منابع و ماخذ پایان نامه نفوذپذیری، بسته‌بندی، فناوری نانو

عالی در مقابل اکسیژن دارند و همین امر استفاده از آنها را در بسته بندی میوه‌ها و سبزی‌ها جهت کاهش سرعت تنفس و افزایش ماندگاری میسّر می‌سازد. نفوذ‌پذیری نسبت به دی‌اکسیدکربن در فیلم‌های نشاسته‌ای بیشتر از اکسیژن می‌باشد که نشان دهنده‌ی بازدارندگی انتخابی فیلم نشاسته می‌باشد. این پدیده را می‌توان به حلالیت بالای دی‌اکسیدکربن در فیلم‌های نشاسته‌ای نسبت داد.
عوامل مختلفی وجود دارد که OP52 فیلم‌های نشاسته‌ای را تحت تأثیر قرار می‌دهد. یکی از مهم‌ترین این عوامل نوع و میزان نرم‌کننده مورد استفاده است. در تعیین میزان OP فیلم‌های حاوی نرم‌کننده، عواملی نظیر حالت فیزیکی و وزن مولکولی نرم‌کننده، ایجاد تغییر در ساختار سطحی فیلم، واکنش شیمیایی بین نرم‌کننده و اکسیژن و توانایی مولکول‌های کوچک نرم‌کننده در پر‌کردن حفرات ماتریکس پلیمر تأثیر گذار می‌باشند(قنبرزاده و همکاران، 1388).
جدول 3-1- نفوذ پذیری نسبت به اکسیژن (OP) و بخار آب (WVP) فیلم‌های نشاسته طبیعی و اصلاح شده
نوع فیلم
میزان گلیسرول
OP 2-10 cm3 .cm/( m2 .d.bar).
WVP →%RH50 5-10g/(pas.m).
NS HPMS HMS
0 15 30 0 15 30 0 15 30
2/0± 6/5 5/0±6/6 0/0 ± 2/7 3/0±4/3 2/0±4/5 9/1±2/7 5/0±8/3 1/0±5/4 5/0 ± 1/7
5/0±1/7 1/0±8/9 5/0±8/11 1/0±1/4 1/0±5/4 1/0±9/5 1/0±4/2 3/0±8/3 7/0 ± 1/4
NS- Native starch
HPMS- Hydroxypropylated modified starch
HMS-Hydrophobically modified starch
نشاسته از جمله موادی هستند که به وفور در انکپسوله‌کردن و رهاسازی کنترل‌شده ترکیبات فرّار مورد استفاده قرار می‌گیرد. لذا می‌توان گفت که بازدارندگی نسبت به ترکیبات آروما از دیگر مزایای فیلم‌های نشاسته‌ای است که می‌تواند به حفظ کیفیت مواد غذایی کمک کند. خواص فیزیکی فیلم‌های نشاسته‌ای نظیر وزن مولکولی نشاسته و نرم‌کننده، میزان‌ نرم‌کننده و سایر اجزاء موجود در فرمولاسیون از جمله عواملی هستند که نفوذپذیری فیلم نسبت به آروما را تحت تأثیر قرار می‌دهند. به عنوان مثال با افزایش وزن مولکولی نشاسته نفوذپذیری ترکیبات فرّار کاهش می‌یابد. همچنین با کاهش میزان نرم‌کننده نیز نفوذپذیری کاهش می‌یابد. از طرف دیگر نفوذپذیری ترکیبات فرّار به حضور ترکیبات غیر‌فرّار نظیر روغن‌ها و چربی‌ها در ماتریکس فیلم نیز بستگی دارد و حضور چنین ترکیباتی باعث کاهش سرعت انتقال ترکیبات فرّار می‌شود.
یلماز و همکاران (2002) تأثیر عوامل مختلف بر روی نفوذپذیری فیلم نشاسته‌ی سیب‌زمینی نسبت به دو ترکیب آرومای فرار دی‌استیل53 و کاروون54 را مورد مطالعه قرار دادند. شکل 3-3 و 3-4 به ترتیب تأثیر میزان گلیسرول و رطوبت نسبی محیط بر روی نفوذپذیری فیلم‌ها را نشان می‌دهند. با افزایش هر دوی این پارامترها میزان نفوذ ترکیبات آروما افزایش می‌یابد.
این محققین همچنین اظهار داشتند که با کاهش دمای خشک‌کردن و درنتیجه افزایش رطوبت فیلم نهایی می‌توان میزان حالت کریستالی در فیلم را افزایش داد. بر این اساس سه نوع فیلم با درصد رطوبت‌های مختلف تولید شد و تأثیر میزان حالت کریستالی بر روی نفوذپذیری نسبت به ترکیبات فرّار مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به شکل3-5 با افزایش حالت کریستالی، نفوذپذیری نسبت به دو ترکیب دی‌استیل و کاروون کاهش می‌یابد. در قسمت‌های کریستالی تراکم بالای زنجیرهای پلیمر مانع نفوذ ترکیبات فرّار می‌شود.
شکل 3-3: تأثیر میزان نرم کننده بر روی نفوذپذیری فیلم نشاسته نسبت به ترکیبات آروما- کاروون (الف) و دی استیل(ب)
شکل 3-4: تأثیر میزان رطوبت نسبی بر روی نفوذپذیری فیلم نشاسته نسبت به ترکیبات آروما- کاروون(الف) و دی‌استیل(ب)
شکل3-5: تأثیر میزان حالت کریستالی بر روی نفوذپذیری فیلم نشاسته نسبت به ترکیبات آروما- کاروون(الف) و دی‌استیل(ب)
نشاسته در بین بیوپلیمرها مقاوم‌ترین فیلم را تولید می‌کند و خواص مکانیکی آن در مقایسه با سایر فیلم‌های پلی‌ساکاریدی و همچنین فیلم‌های پروتئینی نسبتاً بهتر می‌باشد. خواص مکانیکی فیلم‌های نشاسته‌ای تحت تأثیر عوامل مختلفی قرار دارد. یکی از مهمترین عوامل موثر در خواص مکانیکی فیلم‌های نشاسته‌ای سایر ترکیباتی است که در فرمولاسیون محلول تشکیل‌ دهنده‌ی فیلم مورد استفاده قرار می‌گیرند و مهمترین عامل از این نظر میزان نرم‌کننده می‌باشد. همان‌طور که قبلاً اشاره شد جهت تعدیل و اصلاح خواص مکانیکی فیلم‌های نشاسته‌ای استفاده از نرم‌کننده امری ضروری است امّا استفاده بیش از حد از آن می‌تواند باعث تضعیف بیشتر خواص مکانیکی فیلم‌ شده و کاربردهای فیلم نهایی را محدود سازد. از دیگر ترکیباتی که ممکن است در فرمولاسیون فیلم نشاسته مورد استفاده قرار گیرد سورفاکتانت‌ها می‌باشند که در تولید فیلم‌های مرکب نشاسته ـ لیپید جهت کاهش کشش سطحی و افزایش یکنواختی فیلم مورد استفاده قرار می‌گیرند. مطالعات نشان داده است که سورفاکتانت‌ها نیز می‌توانند اثر نرم‌کنندگی داشته باشند و با قرار گرفتن در بین زنجیرهای بیوپلیمر باعث افزایش انعطاف‌پذیری و کاهش استحکام مکانیکی فیلم شوند.
رودریگوز و همکاران (2006) تاثیر توأم میزان نرم کننده و سورفاکتانت بر روی تنش و کرنش تا نقطه شکست فیلم نشاسته سیب‌زمینی را مورد بررسی قرار دادند. نتایج حاصل در جدول3-2 نشان داده شده است. هنگامی که از گلیسرول و سورفاکتانت استفاده نمی‌شود فیلم حاصل شکنندگی بالایی خواهد داشت (استحکام کششی بالا و افزایش طول تا نقطه شکست پایین). امّا وقتی از 20 درصد گلیسرول در ترکیب با نشاسته استفاده می‌شود خواص مکانیکی فیلم متعادل‌تر شده و انعطاف پذیری آن افزایش می‌یابد. هنگامی که از گلیسرول استفاده نمی‌شود با افزودن سورفاکتانت تنش و کرنش تا نقطه شکست فیلم نشاسته کاهش می‌یابد که نشان از تضعیف خواص مکانیکی فیلم دارد. زمانی که از گلیسرول و سورفاکتانت به صورت توأم استفاده می‌شود کاهش در استحکام کششی شدیدتر خواهد بود. امّا وقتی میزان سورفاکتانت افزایش یابد تأثیر آنها متفاوت خواهد بود و توئین بیشترین تاثیر را بر روی خواص مکانیکی فیلم خواهد گذاشت.
شکل 3-6 تأثیر نوع سورفاکتانت بر روی منحنی تنش و کرنش فیلم نشاسته را نشان می‌دهد. توئین سورفاکتانتی است که بیشترین تأثیر را در کاهش استحکام کششی و افزایش انعطاف‌پذیری فیلم دارد. این پدیده به ماهیت شیمیایی سورفاکتانت بر‌می‌گردد. سورفاکتانتی نظیر توئین که قسمت آبدوست بزرگتری دارد می‌تواند پیوندهای بیشتری با آب و مولکول‌های گلیسرول برقرار کند و در نتیجه تداخل آن در بین زنجیرها بیشتر شود و نهایتاً نقش آن در افزایش انعطاف‌پذیری فیلم بیشتر خواهد بود (قنبرزاده و همکاران، 1388).
جدول3-2: تأثیر میزان گلیسرول و سورفاکتانت بر روی استحکام کششی و افزایش طول تا نقطه شکست فیلم نشاسته
گلیسرول (٪)
سورفاکتانت (٪)
استحکام‌کششی (Mpa)
افزایش‌طول‌تا نقطه‌ شکست (٪)
0
0 5/0توئین 5/0اسپان 5/0لسیتین
7/2±1/44 4/4±1/42 4/5±6/40 9/3±2/37
1/1±9/5 0/1±4/5 8/0±2/4 4/0±7/3
20
0 5/0توئین 5/0اسپان 5/0لسیتین 5توئین 5اسپان 5 لسیتین
9/4±3/20 7/3±4/23 3/3±2/14 4/4±1/16 3/0±4/2 5/0±2/3 6/1 ± 3/7
8/6±1/12 0/1±2/5 1/1±9/7 7/2±0/8 7/5±5/31 5/5±6/27 5/9 ± 1/21
شکل 3-6- منحنی تنش به کرنش فیلم‌های نشاسته حاوی سورفاکتانت‌های مختلف
شکل3-7- تأثیر میزان فیبر سلولزی بر روی استحکام کششی فیلم نشاسته
یکی از مهمترین پیشرفت‌ها که در طی سالهای اخیر در این زمینه حاصل شده است ورود فناوری نانو در این عرصه می‌باشد. فناوری نانو علمی است که با شناسایی، تولید و دستکاری ساختارهای بیولوژیکی و غیربیولوژیکی با ابعاد کوچکتر از nm100 سروکار دارد. فناوری نانو به دلیل تعامل نزدیکی که با سایر رشته‌های علوم دارد به سرعت در حال گسترش است و در این میان علم پلیمر را نیز از مزایای خود بی‌بهره نگذاشته است. استفاده از فناوری نانو در زمینه‌ی علم پلیمر به تولید پلیمرهای نانوکامپوزیت منجر شده است. نانوکامپوزیت‌ها پلیمرهایی هستند که در آنها از ترکیبات آلی یا غیر آلی مختلفی که دارای اشکال مختلف صفحه‌ای، کروی و یا به صورت ذرات ریز بوده و اندازه‌ای در حد ابعاد نانو دارند، بعنوان فیلر یا پرکننده استفاده می‌شود.
ایده‌ی اولیه‌ی تولید پلیمرهای نانوکامپوزیت به سال 1986 برمی‌گردد. در این سال واحد تحقیقات شرکت ماشین سازی تویوتا دریافتند که با افزودن 5 درصد نانورس به پلیمر نایلون6 می‌‌توان پلیمری مستحکم، مقاوم در برابر آتش و در عین حال سبک تولید کرد(سینگ و کور،2009)
این فناوری روز به روز گسترش پیدا کرد و در مورد سایر پلیمرها نیز مورد استفاده قرار گرفت تا اینکه طی سالهای اخیر استفاده از این نانو مواد در مورد فیلم‌های زیست‌تخریب‌پذیر نیز مورد توجه قرار گرفته است. فیلم‌های حاصل از ترکیب نانو مواد و بیوپلیمرها و یا به اصطلاح نانوکامپوزیت‌های بیوپلیمری خواص کاربردی مطلوب‌تری از خود نشان می‌دهند که مهمترین آنها افزایش مقاومت مکانیکی و کاهش نفوذپذیری نسبت به بخار آب می‌باشد. افزایش بازدارندگی در برابر نفوذ گازها، افزایش کارایی فیلم در استفاده به عنوان بسته‌بندی فعال، افزایش مقاومت حرارتی ماده‌ی بسته‌بندی و ایجاد شفافیت و بهبود خواص ظاهری فیلم از دیگر مزایای نانوکامپوزیت‌های بیوپلیمری می‌باشد.
پلیمرها بر پایه نانوکامپوزیت‌های خاک رس(PCN)55 یک طبقه از مواد مطمئن و آسوده خاطر می‌باشند که با مواد پلیمر آلی و پرکننده‌های خاک رس ارگانوفیلیک ترکیب شده‌اند که از سال 1980 توسط محققین تویوتا مرسوم شده‌اند. آنها یک افزایش جزئی در خصوصیات حرارتی و مکانیکی نایلون با اضافه کردن مقدار کمی نانو ذرات خاک رس گزارش کردند. این پلیمرها در بخش‌های غذایی و غیر غذایی، از جمله ساختمان سازی، صنعت اتومبیل، هوافضا، نظامی، الکترونیک و به عنوان پوشش و بسته‌بندی مواد غذایی کاربرد پیدا کرده‌اند. چون که این مواد مقاومت مکانیکی، مقاومت به حرارت بالایی دارند و خصوصیات محافظتی را بهبود می‌دهند. خصوصیات و ساختار نهایی PCN به وسیله کنترل واکنش‌های بین پلیمر و خاک رس در طول فرایندهای صنعتی آنها قابل کنترل می‌باشد (سینگ و کور، 2009).
.
شکل 3-10: نوعی بسته بندی برپایه نانوکامپوزیت‌های خاک رس- نشاسته که قادر است به مدت 3هفته بدون نشتی آب را نگه دارد.
پلاستیک‌های زیست‌تخریب‌پذیر بر پایه نشاسته در آینده صنعت بسته‌بندی جهان مهم هستند ولی در مطالعات صورت گرفته به دوام و تجزیه پذیری این پلاستیک‌ها توجه کافی نشده است.

مطلب مشابه :  منابع پایان نامه با موضوعاستان خوزستان

Author: admin3

دیدگاهتان را بنویسید