دانشگاه آزاد اسلامي
واحد شاهرود
گروه آموزشي مهندسي شيمي
پايان نامه براي دريافت درجه کارشناسي ارشد ” M. Sc ”
گرايش: صنايع غذايي
عنوان:
بررسي خواص اساسي بايو نانو کامپوزيت نشاسته تاپيوکا / نانو دي اکسيد تيتانيوم و اثر آن بر پارامترهاي رشد ميکروبي اشريشيا کلي
استاد راهنما:
دکتر عبدالرضا محمدي نافچي
نگارش:
شيرين ورهرام
تابستان 1393
Islamic Azad University
Shahrood Branch
Faculty of Engineering, Department of Chemical Engineering
Subject:
The basic properties of tapioca starch bayvnenvkampvzyt / nano titanium dioxide and its effect on microbial growth parameters of E.coli
Main Supervisor:
Abdorreza Mohamadi Nafchi, PhD
By:
Shirin Varahram
October 2014
سپاسگزاري
سپاسگزار کساني هستم که سرآغاز تولد من هستند. از يکي زاده ميشوم و از ديگري جاودانه.
استادي که سپيدي را بر تخته سياه زندگيم نگاشت و پدر و مادري که تار مويي از آنها بپاي من سياه نماند.
بي شک من در اين دفتر به قدر پيمانه خويش برداشته ام و به قدر ديده خويش ديده ام و قسمت يک روزه اي را در اين کوزه کرده ام و ماحصل کار مسلماً همانند محصولات بشري ديگر خالي از خلل نخواهد بود. لکن اگر در خطي خطايي هست و در نقطه اي، نکته اي مغفول مانده مسبب و مسئول آن تنها راقم است و اگر حسني و برکتي در آن نهفته محصول و معلول راهنمايي بزرگان بحر نوش طوفان آشاميست که در طي سالها از هيچ کمکي دريغ نکرده اند…
فهرست مطالب
سپاسگزاري‌د
فهرست مطالب‌ه
فهرست اشکال‌ط
فهرست جداول‌ك
چکيده1
فصل اول2
1-1- مقدمه3
1-2- پيش زمينه5
1-3- بيان مسئله6
1-4- اهميت موضوع8
1-5- اهداف تحقيق11
1-5-1- هدف اصلي11
1-5-2- اهداف اختصاصي11
1-6- پرسشهاي تحقيق12
1-7- محدوديتهاي تحقيق12
1-8- نمودار تحقيق12
فصل دوم14
2-1- معرفي نشاسته و نشاسته تاپيوکا14
2-1-1- ترکيب و ساختار نشاسته14
2-1-2- نشاسته تاپيوکا17
2-1-2-1- مرفولوژي گياه کاساوا18
2-1-2-2- فرآوري و تبديل کاساوا20
2-2- نانو تکنولوژي21
2-3- بايو نانو تکنولوژي22
2-4- کامپوزيت23
کامپوزيت‌هاي سبز(کامپوزيت‌هاي زيست‌تجزيه‌پذير)23
2-5- تعريف نانو کامپوزيت24
2-6- تعريف بايو نانو کامپوزيت24
2-7- فلز تيتانيوم25
2-7-1- نانو دي اکسيد تيتانيوم26
2-8- فيلم هاي خوراکي26
2-9- پوشش ها و فيلم هاي خوراكي27
2-10- بسته بندي فعال29
2-11- بسته بندي نانو30
2-12- بسته بندي ضد ميكروبي31
2-12-1- انواع بسته بندي هاي ضد ميكروبي32
2-12-2- مزاياي استفاده از بسته بندي هاي ضد ميكروبي32
2-12-3- معايب استفاده از بسته بندي هاي ضد ميكروبي33
2-13- پلاستي سايزرها33
2-14- روشهاي توليد فيلم34
2-15- ارزيابي خواص فيلم هاي خوراکي35
2-15-1- خواص ممانعتي35
2-15-2- خواص مکانيکي37
2-16- خواص ضد ميکروبي39
فصل سوم44
3-1- مواد46
3-2- روش تهيه فيلمهاي نانو بايوکامپوزيتي47
3-3 – ضخامت فيلم48
3-4- آناليز فيلم48
3-4-1- ويژگي هاي مکانيکي49
3-4-2- رنگ سنجي50
3-4-3- نفوذ پذيري بخار آب (WVP)51
3-4-4- حلاليت فيلم ها52
3-4-5- ظرفيت جذب آب (WAC)52
3-4-6- نفوذ پذيري به اکسيژن53
3-4-7- خاصيت ضد ميکروبي53
3-5- تجزيه و تحليل آماري54
فصل چهارم55
4-1- ارزيابي کيفي فيلم زيست تخريب پذير خوراکي56
4-1- 1- بررسي اثر نانو دي اکسيد تيتانيوم بر خواص ظاهري فيلمهاي نشاسته تاپيوکا56
4-1-2- بررسي اثر نانو دي اکسيد تيتانيوم بر ضخامت فيلمهاي نشاسته تاپيوکا56
4-2- بررسي اثر نانو دي اکسيد تيتانيوم بر خواص مکانيکي فيلمهاي نشاسته تاپيوکا57
4-3- بررسي اثر نانو دي اکسيد تيتانيوم بر خواص فيزيکوشيميايي فيلمهاي تاپيوکا60
4-3-1- قابليت ميزان جذب آب60
4-3-2- حلاليت در آب61
4-4- بررسي اثر نانو دي اکسيد تيتانيوم بر خواص ممانعتي فيلمهاي تاپيوکا63
4-3-1- تعيين ميزان نفوذ پذيري به بخار آب63
4-4-2- نفوذ پذيري نسبت به بخار اکسيژن64
4-5- مشخصه هاي رنگي66
4-6- بررسي اثر نانو ذرات بر خواص ضد ميکروبي فيلمهاي نشاسته تاپيوکا67
فصل پنجم70
5-1- نتيجه گيري71
5-2- پيشنهادات71
منابع و مراجع73
English abstract81
فهرست اشکال
شکل 1- 1: نمودار فرآيند تحقيق13
شکل 2- 1: ساختمان شيميايي نشاسته16
شکل 2- 2: ريشه کاساوا18
شکل 4- 1: رنگ فيلمهاي نشاسته تاپيوکا با غلظت هاي متفاوت ( %0 و 5%) نانو دي اکسيد تيتانيوم.56
شکل 4- 2: نمودار مقاومت به کشش فيلمهاي نشاسته تاپيوکا با غلظتهاي مختلف نانو دي اکسيد تيتانيوم.59
شکل 4- 3: نمودار درصد کشيدگي فيلمهاي نشاسته تاپيوکا با غلظتهاي مختلف نانو دي اکسيد تيتانيوم.59
شکل 4- 4: نمودار مدول يانگ فيلمهاي نشاسته تاپيوکا با غلظتهاي مختلف نانو دي اکسيد تيتانيوم.60
شکل 4- 5: ميزان جذب آب فيلمهاي نشاسته تاپيوکا، با غلظتهاي مختلف نانو دي اکسيد تيتانيوم.61
شکل 4- 6: ميزان حلاليت در آب فيلمهاي نشاسته تاپيوکا، با غلظتهاي مختلف نانو دي اکسيد تيتانيوم.63
شکل 4- 7: ميزان نفوذ پذيري به بخار آب فيلمهاي تاپيوکا با غلظتهاي مختلف نانو دي اکسيد تيتانيوم64
شکل 4- 8: ميزان نفوذ پذيري به اکسيژن فيلمهاي تاپيوکا با غلظتهاي مختلف نانو دي اکسيد تيتانيوم66
شکل 4- 9: سنتيک رشد ميکروبي در فيلم نشاسته تاپيوکا با غلظتهاي مختلف نانو دي اکسيد تيتانيوم.69
شکل 4- 10: اثر نانو دي اکسيد تيتانيوم بر سنتيک رشد ميکروبي (اشريشيا کلي ) فيلمهاي نشاسته تاپيوکا.69
فهرست جداول
جدول 2- 1: گياه شناسي گياه کاساوا18
جدول 2- 2: آناليز ريشه کاساوا و سيب زميني ] 68[.19
جدول 4- 1: ميانگين ضخامت فيلمهاي شاهد نشاسته تاپيوکا و نمونههاي حاوي نانو دي اکسيد تيتانيوم.57
جدول 4- 2: پارامترهاي رنگ سنجي از فيلم نشاسته تاپيوکا با غلظتهاي مختلف نانو دي اکسيد تيتانيوم.66
چکيده
برخي از بزرگ ترين پيشرفتهاي حاصل شده در صنعت بسته بندي مواد غذايي مرتبط با فناوري نانو است. در اين کار پژوهشي توليد و ارزيابي ويژگيهاي فيلمهاي خوراکي بر پايه نشاسته تاپيوکا حاوي نانو ذرات دي اکسيد تيتانيوم مورد ارزيابي قرار گرفت. در اين پژوهش فيلمهاي نشاسته تاپيوکا به همراه نانو ذرات دي اکسيد تيتانيوم در غلظتهاي 0، 1، 3، و 5 % با استفاده از روش کاستينگ (Solvent Casting) تهيه شد. کليه خواص فيزيکوشيميايي، مکانيکي و عبوردهي نسبت به بخار آب و اکسيژن به روش استاندارد ملي امريکا انجام شد. آزمون مکانيکي نانو بايوکامپوزيت فيلمهاي نشاسته تاپيوکا / نانو دي اکسيد تيتانيوم، افزايش استحکام کششي و مدول يانگ، کاهش درصد کشيدگي را به دليل افزايش غلظت نانو ذرات نشان دادند. خواص فيزيکوشيميايي ( ميزان جذب آب و حلاليت ) و خواص ممانعتي ( نفوذ پذيري نسبت به بخار آب و اکسيژن )، با افزايش ميزان نانو ذرات دي اکسيد تيتانيوم کاهش معني داري ( 05/0 > P)، را نشان دادند. فيلمهاي خوراکي نشاسته تاپيوکا ساپورت شده باTio2 خواص ضد ميکروبي خوبي را در مقابل باکتري اشريشا کلي، از خود نشان دادند. که اين موضوع بيانگر خاصيت ضد ميکروبي نانو ذرات دي اکسيد تيتانيوم است. به طور کلي با توجه به بررسيهاي انجام شده نانو دي اکسيد تيتانيوم توانايي بهبود خواص اساسي فيلمهاي نشاسته تاپيوکا را دارا ميباشند و ميتوانند به عنوان فيلم خوراکي و بسته بندي فعال در صنايع غذايي مورد استفاده قرار گيرند.
واژگان کليدي : فيلم خوراکي تاپيوکا، نانو دي اکسيد تيتانيوم، خواص مکانيکي، خواص ممانعتي، خواص فيزيکوشيميايي، خواص ضد ميکروبي.
فصل اول
کليات
1-1- مقدمه
بسته يا پوشش غذا نقش منحصر به فردي در سلامت غذا و در نتيجه مصرف کننده ايفا ميکند. مسلم است که بيشتر فرآورده هاي غذايي با نوعي روش بسته بندي به مصرف کننده ميرسد و در نتيجه بسته بندي بخش مهمي در زنجيره غذايي ميباشد ]52[. اما مواد بسته بندي قديمي که از مواد نفتي مشتق شده بودند هيچ يک زيست تخريب پذير نبوده و از لحاظ زيست محيطي قابل تحمل نيستند و خطرات سلامتي را تحميل مي کنند براي مثال مهاجرت افزودني هاي مضر به غذا. زيست تخريب پذيري مواد پلاستيکي سنتزي حاصل از مشتقات نفتي بسيار کند بوده و تجزيه کامل آنها چندين سال به طول مي انجامد و اين امر باعث افزايش آلودگي هاي زيست محيطي مي گردد. لذا طي سال هاي اخير يافتن جايگزيني مناسب براي پلاستيک هاي سنتزي بطوري که زيست تخريب پذيري بالايي داشته و آلودگي زيست محيطي کمتري بر جاي بگذارد توجه محققين را به خود را جلب کرده است. بيوپليمرهاي خوراکي بازيست تخريب پذيري بالا که از منابع قابل تجديد کشاورزي حاصل مي شوند گزينه اي مناسب در اين زمينه به شمار مي روند. با وجود مزاياي مسلم زيست محيطي و پايداري پليمرهاي زيستي اين قيمت رو به رشد نفت خام و گاز طبيعي است که عامل محرکه براي سرمايه گذاري اقتصادي در اين زمينه است. اين موضوع و دو عامل محرکه تلاش براي بازيافت بيشتر ضايعات و همچنين ثبات محيط زيست و مديريت کشاورزي اين ضرورت را ايجاد مي کند که تغييري به سمت پلاستيک هاي زيستي صورت گيرد ]6[.
اخيراً به دليل نگراني‌هاي زيست محيطي در ارتباط با پسماند بسته‌بندي‌هاي پلاستيکي مصنوعي، تلاش‌هاي بسياري براي تهيه مواد بسته‌بندي زيست تجزيه‌پذير از پليمرهاي طبيعي است ] 74[.
نوع بسته‌بندي عامل مهمي جهت افزايش زمان نگهداري و حفاظت از غذاهاي فاسدشدني است، به ويژه در مورادي که تخريب اکسايشي و ميکروبيولوژيکي در آنها رخ مي‌دهد. پيشتر اکثر مواد بسته‌بندي ريشه مصنوعي داشتند، اما امروزه به دلايل زيست محيطي، تلاش‌هاي روزافزوني جهت يافتن مواد خوراکي زيست‌تجزيه‌پذير صورت مي‌گيرد، که اين مواد نيز درصورت امکان حاصل بازيابي صنايع و منابع تجديدپذير هستند. حساسيت مشابهي را مي‌توان در تحقيقات علمي اخير مشاهده نمود که تمرکزشان بر فيلم‌هاي زيست‌تجزيه‌پذير و يا خوراکي، و مراجع و مآخذ بسياري در ارتباط ژلاتين خالص يا مخلوط شده با ساير مواد بيو پليمري دارند ]75[.
امروزه بخش بزرگي از مواد استفاده شده در صنعت بسته بندي از فرآوردهاي نفتي و پتروشيمي به دست ميآيند که غير قابل تجزيه در طبيعت بوده و مشکل زيست محيطي ايجاد ميکنند. از اين رو محققين همواره به دنبال راه حلهايي براي اين موضوع ميباشند. رشد روز افزون محصولات زيستي و توسعه تکنولوژيهاي نوين سبب کاهش وابستگي به استفاده از سوختهاي فسيلي گرديده است. در چند دهه اخير ميزان توجه و علاقه افراد به استفاده از بيوپليمرها به دليل افزايش بيشتر آگاهي مصرف کنندگان، افزايش قيمت نفت خام، افزايش آلودگيهاي زيست محيطي و تجزيه ناپذير بودن پليمرهاي نفتي و توجه به گرماي جهاني افزايش يافته است و سبب شده تلاشهاي فراواني در جهت توليد مواد بستهبندي با منشا طبيعي(پروتئين،چربي و کربوهيدرات) به صورت فيلم يا پوشش صورت گيرد. اينگونه بيوپليمرها در مقايسه با استفاده از پلاستيکها اثرات مخرب کمتري بر محيط زيست دارند ]80[.
لايه خوراکي، لايه نازکي از ماده زيستي است که صنايع بسته بندي را به خود جلب کرده است، چون مانع از رطوبت، اکسيژن و حرکت محلول مواد غذايي مي شود.از ميان لايه هاي خوراکي بر مبناي پروتئين، لايه ژلاتين به خاطر فرآورده هاي خوراکي و دارويي مانند اجزاي روکش کپسول، گوشت و سوسيس مورد توجه قرار گرفته است ]58[.
ساليان طولاني است که از پوششهاي خوراکي جهت نگهداري بهتر محصولات غذايي و افزايش جذابيت ظاهري آنها استفاده ميشود، به عنوان مثال از دوران باستان چينيها پرتقال و ليموهاي تازه را با لايهي نازکي از موم ميپوشاندند تا خشک شدن آنها به تعويق بيافتد. استفاده از فيلمهاي خوراکي در بستهبندي موادغذايي اولين بار در سال 1895 توسط ماريس و پارکر انجام گرفت. آنها از فيلمهاي ژلاتيني براي نگهداري گوشت استفاده کردند. از سال 1930 استفاده از مومهاي پارافينه مذاب براي پوشش دادن مرکبات تجاري شد و در اواخر دهه 1950 امولسيونهاي روغن در آب جهت پوششدادن ميوهها و سبزيها بکار رفت ]50[.
1-2- پيش زمينه
بسته بندي هاي زيست تخريب پذير که قابليت خوراکي بودن و مصرف به همراه ماده غذايي را دارند شامل فيلم ها و پوششهاي خوراکي ميباشند. فيلم هاي خوراکي لايه هايي از مواد قابل هضم هستند که به عنوان پوشش مواد غذايي(پوشش هاي خوراکي) و يا به عنوان مانعي بين غذا و ساير مواد و يا محيط ها استفاده ميشوند. پوششهاي خوراکي قابل تجزيه به وسيله ميکروارگانيسم ها مصرف شده و به ترکيبات ساده تبديل ميشوند. پلي ساکاريد هايي مانند کيتوزان، نشاسته و سلولز، پروتئين هايي مانند زئين و کلاژن و چربي هايي مانند تري گليسيريدها و اسيدهاي چرب ميتوانند به عنوان فليم هاي خوراکي استفاده شوند. فيلمهاي پلي ساکاريدي قيمت پاييني دارند اما مانع مناسبي در برابر نفوذ رطوبت نيستند. فيلمهاي پروتئيني داراي قابليت هاي مفيدي مثل شکل پذيري در فرآيند، خاصيت ارتجاعي و ممانعت خوب در برابر نفوذ اکسيژن هستند (نظير پلي ساکاريدها) اما عبورناپذيري آنها در برابر نفوذ آب ضعيف است مانند پلي ساکاريدها. فيلمهاي چربي خواص نفوذ ناپذيري خوبي در برابر رطوبت دارند اما مقاومت آنها در برابر عبور اکسيژن و خصوصيات مکانيکي شان ضعيف است. اکسيژن بالا در بسته بندي غذا به رشد ميکروب، حذف طعم و بوي ايجاد شده، تغيير رنگ و از بين رفتن غذا کمک ميکند و علت عمده کاهش زمان نگهداري غذاها به شمار مي رود. بنابراين کنترل سطح اکسيژن در بسته بندي غذا امري مهم تلقي ميشود. بخار آب تشکيل شده در داخل بسته بندي باعث رشد ميکرواگانيسمها و در نتيجه از بين رفتن کيفيت غذا و کاهش زمان ماندگاري ميگردد. يکي از راه هاي رفع اين نقايص در فيلمهاي پليمري زيستي ايجاد ترکيب هايي از آنها با نانو ذرات است که موجب تحقيق و توسعه نانو کامپوزيت هاي زيستي شده است. استفاده از نانو تکنولوژي دراين پليمرها ممکن است امکانات جديدي را براي بهبود نه تنها ويژگيها بلکه به طور همزمان بهبود ارزش، قيمت و راندمان را سبب شود. اندازه نانو ذرات موجب پراکندگي و توزيع خوب آنها ميشود. اين نانو کامپوزيت ها ميتوانند به طور قابل توجهي ويژگيهاي مکانيکي، حرارتي، ممانعتي و فيزيکوشيميايي بهبود يافته اي در مقايسه با پليمرهاي اوليه و کامپوزيت هاي ميکرو سايز مرسوم نشان دهند ]18[. رشد ميکروب ها روي سطح مواد غذايي دليل اصلي فساد مواد غذايي و بيماريزايي در مصرف کننده مي باشد. به اين دليل تلاش هاي زيادي براي تيمار اين سطوح به روش هاي گوناگون مانند اسپري يا غوطه ور کردن در مواد نگهدارنده مختلف صورت گرفته است. فيلمهاي خوراکي به تنهايي و يا همراه با مواد ضد ميکروبي، موجب مهار رشد باکتريها در سطح مواد غذايي و در نتيجه فساد آنها ميشوند. فناوري نانو ميتواند در مواردي مانند افزايش مقاومت به نفوذ در پوشش ها، افز ايش ويژگي هاي ممانعتي، افزايش مقاومت در برابر گرما، گسترش ضد ميکروب هاي فعال و سطوح ضد قارچ کارساز باشد ]18[.
1-3- بيان مسئله
در قرن نوزدهم ايدههاي مربوط به صنعت بستهبندي مواد غذايي و محافظت از مواد غذايي ابداع گرديد. ايدههايي که حتي تا به امروز در اين صنعت مطرح هستند. اما اختراعاتي مثل ساخت بطريهاي شيشهاي، پوشش سلفون، فويل آلومينيومي و ظروف پلاستيکي که در قرن بيستم روي داد به شکل چشمگيري، انعطافپذيري صنعت مواد غذايي را بالاتر برد و آن را کاربرديتر کرد. پيشرفتهاي ديگري نظير استفاده از مواد ضد ميکروبي يا جاذب اکسيژن در ساخت ظروف مواد غذايي موجب شکلگيري رويه جديدي در افزايش ماندگاري مواد غذايي و حفاظت آنها در برابر تأثيرات محيطي شد. با اين حال روند فعلي عرضه محصولات غذايي در سطح جهان مثل افزايش فرآوري صنعتي غذاها، حجم بالاي صادرات و واردات محصولات غذايي و کوتاهتر شدن زمان تهيه مواد غذايي تازه، صنعت بستهبندي محصولات غذايي را وادار ميکند به دنبال راه کارهاي جديدتر و پيشرفتهتر بستهبندي باشد. زماني حفاظت و افزايش طول عمر مواد غذايي هدف اصلي صنعت بستهبندي اين محصولات بود اما هم اکنون سهولت در کاربرد و آساني مصرف هم به همان اندازه اهميت يافته است. در اين عرصه اهميت عوامل ديگري همچون امکان رديابي، تجهيز به نشانگرهاي الکترونيکي و با دوام بودن نيز رو به افزايش است. بسياري از پيشرفتهاي جديد صنعت بستهبندي مواد غذايي پاسخگوي اين نيازها است. بستهبندي هوشمند و فعال مواد غذايي علاوه بر به تأخير انداختن عوامل محيطي مؤثر بر مواد غذايي، روشي پوياتر را براي حفظ نگهداري محصول به کار ميگيرد. به عنوان مثال دو مقوله مهم در حفظ کيفيت ماده غذايي بستهبندي شده، کنترل ميزان رطوبت و اکسيژن است. وجود اکسيژن در ظرف حاوي ماده غذايي موجب رشد ميکروبهاي هوازي و کپکهاي قارچي ميشود. به علاوه فعاليتهاي اکسيدي درون ظرف باعث ايجاد طعم و بوي ناخواسته و تغيير در رنگ و خصوصيات تغذيهاي ماده غذايي ميشوند. به همين ترتيب وجود رطوبت در ظرف محتوي ماده غذايي ممکن است باعث ايجاد کلوخه در محصولات پودري شکل يا نرم شدن مواد غذايي ترد شود. به علاوه وجود رطوبت به رشد ميکروب کمک ميکند. از سوي ديگر، خشکي بيش از حد فضاي درون ظرف نيز باعث کم آب شدن ماده غذايي ميشود. در بستهبندي فعال ظروف، شامل موادي هستند که اين معضلات را بر طرف ميکند. برخي از مهيجترين پيشرفت‌هاي حاصل شده در صنعت بستهبندي مواد غذايي مرتبط با فناوري نانو است. فناوري نانو که علم مطالعه نانو ذرههاست، تأثير بزرگي بر مواد مورد استفاده در صنعت بستهبندي مواد غذايي داشته است. با بهره گرفتن از ابداعاتي که در مقياس نانو صورت مي‌گيرد مي‌توان به ايدههاي جديدي در خواص فني و قابليت ممانعت کنندگي ظروف، ايدههاي جديد در تشخيص عوامل بيماريزا و راه‌ کارهاي جديد بستهبندي فعال و هوشمند دست يافت. نانوکامپوزيتها در رأس ابداعات فن‌آوري نانو مرتبط با صنعت بستهبندي مواد غذايي قرار دارند. نانوکامپوزيت‌ها مواد هستند که از ترکيب نانوذرهها ساخته مي‌شوند. فيلمهاي پلاستيکي نانوکامپوزيتي اين قابليت را دارند که از نفوذ اکسيژن، دياکسيد کربن و رطوبت به داخل ظرف جلوگيري کنند. به اين ترتيب ظروفي که در ساختار آنها از فيلمهاي نانوکامپوزيت استفاده شده است، باعث افزايش ماندگاري ماده غذايي مي‌شوند. ظروف نانوکامپوزيت سبک، محکم و مقاوم به حرارت هستند. علاوه بر اين تحقيقاتي در زمينه ساخت ظروف با استفاده از مواد نانوکامپوزيت زيست تجزيهپذير درحال انجام است. با اين‌ که استفاده از نانوکامپوزيت‌ها در صنايع بستهبندي مواد غذايي تضمين کننده سطح بالاي ممانعت کنندگي ظرف است، نوع ديگري از مواد نانو توانايي بالايي در کنترل رشد ميکروب‌ها دارد ]18[.
1-4- اهميت موضوع
مواد استفاده شده براي بسته بندي که از سوخت هاي فسيلي توليد شده اند عملاً تجزيه ناپذير مي باشند. به همين دليل مواد بسته بندي غذاها نيز مانند ساير مواد بسته بندي مشکلات جدي را از لحاظ محيط زيست ايجاد ميکنند. در نتيجه مطالعاتي جهت استفاده از بسته بندي هاي زيست پايه تخريب پذير انجام گرفته است. حدود 125 ميليون تن سالانه در جهان پلاستيک توليد مي شود که حدود 30 ميليون تن آن در بخش بسته بندي مصرف مي شود ]59 و 69[. به منظور کاهش ضايعات بسته بندي پلاستيکي زيست تخريب ناپذير استفاده از پلاستيک هاي زيست پايه تخريب پذير مانند نشاسته، سلولز، PLA، ژلاتين و… ضروري مي باشد ]9 و 102[.
به طور کلي مصرف کنندگان مواد بسته بندي را تقاضا ميکنند که طبيعيتر، از بين رونده تر و داراي پتانسيل تجزيه پذيري زيستي و نيز قابليت برگشت پذيري داشته باشد. به همين دليل علاقه به مطالعه و توسعه بيوپليمرها با منابع تجديد شدني که قادر به تجزيه توسط فرآيند کود شدن طبيعي مي باشند براي کاربرد بسته بندي افزايش يافته است. فيلم و پوشش خوراکي لايه نازکي از مواد خوراکي است که توسط فرآيندهاي مناسب صنعت غذا ساخته شده و براي دستيابي به اهدافي از قبيل کنترل انتقال رطوبت، محدود کردن انتقال گازها، به تعويق انداختن مهاجرت روغن و چربي، حمل افزودني هاي غذايي مانند عوامل ضدميکروبي و آنتي کسيدان ها، بهبود کيفيت و افزايش ماندگاري بر روي محصول غذايي قرار مي گيرد. زيست تخريب پذير بودن و خوراکي بودن اين ترکيبات سبب شده است که به طور وسيع مورد پژوهش و کاربرد قرار گيرند. از جمله کاربردهاي فيلم هاي خوراکي در ارتباط با مواد غذايي مي توان به پوشش دادن آنها بر سطح فرآورده هاي قنادي، ميوه ها و سبزي هاي تازه، برخي فرآورده هاي گوشتي، برخي فرآورده هاي لبني، شکلات، غلات صبحانه اي، طيور و ماهي، فرآورده هاي منجمد، فرآورده هاي خشک شده و نظاير اين ها اشاره داشت ] 79[.
افزودن پرکننده هاي با حداقل اندازه در مقياس نانو به فيلم هاي خوراکي و توليد پليمرهاي زيست نانو کامپوزيت مي تواند راه حل جديدي براي اين مشکل ارائه نمايد. نانو ذرات وقتي به پليمر اضافه مي شوند علاوه بر تقويت خواص پليمر مي توانند داراي فعاليت ضدميکروبي نيز باشند ]63[. اين نسل جديد کامپوزيت ها بهبود چشمگيري در مقايسه با پليمرهاي اوليه نشان ميدهند. برخي از نانو مواد مي توانند ويژگي هاي نفوذ پذيري مواد بسته بندي را تغيير داده سبب بهبود ويژگيهاي مکانيکي، شيميايي، حرارتي و ميکروبي شوند. نانو سايز کردن ذرات موجب افزايش سطح نانوفيلرها و در نتيجه افزايش سطح داخلي و واکنش ميان فيلر و پليمر و در نتيجه بهبود زيادي در خواص پليمر مي شود. به عنوان مثال نانو ذرات اکسيد مس، منيزيم و نقره داراي خاصيت ضد ميکروبي هستند. نانو ذرات نقره مي توانند بيش از 650 نوع باکتري شناخته شده را از بين ببرند ] 11[. از نانو کامپوزيتهاي خاک رس نيز ميتوان براي توليد مواد اوليه بطري هاي ماء الشعير استفاده کرد. مهمترين خصوصيت اين مواد بازدارندگي آنها از خروج گاز دي اکسيد کربن از اين نوشيدنيهاست. سيليکات کلسيم نانو ساختار براي بسته بندي مواد غذايي فسادپذير استفاده شدهاند. نانو ذرات سيليکات کلسيم داراي ساختار متخلخل و خاصيت جذب رطوبت هستند. يکي از اکسيدهاي معدني اي که در سالهاي اخير بيش از پيش در دنياي نانو به ويژه در پوشش دهي منسوجات و توليد کرمهاي ضد آفتاب و بسته بندي مورد استفاده قرار گرفته دي اکسيد تيتانيوم است ]27[. اين ماده در صنعت رنگ سازي کاربردهاي فراوان دارد ولي ذرات کوچک نانو متري آن به دليل داشتن خواص فوق العاده و منحصر به فرد موارد استفاده زيادي پيدا کرده اند. از اين ماده در تصفيه، گندزدايي، رنگ زدايي، بوزدايي،ساخت سراميک هاي ويژه، از بين بردن سلول هاي سرطاني، ساخت فتوکاتاليست ها، کاغذ سازي، تولد لوازم بهداشتي و آرايشي، تهيه پوششهاي محافظ در مقابل اشعه ماوراء بنفش و ايجاد درخشندگي استفاده ميشود. دي اکسيد تيتانيوم در اندازه نانو متري يک فوتوکاتاليست ايده آل است که مهمترين دليل وجود اين خاصيت در اين ماده قابليت جذب اشعه فرابنفش است. فوتونهاي فرابنفش بسيار پر انرژي هستند و در بيشتر موارد مي توانند به سادگي باعث تخريب اجسام گردند. اين پديده معمولاً از طريق شکست پيوندهاي شيميايي در آنها صورت ميگيرد. بنابراين دي اکسيد تيتانيوم با جذب اشعه فرابنفش و به واسطه خاصيت فوتوکاتاليستي خود ميتواند پوششي ضد باکتري روي سطوح ايجاد کند و هم چنين مانع از عبور اشعه گردد. واکنش فوتوکاتاليستي دي اکسيد تيتانيوم براي غيرفعالسازي طيف وسيعي از ميکروارگانيسمها استفاده شده است. TiO2 غير سمي ميباشد و توسط اداره کل غذا و دارو امريکا (FDI) براي استفاده در غذاي انسان، داروها، مواد در تماس با غذا و مواد آرايشي تأييد شده است. اثرات ضد باکتريايي و ضد قارچي دي اکسيد تيتانيوم روي اشرشيا کلاي، سالمونلا کلرئاسويس، ويبريو پاراهموليتيکوس، ليستريا مونو سيتوژنز، سودو موناس آئروژنيوسا، استافيلوکوکوس اورئوس، دياپورته اکتينيديا، پني سيليوم اکسپنسوم گزارش شده است ] 28، 52، 66 و 67[.
تلفيق نانو ذرات فلزي دي اکسيد تيتانيوم در فيلم نشاسته تاپيوکا موجب ايجاد نوعي بسته بندي فعال ميگردد. بسته بندي فعال نوعي بسته بندي است که علاوه بر داشتن خواص بازدارندگي اصلي بسته بندي هاي معمول (مانند خواص بازدارندگي در برابر گازها، بخارآب و تنش هاي مکانيکي)، با تغيير شرايط بسته بندي، ايمني، ماندگاري و يا ويژگيهاي حسي ماده غذايي را بهبود ميبخشد و در عين حال کيفيت ماده غذايي را حفظ ميکند.
1-5- اهداف تحقيق
1-5-1- هدف اصلي
هدف اصلي از اين تحقيق تهيه فيلمهاي نشاسته تاپيوکا غني شده با نانو ذرات دي اکسيد تيتانيوم مي باشد. همچنين با توجه به نقصان در جذب عنصر روي مواد غذايي توسط بدن و عوارض ناشي از کمبود آن، اين فيلمها ميتواند تا حدي در جبران اين مشکل مؤثر باشند. زيست تخريب پذير بودن و شکل پذيري خوب نشاسته تاپيوکا موجب اهميت کاربرد آن در تهيه فيلمهاي خوراکي جهت بسته بندي مواد غذايي و داروها ميباشد.
1-5-2- اهداف اختصاصي
بررسي اثر نانو دي اکسيد تيتانيوم بر خواص ممانعتي فيلم نشاسته تاپيوکا
بررسي اثر نانو دي اکسيد تيتانيوم بر خواص مکانيکي فيلم نشاسته تاپيوکا
بررسي اثر نانو دي اکسيد تيتانيوم بر پارامترهاي رشد ميکروبي اشريشا کلي در فيلم نشاسته تاپيوکا
بررسي اثر نانو دي اکسيد تيتانيوم بر خواص فيزيکوشيميايي فيلم نشاسته تاپيوکا
1-6- پرسشهاي تحقيق
آيا دي اکسيد تيتانيوم به صورت نانو ذرات ميتواند خواص مکانيکي را در فيلمهاي نشاسته تاپيوکا را افزايش دهد؟
آيا نانو ذرات دي اکسيد تيتانيوم بر خواص ممانعتي فيلمهاي نشاسته تاپيوکا تاثير دارند؟
آيا نانو ذرات دي اکسيد تيتانيوم بر خواص فيزيکوشيميايي فيلمهاي نشاسته تاپيوکا تاثير دارند؟
آيا استفاده از نانو دي اکسيد تيتانيوم بر پارامترهاي رشد ميکروبي اشرشيا کلي فيلمهاي خوراکي نشاسته تاپيوکا را تاثير دارند؟
1-7- محدوديتهاي تحقيق
در اين پژوهش حداکثر غلظت ترکيب نانو به عنوان يک محدود کننده مطرح ميگردد. بيشتر از 5% ترکيب نانو باعث هتروژن نمودن فيلم ميشد.
1-8- نمودار تحقيق
شکل 1-1 نمودار تحقيق را براي اين پژوهش نشان مي دهد.
شکل 1- 1: نمودار فرآيند تحقيق
فصل دوم
مروري بر پژوهشهاي پيشين
2-1- معرفي نشاسته و نشاسته تاپيوکا
2-1-1- ترکيب و ساختار نشاسته
نشاسته يک جزء غذايي عمده است و يک کربوهيدرات تجزيه پذير که از هزاران واحد گلوکز ساخته شده است. نشاسته دربرگيرنده زنجيرههاي خطي و شاخهدار مولکولهاي گلوکز است که آميلوز1 و آميلو پکتين 2ناميده ميشوند. آميلوز که يک حالت خطي نشاسته است مسئول شکل گيري فيلمهاي قوي است. پيوندهاي فيزيکي در شبکه ماکرو مولکولي نشاسته بيشتر براساس آميلوز هستند و بر خصوصيات مکانيکي فيلمها تاثير ميگذارند از سوي ديگر، ساختار شاخهدار آميلو پکتين عموماً باعث ايجاد فيلمهايي ميشود که شکننده هستند ] 36[.
نشاسته ترکيبي از دو پليمر است آميلوز، يک اتصال خطي (4? 1 ) از glucan – D – ? و آميلوپکتين، يک مولکول پرشاخه که از شاخه هاي کوچک (4 ? 1 ) glucan – D – ? و پيوند ? (6 ? 1) در اتصالات تشکيل شده است. طول زنجيره آميلوز حدود 6000 واحد D – گلوکو پيرانوز، با وزن مولکولي بين 600000 – 150000 دالتون است. آميلو پکتين، بر عکس بسيار پر شاخه است به طور ميانگين 26- 17 شاخه، با واحدهاي D- گلوکوزيل جداشده از پيوندهاي (6 ? 1 ) ? است. اندازهي مولکولي آميلو پکتين بزرگتر از آن است که به طور دقيق مشخص شود ولي مطالعات پراکنش نور حدود 106 D – گلوکوزيل در هر مولکول را نشان داد که آميلو پکتين را يکي از بزرگترين ماکرو مولکولهاي موجود در طبيعت ميکنند. همهي نشاستهها از اين دو ترکيب ساخته شدهاند. نسبت آنها در نمونههاي نشاسته معمولا 20 به 80 آميلوز به آميلو پکتين است ]6 و 8[.
شکل 2- 1: ساختمان شيميايي نشاسته
نشاسته که به وفور در طبيعت يافت ميشود، به دليل قيمت پائين، قابليت تجديد شوندگي و بازيافت زيستي، يکي از مواد خام جذاب و مورد علاقه براي استفاده در بسته بنديهاي خوراکي محسوب ميگردد. علاوه بر اين حساسيت زا نبوده و به دليل دارا بودن ويژگيهاي مکانيکي و مقاومت در برابر نفوذ گازها، امکان به کارگيري و استفاده از آن در صنايع غذايي وجود دارد ]1 و 3[.
نشاسته به دليل ماهيت پليمري قابليت فيلم سازي دارد به علاوه، به دليل قيمت مناسب و در دسترس بودن توجه زيادي به آن ميشود يکي از معايب فيلمهاي نشاسته، مقاومت پايين آنها به رطوبت است براي حل اين مشکل ميتوان از چربيها يا پليمرهاي زيست تخريب پذير مقاوم به رطوبت استفاده کرد، براي بهبود ويژگيهاي فيلمهاي نشاسته به ويژه خصوصيات کششي آنها ميتوان از هيدروکلوئيدها در ترکيب آنها استفاده کرد ]4[.
2-1-2- نشاسته تاپيوکا
کاساوا مانيهوت اسکولنتا Manihot esculenta، يوکا يا مانيوت هم ناميده ميشود گياهي است چوبي از تيره فرفيون (خانواده فرفيون) بومي آمريکاي جنوبي است که به طور گسترده به عنوان يک محصول هر ساله در مناطق گرمسيري و نيمه گرمسيري براي ريشه غده اي نشاسته اي آن کشت شده است که عمده ترين منبع کربوهيدرات هستند. آرد توليد شده از ريشه تاپيوکا ناميده ميشود. کاساوا سومين منبع بزرگ کربوهيدرتها براي غذاي انسان در جهان است. و محصولي کم هزينه براي جمعيت ساکن در مناطق مرطوب استوايي ميباشد. شواهد مستقيم نشان مي دهد که 1400 سال پيش کشت کاساوا در السالوادور صورت گرفته است. نشاسته تاپيوکا نشات گرفته از منبع متفاوتي نسبت به نشاستههاي رايج مانند غلات (برنج، ذرت)، غده اي (سيب زميني )، ريشهاي (تاپيوکا ) و (نخود و لوبيا) است نام مگذاري اين گياه تا حدي زيادي بستگي به منطقه اي که در آن رشد ميکند دارد مانند ( آمريکاي مرکزي (yucca anioca M ياMadioca در برزيل و Tapioca در هند و مالزي و در آفريقا و آسياي جنوبي Cassada يا Cassava) ]68 و 71[.
شکل 2- 2: ريشه کاساوا
جدول 2- 1: گياه شناسي گياه کاساوا
طبقه بندي علميردهدولپه ايهاراستهمالپيگيالسخانوادهتيره فرفيونزيرخانوادهکروتنوييدهنژادمانيهوتهگونهاسکولنتانام علميمانيهوت اسکولنتاکرانتز2-1-2-1- مرفولوژي گياه کاساوا
بوته کاساوا چوبي و چند ساله است که تا ارتفاع 2 تا 4 متر رشد مي کند برگ ها به صورت توده اي در تاج درخت شبيه به برگ نخل گسترده و روي دمبرگ بلند و باريکي شامل 5 تا 9 پهنه به وجود مي آيند آن ها فقط به سوي انتهاي شاخه رشد مي کنند. وقتي گياه درحال رشد است.ساقه اصلي به سه شاخه تقسيم شده وبعد به همين ترتيب شاخه ها ي ديگري بر روي آن ها تشکيل مي شود ريشه يا غده ها نيز در زيرسطح زمين توسعه مي يابند. گل نر و ماده به صورت مجزا مرتب شده و به روي همان بوته تشکيل مي شوند. شکل ميوه سه گوش و حاوي سه دانه است که قابل دوام بوده و براي انتشار گياه مورد استفاده قرار مي گيرد. تعداد ريشه ها ي غده اي و ابعاد آن ها و تا حد زياد ي در ميان گونه هاي مختلف متفاوت است. ريشه ي کاساوا مخروطي وطويل است و با گوشت سفت همگن در پوسته اي قابل تفکيک که حدود يک ميلي متر ضخامت دارد و با رنگ قهوه اي و درقسمت خارجي زبر مي باشد گوشت غده مي تواند سفيد گچي يا زرد باشد. ممکن است اندازه ي طول ريشه از 30 تا 120 سانتي متر و قطر آن 4 تا 15 سانتي متر و وزن 1 تا 8 کيلوگرم يا بيشتر برسد. ترکيب شيميايي ريشه هاي کاساوا متفاوت است مطالعهي 30گونه در مکزيک نتايجي به شرح ذيل در بر داشته است ريشه هاي آن بسيار غني از نشاسته است و حاوي مقادير قابل توجهي از کلسيم،فسفر و ويتامين ‏c‏ مي باشد.ولي فقير از پروتئين است. دربرگ اين نوع گياهان،منبع خوبي از پروتئين ليزين،اما کمبود اسيد امينه احتمالا متيونين و تريپتوفان است ]22[.
جدول 2- 2: آناليز ريشه کاساوا و سيب زميني ] 68[.
درصدکاساواسيب زمينيرطوبت7/2575/80مواد نشاستهاي21/4519/90قندها5/130/40پروتئين1/122/80چربيها0/410/20فيبر1/111/10خاکستر0/540/92
2-1-2-2- فرآوري و تبديل کاساوا
عمر مفيد کاساوا چند روز است و خواص ويژه خود را از دست مي دهد اگر برگ هاي کاساوا دو هفته قبل از برداشت حذف شوند عمر مفيد آن دو هفته طولاني تر مي شود.قرار دادن ريشه در پارافين يا موم يا ذخيره کردن آن در کيسه پلاستيکي خطرات آن را کاهش داده و عمر مفيد آن را به 3 تا 4 هفته افزايش مي دهد ريشه پوست گيري شده را مي توان منجمد کرد.روش سنتي عبارتست از بسته بتدي ريشه در مالچ مرطوب براي تمديد عمر مفيد آن مي باشد .ريشه هاي خشک را مي توان کوبيد و به آرد تبديل کرد در خلال فرآيند کوبيدن ريشه،ذرت را مي توان اضافه کرد تا پروتئين آرد افزوده شود. آرد کاساوا داراي ظرفيت نگهداري آب زيادي ميباشد و از آن در تهيه پخت نان،کيک،کراکر و پودينگ استفاده ميشود. بعضا آرد کاساوا با مشتقات جزيي ممکن است به عنوان جانشين آرد گندم در تهيه نان استفاده شود. ناني که بطور کامل از آرد کاساوا تهيه شده در امريکا به بازار عرضه شده و نياز افراد داراي آلرژي به آرد گندم را برآورده کرده است. ريشه هاي تازه را ميتوان به صورت قطعه هاي نازک کاملا سرخ کرده و محصولي مشابه چيپس سيب زميني تهيه کرد.ريشه ها را ميتوان پوست گيري رنده کرده و با آب شستشو داده و نشاسته را استخراج نمود و همچنين پروتئين برگ را ميتوان به خوراک دام اضافه کرد. در افريقا فرآوري ريشه به چند روش مختلف صورت ميگيرد. آن ها ممکن است براي اولين بار در آب تخمير شده سپس آن ها را بوسيله آفتاب خشک کرده براي ذخيره سازي يا رنده نمودن آن سپس خمير تهيه مي نمايند و مي پزند. نوشيدني هاي الکلي را نيز ميتوان از ريشه کاساوا تهيه نمود. برگهاي جوان حساس مي تواند به عنوان سبزيهاي معطر خوراکي مورد استفاده قرار گيرد که حاوي سطوح بالايي از پروتئين مي باشد. استفاده هاي صنعتي از کاساوا و فرآيند تبديل آن در کارخانجات و توليد محصولاتي شامل کاغذسازي، پارچه،چسب، شربت فروکتوز، سوخت زيستي، خوراک دام وکيسه هاي زيست تخريب پذير ميباشد ]22 و 68[.

2-2- نانو تکنولوژي
علم نانو و علوم مرتبط با آن جديد نيستند چرا که صدها سال است شيميدانان از تکنيک‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هاي علم نانو در کار خود استفاده مي‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌کنند. از پنجره هاي رنگارنگ کليساهاي قرون وسطي گرفته تا شمشيرهاي يافت شده در حفاري هاي سرزمين هاي مسلمان همگي گوياي اين مطلب هستند که بشر مدت هاست که از برخي شگردهاي اين فناوري در بهينه کردن فرايندها و ساخت باکيفيت تر اشياء بهره مي برده است اما تنها به دليل پيشرفت کم فناوري و نبود امکانات امروزي نتوانسته حوزه مشخصي براي اين فناوري تعيين کند. اولين بار ريچارد فيمن در سال 1959 طي سخنراني خود با بيان امکان به راه اندازي فرآيندي براي دستکاري اتمها و مولکولها با استفاده از ابزارهاي دقيق سبب شده تا افکار به سمت توسعه چنين امکاني متمايل شوند. در سال 1974، پروفسور نوريو تانيگوشي، مدرس دانشگاه علوم توکيو، نخستين بار واژه “فناوري نانو” را بکار گرفت. او در مقاله اي با نام “مفهوم اساسي فناوري نانو” اشاره مي کند که فناوري نانو اساسا مجموعه اي از فرايندهاي تفکيک، ادغام و تشکيل مواد در حد يک اتم يا يک مولکول است. در دهه 1980 اين تعريف به طور وسيع تر توسط دکتر درکسلر (نويسنده کتاب هاي موتور خلقت) مورد بررسي قرار گرفت. فناوري نانو و نانوعلوم در اوايل دهه 1980 با تولد علم کلاستر آغاز به کار کرد. اين توسعه سبب کشف فلورين در سال 1986 و نانولوله هاي کربني در مدت چند سال بعد شد. مقياس نانو، ابعادي کمتر ازnm 100 (معمولا nm 1/0 تا nm 100) را شامل مي شود، که شامل موادي يا سطوح خارجي بسيار زياد و ناهمگوني کم که پديدههاي کوانتومي بروز ميدهند ميباشد. علم نانو، مطالعه پديدهها و خواص نوين مواد، در اين مقياس (در حد اتم ها و مولکولها ) ميباشد. فناوري نانو، کاربرد دانش ، مهندسي و فناوري در مقياس نانو در جهت توليد مواد و سيستمهايي است که وظايف خاص الکتريکي، مکانيکي، بيولوژيکي، شيميايي يا محاسباتي را انجام ميدهند. نانو تکنولوژي بر اساس ارائه خواص و عملکردهاي نويني از نانو ساختارها، دستگاه ها و سيستم ها به علت ساختار بسيار کوچک آنهاست. اين دستگاه ها عموما کاربردهاي بيولوژيکي و پزشکي دارند به طور کلي نانوتکنولوژي، فن آوري تغيير در خواص مولکولهاي تشکيل دهنده مواد است. و به همين دليل مقياس نانو بهترين تعريف براي تکنولوژي ميباشد ]88[.
2-3- بايو نانو تکنولوژي
نانو بايو تکنولوژي حوزه نوظهور علمي و فني است که گرايش چند رشته اي از علوم (شيمي ، زيست شناسي، فيزيک، علم مواد) است. اين حوزه از يک سو، به فعاليتهاي همگام علم مواد و بيولوژي اشاره دارد و از سوي ديگر حد فاصل علم فيزيک و بيولوژي است. نانو بايوتکنولوژي با سيستمهايي در مقياس نانو که با راهکار بالا به پائين ساخته شدهاند(خرد کردن واحدهاي بزرگتر به اجزاي کوچکتر ) يا از روش پائين به بالا براي سامان دادن اجزا بهره ميبرند، سر کار دارند. نانو بايو تکنولوژي بيش از آنکه شاخه اي از بايوتکنولوژي باشد شاخه اي از نانو تکنولوژي است. بايوتکنولوژي از سازوارههاي زنده در کاربردهاي صنعتي مختلف است، ولي نانو بايوتکنولوژي استفاده از قابليتهاي نانوتکنولوژي در کاربردهاي زيستي است. بنابراين واژه نانو بايوتکنولوژي نيز مانند واژههايي چون بيومکانيک و بيومتريال به استفاده از تکنولوژيهاي مختلف، در کاربردهاي زيستي اشاره دارد و نه به استفاده از قابليتهاي ارگانيزمهاي حياتي در کاربردهاي مختلف صنعتي. نانو کامپوزيتها جايگزين خوبي براي بطريهاي پلاستيکي نوشيدنيها هستند استفاده از پلاستيک براي ساخت بطري باعث فساد و تغيير طعم نوشيدني ميشوند، نانوکامپوزيتها ميتوانند به عنوان مواد بسته بندي جديد استفاده شوند، يک مثال نانوکامپوزيتهاي تشکيل شده از نشاسته سيب زميني و کلسيم کربنات است، اين فوم مقاومت خوبي به حرارت دارد، سبک و زيست تخريب پذير است و ميتواند براي بسته بندي مواد غذايي به کار رود. افزودن 5-3% از نانو خاک رس به ماده پلاستيک آن را سبک تر، قويتر و مقاومتر به حرارت مي کند و خواص ممانعت کنندگي بهتر در برابر اکسيژن، دي اکسيد کربن، رطوبت و مواد فرار دارد ]81[.
2-4- کامپوزيت
رشد فزاينده تکنولوژي در سال‌هاي اخير باعث شد تا موادي که در دسترس بشر بود براي جامه حقيقت پوشاندن بر روياهاي مدرن کافي نباشد و از اين رو تلاش براي رسيدن به مواد جديد آغاز شد. امروزه در بيشتر کاربردهاي مهندسي، اغلب به تلفيق خواص مواد نياز داريم. موادي که ضمن داشتن استحکام بالا، سبک باشند، مقاومت سايشي وجذب UV^1خوبي داشته باشند که از جمله آن انواع کامپوزيت ها را مي توان نام برد.
کامپوزيتها، ترکيبات ساخته شده از پليمر و پر کننده آلي يا غير آلي هستند. استفاده از پر کنندهاي غيرآلي در ماتريکس پليمر، استحکام و سفتي پليمر را افزايش ميدهد و توليد آنها به صورت بالقوه ميتواند باعث بهبود ويژگيهاي مکانيکي مواد بسته بندي و ظروف نشاستهاي گردد.
کامپوزيت‌ها از ديدگاه زيستي به دو دسته کامپوزيت‌هاي طبيعي. مانند استخوان، ماهيچه، چوب و …
و کامپوزيت‌هاي مصنوعي(مهندسي) تقسيم ميشود.
کامپوزيت‌هاي سبز(کامپوزيت‌هاي زيست‌تجزيه‌پذير)
در اينگونه کامپوزيت‌ها، فاز زمينه و تقويت کننده، از موادي که در طبيعت تجزيه مي‌شوند، ساخته مي‌شوند. در کامپوزيت‌هاي سبز، معمولاً فاز زمينه از پليمرهاي سنتزي قابل جذب بيولوژيکي و تقويت کننده‌ها از فيبرهاي گياهي ساخته مي‌شوند ] 88[.
2-5- تعريف نانو کامپوزيت
فناوري نانو به دليل تعامل نزديکي که با ساير



قیمت: تومان


پاسخ دهید