خطر انسداد روده را هم به دنبال داشته باشد.
2 تا 4 گرم، سه بار در روز به صورت دم کرده. باید توجه داشت که همراه دانه های قدومه مقدار زیادی آب (حداقل 2 لیوان) مصرف گردد (صمصام شریعت، 1386).
2-1-8- تیره شب بو
گیاهان این خانواده بالغ بر سه هزار گونه می باشند. گیاهان اغلب یکساله و یا دو ساله اند (لرزاده، 1388). از اختصاصات این گیاهان آن است که عموما علفی هستند و به ندرت در بین آنها نمونه هایی با اعضای چوبی شده می توان یافت. بعضی از این گیاهان در هر آب و هوایی یافت می گردند و به همین علت نیز آنچنان پراکندگی حاصل کرده اند که حتی در دور افتاده ترین نقاط کره زمین می توان آنها را یافت. بر عکس عده ای از آنها بر اثر سازش با محیط های خاص، همیشه در شرایط آب و هوایی مشخص به سر می برند (زرگری، 1371). برگ های آنها غالبا متناوب، ساده یا منقسم و بدون گوشواره اند. گل آذین از نوع خوشه که در انتها کم و بیش حالت دیهیم به خود می گیرند. گل ها منظم، کامل و نر و ماده با گل های تحتانی. کاسبرگ ها 4 عدد و در دو ردیف و گلبرگ ها 4 عدد و صلیب مانند و کاسبرگ ها و گلبرگ ها از هم جدا می باشند. پرچم ها 6 عدد و در دو ردیف خارجی شامل دو پرچم کوتاه و ردیف داخلی 4 پرچم بلند دارد که این حالت را اصطلاحا تترا دینام می گویند. مادگی شامل دو برچه پیوسته و تخمدان فوقانی که در ابتدا یک خانه بوده ولی بعدا به علت پیدایش جدار عرضی دو خانه می شود. تمکن در گیاهان این خانواده کناری و میوه از نوع خورجین و یا خورجینک می باشد (راشدمحصل و همکاران، 1388) که در اغلب آنها با 4 شکاف طولی باز می شود. در میوه های سیلیک طول میوه از 3 برابر عرض آن بیشتر است مانند شب بو ولی در میوه های سیلیکول طول میوه از 3 برابر عرض آن کمتر است مانند قدومه. دانه در گیاهان این خانواده آلبومن دار و جنین دانه خمیده می باشد (لرزاده، 1388). گیاهان این تیره بیشتر خاص مناطق معتدله اند. در انساج مختلف بعضی از گیاهان تیره شب بو، گلوکوزیدهایی به وجود می آید که بر اثر هیدرولیز اسانس گوگرددار از آنها نتیجه می شود. عمل هیدرولیز نیز بر اثر مداخله فرمان مخصوصی به نام میروزین و مجاورت با آب در آنها صورت می گیرد. مصرف عده زیادی از گیاهان این تیره به علت وجود گلوکوزید و اسانس های گوگرددار در آنهاست، بر اثر وجود همین مواد است که در تغذیه نیز به کار می روند و یا به مصرف درمانی می رسند. بعضی از این گیاهان، دانه های روغن دار، دارند و از آنها روغن های مختلف برای مصرف تغذیه، درمانی و یا صنعتی تهیه می گردد (زرگری، 1371).
2-2- هیدروکلوئید
صمغ های محلول در آب هیدروکلوئید نامیده می شوند که در غذاها و ترکیبات شیمیایی و کاربردهایی که قبلا ثبت شده اند استفاده می شود. از نظر شیمیایی می توانند پلی ساکارید باشند مانند صمغ عربی، گوار، کربوکسی متیل سلولز، کارآگینان، نشاسته، پکتین و یا پروتئین هستند مانند ژلاتین (کوچکی و همکاران، 2008). هیدروکلوئیدها بطور گسترده موجب ایجاد ویژگی های متعددی از قبیل thickening و gelling در محلول های آبی شده، موجب پایداری فوم ها، امولسیون ها و دسپرسیون ها شده، از تشکیل کریستال های یخ و شکر جلوگیری کرده و در آزاد شدن طعم نقش دارند (نصیری پور، 1391). هیدروکلوئیدها پلیمرهای در حال تعامل با آب هستند که مقدار کالری پایینی دارند و تولید آنها به خصوص در توسعه غذاهای رژیمی مفید است. هیدروکلوئیدها بطور مستقیم در طعم، مزه و عطر مواد غذایی تأثیر ندارند اما در تشکیل ژل، احتباس آب، امولسیفایر و نگهداری ترکیبات آروماتیک نقش مهمی را ایفا می کنند. صنایع غذایی به ویژه در سالهای اخیر شاهد افزایش چشمگیری در استفاده از هیدروکلوئیدها بوده است. برخی از هیدروکلوئیدها در غلظت های کمتر از 1% به صورت معنی داری سبب تأثیر بر بافت و خواص ارگانولپتیک مواد غذایی می شوند )ویلیامز و فیلیپس، 2000 : دیکینسنون، 2003). هیدروکلوئید در فرمولاسیون بسیاری از محصولات غذایی مانند نان، سس، شربت، بستنی و غذاهای فوری وجود دارد (کوچکی و همکاران، 2008). خواص رئولوژیکی هیدروکلوئیدها در محلول بستگی به فاکتورهای زیادی از جمله غلظت ترکیب فعال، دما، درجه انتشار بار الکتریکی، حضور یا عدم حضور هیدروکلوئیدهای دیگر دارد. هیدروکلوئیدهای گیاهی نسبت به نوع حیوانی آن بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند. در دهه گذشته تلاش های قابل توجهی در قابلیت ساختار جدید به منظور به حداکثر رساندن اثربخشی هیدروکلوئیدها و تولید فرمولاسیون های جدید اختصاص داده شده است. با این حال هنوز در بازار تقاضا برای استفاده از منبع جدید هیدروکلوئیدهای گیاهی با قابلیت های خاص در سیستم های غذایی و شیمیایی وجود دارد. بعضی از گیاهان در مناطق مختلف ایران پلی ساکاریدهای با ارزشی دارند. دانه های استخراج شده از این گیاهان می تواند به عنوان منبع هیدروکلوئید جدید مورد استفاده قرار بگیرد. برای مثال دانه های گیاهان شناخته شده مانند قدومه شیرازی، قدومه شهری، عصاره شاهی، ریحان، بارهنگ و مریم گلی بطور سنتی با توجه به اثرات ارزشمند پزشکی خود صدها سال است که استفاده می شوند (رضوی و همکاران، 2013). این ترکیبات در غلظت های بسیار کم گاها کمتر از یک درصد بر ویژگی های بافتی و ارگانولپتیک محصولات اثرات زیادی دارند، برای مثال در خوراک لوبیا جهت افزایش ویسکوزیته از نشاسته ذرت استفاده می شود در حالی که در سس های شیرین و ترش از صمغ گوار استفاده می شود. در بسیاری از دسرها و سس مایونز از زانتان به عنوان thickener استفاده می شود. در سس مایونز از زانتان و گوار بطور همزمان جهت کاهش میزان چربی استفاده می شود، در ماست از ژلاتین معمولا استفاده می شود. در مرباها بیشتر از پکتین استفاده می شود. هیدروکلوئیدهای متعددی به عنوان جایگزین چربی در صنعت توسعه پیدا کرده اند. بازار جهانی هیدروکلوئیدها در حدود 4/4 میلیارد دلار با حجم تولید 260 هزار تن است و رشد آنها در حدود 3-2 درصد است. (نصیری پور، 1391). انتخاب نوع هیدروکلوئید تحت تأثیر خواص عملکردی قرار می گیرد، اما بدون شک پارامتر قیمت نیز عامل تأثیرگذار مهمی می باشد )ویلیامز و فیلیپس، 2000 : دیکینسنون، 2003).
2-3- صمغ
صمغ ها هیدروکلوئیدهایی هستند که با جذب آب سبب افزایش ویسکوزیته و در نتیجه پایداری برخی از سیستم های غذایی می شوند، از این نظر کاربرد گسترده ای در بسیاری از فرآورده های غذایی دارند (فاطمی، 1389). تقسیم بندی صمغ ها و موسیلاژ به این دلیل است که اولین بار که آنها را از پلی ساکارید ها جدا کردند محلول آنها حالت لیزی داشت که صمغ (Gum) نامیده شدند و دسته ای دیگر که محلول های آنها حالت لزج و چسبناک داشت موسیلاژ نامیده شد. اما این ترکیبات پلی ساکاریدی بر حسب تغییرات ایجاد شده در ساختمان شان می توانند به هر دو شکل لیز و چسبناک وجود داشته باشند.
صمغ ها بطور وسیع در صنایع غذایی برای تهیه ژل و به عنوان پایدار کننده و عوامل سوسپانسیون مورد استفاده قرار می گیرند (رویان). علاوه بر این، به کارگیری آنها در مواردی اجازه می دهد که بتوان فرمولاسیون یا اجزاء تشکیل دهنده یک فرآورده غذایی مشخص را به میزان بسیار تغییر داد. به عنوان مثال در سال های اخیر با به کارگیری صمغ، سس های سالادی تولید می شوند که در حین برخورداری از کیفیتی خوب، اساسا فاقد روغن هستند، بنابراین از نظر تغذیه ای ارزشمند می باشند (فاطمی، 1389). صمغ ها از منابع مختلفی بدست می آیند و شامل صمغ های ترشحی، صمغ های جلبکی، دانه ای، میکروبی و مشتقات نشاسته و سلولز هستند. تمام این مواد مولکول های هیدروفیلیک دارند که می توانند با آب برای تشکیل محلول های ویسکوز یا ژل ها ترکیب شوند. ماهیت مولکول ها تا حد زیادی بر روی خواص صمغ ها تأثیر می گذارد. مولکول های پلی ساکاریدی خطی فضای بیشتری را اشغال می کنند و ویسکوزتر از مولکول های بسیار انشعابی با همان وزن مولکولی هستند.
ترکیبات انشعابی آسانتر ژل تشکیل می دهند و پایدارتر هستند چون بر هم کنش وسیع در امتداد زنجیر هایشان ممکن نیست. پلی ساکارید های خطی خنثی به آسانی تشکیل فیلم چسبنده روی مواد خشک می دهند و عوامل پوششی خوبی هستند و محلول آنها چسبناک نیست. محلول های پلی ساکاریدی انشعابی به خاطر گیر افتادن وسیع زنجیر های جانبی شان چسبناک هستند و محلول های خشک شده آنها به آسانی فیلم تشکیل نمی دهند. پلی ساکارید های خنثی فقط به صورت جزئی بوسیله تغییر pH تحت تأثیر قرار می گیرند و همچنین نمک ها در غلظت کم اثر کمی بر روی آنها دارد. غلظت بالای نمک ممکن است منجر به جدا سازی آب پیوسته و رسوب پلی ساکارید شود (رویان،مجله کشاورزی اینترنتی).
رضوی و کوچکی در سال 2009 اثر غلظت و دما را بر روی خواص محلول صمغ دانه قدومه شیرازی مورد بررسی قرار دادند. یافته ها نشان داد که دانه های قدومه شیرازی زمانی که در آب قرار می گیرند، مقدار زیادی لعاب تولید می کنند که این صمغ غیر نیوتنی با رفتار پسودوپلاستیک می تواند به عنوان قوام دهنده و تثبیت کننده در صنایع غذایی استفاده شود. منطقه هیسترسیس صمغ دانه قدومه با کاهش غلظت در دمای ثابت کاهش پیدا کرد و در نتیجه غلظت صمغ دانه قدومه شیرازی اثر قابل توجهی بر روی رفتار تیکسوتروپیک آن دارد. با این حال تحقیقات بیشتری برای آنالیز و شناسایی تفاوت های ساختاری تأثیرگذار بر روی درجه حرارت، غلظت و سرعت برش بر روی سطح شکست رفتار تیکسوتروپیک صمغ، مورد نیاز است.
مرتضوی، رضوی و کوچکی در سال 2008 لعاب بدست آمده از دانه قدومه شیرازی را با استفاده از روش واکنش سطحی بهینه سازی کردند. شرایط مطلوب برای این فرآیند دمای استخراج 3/36 درجه سانتی گراد، 4=pH و نسبت آب:دانه، 1:40 بود، در چنین شرایطی ویسکوزیتۀ ظاهری، بازدۀ استخراج، محتوای پروتئین، ضریب سازگاری و شاخص رفتار جریان به ترتیب 9/855 mPa.s، 3/287 g/kg، 27/1%، 27/8 Pa.s و 29/0 بود. تجزیه و تحلیل آماری نشان داد که اثر متغیرهای فرآیند از جمله درجه حرارت، pH و نسبت آب به دانه (به جز برای ویسکوزیتۀ ظاهری) از نظر آماری معنی دار بود. دمای استخراج صمغ، محتوای پروتئین، شاخص رفتار جریان و بازده استخراج افزایش پیدا کرد در حالیکه ویسکوزیتۀ ظاهری و ضریب قوام کاهش یافت. راندمان استخراج، شاخص رفتار جریان و محتوای پروتئین صمغ با افزایش نسبت آب به دانه از 1:40 به 1:60 افزایش می یابد، در صورتیکه این فاکتور تأثیر چندانی بر روی ویسکوزیتۀ ظاهری نداشت.
کوچکی، مرتضوی و همکاران در تحقیقی در سال 2008 خواص رئولوژیکی صمغ استخراج شده از دانه قدومه شیرازی را تحت تأثیر غلظت صمغ، درجه حرارت، pH و غلظت نمک مورد بررسی قرار دادند. صمغ غیر نیوتنی، رفتار پسودوپلاستیکی را از خود در دما و غلظت های مختلف نشان داد. ویسکوزیتۀ ظاهری با تغییر pH، تغییر کرد به گونه ای که بالاترین ویسکوزیته در 9=pH و کمترین در 3=pH بدست آمد. خواص رئولوژیکی هیدروکلوئیدها برای تغییر خصوصیات بافت مواد غذایی اهمیت خاصی دارد، علی الخصوص خواص رئولوژیکی غذاهای مایع باید به دقت برای طراحی و مدل سازی تعیین گردد.
افزایش غلظت صمغ، شاخص جریان را کاهش و ضریب قوام را افزایش می دهد، در صورتیکه دما اثر معکوسی دارد و با افزایش دما، شاخص جریان افزایش و ضریب قوام کاهش پیدا می کند. افزایش غلظت محلول، ویسکوزیته و رفتار پسودوپلاستیک را افزایش می داد در حالیکه، افزایش دما منجر به کاهش ویسکوزیته و رفتار پسودوپلاستیک صمغ می شد.
رضوی و همکاران در سال 1390 خواص عملکردی عصاره خام هیدروکلوئیدی دانه های شاهی، قدومه شهری، قدومه شیرازی و مرو را مورد بررسی قرار دادند و راندمان استخراج، ویسکوزیتۀ ظاهری، رفتار جریانی، امولسیون کنندگی، ژل دهی و کف زایی آنها را اندازه گرفتند. نتایج نشان داد که راندمان استخراج صمغ دانه ها بین 8 تا 15 % بوده، که قدومه شیرازي بیشترین راندمان را داشته و پس از آن به ترتیب قدومه شهري، مرو و شاهی قرار گرفتند. رفتار رئولوژیکی کلیه نمونه ها، سیال غیر نیوتنی روان شونده قوي با برش بود. محلول صمغ دانه مرو بیشترین ویسکوزیتۀ ظاهري در تمام سرعت هاي برشی را نشان داد و پس از آن به ترتیب قدومه شهري، دانه شاهی و قدومه شیرازي قرار داشتند. ظرفیت امولسیون کنندگی و پایداري امولسیون صمغ دانه مرو در غلظت 1%، بیش از سایر صمغ ها بود، اما در غلظت 5/0% صمغ دانه مرو و شاهی به ترتیب، بیشترین ظرفیت امولسیون کنندگی و پایداري امولسیون را داشتند. سفت ترین و نرم ترین ژل به ترتیب مربوط به دانه شاهی و قدومه شهري بود. قدومه شهري بیشترین ظرفیت کف کنندگی و قدومه شیرازي بالاترین شاخص پایداري کف را نشان دادند.
کوچکی و همکاران در سال 1389 تأثیر غلظت های مختلف صمغ دانه قدومه شیرازی و صمغ گزانتان بر خصوصیات رئولوژیکی خمیر و نان حاصل از آرد گندم را مورد بررسی قرار دادند. افزایش غلظت این صمغ ها باعث افزایش ویسکوزیته، ثبات خمیر و جذب آب آرد گردید، در حالیکه شاخص مقاومت بعد مخلوط شدن و دماي ژلاتیناسیون نشاسته کاهش یافت. افزودن صمغ هاي گزانتان و قدومه شیرازي ازنظر آماري اثري بر زمان توسعه خمیر نداشت. افزایش غلظت صمغ ها باعث کاهش سفتی و صمغیت نان شد که بیانگر افزایش کیفیت نان حاصل می باشد. اثر صمغ گزانتان بر سفتی مغز نان بیشتر از صمغ دانه قدومه شیرازي بود و نان حاصله سفتی کمتري داشت. بنابراین صمغ دانه قدومه شیرازي را می توان به عنوان یک افزودنی مناسب جهت بهبود کیفیت نان مورد استفاده قرار داد.
شیرالدي و همکاران در سال 1996 اثر افزودن برخی هیدروکلوئیدها به نان را مورد بررسی قرار دادند و اظهار داشتند که صمغ هاي گوار و لوبیاي لوکاست، رتروگراداسیون نشاسته را به تأخیر انداخته ولی اثر مشخصی بر بیاتی نان نداشتند. نتایج راسل و همکاران (2001) حاکی از افزایش قابل ملاحظه در ثبات خمیر، حجم ویژه و درصد جذب آب در اثر افزودن صمغ هاي آلژینات سدیم، کاراجینان و گزانتان بود. افزودن k-کاراجینان و HPMC نیز از اثرات منفی که انجماد بر نان می گذارد، جلوگیري می نمایند (بارسناس و همکاران، 2004). افزودن صمغ هاي گزانتان، گوار، خرنوب و کارایا به آرد نیز باعث بهبود خواص رئولوژیکی و کیفیت نان شد (عزیزي و رائو، 2004).
کوچکی و همکاران در سال 2009 اذعان داشتند که دانه های قدومه پس از قرار گرفتن در آب، لعابی تولید می کند که به عنوان نرم کننده سینه، رفع درد گلو و گرفتگی صدا، ضد سرفه و سنگ شکن مصرف سنتی دارد. صمغ بدست آمده از دانۀ قدومۀ شیرازي کاربردهاي مختلفی به عنوان قوام دهنده و تثبیت کننده امولسیون دارد، اما کاربرد آن در مواد غذایی کمتر مورد توجه قرار گرفته است.
کوچکی و همکاران در سال 2011 رفتار و خواص عملکردی صمغ استخراج شده از دانه های قدومه شهری را مورد بررسی قرار دادند. نتایج بدست آمده نشان داد که شاخص رفتار جریان صمغ لیپیدیوم از کارآگینان، پکتین و قدومه شیرازی در غلظت و درجه حرارت مشابه پایین تر است، پس این صمغ خاصیت پسودوپلاستیک بیشتری دارد. ضریب قوام صمغ لیپیدیوم در مقایسه با گوار، کارآگینان و زانتان در غلظت مشابه پایین تر و ارزش آن در مقایسه با قدومه شیرازی، پکتین، نشاسته و صمغ لوبیا بالاتر بود. ویسکوزیتۀ ظاهری صمغ دانه قدومه شهری با افزایش سرعت برش کاهش پیدا کرد. حلالیت و پایداری کف صمغ دانه لیپیدیوم در مقایسه با زانتان و گوار در غلظت مشابه کمتر بود. ویزگی رئولوژیکی این صمغ به شدت تحت تأثیر غلظت و نوع نمک قرار می گیرد. میزان جذب آب صمغ لیپیدیوم کم و تقریبا شبیه زانتان بود.
رضوی و همکاران در سال 2013 خواص ویسکوالاستیک صمغ دانه مریم گلی را مورد بررسی قرار دادند. نتایج نشان داد که در محدوده ای از غلظت 2-5/0% وزنی/وزنی ژل رفتار ضعیفی را از خود نشان می دهد. ویسکوزیته، با افزایش غلظت صمغ افزایش و به کاهش خطی با افزایش فرکانس منجر شد. غلظت تأثیر خاصی در بهبود خواص برشی ژل صمغ دانه مریم گلی نداشته و ساختار ژل پس از برش بهبود یافته است. در واقع یافته ها بیانگر آن بودند که صمغ دانه مریم گلی می تواند جایگزین خوبی به جای صمغ های تجاری قوام دهنده و ژل ساز باشد.
ماهرانی و همکاران در سال 1383 شرایط استخراج صمغ دانه بزرک ایرانی به روش صفحه پاسخ را بهینه سازی کردند. درجه حرارت استخراج در دامنه 100-45 درجه سانتی گراد، pH در محدوده 7-3 و نسبت آب به دانه در دامنه 24-4 بود. نتایج نشان داد درجه حرارت و pH دو فاکتور موثر بر بازده و کیفیت صمغ استخراجی (خلوص و ویسکوزیته ظاهری) است، در صورتی که فاکتور نسبت آب به دانه، دارای اثر کمتری می باشد. شرایط بهینه استخراج درجه حرارت 90-85 درجه سانتی گراد، نسبت آب به دانه:14 و pH:7-5/6 بود.
2-4- نانوتکنولوژی
علم نانو و علوم مرتبط با آن جدید نیستند چرا که صدها سال است شیمیدانان از تکنيک‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های علم نانو در کار خود استفاده می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌کنند. از پنجره های رنگارنگ کلیساهای قرون وسطی گرفته تا شمشیرهای یافت شده در حفاری های سرزمین های مسلمان همگی گویای این مطلب هستند که بشر مدت هاست که از برخی شگردهای



قیمت: تومان

دسته بندی : مقاله و پایان نامه

دیدگاهتان را بنویسید

دانشگاه آزاد اسلامی
پایاننامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد در رشتهی
مهندسی علوم و صنایع غذایی
عنوان:
بررسی اثر نانو اکسید روی بر معادلات جذب تعادلی، خواص مکانیکی، فیزیکوشیمیایی و پارامترهای معادلات رشد میکروبی فیلم تهیه شده از قدومه شیرازی
استاد راهنما
دکتر دانیال فدایی
استاد مشاور
نگارنده
دریا عظیمی
مهر 1393
چکیده
زيست كافت بودن (تجزيه پذير بودن زيستي)، خوراكي بودن و كارآمد بودن و سازگاری با محیط زیست فيلم هاي خوراكي سبب شده است كه اين فيلم ها به عنوان جايگزين هاي فيلم هاي سنتزي به طور وسيع مورد مطالعه قرار گيرند. برخی از بزرگ ترین پیشرفتهای حاصل شده در صنعت بسته بندی مواد غذایی مرتبط با فناوری نانو است. قدومه با نام های چشم بلبلی، قدومه شیرازی، قدومه شهری، توذریح، بذرالخمخم، تودری سرخ، آرد سمن و مادردخت نیز شناخته می شود. اگرچه لعاب صمغ قدومه شیرازی قرن هاست که در ایران استفاده می شود اما هیچ کار عملی روی خواص عملکردی و رئولوژیکی آن انجام نشده است. هدف از این پژوهش بررسی اثر نانو اکسید روی بر خواص فیزیکوشیمیایی، مکانیکی، ایزوترم جذب، خاصیت ضد میکروبی و عبور دهی نسبت به بخار آب روی فیلمهای قدومه شیرازی میباشد. در این پژوهش فیلمهای قدومه شیرازی به همراه نانو اکسید روی در غلظتهای 0، 1، 3، و 5 % با استفاده از روش کاستینگ (Solvent Casting) تهیه شد. کلیه خواص فیزیکوشیمیایی، ایزوترم جذب، مکانیکی و عبوردهی نسبت به بخار آب و خاصیت ضد میکروبی به روش استاندارد ملی امریکا انجام شد. مدلهای جذب تعادلی چند جمله ای (مرتبه سوم) و مدل 3 پارامتری جذب تعادلی GAB در دادههای تجربی براز شد. آزمون مکانیکی نانو بایوکامپوزیت فیلمهای قدومه شیرازی / نانو اکسید روی، افزایش استحکام کششی و مدول یانگ، کاهش درصد کشیدگی را به دلیل افزایش غلظت نانو ذرات نشان دادند.. خواص فیزیکوشیمیایی از قبیل میزان جذب آب، محتوای رطوبت، حلالیت و خواص ممانعتی نظیر نفوذ پذیری به بخار آب، با افزایش میزان نانو ذرات کاهش معنی داری ( 05/0 > P)، را نشان دادند. 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 نانو اکسید روی، توانایی آبگریز کردن فیلم را دارند. همچنین فیلمهای قدومه شیرازی حاوی نانو ذرات اکسید روی خاصیت ضد میکروبی خوبی را مقابل اشرشیا کلی از خود نشان دادند. به طور کلی با توجه به بررسی های انجام شده نانو اکسید روی توانایی بهبود خواص اساسی فیلمهای قدومه شیرازی را دارا میباشند و میتوانند به عنوان بسته بندی فعال در صنایع غذایی مورد استفاده قرار گیرند.
واژگان کلیدی : فیلم خوراکی، صمغ، قدومه شیرازی، نانو اکسید روی، خواص مکانیکی، خواص ممانعتی، خواص فیزیکوشیمیایی، خاصیت ضد میکروبی، ایزوترم جذب.
فصل اول: مقدمه
1-1- مقدمه
امروزه پیشرفت و توسعه فن آوری در جهان بر همه ی فعالیت های انسان تأثیر گذار بوده و شیوه زندگی مردم نسبت به گذشته بسیار متفاوت شده است. این پیشرفتها منجر به تغییراتی در تهیه مواد غذایی و عادات مصرف گردیده و نتیجه مثبت آن در تکنولوژی مواد غذایی، سبب ایجاد فرآوری و تکنیک های بسته بندی گردیده است که این شیوه جهت کمک به حصول اطمینان از عرضه مواد غذایی و همچنین آماده سازی و مصرف آن، مورد استفاده قرار میگیرد. در واقع بسته بندی یکی از حساس ترین و تعیین کننده ترین مراحل عرضه و مصرف کالا می باشد و میتواند عامل تمایز از رقبا و نوعی مزیت رقابتی باشد. بسته بندی به عنوان پوشش یا ظرف، جهت حفظ کیفیت غذا، به حداقل رساندن ضایعات مواد غذایی و کاهش استفاده از مواد نگهدارنده در ماده غذایی، مورد استفاده قرار میگیرد. از مهمترین اهداف بسته بندی می توان به طراحی و تولید ظرف یا لفاف برای نگهداری و محافظت از محصول در فاصله تولید تا مصرف در برابر آسیب های فیزیکی و شیمیایی حین ارائه به بازار و مصرف کننده،اشاره نمود (کی منش، 1390). اخیراً به دلیل نگرانی‌های زیست محیطی در ارتباط با پسماند بسته‌بندی‌های پلاستیکی مصنوعی، تلاش‌های بسیاری برای تهیه مواد بسته‌بندی زیست تجزیه‌پذیر از پلیمرهای طبیعی است (مز استاکا1 و همکاران، 2009). 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 میکنند. 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 تلاشهای 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 استفاده از پلاستیکها اثرات مخرب کمتری بر محیط زیست دارند ( پین2 و همکاران، 1992). فیلمهای خوراکی که در ارتباط با مواد غذایی کاربرد دارند زیستتخریبپذیر هستند، یعنی قابلیت تجزیه شدن به عناصر سازنده را به وسیلهی موجودات ذرهبینی خاک دارند ( فیگویرو3 و همکاران، 2004).
مواد استفاده شده برای بسته بندی که از سوخت های فسیلی تولید شده اند عملاً تجزیه ناپذیر می باشند. به همین دلیل مواد بسته بندی غذاها نیز مانند سایر مواد بسته بندی مشکلات جدی رااز لحاظ محیط زیست ایجاد می کنند. در نتیجه مطالعاتی جهت استفاده از بسته بندی های زیست پایه تخریب پذیر انجام گرفته است. حدود 125 میلیون تن سالانه در جهان پلاستیک تولید می شود که حدود 30 میلیون تن آن در بخش بسته بندی مصرف می شود ( مارینیلو4 و همکاران، 2003؛ لین5 و همکاران، 2005). به منظور کاهش ضایعات بسته بندی پلاستیکی زیست تخریب ناپذیر استفاده از پلاستیک های زیست پایه تخریب پذیر مانند نشاسته، سلولز، PLA، ژلاتین و… ضروری میباشد ( الماسی6 و همکاران، 2009؛ ویلهلم7 و همکاران، 2003).
بسته یا پوشش غذا نقش منحصر به فردی در سلامت غذا و در نتیجه مصرف کننده ایفا می کند. مسلم است که بیشتر فرآورده های غذایی با نوعی روش بسته بندی به مصرف کننده می رسد و در نتیجه بسته بندی بخش مهمی در زنجیره غذایی می باشد ( کیم8 و همکاران، 2003). اما مواد بسته بندی قدیمی که از مواد نفتی مشتق شده بودند هیچ یک زیست تخریب پذیر نبوده و از لحاظ زیست محیطی قابل تحمل نیستند و خطرات سلامتی را تحمیل می کنند؛ برای مثال مهاجرت افزودنی های مضر به غذا. زیست تخریب پذیری مواد پلاستیکی سنتزی حاصل از مشتقات نفتی بسیار کند بوده و تجزیه کامل آنها چندین سال به طول می انجامد و این امر باعث افزایش آلودگی های زیست محیطی میگردد. لذا طی سال های اخیر یافتن جایگزینی مناسب برای پلاستیک های سنتزی به طوریکه زیست تخریب پذیری بالایی داشته و آلودگی زیست محیطی کمتری بر جای بگذارد توجه محققین را به خود را جلب کرده است. بیوپلیمرهای خوراکی با زیست تخریب پذیری بالا که از منابع قابل تجدید کشاورزی حاصل میشوند گزینه ای مناسب در این زمینه به شمار می روند. با وجود مزایای مسلم زیست محیطی و پایداری پلیمرهای زیستی این قیمت رو به رشد نفت خام و گاز طبیعی است که عامل محرکه برای سرمایه گذاری 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- پیش زمینه
بسته بندي پوششی است كه سلامت كالاي محتوي خودراپس ازتوليد تا مرحلهي مصرف حفظ مينمايد وبا ايجاد يك مانع فيزيكي بين محصولات غذايي ومحيط خارج بهداشت محصول راتضمين ميكند و عمر كالاي فاسد شونده را افزايش ميدهد. درسالهاي اخیربه علت افزایش مصرف پلاستیکها و با توجه به طول عمربالاي آنها و تقریبا زیست تخریبپذیر1 نبودن آنها، سنتز پلیمرهاي زیست تخریب پذیرافزایش یافته است (قنبرزاده و همکاران، 1388).
در بسته بندی مواد غذایی از مواد مختلفی نظیر شیشه، پلاستیکهای سخت و نیمه سخت، فلزات سخت (قوطیها) استفاده میشود این مواد در اکثر موارد توسط مصرف کننده دور ریخته میشوند (بدیعی و همکاران، 1387). مواد بسته بندی پلیمری که کاربرد گستردهای در صنعت بستهبندی دارند، غیرقابل تجزیه و غیر قابل برگشت به محیط زیست هستند و به همین دلیل، از مهمترین آلایندههای طبیعت محسوب میشوند ( الماسی، 1388 و ایران منش، 1388). از ويژگيهاي مطلوب براي هر بستهبندي، بازيافت آسان آن و ايجاد كمترين خسارت به محيط زيست است. هرساله بالغ بر چند ميليون تن ضايعات پلاستيكي از جمله كيسهها، پاكتهاي پلاستيكي و مواد بسته بندي وارد محيط زيست گرديد و به علت عدم بازگشت به چرخه زيست محيطي باعث ايجاد مشكلات فراوان براي محيط زيست ميشوند. توليد فيلمهاي تجزيهپذير طبيعي وجايگزين نمودن آنها به جاي پلاستيكهاي سنتزي راه حلي براي به حداقل رساندن آثار نامطلوب و زيانآور زبالههاي حاصل از مواد سنتزی است (دارائي وهمكاران، 1388).
بسته بندی های زیست تخریب پذیر که قابلیت خوراکی بودن و مصرف به همراه ماده غذایی را دارند شامل فیلم ها و پوشش های خوراکی می باشند. 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 ( آل حسن و همکاران، 2012).
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 فرآیند 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، 1388).
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، 1388).
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، 1388).
1-3- بیان مسئله
در قرن نوزدهم ایدههای مربوط به صنعت بستهبندی مواد غذایی و محافظت از مواد غذایی ابداع گردید. 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 و پیشرفتهتر 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 راه‌ کارهای جدید بستهبندی فعال و هوشمند 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 زیست تجزیهپذیر درحال انجام است. با این‌ که 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 ( آل حسن9 و همکاران، 2012).
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. اندازه نانو ذرات موجب پراکندگی و توزیع خوب آنها میشود. این نانو کامپوزیتها میتوانند به طور قابل توجهی ویژگیهای مکانیکی، حرارتی، ممانعتی و فیزیکوشیمیایی بهبود یافته ای در مقایسه با پلیمرهای اولیه و کامپوزیت های میکرو سایز مرسوم نشان دهند ( آل حسن10 و همکاران، 2012). 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 ( آل حسن و همکاران، 2012). 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 ضد میکروب ها به درون توده غذا را کاهش دهد. آزاد شدن کنترل شده ضد میکروب ها به سطح غذا امتیازات زیادی نسبت به روش های دیگر مانند فروبری و اسپری کردن دارد (محمدی11 و همکاران، 2012). در این دو فرآیند اخیر ماده ضد میکروبی به سرعت از سطح ماده غذایی به داخل آن نفوذ می کند (منتشر می شود) و در نتیجه خاصیت ضد میکروبی 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 میدهند.
بسته بندی فعال، یک روش بستهبندی جدید غذا در پاسخ به تقاضای مصرف کننده برای سالم بودن است که فعالیت ترکیبات بیولوژیکی مانند عوامل آنتی میکروبی آنتی اکسیدانی، ویتامینها، عوامل طعمدهنده در ترکیبات بستهبندی زیست تخریبپذیر ترکیب میشود ( کارمن12 و همکاران، 2010). در واقع استفاده از بستهبندی فعال، روش نوینی برای نگهداری این نوع ماده غذایی میباشند. بستهبندی فعال به صورت زیر تعریف شده است:
نوعی بستهبندی که علاوه برداشتن خواص بازدارندگی اصلی بستهبندیهای معمولی (بازدارندگی در مقابل گازها و بخار آب و خواص مکانیکی) با تغییر شرایط بستهبندی، ایمنی، ماندگاری و یا ویژگیهای حسی ماده غذایی را بهبود میبخشد و در عین حال کیفیت ماده غذایی حفظ میگردد. تکنولوژی بستهبندی فعال شامل بر هم کنشهایی بین غذا، ماده بستهبندی و اتمسفر گازی داخل بسته میباشد که بایستی در عین حال که کیفیت و امنیت محصول را حفظ میکند، قادر به افزایش ماندگاری آن نیز باشد ( لابوزا و برن13، 1988)
خاصیت ضد میکروبی ترکیبات اکسید روی ازگذشته بسیار دور شناخته شده وکاربردهای فراوانی در ضدعفونی کردن وسایل پزشکی، تصفیه آب، لوسیون ها و پمادهای ضد باکتری دارد. مکانیسم ضد میکروبی نانو ذرات فلزی حاصل از این فلز هنوز دقیقا مشخص نیست. براساس مطالعات محققان این مکانیسم ممکن است به صورت القای تنش اکسیداتیوبه غشای سلول میکروبی به دلیل آزادسازی گونه های اکسیژن فعال (ROS) یا آزاد سازی یون از سطح ذره و اتصال به غشای سلول و انهدام آن باشد. فلز روی در بسیاری از فعل و انفعالات بدن شرکت داشته و برای حفظ سلامتی و طول عمر بدون امراض وجود آن لازم و ضروری است. فلز روی آنتی اکسیدانی است که در واکنشهای اکسیداتیو نقش مهمی دارد. همچنین در افزایش سطح این یون کارکرد صحیح دستگاه ایمنی نقش مهمی دارد. روی عوامل و فلزات سمی وارد شده به بدن را جذب و خنثی میکند. روی در ساختمان بیش از 200 آنزیم شرکت دارد و همچنین به عنوان کاتالیزور در واکنش های بدن عمل می کند. روی در تکثیر سلولی هم مورد استفاده است. در ساختن دزاکسی ریبونوکلوئیک اسید یاDNA نیاز به روی می باشد. مهمترین علت کاهش میزان روی در بدن نقصان دریافت آن از طریق مواد غذایی است. بكارگيري كامپوزيت‌ها به عنوان چالشي بزرگ در زمينها افزايش به كارگيري فيلم‌هاي خوراكي تجزيه‌پذير به شمار مي‌رود اين قبيل تركيبات سبب كاهش پسمانده‌هاي بسته‌بندي، حفظ تازگي ماده غذايي و افزايش دوره ماندگاري آن مي‌شوند. پليمر كامپوزيت آميخته‌اي از ساختار پليمر به همراه افزودني‌هاي آلي و غيرآلي مي‌باشد. ظهور نسل جديدي از كامپوزيت‌ها تحت نام (نانوكامپوزيت) منجر به بهبود برخي ويژگي‌ها، نظير افزايش مقاومت در برابر صدمات مكانيكي، حرارتي، نفوذ حلال و گازها، كاهش وزن بسته، افزايش شفافيت و زمان ماندگاري در مقايسه با انواع تجاري در سطح ميكرو مي‌گردد (سوبرال14 و همکاران، 2001).
فيلمها و پوششهاي خوراكي اي كه از تركيبات مختلف تهيه ميشوند (فيلمهاي مركب)، براي بهتر شدن ويژگيهاي كاربردي فيلم هايي كه از يك نوع تركيب توليد شده و همچنين غلبه بر مشكلات فناوري مربوطه، توسعه يافته اند. بيشترين فيلم هاي مركبي كه مورد مطالعه قرار گرفته اند، آميزه اي از تركيب ليپيدي و ساختار هايي بر پايه هیدروکلوئیدها می باشند ( کمپر و فنما15، 1984؛ گونتارد16 و همکاران، 1994). استفاده رو به رشد هیدروکلوئیدها در صنایع غذایی سبب نیاز به منابع جدید از این محصولات شده است، چرا که هیدروکلوئیدها در سیستم های غذایی بطور گسترده ای برای اهداف متنوعی از قبیل قوام دهندگی، عامل ژل ساز، اصلاح کننده بافت و تثبیت کننده، استفاده می شوند. امروزه برای تأمین کیفیت در پایداری، بافت و ظاهر محصولات غذایی از هیدروکلوئیدها به عنوان ماده افزودنی استفاده می شود، البته سهم حجم مواد تشکیل دهنده بستگی به امنیت در عرضه، کیفیت و قیمت نیز دارد. صمغ دانه ها از افزودنی های مهم در صنعت غذا است ( گلیکسمن17، 1969). قدومه گیاهی است علفی با برگ هایی با بریدگی های نامنظم و گل های کوچک و زرد رنگ (صابری و صداقت، 1384) به ارتفاع 36-6 سانتی متر که توسط بذر تکثیر می شود. میوه این گیاه خورجینک، مدور به قطر 5 تا 7 میلی متر، با سطحی زبر و پوشیده از کرک های ستاره ای است. بذرها به رنگ قهوه ای، گرد و به قطر 75/1 تا 5/2 میلی متر می باشند (راشد محصل و همکارن، 1388). این گیاه بیشتر در نواحی معتدله اروپا و آسیا می روید. قدومه دارویی است لعاب دار که خیس کرده یا جوشانده آن تنها یا مخلوط با داروهای دیگر برای نرم کردن سینه و روده ها بکار می رود (صابری و صداقت، 1384). علاوه بر این غذاهای غنی شده با صمغ دانه قدومه به خوبی مورد استقبال مصرف کنندگان قرار گرفته است و دانش استفاده از این دانه ها برای مصارف دارویی در حال گسترش است (کوچکی و همکاران، 2008). به همین علت در این پژوهش سعی بر آن شده تا با توجه به ارزش و مزایای فیلم های خوراکی تهیه شده تا به امروز و کاربرد دارویی صمغ به دست آمده از بذر دانه قدومه شیرازی، فیلمی بر پایۀ این صمغ تهیه شود.
1-4- اهمیت موضوع
بستهبنديهاي زيست سازگار بر پايه فيلمهاي خوراكي، كه عمدتاً از پلي ساكاريدها، پروتئينها، چربيها و يا تركيبي از آنها ساخته ميشوند، به دليل دارا بودن مواد طبيعي، قابليت تجديدپذيري و عدم ايجاد آلودگيهاي زيست محيطي روز به روز از اهميت خاصي برخوردار ميشوند (آهوناینن18 و همکاران 2003). از دهههای گذشته، علم نانو و دیگر تکنولوژی های مرتبط، تبدیل به تکنولوژی شده اند(نارایانامورتی19،٢۰۰٦). تکنولوژی- های کامپوزیت، با علم نانو ترکیب شدند و منجر به توسعه ی علم و تکنولوژی نانو گردیدند (هاسین و همکاران20، ٢۰۰٦). تلفیق نانو ذرات به داخل مواد کامپوزیت، توجهات زیادی را به سمت خود جلب نمود که به دلیل قابلیت آن، در بهبود خصوصیات پلیمر، مانند؛ خصوصیات حرارتی، مکانیکی و ممانعت کنندگی گازها می باشد (کوریان و همکاران21، ٢۰۰٦). اخیرا، مواد غیرآلی مانند فلز و اکسید فلزات، در پژوهش تکنولوژی نانو، مورد توجه قرار گرفته اند، که این به دلیل توانایی آن ها در مقاومت در شرایط ناملایم می باشد (فو و همکاران22، ٢۰۰٥). در بین اکسید فلزات ZnO، TiO2، MgO و CaO، بیشتر مورد توجه می باشد، زیرا برای انسان و حیوانات ایمن است (لین و همکاران23، b٢۰۰٩؛ استومیتاو و همکاران24، ٢۰۰٢).
بیونانوکامپوزیت ها، تولید جدید نانوکامپوزیت ها را به نمایش می گذارند و شامل ترکیب بیوپلیمرها و یک ماده ی غیرآلی می باشند که حداقل، یک بُعد نانو دارند. بیونانوکامپوزیت ها، یک گروه از مواد دو جزئی با ساختار نانو هستند که مابین تکنولوژی نانو، علم ماده و علم زندگی قرار دارند (اُزین و همکاران25، ٢۰۰٩؛ داردِر و همکاران26، ٢۰۰٧).
پُر کنندههای نانو، واکنش های داخلی عالی ای با انشعابات پلیمری برقرار میکنند، که این به دلیل مساحت سطحی زیاد و سطح بالای انرژی آنها میباشد. بنابراین، بطور معنا داری باعث بهبود خصوصیات پلیمری میگردند (کوواسویک و همکاران27، ٢۰۰٨).
از اکسید روی، بطور وسیعی بعنوان پُر کننده ی عملگرا در جاذب های UV ، برای کاربرد در مواد دارویی، بهداشتی، مواد پوشش دهی و پیگمنت ها استفاده شده است (لی و همکاران28، ٢۰۰٩؛ کومار و سینگ29، ٢۰۰٨؛ یو و همکاران30، ٢۰۰٤). علاوه بر این، استفاده از نانو ذرات اکسید روی، یک روش ماندنی برای جلوگیری از بیماری های عفونی، از طریق اثرات ضد میکروبی اکسید روی میباشد (لی و همکاران، ٢۰۰٩و٢۰١۰؛ راجندرا و همکاران31، ٢۰١۰؛ ژانگ و همکاران32، ٢۰۰٨).
اندازه، مورفولوژی، بلورینگی، ترکیب و شکل ذرات، پارامترهای بحرانی برای خصوصیات اصلی نانو ذرات می باشند (شهرام و عبداله33، ٢۰۰٦؛ یاماموتو34، ٢۰۰١). لین و همکارانش (a٢۰۰٩) گزارش کردند که نانومیله های اکسید روی، مانع فعالیت نوری جذب UV می شوند. با اینکه، گزارش شده است که تلفیق نانو ذرات به داخل فیلم نشاسته، باعث بهبود برخی خصوصیات میگردد (ما و همکاران، ٢۰۰٩؛ یو و همکاران، ٢۰۰٩).
تلاشهایی در مورد توسعهی بیونانوکامپوزیت های دارای خواص حرارتی، مکانیکی و عملگراییِ بهبود یافته، صورت گرفته است که به دلیل ماتریکس یا پُر کننده های نانو ذره می باشد (جیا و همکاران35، ٢۰۰٦؛ چن و همکاران36، ٢۰۰٤). علاوه بر این، مواد بیوپلیمری، بعنوان تکنولوژی سبز37 معروف هستند و زیست تخریب پذیر بوده و با محیط زیست سازگارند و در تکنولوژی های دارویی، بسته بندی غذایی و کشاورزی مورد استفاده قرار می گیرند (شاملی و همکاران38، ٢۰١۰؛ ما و همکاران39، ٢۰۰٩).
1-5- اهداف پژوهش
1-5-1- هدف اصلی
هدف اصلی از این پژوهش، تهیه و ارزیابی فیلم خوراکی بر پایه هیدروکلوئید استخراج شده از صمغ قدومه شیرازی و پیشنهاد یک منبع جدید برای تهیه فیلم های خوراکی و همچنین تهیه و ارزیابی فیلم خوراکی ترکیبی از این صمغ و نانو ذرات اکسید روی می باشد.
1-5-2- اهداف اختصاصی
بررسی اثر نانو اکسید روی بر خواص مکانیکی فیلمهای قدومه شیرازی
بررسی اثر نانو اکسید روی بر خواص فیزیکوشیمیایی فیلمهای قدومه شیرازی
بررسی اثر نانو اکسید روی بر خواص ضد میکروبی فیلمهای قدومه شیرازی
بررسی اثر نانو اکسید روی بر ایزوترم جذب تعادلی رطوبت فیلمهای قدومه شیرازی
1-6- پرسشهای تحقیق
آیا نانو اکسید روی میتواند بر خواص مکانیکی فیلم قدومه شیرازی تاثیر داشته باشد؟
آیا نانو اکسید روی میتواند بر خواص فیزیکوشیمیایی فیلم قدومه شیرازی تاثیر داشته باشد؟
آیا نانو اکسید روی میتواند بر ایزوترم جذب تعادلی فیلم قدومه شیرازی تاثیر داشته باشد؟
آیا نانو اکسید روی میتواند بر خواص ضد میکروبی فیلم قدومه شیرازی تاثیر داشته باشد؟
1-7- محدودیت های تحقیق
در این تحقیق حداکثر غلظت ترکیب نانو اکسید روی به عنوان یک محدود کننده مطرح میگردد. بیشتر از 5 % ترکیب نانو باعث هتروژن نمودن فیلم میشد.
1-8- نمودار تحقیق
شکل 1-1 نمودار تحقیق را برای این پژوهش نشان می دهد.
شکل 1- 1: نمودار فرآیند پژوهش
فصل دوم:
مروری بر پژوهشهای پیشین
2-1- قدومه
Alyssum از کلمه یونانی a به معنی نه و lyssa به معنی بیماری های روانی اقتباس شده است. این جنس دارای گونه های علفی یکساله و چند ساله و نیمه درختچه ای با برگ های ساده و گل های کوچک است. پراکنش آن از مناطق مدیترانه تا سیبری است (امامی و حسینی، 1387).
قدومه گیاهی است یکساله و کوتاه از تیره شب بو (صابری و صداقت، 1384). ارتفاع قدومه 40-30 سانتی متر و بسیار پر شاخ و برگ هستند. برگ ها کرک دار و متقابل، گل ها انتهایی و به صورت چتر، میوه خورجینک، دو خانه ای با دو برگچه که دو کفه آن از قاعده میوه باز می شود. در این میوه چهار بذر گرد، پهن و نوک دار در دو قسمت جداگانه به صورت دوبه دو با پرده ای غشایی از هم جدا می شود (امامی و حسینی، 1387). ساقه آن منشعب و دارای کرک های ستاره ای است (راشدمحصل و همکاران، 1388). میوه قدومه از 30 تا 100 دانه تشکیل شده است، درشتی این دانه ها به اندازه یک نیمه عدس می باشد که پهن، گرد و سه قسم دارد: سرخ، زرد و سفید. سرخ رنگ آن را در اصفهان قدومه یا تودری سرخ می گویند. نارس این دانه ها سبز است که پس از رسیدن و خشک شدن به رنگ زرد خرمایی در می آید. قدومه با اسامی عمومی تودری، توذریج، قدامه، بذرالخمخم، بذرالهوه خوانده می شود اما نام علمی آن قدومه شیرازی و قدومه شهری است (صمصام شریعت، 1386). انتشار عمومی این گیاه در کشورهای مصر، عربستان، فلسطین، ایران، پاکستان و عراق است.
شکل 2- 1: نمایی از گیاه قدومه
2-1-1- عوامل محیطی
بذر قدومه در خاک های سبک و سنگریزه دار به خوبی سبز شده و در خاک های سنگین از درصد سبز کشتزار کاسته می شود. این گیاه به خشکی خاک و هوا متحمل است و در بارندگی به هنگام رسیدن حساس است. سله خاک از موقع سبز شدن گیاهچه ها خسارت زیادی می زند (امامی و حسینی، 1387).
2-1-2- کاشت
در تکثیر قدومه، رایج ترین روش استفاده از بذر است. در مناطق مختلف ایران در زمین های بایر تهران، قزوین، اصفهان و شیراز و در مناطق استپی و نیمه خشک می روید (کریمی، 1374). چنانچه تاریخ کشت در مهر ماه انتخاب شود طی 2 تا 3 روز گیاه سبز می شود و چنانچه در آذر ماه کشت صورت گیرد، طی 5 تا 6 روز گیاه از خاک بیرون می آید. بذر لازم برای کاشت، از 7 تا 30 کیلوگرم برای هر هکتار، بسته به شرایط آب و هوایی و خاک متفاوت است. کاشت بصورت کرتی (درهم یا ردیفی) انجام می شود و پس از آن با دو آبیاری به فاصله یک شبانه روز، گیاه سبز می شود، تا شروع پر شدن دانه ها (پس از گل دهی) نیازی به آبیاری نیست.
2-1-3- برداشت
گل دهی گیاه 3 ماه و رسیدن بذر حدود 6 ماه پس از کاشت است. تأخیر در برداشت موجب ریزش بذر می شود، بنابراین با رسیدن 20 درصد میوه ها، اقدام به برداشت می شود. رسیدن محصول قدومه، همزمان با برداشت جو در هر منطقه است. برداشت محصول به 15 کارگر در هکتار نیاز دارد و بارندگی در زمان برداشت خسارت زیادی به این محصول وارد می کند. محصول به دست آمده از هر هکتار حدود 1000 تا 1500 کیلوگرم است. برداشت بذر با ریشه کن کردن بوته ها و خشک کردن آنها بر روی سطح صاف یا پارچه انجام می شود (امامی و حسینی، 1387). بهترین زمان برداشت این محصول تیر و مرداد ماه می باشد (آخوند زاده و همکاران، 1379).
2-1-4- ترکیبات شیمیایی
در انواع قدومه، دانه دارای مواد روغنی به مقدار 30-15 درصد است. روغن مذکور از گلیسریدهای اسیدهای اولییک، پالمتیک، اروسیک و لینولئیک تشکیل شده است.
2-1-5- مواد موثر دارویی
موسیلاژ، پکتین، دکسترین، میروزین و به مقدار کم روغن فرار (صمصام شریعت، 1386).
2-1-6- موارد مصرف و خواص درمانی
میوه قدومه در آب لعابی می دهد که کاربرد دارویی دارد. از بذر قدومه در درمان بیماری های تنفسی، گلو درد و سرفه استفاده می شود. قدومه از نظر طبیعت طبق نظر حکمای طب سنتی گرم و تر است. از نظر خواص اشتها آور است، دم کرده آن در سرکه برای چاق شدن، افزایش اشتها و رنگ صورت مفید است. ضماد کوبیده آن با آب برای سرطان های داخلی و مالیدن آن با عسل به چشم برای رفع زخم چشم و پاک کردن چرک آن مفید است. برای اخراج خلط غلیظ و لزج سینه و ریه و تحلیل ورم های سفت عقب گوش، پستان، بیضه ها و رفع ناراحتی سموم مفید است. دانه این گیاه طعم تند دارد و اخیرا به جای فلفل از آن استفاده به عمل می آید (زرگری، 1371). در پزشکی سنتی از قدومه به عنوان لینت بخش، مقوی، سنگ شکن، ضد اسکوربوت و گرفتگی صدا استفاده می شود.
2-1-7- عوارض جانبی در اثر مصرف
به دلیل داشتن فعالیت ضد تیروئیدی ممکن است در برخی افراد ایجاد گواتر نماید. مصرف مقدار زیاد آن ممکن است باعث نفخ و بزرگی شکم شود و حتی خطر انسداد روده را هم به دنبال داشته باشد.
2 تا 4 گرم، سه بار در روز به صورت دم کرده. باید توجه داشت که همراه دانه های قدومه مقدار زیادی آب (حداقل 2 لیوان) مصرف گردد (صمصام شریعت، 1386).
2-1-8- تیره شب بو
گیاهان این خانواده بالغ بر سه هزار گونه می باشند. گیاهان اغلب یکساله و یا دو ساله اند (لرزاده، 1388). از اختصاصات این گیاهان آن است که عموما علفی هستند و به ندرت در بین آنها نمونه هایی با اعضای چوبی شده می توان یافت. بعضی از این گیاهان در هر آب و هوایی یافت می گردند و به همین علت نیز آنچنان پراکندگی حاصل کرده اند که حتی در دور افتاده ترین نقاط کره زمین می توان آنها را یافت. بر عکس عده ای از آنها بر اثر سازش با محیط های خاص، همیشه در شرایط آب و هوایی مشخص به سر می برند (زرگری، 1371). برگ های آنها غالبا متناوب، ساده یا منقسم و بدون گوشواره اند. گل آذین از نوع خوشه که در انتها کم و بیش حالت دیهیم به خود می گیرند. گل ها منظم، کامل و نر و ماده با گل های تحتانی. کاسبرگ ها 4 عدد و در دو ردیف و گلبرگ ها 4 عدد و صلیب مانند و کاسبرگ ها و گلبرگ ها از هم جدا می باشند. پرچم ها 6 عدد و در دو ردیف خارجی شامل دو پرچم کوتاه و ردیف داخلی 4 پرچم بلند دارد که این حالت را اصطلاحا تترا دینام می گویند. مادگی شامل دو برچه پیوسته و تخمدان فوقانی که در ابتدا یک خانه بوده ولی بعدا به علت پیدایش جدار عرضی دو خانه می شود. تمکن در گیاهان این خانواده کناری و میوه از نوع خورجین و یا خورجینک می باشد (راشدمحصل و همکاران، 1388) که در اغلب آنها با 4 شکاف طولی باز می شود. در میوه های سیلیک طول میوه از 3 برابر عرض آن بیشتر است مانند شب بو ولی در میوه های سیلیکول طول میوه از 3 برابر عرض آن کمتر است مانند قدومه. دانه در گیاهان این خانواده آلبومن دار و جنین دانه خمیده می باشد (لرزاده، 1388). گیاهان این تیره بیشتر خاص مناطق معتدله اند. در انساج مختلف بعضی از گیاهان تیره شب بو، گلوکوزیدهایی به وجود می آید که بر اثر هیدرولیز اسانس گوگرددار از آنها نتیجه می شود. عمل هیدرولیز نیز بر اثر مداخله فرمان مخصوصی به نام میروزین و مجاورت با آب در آنها صورت می گیرد. مصرف عده زیادی از گیاهان این تیره به علت وجود گلوکوزید و اسانس های گوگرددار در آنهاست، بر اثر وجود همین مواد است که در تغذیه نیز به کار می روند و یا به مصرف درمانی می رسند. بعضی از این گیاهان، دانه های روغن دار، دارند و از آنها روغن های مختلف برای مصرف تغذیه، درمانی و یا صنعتی تهیه می گردد (زرگری، 1371).
2-2- هیدروکلوئید
صمغ های محلول در آب هیدروکلوئید نامیده می شوند که در غذاها و ترکیبات شیمیایی و کاربردهایی که قبلا ثبت شده اند استفاده می شود. از نظر شیمیایی می توانند پلی ساکارید باشند مانند صمغ عربی، گوار، کربوکسی متیل سلولز، کارآگینان، نشاسته، پکتین و یا پروتئین هستند مانند ژلاتین (کوچکی و همکاران، 2008). هیدروکلوئیدها بطور گسترده موجب ایجاد ویژگی های متعددی از قبیل thickening و gelling در محلول های آبی شده، موجب پایداری فوم ها، امولسیون ها و دسپرسیون ها شده، از تشکیل کریستال های یخ و شکر جلوگیری کرده و در آزاد شدن طعم نقش دارند (نصیری پور، 1391). هیدروکلوئیدها پلیمرهای در حال تعامل با آب هستند که مقدار کالری پایینی دارند و تولید آنها به خصوص در توسعه غذاهای رژیمی مفید است. هیدروکلوئیدها بطور مستقیم در طعم، مزه و عطر مواد غذایی تأثیر ندارند اما در تشکیل ژل، احتباس آب، امولسیفایر و نگهداری ترکیبات آروماتیک نقش مهمی را ایفا می کنند. صنایع غذایی به ویژه در سالهای اخیر شاهد افزایش چشمگیری در استفاده از هیدروکلوئیدها بوده است. برخی از هیدروکلوئیدها در غلظت های کمتر از 1% به صورت معنی داری سبب تأثیر بر بافت و خواص ارگانولپتیک مواد غذایی می شوند )ویلیامز و فیلیپس، 2000 : دیکینسنون، 2003). هیدروکلوئید در فرمولاسیون بسیاری از محصولات غذایی مانند نان، سس، شربت، بستنی و غذاهای فوری وجود دارد (کوچکی و همکاران، 2008). خواص رئولوژیکی هیدروکلوئیدها در محلول بستگی به فاکتورهای زیادی از جمله غلظت ترکیب فعال، دما، درجه انتشار بار الکتریکی، حضور یا عدم حضور هیدروکلوئیدهای دیگر دارد. هیدروکلوئیدهای گیاهی نسبت به نوع حیوانی آن بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند. در دهه گذشته تلاش های قابل توجهی در قابلیت ساختار جدید به منظور به حداکثر رساندن اثربخشی هیدروکلوئیدها و تولید فرمولاسیون های جدید اختصاص داده شده است. با این حال هنوز در بازار تقاضا برای استفاده از منبع جدید هیدروکلوئیدهای گیاهی با قابلیت های خاص در سیستم های غذایی و شیمیایی وجود دارد. بعضی از گیاهان در مناطق مختلف ایران پلی ساکاریدهای با ارزشی دارند. دانه های استخراج شده از این گیاهان می تواند به عنوان منبع هیدروکلوئید جدید مورد استفاده قرار بگیرد. برای مثال دانه های گیاهان شناخته شده مانند قدومه شیرازی، قدومه شهری، عصاره شاهی، ریحان، بارهنگ و مریم گلی بطور سنتی با توجه به اثرات ارزشمند پزشکی خود صدها سال است که استفاده می شوند (رضوی و همکاران، 2013). این ترکیبات در غلظت های بسیار کم گاها کمتر از یک درصد بر ویژگی های بافتی و ارگانولپتیک محصولات اثرات زیادی دارند، برای مثال در خوراک لوبیا جهت افزایش ویسکوزیته از نشاسته ذرت استفاده می شود در حالی که در سس های شیرین و ترش از صمغ گوار استفاده می شود. در بسیاری از دسرها و سس مایونز از زانتان به عنوان thickener استفاده می شود. در سس مایونز از زانتان و گوار بطور همزمان جهت کاهش میزان چربی استفاده می شود، در ماست از ژلاتین معمولا استفاده می شود. در مرباها بیشتر از پکتین استفاده می شود. هیدروکلوئیدهای متعددی به عنوان جایگزین چربی در صنعت توسعه پیدا کرده اند. بازار جهانی هیدروکلوئیدها در حدود 4/4 میلیارد دلار با حجم تولید 260 هزار تن است و رشد آنها در حدود 3-2 درصد است. (نصیری پور، 1391). انتخاب نوع هیدروکلوئید تحت تأثیر خواص عملکردی قرار می گیرد، اما بدون شک پارامتر قیمت نیز عامل تأثیرگذار مهمی می باشد )ویلیامز و فیلیپس، 2000 : دیکینسنون، 2003).
2-3- صمغ
صمغ ها هیدروکلوئیدهایی هستند که با جذب آب سبب افزایش ویسکوزیته و در نتیجه پایداری برخی از سیستم های غذایی می شوند، از این نظر کاربرد گسترده ای در بسیاری از فرآورده های غذایی دارند (فاطمی، 1389). تقسیم بندی صمغ ها و موسیلاژ به این دلیل است که اولین بار که آنها را از پلی ساکارید ها جدا کردند محلول آنها حالت لیزی داشت که صمغ (Gum) نامیده شدند و دسته ای دیگر که محلول های آنها حالت لزج و چسبناک داشت موسیلاژ نامیده شد. اما این ترکیبات پلی ساکاریدی بر حسب تغییرات ایجاد شده در ساختمان شان می توانند به هر دو شکل لیز و چسبناک وجود داشته باشند.
صمغ ها بطور وسیع در صنایع غذایی برای تهیه ژل و به عنوان پایدار کننده و عوامل سوسپانسیون مورد استفاده قرار می گیرند (رویان). علاوه بر این، به کارگیری آنها در مواردی اجازه می دهد که بتوان فرمولاسیون یا اجزاء تشکیل دهنده یک فرآورده غذایی مشخص را به میزان بسیار تغییر داد. به عنوان مثال در سال های اخیر با به کارگیری صمغ، سس های سالادی تولید می شوند که در حین برخورداری از کیفیتی خوب، اساسا فاقد روغن هستند، بنابراین از نظر تغذیه ای ارزشمند می باشند (فاطمی، 1389). صمغ ها از منابع مختلفی بدست می آیند و شامل صمغ های ترشحی، صمغ های جلبکی، دانه ای، میکروبی و مشتقات نشاسته و سلولز هستند. تمام این مواد مولکول های هیدروفیلیک دارند که می توانند با آب برای تشکیل محلول های ویسکوز یا ژل ها ترکیب شوند. ماهیت مولکول ها تا حد زیادی بر روی خواص صمغ ها تأثیر می گذارد. مولکول های پلی ساکاریدی خطی فضای بیشتری را اشغال می کنند و ویسکوزتر از مولکول های بسیار انشعابی با همان وزن مولکولی هستند.
ترکیبات انشعابی آسانتر ژل تشکیل می دهند و پایدارتر هستند چون بر هم کنش وسیع در امتداد زنجیر هایشان ممکن نیست. پلی ساکارید های خطی خنثی به آسانی تشکیل فیلم چسبنده روی مواد خشک می دهند و عوامل پوششی خوبی هستند و محلول آنها چسبناک نیست. محلول های پلی ساکاریدی انشعابی به خاطر گیر افتادن وسیع زنجیر های



قیمت: تومان

دسته بندی : پایان نامه

دیدگاهتان را بنویسید

دانشگاه آزاد اسلامی
پایاننامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد در رشتهی
مهندسی علوم و صنایع غذایی
عنوان:
بررسی اثر نانو اکسید روی بر معادلات جذب تعادلی، خواص مکانیکی، فیزیکوشیمیایی و پارامترهای معادلات رشد میکروبی فیلم تهیه شده از قدومه شیرازی
استاد راهنما
دکتر دانیال فدایی
استاد مشاور
نگارنده
دریا عظیمی
مهر 1393
چکیده
زيست كافت بودن (تجزيه پذير بودن زيستي)، خوراكي بودن و كارآمد بودن و سازگاری با محیط زیست فيلم هاي خوراكي سبب شده است كه اين فيلم ها به عنوان جايگزين هاي فيلم هاي سنتزي به طور وسيع مورد مطالعه قرار گيرند. برخی از بزرگ ترین پیشرفتهای حاصل شده در صنعت بسته بندی مواد غذایی مرتبط با فناوری نانو است. قدومه با نام های چشم بلبلی، قدومه شیرازی، قدومه شهری، توذریح، بذرالخمخم، تودری سرخ، آرد سمن و مادردخت نیز شناخته می شود. اگرچه لعاب صمغ قدومه شیرازی قرن هاست که در ایران استفاده می شود اما هیچ کار عملی روی خواص عملکردی و رئولوژیکی آن انجام نشده است. هدف از این پژوهش بررسی اثر نانو اکسید روی بر خواص فیزیکوشیمیایی، مکانیکی، ایزوترم جذب، خاصیت ضد میکروبی و عبور دهی نسبت به بخار آب روی فیلمهای قدومه شیرازی میباشد. در این پژوهش فیلمهای قدومه شیرازی به همراه نانو اکسید روی در غلظتهای 0، 1، 3، و 5 % با استفاده از روش کاستینگ (Solvent Casting) تهیه شد. کلیه خواص فیزیکوشیمیایی، ایزوترم جذب، مکانیکی و عبوردهی نسبت به بخار آب و خاصیت ضد میکروبی به روش استاندارد ملی امریکا انجام شد. مدلهای جذب تعادلی چند جمله ای (مرتبه سوم) و مدل 3 پارامتری جذب تعادلی GAB در دادههای تجربی براز شد. آزمون مکانیکی نانو بایوکامپوزیت فیلمهای قدومه شیرازی / نانو اکسید روی، افزایش استحکام کششی و مدول یانگ، کاهش درصد کشیدگی را به دلیل افزایش غلظت نانو ذرات نشان دادند.. خواص فیزیکوشیمیایی از قبیل میزان جذب آب، محتوای رطوبت، حلالیت و خواص ممانعتی نظیر نفوذ پذیری به بخار آب، با افزایش میزان نانو ذرات کاهش معنی داری ( 05/0 > P)، را نشان دادند. 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 نانو اکسید روی، توانایی آبگریز کردن فیلم را دارند. همچنین فیلمهای قدومه شیرازی حاوی نانو ذرات اکسید روی خاصیت ضد میکروبی خوبی را مقابل اشرشیا کلی از خود نشان دادند. به طور کلی با توجه به بررسی های انجام شده نانو اکسید روی توانایی بهبود خواص اساسی فیلمهای قدومه شیرازی را دارا میباشند و میتوانند به عنوان بسته بندی فعال در صنایع غذایی مورد استفاده قرار گیرند.
واژگان کلیدی : فیلم خوراکی، صمغ، قدومه شیرازی، نانو اکسید روی، خواص مکانیکی، خواص ممانعتی، خواص فیزیکوشیمیایی، خاصیت ضد میکروبی، ایزوترم جذب.
فصل اول: مقدمه
1-1- مقدمه
امروزه پیشرفت و توسعه فن آوری در جهان بر همه ی فعالیت های انسان تأثیر گذار بوده و شیوه زندگی مردم نسبت به گذشته بسیار متفاوت شده است. این پیشرفتها منجر به تغییراتی در تهیه مواد غذایی و عادات مصرف گردیده و نتیجه مثبت آن در تکنولوژی مواد غذایی، سبب ایجاد فرآوری و تکنیک های بسته بندی گردیده است که این شیوه جهت کمک به حصول اطمینان از عرضه مواد غذایی و همچنین آماده سازی و مصرف آن، مورد استفاده قرار میگیرد. در واقع بسته بندی یکی از حساس ترین و تعیین کننده ترین مراحل عرضه و مصرف کالا می باشد و میتواند عامل تمایز از رقبا و نوعی مزیت رقابتی باشد. بسته بندی به عنوان پوشش یا ظرف، جهت حفظ کیفیت غذا، به حداقل رساندن ضایعات مواد غذایی و کاهش استفاده از مواد نگهدارنده در ماده غذایی، مورد استفاده قرار میگیرد. از مهمترین اهداف بسته بندی می توان به طراحی و تولید ظرف یا لفاف برای نگهداری و محافظت از محصول در فاصله تولید تا مصرف در برابر آسیب های فیزیکی و شیمیایی حین ارائه به بازار و مصرف کننده،اشاره نمود (کی منش، 1390). اخیراً به دلیل نگرانی‌های زیست محیطی در ارتباط با پسماند بسته‌بندی‌های پلاستیکی مصنوعی، تلاش‌های بسیاری برای تهیه مواد بسته‌بندی زیست تجزیه‌پذیر از پلیمرهای طبیعی است (مز استاکا1 و همکاران، 2009). 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 میکنند. 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 تلاشهای 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 استفاده از پلاستیکها اثرات مخرب کمتری بر محیط زیست دارند ( پین2 و همکاران، 1992). فیلمهای خوراکی که در ارتباط با مواد غذایی کاربرد دارند زیستتخریبپذیر هستند، یعنی قابلیت تجزیه شدن به عناصر سازنده را به وسیلهی موجودات ذرهبینی خاک دارند ( فیگویرو3 و همکاران، 2004).
مواد استفاده شده برای بسته بندی که از سوخت های فسیلی تولید شده اند عملاً تجزیه ناپذیر می باشند. به همین دلیل مواد بسته بندی غذاها نیز مانند سایر مواد بسته بندی مشکلات جدی رااز لحاظ محیط زیست ایجاد می کنند. در نتیجه مطالعاتی جهت استفاده از بسته بندی های زیست پایه تخریب پذیر انجام گرفته است. حدود 125 میلیون تن سالانه در جهان پلاستیک تولید می شود که حدود 30 میلیون تن آن در بخش بسته بندی مصرف می شود ( مارینیلو4 و همکاران، 2003؛ لین5 و همکاران، 2005). به منظور کاهش ضایعات بسته بندی پلاستیکی زیست تخریب ناپذیر استفاده از پلاستیک های زیست پایه تخریب پذیر مانند نشاسته، سلولز، PLA، ژلاتین و… ضروری میباشد ( الماسی6 و همکاران، 2009؛ ویلهلم7 و همکاران، 2003).
بسته یا پوشش غذا نقش منحصر به فردی در سلامت غذا و در نتیجه مصرف کننده ایفا می کند. مسلم است که بیشتر فرآورده های غذایی با نوعی روش بسته بندی به مصرف کننده می رسد و در نتیجه بسته بندی بخش مهمی در زنجیره غذایی می باشد ( کیم8 و همکاران، 2003). اما مواد بسته بندی قدیمی که از مواد نفتی مشتق شده بودند هیچ یک زیست تخریب پذیر نبوده و از لحاظ زیست محیطی قابل تحمل نیستند و خطرات سلامتی را تحمیل می کنند؛ برای مثال مهاجرت افزودنی های مضر به غذا. زیست تخریب پذیری مواد پلاستیکی سنتزی حاصل از مشتقات نفتی بسیار کند بوده و تجزیه کامل آنها چندین سال به طول می انجامد و این امر باعث افزایش آلودگی های زیست محیطی میگردد. لذا طی سال های اخیر یافتن جایگزینی مناسب برای پلاستیک های سنتزی به طوریکه زیست تخریب پذیری بالایی داشته و آلودگی زیست محیطی کمتری بر جای بگذارد توجه محققین را به خود را جلب کرده است. بیوپلیمرهای خوراکی با زیست تخریب پذیری بالا که از منابع قابل تجدید کشاورزی حاصل میشوند گزینه ای مناسب در این زمینه به شمار می روند. با وجود مزایای مسلم زیست محیطی و پایداری پلیمرهای زیستی این قیمت رو به رشد نفت خام و گاز طبیعی است که عامل محرکه برای سرمایه گذاری 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- پیش زمینه
بسته بندي پوششی است كه سلامت كالاي محتوي خودراپس ازتوليد تا مرحلهي مصرف حفظ مينمايد وبا ايجاد يك مانع فيزيكي بين محصولات غذايي ومحيط خارج بهداشت محصول راتضمين ميكند و عمر كالاي فاسد شونده را افزايش ميدهد. درسالهاي اخیربه علت افزایش مصرف پلاستیکها و با توجه به طول عمربالاي آنها و تقریبا زیست تخریبپذیر1 نبودن آنها، سنتز پلیمرهاي زیست تخریب پذیرافزایش یافته است (قنبرزاده و همکاران، 1388).
در بسته بندی مواد غذایی از مواد مختلفی نظیر شیشه، پلاستیکهای سخت و نیمه سخت، فلزات سخت (قوطیها) استفاده میشود این مواد در اکثر موارد توسط مصرف کننده دور ریخته میشوند (بدیعی و همکاران، 1387). مواد بسته بندی پلیمری که کاربرد گستردهای در صنعت بستهبندی دارند، غیرقابل تجزیه و غیر قابل برگشت به محیط زیست هستند و به همین دلیل، از مهمترین آلایندههای طبیعت محسوب میشوند ( الماسی، 1388 و ایران منش، 1388). از ويژگيهاي مطلوب براي هر بستهبندي، بازيافت آسان آن و ايجاد كمترين خسارت به محيط زيست است. هرساله بالغ بر چند ميليون تن ضايعات پلاستيكي از جمله كيسهها، پاكتهاي پلاستيكي و مواد بسته بندي وارد محيط زيست گرديد و به علت عدم بازگشت به چرخه زيست محيطي باعث ايجاد مشكلات فراوان براي محيط زيست ميشوند. توليد فيلمهاي تجزيهپذير طبيعي وجايگزين نمودن آنها به جاي پلاستيكهاي سنتزي راه حلي براي به حداقل رساندن آثار نامطلوب و زيانآور زبالههاي حاصل از مواد سنتزی است (دارائي وهمكاران، 1388).
بسته بندی های زیست تخریب پذیر که قابلیت خوراکی بودن و مصرف به همراه ماده غذایی را دارند شامل فیلم ها و پوشش های خوراکی می باشند. 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 ( آل حسن و همکاران، 2012).
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 فرآیند 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، 1388).
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، 1388).
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، 1388).
1-3- بیان مسئله
در قرن نوزدهم ایدههای مربوط به صنعت بستهبندی مواد غذایی و محافظت از مواد غذایی ابداع گردید. 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 و پیشرفتهتر 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 راه‌ کارهای جدید بستهبندی فعال و هوشمند 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 زیست تجزیهپذیر درحال انجام است. با این‌ که 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 ( آل حسن9 و همکاران، 2012).
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. اندازه نانو ذرات موجب پراکندگی و توزیع خوب آنها میشود. این نانو کامپوزیتها میتوانند به طور قابل توجهی ویژگیهای مکانیکی، حرارتی، ممانعتی و فیزیکوشیمیایی بهبود یافته ای در مقایسه با پلیمرهای اولیه و کامپوزیت های میکرو سایز مرسوم نشان دهند ( آل حسن10 و همکاران، 2012). 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 ( آل حسن و همکاران، 2012). 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 ضد میکروب ها به درون توده غذا را کاهش دهد. آزاد شدن کنترل شده ضد میکروب ها به سطح غذا امتیازات زیادی نسبت به روش های دیگر مانند فروبری و اسپری کردن دارد (محمدی11 و همکاران، 2012). در این دو فرآیند اخیر ماده ضد میکروبی به سرعت از سطح ماده غذایی به داخل آن نفوذ می کند (منتشر می شود) و در نتیجه خاصیت ضد میکروبی 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 میدهند.
بسته بندی فعال، یک روش بستهبندی جدید غذا در پاسخ به تقاضای مصرف کننده برای سالم بودن است که فعالیت ترکیبات بیولوژیکی مانند عوامل آنتی میکروبی آنتی اکسیدانی، ویتامینها، عوامل طعمدهنده در ترکیبات بستهبندی زیست تخریبپذیر ترکیب میشود ( کارمن12 و همکاران، 2010). در واقع استفاده از بستهبندی فعال، روش نوینی برای نگهداری این نوع ماده غذایی میباشند. بستهبندی فعال به صورت زیر تعریف شده است:
نوعی بستهبندی که علاوه برداشتن خواص بازدارندگی اصلی بستهبندیهای معمولی (بازدارندگی در مقابل گازها و بخار آب و خواص مکانیکی) با تغییر شرایط بستهبندی، ایمنی، ماندگاری و یا ویژگیهای حسی ماده غذایی را بهبود میبخشد و در عین حال کیفیت ماده غذایی حفظ میگردد. تکنولوژی بستهبندی فعال شامل بر هم کنشهایی بین غذا، ماده بستهبندی و اتمسفر گازی داخل بسته میباشد که بایستی در عین حال که کیفیت و امنیت محصول را حفظ میکند، قادر به افزایش ماندگاری آن نیز باشد ( لابوزا و برن13، 1988)
خاصیت ضد میکروبی ترکیبات اکسید روی ازگذشته بسیار دور شناخته شده وکاربردهای فراوانی در ضدعفونی کردن وسایل پزشکی، تصفیه آب، لوسیون ها و پمادهای ضد باکتری دارد. مکانیسم ضد میکروبی نانو ذرات فلزی حاصل از این فلز هنوز دقیقا مشخص نیست. براساس مطالعات محققان این مکانیسم ممکن است به صورت القای تنش اکسیداتیوبه غشای سلول میکروبی به دلیل آزادسازی گونه های اکسیژن فعال (ROS) یا آزاد سازی یون از سطح ذره و اتصال به غشای سلول و انهدام آن باشد. فلز روی در بسیاری از فعل و انفعالات بدن شرکت داشته و برای حفظ سلامتی و طول عمر بدون امراض وجود آن لازم و ضروری است. فلز روی آنتی اکسیدانی است که در واکنشهای اکسیداتیو نقش مهمی دارد. همچنین در افزایش سطح این یون کارکرد صحیح دستگاه ایمنی نقش مهمی دارد. روی عوامل و فلزات سمی وارد شده به بدن را جذب و خنثی میکند. روی در ساختمان بیش از 200 آنزیم شرکت دارد و همچنین به عنوان کاتالیزور در واکنش های بدن عمل می کند. روی در تکثیر سلولی هم مورد استفاده است. در ساختن دزاکسی ریبونوکلوئیک اسید یاDNA نیاز به روی می باشد. مهمترین علت کاهش میزان روی در بدن نقصان دریافت آن از طریق مواد غذایی است. بكارگيري كامپوزيت‌ها به عنوان چالشي بزرگ در زمينها افزايش به كارگيري فيلم‌هاي خوراكي تجزيه‌پذير به شمار مي‌رود اين قبيل تركيبات سبب كاهش پسمانده‌هاي بسته‌بندي، حفظ تازگي ماده غذايي و افزايش دوره ماندگاري آن مي‌شوند. پليمر كامپوزيت آميخته‌اي از ساختار پليمر به همراه افزودني‌هاي آلي و غيرآلي مي‌باشد. ظهور نسل جديدي از كامپوزيت‌ها تحت نام (نانوكامپوزيت) منجر به بهبود برخي ويژگي‌ها، نظير افزايش مقاومت در برابر صدمات مكانيكي، حرارتي، نفوذ حلال و گازها، كاهش وزن بسته، افزايش شفافيت و زمان ماندگاري در مقايسه با انواع تجاري در سطح ميكرو مي‌گردد (سوبرال14 و همکاران، 2001).
فيلمها و پوششهاي خوراكي اي كه از تركيبات مختلف تهيه ميشوند (فيلمهاي مركب)، براي بهتر شدن ويژگيهاي كاربردي فيلم هايي كه از يك نوع تركيب توليد شده و همچنين غلبه بر مشكلات فناوري مربوطه، توسعه يافته اند. بيشترين فيلم هاي مركبي كه مورد مطالعه قرار گرفته اند، آميزه اي از تركيب ليپيدي و ساختار هايي بر پايه هیدروکلوئیدها می باشند ( کمپر و فنما15، 1984؛ گونتارد16 و همکاران، 1994). استفاده رو به رشد هیدروکلوئیدها در صنایع غذایی سبب نیاز به منابع جدید از این محصولات شده است، چرا که هیدروکلوئیدها در سیستم های غذایی بطور گسترده ای برای اهداف متنوعی از قبیل قوام دهندگی، عامل ژل ساز، اصلاح کننده بافت و تثبیت کننده، استفاده می شوند. امروزه برای تأمین کیفیت در پایداری، بافت و ظاهر محصولات غذایی از هیدروکلوئیدها به عنوان ماده افزودنی استفاده می شود، البته سهم حجم مواد تشکیل دهنده بستگی به امنیت در عرضه، کیفیت و قیمت نیز دارد. صمغ دانه ها از افزودنی های مهم در صنعت غذا است ( گلیکسمن17، 1969). قدومه گیاهی است علفی با برگ هایی با بریدگی های نامنظم و گل های کوچک و زرد رنگ (صابری و صداقت، 1384) به ارتفاع 36-6 سانتی متر که توسط بذر تکثیر می شود. میوه این گیاه خورجینک، مدور به قطر 5 تا 7 میلی متر، با سطحی زبر و پوشیده از کرک های ستاره ای است. بذرها به رنگ قهوه ای، گرد و به قطر 75/1 تا 5/2 میلی متر می باشند (راشد محصل و همکارن، 1388). این گیاه بیشتر در نواحی معتدله اروپا و آسیا می روید. قدومه دارویی است لعاب دار که خیس کرده یا جوشانده آن تنها یا مخلوط با داروهای دیگر برای نرم کردن سینه و روده ها بکار می رود (صابری و صداقت، 1384). علاوه بر این غذاهای غنی شده با صمغ دانه قدومه به خوبی مورد استقبال مصرف کنندگان قرار گرفته است و دانش استفاده از این دانه ها برای مصارف دارویی در حال گسترش است (کوچکی و همکاران، 2008). به همین علت در این پژوهش سعی بر آن شده تا با توجه به ارزش و مزایای فیلم های خوراکی تهیه شده تا به امروز و کاربرد دارویی صمغ به دست آمده از بذر دانه قدومه شیرازی، فیلمی بر پایۀ این صمغ تهیه شود.
1-4- اهمیت موضوع
بستهبنديهاي زيست سازگار بر پايه فيلمهاي خوراكي، كه عمدتاً از پلي ساكاريدها، پروتئينها، چربيها و يا تركيبي از آنها ساخته ميشوند، به دليل دارا بودن مواد طبيعي، قابليت تجديدپذيري و عدم ايجاد آلودگيهاي زيست محيطي روز به روز از اهميت خاصي برخوردار ميشوند (آهوناینن18 و همکاران 2003). از دهههای گذشته، علم نانو و دیگر تکنولوژی های مرتبط، تبدیل به تکنولوژی شده اند(نارایانامورتی19،٢۰۰٦). تکنولوژی- های کامپوزیت، با علم نانو ترکیب شدند و منجر به توسعه ی علم و تکنولوژی نانو گردیدند (هاسین و همکاران20، ٢۰۰٦). تلفیق نانو ذرات به داخل مواد کامپوزیت، توجهات زیادی را به سمت خود جلب نمود که به دلیل قابلیت آن، در بهبود خصوصیات پلیمر، مانند؛ خصوصیات حرارتی، مکانیکی و ممانعت کنندگی گازها می باشد (کوریان و همکاران21، ٢۰۰٦). اخیرا، مواد غیرآلی مانند فلز و اکسید فلزات، در پژوهش تکنولوژی نانو، مورد توجه قرار گرفته اند، که این به دلیل توانایی آن ها در مقاومت در شرایط ناملایم می باشد (فو و همکاران22، ٢۰۰٥). در بین اکسید فلزات ZnO، TiO2، MgO و CaO، بیشتر مورد توجه می باشد، زیرا برای انسان و حیوانات ایمن است (لین و همکاران23، b٢۰۰٩؛ استومیتاو و همکاران24، ٢۰۰٢).
بیونانوکامپوزیت ها، تولید جدید نانوکامپوزیت ها را به نمایش می گذارند و شامل ترکیب بیوپلیمرها و یک ماده ی غیرآلی می باشند که حداقل، یک بُعد نانو دارند. بیونانوکامپوزیت ها، یک گروه از مواد دو جزئی با ساختار نانو هستند که مابین تکنولوژی نانو، علم ماده و علم زندگی قرار دارند (اُزین و همکاران25، ٢۰۰٩؛ داردِر و همکاران26، ٢۰۰٧).
پُر کنندههای نانو، واکنش های داخلی عالی ای با انشعابات پلیمری برقرار میکنند، که این به دلیل مساحت سطحی زیاد و سطح بالای انرژی آنها میباشد. بنابراین، بطور معنا داری باعث بهبود خصوصیات پلیمری میگردند (کوواسویک و همکاران27، ٢۰۰٨).
از اکسید روی، بطور وسیعی بعنوان پُر کننده ی عملگرا در جاذب های UV ، برای کاربرد در مواد دارویی، بهداشتی، مواد پوشش دهی و پیگمنت ها استفاده شده است (لی و همکاران28، ٢۰۰٩؛ کومار و سینگ29، ٢۰۰٨؛ یو و همکاران30، ٢۰۰٤). علاوه بر این، استفاده از نانو ذرات اکسید روی، یک روش ماندنی برای جلوگیری از بیماری های عفونی، از طریق اثرات ضد میکروبی اکسید روی میباشد (لی و همکاران، ٢۰۰٩و٢۰١۰؛ راجندرا و همکاران31، ٢۰١۰؛ ژانگ و همکاران32، ٢۰۰٨).
اندازه، مورفولوژی، بلورینگی، ترکیب و شکل ذرات، پارامترهای بحرانی برای خصوصیات اصلی نانو ذرات می باشند (شهرام و عبداله33، ٢۰۰٦؛ یاماموتو34، ٢۰۰١). لین و همکارانش (a٢۰۰٩) گزارش کردند که نانومیله های اکسید روی، مانع فعالیت نوری جذب UV می شوند. با اینکه، گزارش شده است که تلفیق نانو ذرات به داخل فیلم نشاسته، باعث بهبود برخی خصوصیات میگردد (ما و همکاران، ٢۰۰٩؛ یو و همکاران، ٢۰۰٩).
تلاشهایی در مورد توسعهی بیونانوکامپوزیت های دارای خواص حرارتی، مکانیکی و عملگراییِ بهبود یافته، صورت گرفته است که به دلیل ماتریکس یا پُر کننده های نانو ذره می باشد (جیا و همکاران35، ٢۰۰٦؛ چن و همکاران36، ٢۰۰٤). علاوه بر این، مواد بیوپلیمری، بعنوان تکنولوژی سبز37 معروف هستند و زیست تخریب پذیر بوده و با محیط زیست سازگارند و در تکنولوژی های دارویی، بسته بندی غذایی و کشاورزی مورد استفاده قرار می گیرند (شاملی و همکاران38، ٢۰١۰؛ ما و همکاران39، ٢۰۰٩).
1-5- اهداف پژوهش
1-5-1- هدف اصلی
هدف اصلی از این پژوهش، تهیه و ارزیابی فیلم خوراکی بر پایه هیدروکلوئید استخراج شده از صمغ قدومه شیرازی و پیشنهاد یک منبع جدید برای تهیه فیلم های خوراکی و همچنین تهیه و ارزیابی فیلم خوراکی ترکیبی از این صمغ و نانو ذرات اکسید روی می باشد.
1-5-2- اهداف اختصاصی
بررسی اثر نانو اکسید روی بر خواص مکانیکی فیلمهای قدومه شیرازی
بررسی اثر نانو اکسید روی بر خواص فیزیکوشیمیایی فیلمهای قدومه شیرازی
بررسی اثر نانو اکسید روی بر خواص ضد میکروبی فیلمهای قدومه شیرازی
بررسی اثر نانو اکسید روی بر ایزوترم جذب تعادلی رطوبت فیلمهای قدومه شیرازی
1-6- پرسشهای تحقیق
آیا نانو اکسید روی میتواند بر خواص مکانیکی فیلم قدومه شیرازی تاثیر داشته باشد؟
آیا نانو اکسید روی میتواند بر خواص فیزیکوشیمیایی فیلم قدومه شیرازی تاثیر داشته باشد؟
آیا نانو اکسید روی میتواند بر ایزوترم جذب تعادلی فیلم قدومه شیرازی تاثیر داشته باشد؟
آیا نانو اکسید روی میتواند بر خواص ضد میکروبی فیلم قدومه شیرازی تاثیر داشته باشد؟
1-7- محدودیت های تحقیق
در این تحقیق حداکثر غلظت ترکیب نانو اکسید روی به عنوان یک محدود کننده مطرح میگردد. بیشتر از 5 % ترکیب نانو باعث هتروژن نمودن فیلم میشد.
1-8- نمودار تحقیق
شکل 1-1 نمودار تحقیق را برای این پژوهش نشان می دهد.
شکل 1- 1: نمودار فرآیند پژوهش
فصل دوم:
مروری بر پژوهشهای پیشین
2-1- قدومه
Alyssum از کلمه یونانی a به معنی نه و lyssa به معنی بیماری های روانی اقتباس شده است. این جنس دارای گونه های علفی یکساله و چند ساله و نیمه درختچه ای با برگ های ساده و گل های کوچک است. پراکنش آن از مناطق مدیترانه تا سیبری است (امامی و حسینی، 1387).
قدومه گیاهی است یکساله و کوتاه از تیره شب بو (صابری و صداقت، 1384). ارتفاع قدومه 40-30 سانتی متر و بسیار پر شاخ و برگ هستند. برگ ها کرک دار و متقابل، گل ها انتهایی و به صورت چتر، میوه خورجینک، دو خانه ای با دو برگچه که دو کفه آن از قاعده میوه باز می شود. در این میوه چهار بذر گرد، پهن و نوک دار در دو قسمت جداگانه به صورت دوبه دو با پرده ای غشایی از هم جدا می شود (امامی و حسینی، 1387). ساقه آن منشعب و دارای کرک های ستاره ای است (راشدمحصل و همکاران، 1388). میوه قدومه از 30 تا 100 دانه تشکیل شده است، درشتی این دانه ها به اندازه یک نیمه عدس می باشد که پهن، گرد و سه قسم دارد: سرخ، زرد و سفید. سرخ رنگ آن را در اصفهان قدومه یا تودری سرخ می گویند. نارس این دانه ها سبز است که پس از رسیدن و خشک شدن به رنگ زرد خرمایی در می آید. قدومه با اسامی عمومی تودری، توذریج، قدامه، بذرالخمخم، بذرالهوه خوانده می شود اما نام علمی آن قدومه شیرازی و قدومه شهری است (صمصام شریعت، 1386). انتشار عمومی این گیاه در کشورهای مصر، عربستان، فلسطین، ایران، پاکستان و عراق است.
شکل 2- 1: نمایی از گیاه قدومه
2-1-1- عوامل محیطی
بذر قدومه در خاک های سبک و سنگریزه دار به خوبی سبز شده و در خاک های سنگین از درصد سبز کشتزار کاسته می شود. این گیاه به خشکی خاک و هوا متحمل است و در بارندگی به هنگام رسیدن حساس است. سله خاک از موقع سبز شدن گیاهچه ها خسارت زیادی می زند (امامی و حسینی، 1387).
2-1-2- کاشت
در تکثیر قدومه، رایج ترین روش استفاده از بذر است. در مناطق مختلف ایران در زمین های بایر تهران، قزوین، اصفهان و شیراز و در مناطق استپی و نیمه خشک می روید (کریمی، 1374). چنانچه تاریخ کشت در مهر ماه انتخاب شود طی 2 تا 3 روز گیاه سبز می شود و چنانچه در آذر ماه کشت صورت گیرد، طی 5 تا 6 روز گیاه از خاک بیرون می آید. بذر لازم برای کاشت، از 7 تا 30 کیلوگرم برای هر هکتار، بسته به شرایط آب و هوایی و خاک متفاوت است. کاشت بصورت کرتی (درهم یا ردیفی) انجام می شود و پس از آن با دو آبیاری به فاصله یک شبانه روز، گیاه سبز می شود، تا شروع پر شدن دانه ها (پس از گل دهی) نیازی به آبیاری نیست.
2-1-3- برداشت
گل دهی گیاه 3 ماه و رسیدن بذر حدود 6 ماه پس از کاشت است. تأخیر در برداشت موجب ریزش بذر می شود، بنابراین با رسیدن 20 درصد میوه ها، اقدام به برداشت می شود. رسیدن محصول قدومه، همزمان با برداشت جو در هر منطقه است. برداشت محصول به 15 کارگر در هکتار نیاز دارد و بارندگی در زمان برداشت خسارت زیادی به این محصول وارد می کند. محصول به دست آمده از هر هکتار حدود 1000 تا 1500 کیلوگرم است. برداشت بذر با ریشه کن کردن بوته ها و خشک کردن آنها بر روی سطح صاف یا پارچه انجام می شود (امامی و حسینی، 1387). بهترین زمان برداشت این محصول تیر و مرداد ماه می باشد (آخوند زاده و همکاران، 1379).
2-1-4- ترکیبات شیمیایی
در انواع قدومه، دانه دارای مواد روغنی به مقدار 30-15 درصد است. روغن مذکور از گلیسریدهای اسیدهای اولییک، پالمتیک، اروسیک و لینولئیک تشکیل شده است.
2-1-5- مواد موثر دارویی
موسیلاژ، پکتین، دکسترین، میروزین و به مقدار کم روغن فرار (صمصام شریعت، 1386).
2-1-6- موارد مصرف و خواص درمانی
میوه قدومه در آب لعابی می دهد که کاربرد دارویی دارد. از بذر قدومه در درمان بیماری های تنفسی، گلو درد و سرفه استفاده می شود. قدومه از نظر طبیعت طبق نظر حکمای طب سنتی گرم و تر است. از نظر خواص اشتها آور است، دم کرده آن در سرکه برای چاق شدن، افزایش اشتها و رنگ صورت مفید است. ضماد کوبیده آن با آب برای سرطان های داخلی و مالیدن آن با عسل به چشم برای رفع زخم چشم و پاک کردن چرک آن مفید است. برای اخراج خلط غلیظ و لزج سینه و ریه و تحلیل ورم های سفت عقب گوش، پستان، بیضه ها و رفع ناراحتی سموم مفید است. دانه این گیاه طعم تند دارد و اخیرا به جای فلفل از آن استفاده به عمل می آید (زرگری، 1371). در پزشکی سنتی از قدومه به عنوان لینت بخش، مقوی، سنگ شکن، ضد اسکوربوت و گرفتگی صدا استفاده می شود.
2-1-7- عوارض جانبی در اثر مصرف
به دلیل داشتن فعالیت ضد تیروئیدی ممکن است در برخی افراد ایجاد گواتر نماید. مصرف مقدار زیاد آن ممکن است باعث نفخ و بزرگی شکم شود و حتی خطر انسداد روده را هم به دنبال داشته باشد.
2 تا 4 گرم، سه بار در روز به صورت دم کرده. باید توجه داشت که همراه دانه های قدومه مقدار زیادی آب (حداقل 2 لیوان) مصرف گردد (صمصام شریعت، 1386).
2-1-8- تیره شب بو
گیاهان این خانواده بالغ بر سه هزار گونه می باشند. گیاهان اغلب یکساله و یا دو ساله اند (لرزاده، 1388). از اختصاصات این گیاهان آن است که عموما علفی هستند و به ندرت در بین آنها نمونه هایی با اعضای چوبی شده می توان یافت. بعضی از این گیاهان در هر آب و هوایی یافت می گردند و به همین علت نیز آنچنان پراکندگی حاصل کرده اند که حتی در دور افتاده ترین نقاط کره زمین می توان آنها را یافت. بر عکس عده ای از آنها بر اثر سازش با محیط های خاص، همیشه در شرایط آب و هوایی مشخص به سر می برند (زرگری، 1371). برگ های آنها غالبا متناوب، ساده یا منقسم و بدون گوشواره اند. گل آذین از نوع خوشه که در انتها کم و بیش حالت دیهیم به خود می گیرند. گل ها منظم، کامل و نر و ماده با گل های تحتانی. کاسبرگ ها 4 عدد و در دو ردیف و گلبرگ ها 4 عدد و صلیب مانند و کاسبرگ ها و گلبرگ ها از هم جدا می باشند. پرچم ها 6 عدد و در دو ردیف خارجی شامل دو پرچم کوتاه و ردیف داخلی 4 پرچم بلند دارد که این حالت را اصطلاحا تترا دینام می گویند. مادگی شامل دو برچه پیوسته و تخمدان فوقانی که در ابتدا یک خانه بوده ولی بعدا به علت پیدایش جدار عرضی دو خانه می شود. تمکن در گیاهان این خانواده کناری و میوه از نوع خورجین و یا خورجینک می باشد (راشدمحصل و همکاران، 1388) که در اغلب آنها با 4 شکاف طولی باز می شود. در میوه های سیلیک طول میوه از 3 برابر عرض آن بیشتر است مانند شب بو ولی در میوه های سیلیکول طول میوه از 3 برابر عرض آن کمتر است مانند قدومه. دانه در گیاهان این خانواده آلبومن دار و جنین دانه خمیده می باشد (لرزاده، 1388). گیاهان این تیره بیشتر خاص مناطق معتدله اند. در انساج مختلف بعضی از گیاهان تیره شب بو، گلوکوزیدهایی به وجود می آید که بر اثر هیدرولیز اسانس گوگرددار از آنها نتیجه می شود. عمل هیدرولیز نیز بر اثر مداخله فرمان مخصوصی به نام میروزین و مجاورت با آب در آنها صورت می گیرد. مصرف عده زیادی از گیاهان این تیره به علت وجود گلوکوزید و اسانس های گوگرددار در آنهاست، بر اثر وجود همین مواد است که در تغذیه نیز به کار می روند و یا به مصرف درمانی می رسند. بعضی از این گیاهان، دانه های روغن دار، دارند و از آنها روغن های مختلف برای مصرف تغذیه، درمانی و یا صنعتی تهیه می گردد (زرگری، 1371).
2-2- هیدروکلوئید
صمغ های محلول در آب هیدروکلوئید نامیده می شوند که در غذاها و ترکیبات شیمیایی و کاربردهایی که قبلا ثبت شده اند استفاده می شود. از نظر شیمیایی می توانند پلی ساکارید باشند مانند صمغ عربی، گوار، کربوکسی متیل سلولز، کارآگینان، نشاسته، پکتین و یا پروتئین هستند مانند ژلاتین (کوچکی و همکاران، 2008). هیدروکلوئیدها بطور گسترده موجب ایجاد ویژگی های متعددی از قبیل thickening و gelling در محلول های آبی شده، موجب پایداری فوم ها، امولسیون ها و دسپرسیون ها شده، از تشکیل کریستال های یخ و شکر جلوگیری کرده و در آزاد شدن طعم نقش دارند (نصیری پور، 1391). هیدروکلوئیدها پلیمرهای در حال تعامل با آب هستند که مقدار کالری پایینی دارند و تولید آنها به خصوص در توسعه غذاهای رژیمی مفید است. هیدروکلوئیدها بطور مستقیم در طعم، مزه و عطر مواد غذایی تأثیر ندارند اما در تشکیل ژل، احتباس آب، امولسیفایر و نگهداری ترکیبات آروماتیک نقش مهمی را ایفا می کنند. صنایع غذایی به ویژه در سالهای اخیر شاهد افزایش چشمگیری در استفاده از هیدروکلوئیدها بوده است. برخی از هیدروکلوئیدها در غلظت های کمتر از 1% به صورت معنی داری سبب تأثیر بر بافت و خواص ارگانولپتیک مواد غذایی می شوند )ویلیامز و فیلیپس، 2000 : دیکینسنون، 2003). هیدروکلوئید در فرمولاسیون بسیاری از محصولات غذایی مانند نان، سس، شربت، بستنی و غذاهای فوری وجود دارد (کوچکی و همکاران، 2008). خواص رئولوژیکی هیدروکلوئیدها در محلول بستگی به فاکتورهای زیادی از جمله غلظت ترکیب فعال، دما، درجه انتشار بار الکتریکی، حضور یا عدم حضور هیدروکلوئیدهای دیگر دارد. هیدروکلوئیدهای گیاهی نسبت به نوع حیوانی آن بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند. در دهه گذشته تلاش های قابل توجهی در قابلیت ساختار جدید به منظور به حداکثر رساندن اثربخشی هیدروکلوئیدها و تولید فرمولاسیون های جدید اختصاص داده شده است. با این حال هنوز در بازار تقاضا برای استفاده از منبع جدید هیدروکلوئیدهای گیاهی با قابلیت های خاص در سیستم های غذایی و شیمیایی وجود دارد. بعضی از گیاهان در مناطق مختلف ایران پلی ساکاریدهای با ارزشی دارند. دانه های استخراج شده از این گیاهان می تواند به عنوان منبع هیدروکلوئید جدید مورد استفاده قرار بگیرد. برای مثال دانه های گیاهان شناخته شده مانند قدومه شیرازی، قدومه شهری، عصاره شاهی، ریحان، بارهنگ و مریم گلی بطور سنتی با توجه به اثرات ارزشمند پزشکی خود صدها سال است که استفاده می شوند (رضوی و همکاران، 2013). این ترکیبات در غلظت های بسیار کم گاها کمتر از یک درصد بر ویژگی های بافتی و ارگانولپتیک محصولات اثرات زیادی دارند، برای مثال در خوراک لوبیا جهت افزایش ویسکوزیته از نشاسته ذرت استفاده می شود در حالی که در سس های شیرین و ترش از صمغ گوار استفاده می شود. در بسیاری از دسرها و سس مایونز از زانتان به عنوان thickener استفاده می شود. در سس مایونز از زانتان و گوار بطور همزمان جهت کاهش میزان چربی استفاده می شود، در ماست از ژلاتین معمولا استفاده می شود. در مرباها بیشتر از پکتین استفاده می شود. هیدروکلوئیدهای متعددی به عنوان جایگزین چربی در صنعت توسعه پیدا کرده اند. بازار جهانی هیدروکلوئیدها در حدود 4/4 میلیارد دلار با حجم تولید 260 هزار تن است و رشد آنها در حدود 3-2 درصد است. (نصیری پور، 1391). انتخاب نوع هیدروکلوئید تحت تأثیر خواص عملکردی قرار می گیرد، اما بدون شک پارامتر قیمت نیز عامل تأثیرگذار مهمی می باشد )ویلیامز و فیلیپس، 2000 : دیکینسنون، 2003).
2-3- صمغ
صمغ ها هیدروکلوئیدهایی هستند که با جذب آب سبب افزایش ویسکوزیته و در نتیجه پایداری برخی از سیستم های غذایی می شوند، از این نظر کاربرد گسترده ای در بسیاری از فرآورده های غذایی دارند (فاطمی، 1389). تقسیم بندی صمغ ها و موسیلاژ به این دلیل است که اولین بار که آنها را از پلی ساکارید ها جدا کردند محلول آنها حالت لیزی داشت که صمغ (Gum) نامیده شدند و دسته ای دیگر که محلول های آنها حالت لزج و چسبناک داشت موسیلاژ نامیده شد. اما این ترکیبات پلی ساکاریدی بر حسب تغییرات ایجاد شده در ساختمان شان می توانند به هر دو شکل لیز و چسبناک وجود داشته باشند.
صمغ ها بطور وسیع در صنایع غذایی برای تهیه ژل و به عنوان پایدار کننده و عوامل سوسپانسیون مورد استفاده قرار می گیرند (رویان). علاوه بر این، به کارگیری آنها در مواردی اجازه می دهد که بتوان فرمولاسیون یا اجزاء تشکیل دهنده یک فرآورده غذایی مشخص را به میزان بسیار تغییر داد. به عنوان مثال در سال های اخیر با به کارگیری صمغ، سس های سالادی تولید می شوند که در حین برخورداری از کیفیتی خوب، اساسا فاقد روغن هستند، بنابراین از نظر تغذیه ای ارزشمند می باشند (فاطمی، 1389). صمغ ها از منابع مختلفی بدست می آیند و شامل صمغ های ترشحی، صمغ های جلبکی، دانه ای، میکروبی و مشتقات نشاسته و سلولز هستند. تمام این مواد مولکول های هیدروفیلیک دارند که می توانند با آب برای تشکیل محلول های ویسکوز یا ژل ها ترکیب شوند. ماهیت مولکول ها تا حد زیادی بر روی خواص صمغ ها تأثیر می گذارد. مولکول های پلی ساکاریدی خطی فضای بیشتری را اشغال می کنند و ویسکوزتر از مولکول های بسیار انشعابی با همان وزن مولکولی هستند.
ترکیبات انشعابی آسانتر ژل تشکیل می دهند و پایدارتر هستند چون بر هم کنش وسیع در امتداد زنجیر هایشان ممکن نیست. پلی ساکارید های خطی خنثی به آسانی تشکیل فیلم چسبنده روی مواد خشک می دهند و عوامل پوششی خوبی هستند و محلول آنها چسبناک نیست. محلول های پلی ساکاریدی انشعابی به خاطر گیر افتادن وسیع زنجیر های



قیمت: تومان

دسته بندی : پایان نامه

دیدگاهتان را بنویسید

دانشگاه آزاد اسلامی
پایاننامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد در رشتهی
مهندسی علوم و صنایع غذایی
عنوان:
بررسی اثر نانو اکسید روی بر معادلات جذب تعادلی، خواص مکانیکی، فیزیکوشیمیایی و پارامترهای معادلات رشد میکروبی فیلم تهیه شده از قدومه شیرازی
استاد راهنما
دکتر دانیال فدایی
استاد مشاور
نگارنده
دریا عظیمی
مهر 1393
چکیده
زيست كافت بودن (تجزيه پذير بودن زيستي)، خوراكي بودن و كارآمد بودن و سازگاری با محیط زیست فيلم هاي خوراكي سبب شده است كه اين فيلم ها به عنوان جايگزين هاي فيلم هاي سنتزي به طور وسيع مورد مطالعه قرار گيرند. برخی از بزرگ ترین پیشرفتهای حاصل شده در صنعت بسته بندی مواد غذایی مرتبط با فناوری نانو است. قدومه با نام های چشم بلبلی، قدومه شیرازی، قدومه شهری، توذریح، بذرالخمخم، تودری سرخ، آرد سمن و مادردخت نیز شناخته می شود. اگرچه لعاب صمغ قدومه شیرازی قرن هاست که در ایران استفاده می شود اما هیچ کار عملی روی خواص عملکردی و رئولوژیکی آن انجام نشده است. هدف از این پژوهش بررسی اثر نانو اکسید روی بر خواص فیزیکوشیمیایی، مکانیکی، ایزوترم جذب، خاصیت ضد میکروبی و عبور دهی نسبت به بخار آب روی فیلمهای قدومه شیرازی میباشد. در این پژوهش فیلمهای قدومه شیرازی به همراه نانو اکسید روی در غلظتهای 0، 1، 3، و 5 % با استفاده از روش کاستینگ (Solvent Casting) تهیه شد. کلیه خواص فیزیکوشیمیایی، ایزوترم جذب، مکانیکی و عبوردهی نسبت به بخار آب و خاصیت ضد میکروبی به روش استاندارد ملی امریکا انجام شد. مدلهای جذب تعادلی چند جمله ای (مرتبه سوم) و مدل 3 پارامتری جذب تعادلی GAB در دادههای تجربی براز شد. آزمون مکانیکی نانو بایوکامپوزیت فیلمهای قدومه شیرازی / نانو اکسید روی، افزایش استحکام کششی و مدول یانگ، کاهش درصد کشیدگی را به دلیل افزایش غلظت نانو ذرات نشان دادند.. خواص فیزیکوشیمیایی از قبیل میزان جذب آب، محتوای رطوبت، حلالیت و خواص ممانعتی نظیر نفوذ پذیری به بخار آب، با افزایش میزان نانو ذرات کاهش معنی داری ( 05/0 > P)، را نشان دادند. 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 نانو اکسید روی، توانایی آبگریز کردن فیلم را دارند. همچنین فیلمهای قدومه شیرازی حاوی نانو ذرات اکسید روی خاصیت ضد میکروبی خوبی را مقابل اشرشیا کلی از خود نشان دادند. به طور کلی با توجه به بررسی های انجام شده نانو اکسید روی توانایی بهبود خواص اساسی فیلمهای قدومه شیرازی را دارا میباشند و میتوانند به عنوان بسته بندی فعال در صنایع غذایی مورد استفاده قرار گیرند.
واژگان کلیدی : فیلم خوراکی، صمغ، قدومه شیرازی، نانو اکسید روی، خواص مکانیکی، خواص ممانعتی، خواص فیزیکوشیمیایی، خاصیت ضد میکروبی، ایزوترم جذب.
فصل اول: مقدمه
1-1- مقدمه
امروزه پیشرفت و توسعه فن آوری در جهان بر همه ی فعالیت های انسان تأثیر گذار بوده و شیوه زندگی مردم نسبت به گذشته بسیار متفاوت شده است. این پیشرفتها منجر به تغییراتی در تهیه مواد غذایی و عادات مصرف گردیده و نتیجه مثبت آن در تکنولوژی مواد غذایی، سبب ایجاد فرآوری و تکنیک های بسته بندی گردیده است که این شیوه جهت کمک به حصول اطمینان از عرضه مواد غذایی و همچنین آماده سازی و مصرف آن، مورد استفاده قرار میگیرد. در واقع بسته بندی یکی از حساس ترین و تعیین کننده ترین مراحل عرضه و مصرف کالا می باشد و میتواند عامل تمایز از رقبا و نوعی مزیت رقابتی باشد. بسته بندی به عنوان پوشش یا ظرف، جهت حفظ کیفیت غذا، به حداقل رساندن ضایعات مواد غذایی و کاهش استفاده از مواد نگهدارنده در ماده غذایی، مورد استفاده قرار میگیرد. از مهمترین اهداف بسته بندی می توان به طراحی و تولید ظرف یا لفاف برای نگهداری و محافظت از محصول در فاصله تولید تا مصرف در برابر آسیب های فیزیکی و شیمیایی حین ارائه به بازار و مصرف کننده،اشاره نمود (کی منش، 1390). اخیراً به دلیل نگرانی‌های زیست محیطی در ارتباط با پسماند بسته‌بندی‌های پلاستیکی مصنوعی، تلاش‌های بسیاری برای تهیه مواد بسته‌بندی زیست تجزیه‌پذیر از پلیمرهای طبیعی است (مز استاکا1 و همکاران، 2009). 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 میکنند. 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 تلاشهای 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 استفاده از پلاستیکها اثرات مخرب کمتری بر محیط زیست دارند ( پین2 و همکاران، 1992). فیلمهای خوراکی که در ارتباط با مواد غذایی کاربرد دارند زیستتخریبپذیر هستند، یعنی قابلیت تجزیه شدن به عناصر سازنده را به وسیلهی موجودات ذرهبینی خاک دارند ( فیگویرو3 و همکاران، 2004).
مواد استفاده شده برای بسته بندی که از سوخت های فسیلی تولید شده اند عملاً تجزیه ناپذیر می باشند. به همین دلیل مواد بسته بندی غذاها نیز مانند سایر مواد بسته بندی مشکلات جدی رااز لحاظ محیط زیست ایجاد می کنند. در نتیجه مطالعاتی جهت استفاده از بسته بندی های زیست پایه تخریب پذیر انجام گرفته است. حدود 125 میلیون تن سالانه در جهان پلاستیک تولید می شود که حدود 30 میلیون تن آن در بخش بسته بندی مصرف می شود ( مارینیلو4 و همکاران، 2003؛ لین5 و همکاران، 2005). به منظور کاهش ضایعات بسته بندی پلاستیکی زیست تخریب ناپذیر استفاده از پلاستیک های زیست پایه تخریب پذیر مانند نشاسته، سلولز، PLA، ژلاتین و… ضروری میباشد ( الماسی6 و همکاران، 2009؛ ویلهلم7 و همکاران، 2003).
بسته یا پوشش غذا نقش منحصر به فردی در سلامت غذا و در نتیجه مصرف کننده ایفا می کند. مسلم است که بیشتر فرآورده های غذایی با نوعی روش بسته بندی به مصرف کننده می رسد و در نتیجه بسته بندی بخش مهمی در زنجیره غذایی می باشد ( کیم8 و همکاران، 2003). اما مواد بسته بندی قدیمی که از مواد نفتی مشتق شده بودند هیچ یک زیست تخریب پذیر نبوده و از لحاظ زیست محیطی قابل تحمل نیستند و خطرات سلامتی را تحمیل می کنند؛ برای مثال مهاجرت افزودنی های مضر به غذا. زیست تخریب پذیری مواد پلاستیکی سنتزی حاصل از مشتقات نفتی بسیار کند بوده و تجزیه کامل آنها چندین سال به طول می انجامد و این امر باعث افزایش آلودگی های زیست محیطی میگردد. لذا طی سال های اخیر یافتن جایگزینی مناسب برای پلاستیک های سنتزی به طوریکه زیست تخریب پذیری بالایی داشته و آلودگی زیست محیطی کمتری بر جای بگذارد توجه محققین را به خود را جلب کرده است. بیوپلیمرهای خوراکی با زیست تخریب پذیری بالا که از منابع قابل تجدید کشاورزی حاصل میشوند گزینه ای مناسب در این زمینه به شمار می روند. با وجود مزایای مسلم زیست محیطی و پایداری پلیمرهای زیستی این قیمت رو به رشد نفت خام و گاز طبیعی است که عامل محرکه برای سرمایه گذاری 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- پیش زمینه
بسته بندي پوششی است كه سلامت كالاي محتوي خودراپس ازتوليد تا مرحلهي مصرف حفظ مينمايد وبا ايجاد يك مانع فيزيكي بين محصولات غذايي ومحيط خارج بهداشت محصول راتضمين ميكند و عمر كالاي فاسد شونده را افزايش ميدهد. درسالهاي اخیربه علت افزایش مصرف پلاستیکها و با توجه به طول عمربالاي آنها و تقریبا زیست تخریبپذیر1 نبودن آنها، سنتز پلیمرهاي زیست تخریب پذیرافزایش یافته است (قنبرزاده و همکاران، 1388).
در بسته بندی مواد غذایی از مواد مختلفی نظیر شیشه، پلاستیکهای سخت و نیمه سخت، فلزات سخت (قوطیها) استفاده میشود این مواد در اکثر موارد توسط مصرف کننده دور ریخته میشوند (بدیعی و همکاران، 1387). مواد بسته بندی پلیمری که کاربرد گستردهای در صنعت بستهبندی دارند، غیرقابل تجزیه و غیر قابل برگشت به محیط زیست هستند و به همین دلیل، از مهمترین آلایندههای طبیعت محسوب میشوند ( الماسی، 1388 و ایران منش، 1388). از ويژگيهاي مطلوب براي هر بستهبندي، بازيافت آسان آن و ايجاد كمترين خسارت به محيط زيست است. هرساله بالغ بر چند ميليون تن ضايعات پلاستيكي از جمله كيسهها، پاكتهاي پلاستيكي و مواد بسته بندي وارد محيط زيست گرديد و به علت عدم بازگشت به چرخه زيست محيطي باعث ايجاد مشكلات فراوان براي محيط زيست ميشوند. توليد فيلمهاي تجزيهپذير طبيعي وجايگزين نمودن آنها به جاي پلاستيكهاي سنتزي راه حلي براي به حداقل رساندن آثار نامطلوب و زيانآور زبالههاي حاصل از مواد سنتزی است (دارائي وهمكاران، 1388).
بسته بندی های زیست تخریب پذیر که قابلیت خوراکی بودن و مصرف به همراه ماده غذایی را دارند شامل فیلم ها و پوشش های خوراکی می باشند. 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 ( آل حسن و همکاران، 2012).
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 فرآیند 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، 1388).
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، 1388).
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، 1388).
1-3- بیان مسئله
در قرن نوزدهم ایدههای مربوط به صنعت بستهبندی مواد غذایی و محافظت از مواد غذایی ابداع گردید. 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 و پیشرفتهتر 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 راه‌ کارهای جدید بستهبندی فعال و هوشمند 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 زیست تجزیهپذیر درحال انجام است. با این‌ که 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 ( آل حسن9 و همکاران، 2012).
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. اندازه نانو ذرات موجب پراکندگی و توزیع خوب آنها میشود. این نانو کامپوزیتها میتوانند به طور قابل توجهی ویژگیهای مکانیکی، حرارتی، ممانعتی و فیزیکوشیمیایی بهبود یافته ای در مقایسه با پلیمرهای اولیه و کامپوزیت های میکرو سایز مرسوم نشان دهند ( آل حسن10 و همکاران، 2012). 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 ( آل حسن و همکاران، 2012). 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 ضد میکروب ها به درون توده غذا را کاهش دهد. آزاد شدن کنترل شده ضد میکروب ها به سطح غذا امتیازات زیادی نسبت به روش های دیگر مانند فروبری و اسپری کردن دارد (محمدی11 و همکاران، 2012). در این دو فرآیند اخیر ماده ضد میکروبی به سرعت از سطح ماده غذایی به داخل آن نفوذ می کند (منتشر می شود) و در نتیجه خاصیت ضد میکروبی 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 میدهند.
بسته بندی فعال، یک روش بستهبندی جدید غذا در پاسخ به تقاضای مصرف کننده برای سالم بودن است که فعالیت ترکیبات بیولوژیکی مانند عوامل آنتی میکروبی آنتی اکسیدانی، ویتامینها، عوامل طعمدهنده در ترکیبات بستهبندی زیست تخریبپذیر ترکیب میشود ( کارمن12 و همکاران، 2010). در واقع استفاده از بستهبندی فعال، روش نوینی برای نگهداری این نوع ماده غذایی میباشند. بستهبندی فعال به صورت زیر تعریف شده است:
نوعی بستهبندی که علاوه برداشتن خواص بازدارندگی اصلی بستهبندیهای معمولی (بازدارندگی در مقابل گازها و بخار آب و خواص مکانیکی) با تغییر شرایط بستهبندی، ایمنی، ماندگاری و یا ویژگیهای حسی ماده غذایی را بهبود میبخشد و در عین حال کیفیت ماده غذایی حفظ میگردد. تکنولوژی بستهبندی فعال شامل بر هم کنشهایی بین غذا، ماده بستهبندی و اتمسفر گازی داخل بسته میباشد که بایستی در عین حال که کیفیت و امنیت محصول را حفظ میکند، قادر به افزایش ماندگاری آن نیز باشد ( لابوزا و برن13، 1988)
خاصیت ضد میکروبی ترکیبات اکسید روی ازگذشته بسیار دور شناخته شده وکاربردهای فراوانی در ضدعفونی کردن وسایل پزشکی، تصفیه آب، لوسیون ها و پمادهای ضد باکتری دارد. مکانیسم ضد میکروبی نانو ذرات فلزی حاصل از این فلز هنوز دقیقا مشخص نیست. براساس مطالعات محققان این مکانیسم ممکن است به صورت القای تنش اکسیداتیوبه غشای سلول میکروبی به دلیل آزادسازی گونه های اکسیژن فعال (ROS) یا آزاد سازی یون از سطح ذره و اتصال به غشای سلول و انهدام آن باشد. فلز روی در بسیاری از فعل و انفعالات بدن شرکت داشته و برای حفظ سلامتی و طول عمر بدون امراض وجود آن لازم و ضروری است. فلز روی آنتی اکسیدانی است که در واکنشهای اکسیداتیو نقش مهمی دارد. همچنین در افزایش سطح این یون کارکرد صحیح دستگاه ایمنی نقش مهمی دارد. روی عوامل و فلزات سمی وارد شده به بدن را جذب و خنثی میکند. روی در ساختمان بیش از 200 آنزیم شرکت دارد و همچنین به عنوان کاتالیزور در واکنش های بدن عمل می کند. روی در تکثیر سلولی هم مورد استفاده است. در ساختن دزاکسی ریبونوکلوئیک اسید یاDNA نیاز به روی می باشد. مهمترین علت کاهش میزان روی در بدن نقصان دریافت آن از طریق مواد غذایی است. بكارگيري كامپوزيت‌ها به عنوان چالشي بزرگ در زمينها افزايش به كارگيري فيلم‌هاي خوراكي تجزيه‌پذير به شمار مي‌رود اين قبيل تركيبات سبب كاهش پسمانده‌هاي بسته‌بندي، حفظ تازگي ماده غذايي و افزايش دوره ماندگاري آن مي‌شوند. پليمر كامپوزيت آميخته‌اي از ساختار پليمر به همراه افزودني‌هاي آلي و غيرآلي مي‌باشد. ظهور نسل جديدي از كامپوزيت‌ها تحت نام (نانوكامپوزيت) منجر به بهبود برخي ويژگي‌ها، نظير افزايش مقاومت در برابر صدمات مكانيكي، حرارتي، نفوذ حلال و گازها، كاهش وزن بسته، افزايش شفافيت و زمان ماندگاري در مقايسه با انواع تجاري در سطح ميكرو مي‌گردد (سوبرال14 و همکاران، 2001).
فيلمها و پوششهاي خوراكي اي كه از تركيبات مختلف تهيه ميشوند (فيلمهاي مركب)، براي بهتر شدن ويژگيهاي كاربردي فيلم هايي كه از يك نوع تركيب توليد شده و همچنين غلبه بر مشكلات فناوري مربوطه، توسعه يافته اند. بيشترين فيلم هاي مركبي كه مورد مطالعه قرار گرفته اند، آميزه اي از تركيب ليپيدي و ساختار هايي بر پايه هیدروکلوئیدها می باشند ( کمپر و فنما15، 1984؛ گونتارد16 و همکاران، 1994). استفاده رو به رشد هیدروکلوئیدها در صنایع غذایی سبب نیاز به منابع جدید از این محصولات شده است، چرا که هیدروکلوئیدها در سیستم های غذایی بطور گسترده ای برای اهداف متنوعی از قبیل قوام دهندگی، عامل ژل ساز، اصلاح کننده بافت و تثبیت کننده، استفاده می شوند. امروزه برای تأمین کیفیت در پایداری، بافت و ظاهر محصولات غذایی از هیدروکلوئیدها به عنوان ماده افزودنی استفاده می شود، البته سهم حجم مواد تشکیل دهنده بستگی به امنیت در عرضه، کیفیت و قیمت نیز دارد. صمغ دانه ها از افزودنی های مهم در صنعت غذا است ( گلیکسمن17، 1969). قدومه گیاهی است علفی با برگ هایی با بریدگی های نامنظم و گل های کوچک و زرد رنگ (صابری و صداقت، 1384) به ارتفاع 36-6 سانتی متر که توسط بذر تکثیر می شود. میوه این گیاه خورجینک، مدور به قطر 5 تا 7 میلی متر، با سطحی زبر و پوشیده از کرک های ستاره ای است. بذرها به رنگ قهوه ای، گرد و به قطر 75/1 تا 5/2 میلی متر می باشند (راشد محصل و همکارن، 1388). این گیاه بیشتر در نواحی معتدله اروپا و آسیا می روید. قدومه دارویی است لعاب دار که خیس کرده یا جوشانده آن تنها یا مخلوط با داروهای دیگر برای نرم کردن سینه و روده ها بکار می رود (صابری و صداقت، 1384). علاوه بر این غذاهای غنی شده با صمغ دانه قدومه به خوبی مورد استقبال مصرف کنندگان قرار گرفته است و دانش استفاده از این دانه ها برای مصارف دارویی در حال گسترش است (کوچکی و همکاران، 2008). به همین علت در این پژوهش سعی بر آن شده تا با توجه به ارزش و مزایای فیلم های خوراکی تهیه شده تا به امروز و کاربرد دارویی صمغ به دست آمده از بذر دانه قدومه شیرازی، فیلمی بر پایۀ این صمغ تهیه شود.
1-4- اهمیت موضوع
بستهبنديهاي زيست سازگار بر پايه فيلمهاي خوراكي، كه عمدتاً از پلي ساكاريدها، پروتئينها، چربيها و يا تركيبي از آنها ساخته ميشوند، به دليل دارا بودن مواد طبيعي، قابليت تجديدپذيري و عدم ايجاد آلودگيهاي زيست محيطي روز به روز از اهميت خاصي برخوردار ميشوند (آهوناینن18 و همکاران 2003). از دهههای گذشته، علم نانو و دیگر تکنولوژی های مرتبط، تبدیل به تکنولوژی شده اند(نارایانامورتی19،٢۰۰٦). تکنولوژی- های کامپوزیت، با علم نانو ترکیب شدند و منجر به توسعه ی علم و تکنولوژی نانو گردیدند (هاسین و همکاران20، ٢۰۰٦). تلفیق نانو ذرات به داخل مواد کامپوزیت، توجهات زیادی را به سمت خود جلب نمود که به دلیل قابلیت آن، در بهبود خصوصیات پلیمر، مانند؛ خصوصیات حرارتی، مکانیکی و ممانعت کنندگی گازها می باشد (کوریان و همکاران21، ٢۰۰٦). اخیرا، مواد غیرآلی مانند فلز و اکسید فلزات، در پژوهش تکنولوژی نانو، مورد توجه قرار گرفته اند، که این به دلیل توانایی آن ها در مقاومت در شرایط ناملایم می باشد (فو و همکاران22، ٢۰۰٥). در بین اکسید فلزات ZnO، TiO2، MgO و CaO، بیشتر مورد توجه می باشد، زیرا برای انسان و حیوانات ایمن است (لین و همکاران23، b٢۰۰٩؛ استومیتاو و همکاران24، ٢۰۰٢).
بیونانوکامپوزیت ها، تولید جدید نانوکامپوزیت ها را به نمایش می گذارند و شامل ترکیب بیوپلیمرها و یک ماده ی غیرآلی می باشند که حداقل، یک بُعد نانو دارند. بیونانوکامپوزیت ها، یک گروه از مواد دو جزئی با ساختار نانو هستند که مابین تکنولوژی نانو، علم ماده و علم زندگی قرار دارند (اُزین و همکاران25، ٢۰۰٩؛ داردِر و همکاران26، ٢۰۰٧).
پُر کنندههای نانو، واکنش های داخلی عالی ای با انشعابات پلیمری برقرار میکنند، که این به دلیل مساحت سطحی زیاد و سطح بالای انرژی آنها میباشد. بنابراین، بطور معنا داری باعث بهبود خصوصیات پلیمری میگردند (کوواسویک و همکاران27، ٢۰۰٨).
از اکسید روی، بطور وسیعی بعنوان پُر کننده ی عملگرا در جاذب های UV ، برای کاربرد در مواد دارویی، بهداشتی، مواد پوشش دهی و پیگمنت ها استفاده شده است (لی و همکاران28، ٢۰۰٩؛ کومار و سینگ29، ٢۰۰٨؛ یو و همکاران30، ٢۰۰٤). علاوه بر این، استفاده از نانو ذرات اکسید روی، یک روش ماندنی برای جلوگیری از بیماری های عفونی، از طریق اثرات ضد میکروبی اکسید روی میباشد (لی و همکاران، ٢۰۰٩و٢۰١۰؛ راجندرا و همکاران31، ٢۰١۰؛ ژانگ و همکاران32، ٢۰۰٨).
اندازه، مورفولوژی، بلورینگی، ترکیب و شکل ذرات، پارامترهای بحرانی برای خصوصیات اصلی نانو ذرات می باشند (شهرام و عبداله33، ٢۰۰٦؛ یاماموتو34، ٢۰۰١). لین و همکارانش (a٢۰۰٩) گزارش کردند که نانومیله های اکسید روی، مانع فعالیت نوری جذب UV می شوند. با اینکه، گزارش شده است که تلفیق نانو ذرات به داخل فیلم نشاسته، باعث بهبود برخی خصوصیات میگردد (ما و همکاران، ٢۰۰٩؛ یو و همکاران، ٢۰۰٩).
تلاشهایی در مورد توسعهی بیونانوکامپوزیت های دارای خواص حرارتی، مکانیکی و عملگراییِ بهبود یافته، صورت گرفته است که به دلیل ماتریکس یا پُر کننده های نانو ذره می باشد (جیا و همکاران35، ٢۰۰٦؛ چن و همکاران36، ٢۰۰٤). علاوه بر این، مواد بیوپلیمری، بعنوان تکنولوژی سبز37 معروف هستند و زیست تخریب پذیر بوده و با محیط زیست سازگارند و در تکنولوژی های دارویی، بسته بندی غذایی و کشاورزی مورد استفاده قرار می گیرند (شاملی و همکاران38، ٢۰١۰؛ ما و همکاران39، ٢۰۰٩).
1-5- اهداف پژوهش
1-5-1- هدف اصلی
هدف اصلی از این پژوهش، تهیه و ارزیابی فیلم خوراکی بر پایه هیدروکلوئید استخراج شده از صمغ قدومه شیرازی و پیشنهاد یک منبع جدید برای تهیه فیلم های خوراکی و همچنین تهیه و ارزیابی فیلم خوراکی ترکیبی از این صمغ و نانو ذرات اکسید روی می باشد.
1-5-2- اهداف اختصاصی
بررسی اثر نانو اکسید روی بر خواص مکانیکی فیلمهای قدومه شیرازی
بررسی اثر نانو اکسید روی بر خواص فیزیکوشیمیایی فیلمهای قدومه شیرازی
بررسی اثر نانو اکسید روی بر خواص ضد میکروبی فیلمهای قدومه شیرازی
بررسی اثر نانو اکسید روی بر ایزوترم جذب تعادلی رطوبت فیلمهای قدومه شیرازی
1-6- پرسشهای تحقیق
آیا نانو اکسید روی میتواند بر خواص مکانیکی فیلم قدومه شیرازی تاثیر داشته باشد؟
آیا نانو اکسید روی میتواند بر خواص فیزیکوشیمیایی فیلم قدومه شیرازی تاثیر داشته باشد؟
آیا نانو اکسید روی میتواند بر ایزوترم جذب تعادلی فیلم قدومه شیرازی تاثیر داشته باشد؟
آیا نانو اکسید روی میتواند بر خواص ضد میکروبی فیلم قدومه شیرازی تاثیر داشته باشد؟
1-7- محدودیت های تحقیق
در این تحقیق حداکثر غلظت ترکیب نانو اکسید روی به عنوان یک محدود کننده مطرح میگردد. بیشتر از 5 % ترکیب نانو باعث هتروژن نمودن فیلم میشد.
1-8- نمودار تحقیق
شکل 1-1 نمودار تحقیق را برای این پژوهش نشان می دهد.
شکل 1- 1: نمودار فرآیند پژوهش
فصل دوم:
مروری بر پژوهشهای پیشین
2-1- قدومه
Alyssum از کلمه یونانی a به معنی نه و lyssa به معنی بیماری های روانی اقتباس شده است. این جنس دارای گونه های علفی یکساله و چند ساله و نیمه درختچه ای با برگ های ساده و گل های کوچک است. پراکنش آن از مناطق مدیترانه تا سیبری است (امامی و حسینی، 1387).
قدومه گیاهی است یکساله و کوتاه از تیره شب بو (صابری و صداقت، 1384). ارتفاع قدومه 40-30 سانتی متر و بسیار پر شاخ و برگ هستند. برگ ها کرک دار و متقابل، گل ها انتهایی و به صورت چتر، میوه خورجینک، دو خانه ای با دو برگچه که دو کفه آن از قاعده میوه باز می شود. در این میوه چهار بذر گرد، پهن و نوک دار در دو قسمت جداگانه به صورت دوبه دو با پرده ای غشایی از هم جدا می شود (امامی و حسینی، 1387). ساقه آن منشعب و دارای کرک های ستاره ای است (راشدمحصل و همکاران، 1388). میوه قدومه از 30 تا 100 دانه تشکیل شده است، درشتی این دانه ها به اندازه یک نیمه عدس می باشد که پهن، گرد و سه قسم دارد: سرخ، زرد و سفید. سرخ رنگ آن را در اصفهان قدومه یا تودری سرخ می گویند. نارس این دانه ها سبز است که پس از رسیدن و خشک شدن به رنگ زرد خرمایی در می آید. قدومه با اسامی عمومی تودری، توذریج، قدامه، بذرالخمخم، بذرالهوه خوانده می شود اما نام علمی آن قدومه شیرازی و قدومه شهری است (صمصام شریعت، 1386). انتشار عمومی این گیاه در کشورهای مصر، عربستان، فلسطین، ایران، پاکستان و عراق است.
شکل 2- 1: نمایی از گیاه قدومه
2-1-1- عوامل محیطی
بذر قدومه در خاک های سبک و سنگریزه دار به خوبی سبز شده و در خاک های سنگین از درصد سبز کشتزار کاسته می شود. این گیاه به خشکی خاک و هوا متحمل است و در بارندگی به هنگام رسیدن حساس است. سله خاک از موقع سبز شدن گیاهچه ها خسارت زیادی می زند (امامی و حسینی، 1387).
2-1-2- کاشت
در تکثیر قدومه، رایج ترین روش استفاده از بذر است. در مناطق مختلف ایران در زمین های بایر تهران، قزوین، اصفهان و شیراز و در مناطق استپی و نیمه خشک می روید (کریمی، 1374). چنانچه تاریخ کشت در مهر ماه انتخاب شود طی 2 تا 3 روز گیاه سبز می شود و چنانچه در آذر ماه کشت صورت گیرد، طی 5 تا 6 روز گیاه از خاک بیرون می آید. بذر لازم برای کاشت، از 7 تا 30 کیلوگرم برای هر هکتار، بسته به شرایط آب و هوایی و خاک متفاوت است. کاشت بصورت کرتی (درهم یا ردیفی) انجام می شود و پس از آن با دو آبیاری به فاصله یک شبانه روز، گیاه سبز می شود، تا شروع پر شدن دانه ها (پس از گل دهی) نیازی به آبیاری نیست.
2-1-3- برداشت
گل دهی گیاه 3 ماه و رسیدن بذر حدود 6 ماه پس از کاشت است. تأخیر در برداشت موجب ریزش بذر می شود، بنابراین با رسیدن 20 درصد میوه ها، اقدام به برداشت می شود. رسیدن محصول قدومه، همزمان با برداشت جو در هر منطقه است. برداشت محصول به 15 کارگر در هکتار نیاز دارد و بارندگی در زمان برداشت خسارت زیادی به این محصول وارد می کند. محصول به دست آمده از هر هکتار حدود 1000 تا 1500 کیلوگرم است. برداشت بذر با ریشه کن کردن بوته ها و خشک کردن آنها بر روی سطح صاف یا پارچه انجام می شود (امامی و حسینی، 1387). بهترین زمان برداشت این محصول تیر و مرداد ماه می باشد (آخوند زاده و همکاران، 1379).
2-1-4- ترکیبات شیمیایی
در انواع قدومه، دانه دارای مواد روغنی به مقدار 30-15 درصد است. روغن مذکور از گلیسریدهای اسیدهای اولییک، پالمتیک، اروسیک و لینولئیک تشکیل شده است.
2-1-5- مواد موثر دارویی
موسیلاژ، پکتین، دکسترین، میروزین و به مقدار کم روغن فرار (صمصام شریعت، 1386).
2-1-6- موارد مصرف و خواص درمانی
میوه قدومه در آب لعابی می دهد که کاربرد دارویی دارد. از بذر قدومه در درمان بیماری های تنفسی، گلو درد و سرفه استفاده می شود. قدومه از نظر طبیعت طبق نظر حکمای طب سنتی گرم و تر است. از نظر خواص اشتها آور است، دم کرده آن در سرکه برای چاق شدن، افزایش اشتها و رنگ صورت مفید است. ضماد کوبیده آن با آب برای سرطان های داخلی و مالیدن آن با عسل به چشم برای رفع زخم چشم و پاک کردن چرک آن مفید است. برای اخراج خلط غلیظ و لزج سینه و ریه و تحلیل ورم های سفت عقب گوش، پستان، بیضه ها و رفع ناراحتی سموم مفید است. دانه این گیاه طعم تند دارد و اخیرا به جای فلفل از آن استفاده به عمل می آید (زرگری، 1371). در پزشکی سنتی از قدومه به عنوان لینت بخش، مقوی، سنگ شکن، ضد اسکوربوت و گرفتگی صدا استفاده می شود.
2-1-7- عوارض جانبی در اثر مصرف
به دلیل داشتن فعالیت ضد تیروئیدی ممکن است در برخی افراد ایجاد گواتر نماید. مصرف مقدار زیاد آن ممکن است باعث نفخ و بزرگی شکم شود و حتی خطر انسداد روده را هم به دنبال داشته باشد.
2 تا 4 گرم، سه بار در روز به صورت دم کرده. باید توجه داشت که همراه دانه های قدومه مقدار زیادی آب (حداقل 2 لیوان) مصرف گردد (صمصام شریعت، 1386).
2-1-8- تیره شب بو
گیاهان این خانواده بالغ بر سه هزار گونه می باشند. گیاهان اغلب یکساله و یا دو ساله اند (لرزاده، 1388). از اختصاصات این گیاهان آن است که عموما علفی هستند و به ندرت در بین آنها نمونه هایی با اعضای چوبی شده می توان یافت. بعضی از این گیاهان در هر آب و هوایی یافت می گردند و به همین علت نیز آنچنان پراکندگی حاصل کرده اند که حتی در دور افتاده ترین نقاط کره زمین می توان آنها را یافت. بر عکس عده ای از آنها بر اثر سازش با محیط های خاص، همیشه در شرایط آب و هوایی مشخص به سر می برند (زرگری، 1371). برگ های آنها غالبا متناوب، ساده یا منقسم و بدون گوشواره اند. گل آذین از نوع خوشه که در انتها کم و بیش حالت دیهیم به خود می گیرند. گل ها منظم، کامل و نر و ماده با گل های تحتانی. کاسبرگ ها 4 عدد و در دو ردیف و گلبرگ ها 4 عدد و صلیب مانند و کاسبرگ ها و گلبرگ ها از هم جدا می باشند. پرچم ها 6 عدد و در دو ردیف خارجی شامل دو پرچم کوتاه و ردیف داخلی 4 پرچم بلند دارد که این حالت را اصطلاحا تترا دینام می گویند. مادگی شامل دو برچه پیوسته و تخمدان فوقانی که در ابتدا یک خانه بوده ولی بعدا به علت پیدایش جدار عرضی دو خانه می شود. تمکن در گیاهان این خانواده کناری و میوه از نوع خورجین و یا خورجینک می باشد (راشدمحصل و همکاران، 1388) که در اغلب آنها با 4 شکاف طولی باز می شود. در میوه های سیلیک طول میوه از 3 برابر عرض آن بیشتر است مانند شب بو ولی در میوه های سیلیکول طول میوه از 3 برابر عرض آن کمتر است مانند قدومه. دانه در گیاهان این خانواده آلبومن دار و جنین دانه خمیده می باشد (لرزاده، 1388). گیاهان این تیره بیشتر خاص مناطق معتدله اند. در انساج مختلف بعضی از گیاهان تیره شب بو، گلوکوزیدهایی به وجود می آید که بر اثر هیدرولیز اسانس گوگرددار از آنها نتیجه می شود. عمل هیدرولیز نیز بر اثر مداخله فرمان مخصوصی به نام میروزین و مجاورت با آب در آنها صورت می گیرد. مصرف عده زیادی از گیاهان این تیره به علت وجود گلوکوزید و اسانس های گوگرددار در آنهاست، بر اثر وجود همین مواد است که در تغذیه نیز به کار می روند و یا به مصرف درمانی می رسند. بعضی از این گیاهان، دانه های روغن دار، دارند و از آنها روغن های مختلف برای مصرف تغذیه، درمانی و یا صنعتی تهیه می گردد (زرگری، 1371).
2-2- هیدروکلوئید
صمغ های محلول در آب هیدروکلوئید نامیده می شوند که در غذاها و ترکیبات شیمیایی و کاربردهایی که قبلا ثبت شده اند استفاده می شود. از نظر شیمیایی می توانند پلی ساکارید باشند مانند صمغ عربی، گوار، کربوکسی متیل سلولز، کارآگینان، نشاسته، پکتین و یا پروتئین هستند مانند ژلاتین (کوچکی و همکاران، 2008). هیدروکلوئیدها بطور گسترده موجب ایجاد ویژگی های متعددی از قبیل thickening و gelling در محلول های آبی شده، موجب پایداری فوم ها، امولسیون ها و دسپرسیون ها شده، از تشکیل کریستال های یخ و شکر جلوگیری کرده و در آزاد شدن طعم نقش دارند (نصیری پور، 1391). هیدروکلوئیدها پلیمرهای در حال تعامل با آب هستند که مقدار کالری پایینی دارند و تولید آنها به خصوص در توسعه غذاهای رژیمی مفید است. هیدروکلوئیدها بطور مستقیم در طعم، مزه و عطر مواد غذایی تأثیر ندارند اما در تشکیل ژل، احتباس آب، امولسیفایر و نگهداری ترکیبات آروماتیک نقش مهمی را ایفا می کنند. صنایع غذایی به ویژه در سالهای اخیر شاهد افزایش چشمگیری در استفاده از هیدروکلوئیدها بوده است. برخی از هیدروکلوئیدها در غلظت های کمتر از 1% به صورت معنی داری سبب تأثیر بر بافت و خواص ارگانولپتیک مواد غذایی می شوند )ویلیامز و فیلیپس، 2000 : دیکینسنون، 2003). هیدروکلوئید در فرمولاسیون بسیاری از محصولات غذایی مانند نان، سس، شربت، بستنی و غذاهای فوری وجود دارد (کوچکی و همکاران، 2008). خواص رئولوژیکی هیدروکلوئیدها در محلول بستگی به فاکتورهای زیادی از جمله غلظت ترکیب فعال، دما، درجه انتشار بار الکتریکی، حضور یا عدم حضور هیدروکلوئیدهای دیگر دارد. هیدروکلوئیدهای گیاهی نسبت به نوع حیوانی آن بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند. در دهه گذشته تلاش های قابل توجهی در قابلیت ساختار جدید به منظور به حداکثر رساندن اثربخشی هیدروکلوئیدها و تولید فرمولاسیون های جدید اختصاص داده شده است. با این حال هنوز در بازار تقاضا برای استفاده از منبع جدید هیدروکلوئیدهای گیاهی با قابلیت های خاص در سیستم های غذایی و شیمیایی وجود دارد. بعضی از گیاهان در مناطق مختلف ایران پلی ساکاریدهای با ارزشی دارند. دانه های استخراج شده از این گیاهان می تواند به عنوان منبع هیدروکلوئید جدید مورد استفاده قرار بگیرد. برای مثال دانه های گیاهان شناخته شده مانند قدومه شیرازی، قدومه شهری، عصاره شاهی، ریحان، بارهنگ و مریم گلی بطور سنتی با توجه به اثرات ارزشمند پزشکی خود صدها سال است که استفاده می شوند (رضوی و همکاران، 2013). این ترکیبات در غلظت های بسیار کم گاها کمتر از یک درصد بر ویژگی های بافتی و ارگانولپتیک محصولات اثرات زیادی دارند، برای مثال در خوراک لوبیا جهت افزایش ویسکوزیته از نشاسته ذرت استفاده می شود در حالی که در سس های شیرین و ترش از صمغ گوار استفاده می شود. در بسیاری از دسرها و سس مایونز از زانتان به عنوان thickener استفاده می شود. در سس مایونز از زانتان و گوار بطور همزمان جهت کاهش میزان چربی استفاده می شود، در ماست از ژلاتین معمولا استفاده می شود. در مرباها بیشتر از پکتین استفاده می شود. هیدروکلوئیدهای متعددی به عنوان جایگزین چربی در صنعت توسعه پیدا کرده اند. بازار جهانی هیدروکلوئیدها در حدود 4/4 میلیارد دلار با حجم تولید 260 هزار تن است و رشد آنها در حدود 3-2 درصد است. (نصیری پور، 1391). انتخاب نوع هیدروکلوئید تحت تأثیر خواص عملکردی قرار می گیرد، اما بدون شک پارامتر قیمت نیز عامل تأثیرگذار مهمی می باشد )ویلیامز و فیلیپس، 2000 : دیکینسنون، 2003).
2-3- صمغ
صمغ ها هیدروکلوئیدهایی هستند که با جذب آب سبب افزایش ویسکوزیته و در نتیجه پایداری برخی از سیستم های غذایی می شوند، از این نظر کاربرد گسترده ای در بسیاری از فرآورده های غذایی دارند (فاطمی، 1389). تقسیم بندی صمغ ها و موسیلاژ به این دلیل است که اولین بار که آنها را از پلی ساکارید ها جدا کردند محلول آنها حالت لیزی داشت که صمغ (Gum) نامیده شدند و دسته ای دیگر که محلول های آنها حالت لزج و چسبناک داشت موسیلاژ نامیده شد. اما این ترکیبات پلی ساکاریدی بر حسب تغییرات ایجاد شده در ساختمان شان می توانند به هر دو شکل لیز و چسبناک وجود داشته باشند.
صمغ ها بطور وسیع در صنایع غذایی برای تهیه ژل و به عنوان پایدار کننده و عوامل سوسپانسیون مورد استفاده قرار می گیرند (رویان). علاوه بر این، به کارگیری آنها در مواردی اجازه می دهد که بتوان فرمولاسیون یا اجزاء تشکیل دهنده یک فرآورده غذایی مشخص را به میزان بسیار تغییر داد. به عنوان مثال در سال های اخیر با به کارگیری صمغ، سس های سالادی تولید می شوند که در حین برخورداری از کیفیتی خوب، اساسا فاقد روغن هستند، بنابراین از نظر تغذیه ای ارزشمند می باشند (فاطمی، 1389). صمغ ها از منابع مختلفی بدست می آیند و شامل صمغ های ترشحی، صمغ های جلبکی، دانه ای، میکروبی و مشتقات نشاسته و سلولز هستند. تمام این مواد مولکول های هیدروفیلیک دارند که می توانند با آب برای تشکیل محلول های ویسکوز یا ژل ها ترکیب شوند. ماهیت مولکول ها تا حد زیادی بر روی خواص صمغ ها تأثیر می گذارد. مولکول های پلی ساکاریدی خطی فضای بیشتری را اشغال می کنند و ویسکوزتر از مولکول های بسیار انشعابی با همان وزن مولکولی هستند.
ترکیبات انشعابی آسانتر ژل تشکیل می دهند و پایدارتر هستند چون بر هم کنش وسیع در امتداد زنجیر هایشان ممکن نیست. پلی ساکارید های خطی خنثی به آسانی تشکیل فیلم چسبنده روی مواد خشک می دهند و عوامل پوششی خوبی هستند و محلول آنها چسبناک نیست. محلول های پلی ساکاریدی انشعابی به خاطر گیر افتادن وسیع زنجیر های



قیمت: تومان

دسته بندی : پایان نامه

دیدگاهتان را بنویسید