مقالات و پایان نامه های سری دوازدهم

بررسی اثر نانو دی اکسید تیتانیوم بر خواص فیزیکو شیمیایی، عبوردهی و …

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 نانو ذرهها 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 حسن[۱۵] و همکاران، ۲۰۱۲).
۱-۴- اهمیت موضوع
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 را از لحاظ محیط زیست ایجاد میکنند. در نتیجه مطالعاتی جهت استفاده از بسته بندی های زیست پایه تخریب پذیر انجام گرفته است. حدود ۱۲۵ میلیون تن سالانه در جهان پلاستیک تولید می شود که حدود ۳۰ میلیون تن آن در بخش بسته بندی مصرف میشود ( لین[۱۶] و همکاران، ۲۰۰۵ ؛ مارینیلو[۱۷] و همکاران، ۲۰۰۷ ). 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 ( ویلهلم[۱۸] و همکاران، ۲۰۰۳ ؛ الماسی[۱۹] و همکاران ۲۰۰۹).
به طور کلی مصرف کنندگان مواد بسته بندی را تقاضا میکنند که طبیعیتر، از بین رونده تر و دارای پتانسیل تجزیه پذیری زیستی و نیز قابلیت برگشت پذیری داشته باشد. به همین دلیل علاقه به مطالعه و توسعه بیوپلیمرها با منابع تجدید شدنی که قادر به تجزیه توسط فرآیند کود شدن طبیعی می باشند برای کاربرد بسته بندی افزایش یافته است. زیست تخریب پذیر بودن و خوراکی بودن فیلم و پوشش خوراکیف سبب شده است که به طور وسیع مورد پژوهش و کاربرد قرار گیرند. از جمله کاربردهای فیلمهای خوراکی در ارتباط با مواد غذایی می توان به پوشش دادن آنها بر سطح فرآوردههای قنادی، میوهها و سبزیهای تازه، برخی فرآوردههای گوشتی، برخی فرآورده های لبنی، شکلات، غلات صبحانهای، طیور و ماهی، فرآوردههای منجمد، فرآوردههای خشک شده و نظایر اینها اشاره داشت. ( ناکائو[۲۰] و همکاران، ۲۰۰۷).
افزودن پرکنندههای با حداقل اندازه در مقیاس نانو به فیلم های خوراکی و تولید پلیمرهای زیست نانو کامپوزیت میتواند راه حل جدیدی برای این مشکل ارائه نماید. نانو ذرات وقتی به پلیمر اضافه می شوند علاوه بر تقویت خواص پلیمر می توانند دارای فعالیت ضدمیکروبی نیز باشند ( لی[۲۱] و همکاران، ۲۰۰۴). این نسل جدید کامپوزیتها بهبود چشمگیری در مقایسه با پلیمرهای اولیه نشان میدهند. برخی از نانو مواد می توانند ویژگیهای نفوذ پذیری مواد بسته بندی را تغییر داده سبب بهبود ویژگیهای مکانیکی، شیمیایی، حرارتی و میکروبی شوند. نانو سایز کردن ذرات موجب افزایش سطح نانو فیلرها و در نتیجه افزایش سطح داخلی و واکنش میان فیلر و پلیمر و در نتیجه بهبود زیادی در خواص پلیمر می شود. به عنوان مثال نانو ذرات اکسید مس، منیزیم و نقره دارای خاصیت ضد میکروبی هستند. نانو ذرات نقره می توانند بیش از ۶۵۰ نوع باکتری شناخته شده را از بین ببرند. ( آریو[۲۲] و همکاران، ۲۰۱۱). از نانو کامپوزیتهای خاک رس نیز میتوان برای تولید مواد اولیه بطری های ماء الشعیر استفاده کرد. مهمترین خصوصیت این مواد بازدارندگی آنها از خروج گاز دی اکسید کربن از این نوشیدنیهاست. سیلیکات کلسیم نانو ساختار برای بسته بندی مواد غذایی فسادپذیر استفاده شدهاند. نانو ذرات سیلیکات کلسیم دارای ساختار متخلخل و خاصیت جذب رطوبت هستند. یکی از اکسیدهای معدنی ای که در سالهای اخیر بیش از پیش در دنیای نانو به ویژه در پوشش دهی منسوجات و تولید کرمهای ضد آفتاب و بسته بندی مورد استفاده قرار گرفته دی اکسید تیتانیوم است ( چامورن[۲۳] و همکاران، ۲۰۰۸). این ماده در صنعت رنگ سازی کاربردهای فراوان دارد ولی ذرات کوچک نانو متری آن به دلیل داشتن خواص فوق العاده و منحصر به فرد موارد استفاده زیادی پیدا کرده اند. از این ماده در تصفیه، گندزدایی، رنگ زدایی، بوزدایی،ساخت سرامیک های ویژه، از بین بردن سلولهای سرطانی، ساخت فتوکاتالیست ها، کاغذ سازی، تولد لوازم بهداشتی و آرایشی، تهیه پوششهای محافظ در مقابل اشعه ماوراء بنفش و ایجاد درخشندگی استفاده میشود. دی اکسید تیتانیوم در اندازه نانومتری یک فوتوکاتالیست ایده آل است که مهمترین دلیل وجود این خاصیت در این ماده قابلیت جذب اشعه فرابنفش است. فوتونهای فرابنفش بسیار پر انرژی هستند و در بیشتر موارد می توانند به سادگی باعث تخریب اجسام گردند. این پدیده معمولاً از طریق شکست پیوندهای شیمیایی در آنها صورت میگیرد. بنابراین دی اکسید تیتانیوم با جذب اشعه فرابنفش و به واسطه خاصیت فوتوکاتالیستی خود میتواند پوششی ضد باکتری روی سطوح ایجاد کند و هم چنین مانع از عبور اشعه گردد. واکنش فوتوکاتالیستی دی اکسید تیتانیوم برای غیرفعالسازی طیف وسیعی از میکروارگانیسمها استفاده شده است. TiO2 غیر سمی میباشد و توسط اداره کل غذا و دارو امریکا (FDI) برای استفاده در غذای انسان، داروها، مواد در تماس با غذا و مواد آرایشی تأیید شده است. اثرات ضد باکتریایی و ضد قارچی دی اکسید تیتانیوم روی اشرشیا کلای، سالمونلا کلرئاسویس، ویبریو پاراهمولیتیکوس، لیستریا مونو سیتوژنز، سودو موناس آئروژنیوسا، استافیلوکوکوس اورئوس، دیاپورته اکتینیدیا، پنی سیلیوم اکسپنسوم گزارش شده است ( کیم[۲۴] و همکاران، ۲۰۰۳ ؛ چو[۲۵] و همکاران، ۲۰۰۴ ؛ مانرات[۲۶] و همکاران، ۲۰۰۶ ؛ مانس[۲۷] و همکاران، ۱۹۹۹).
تلاشهایی در مورد توسعهی بیو نانو کامپوزیت 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 همکاران[۲۸]، ٢۰۰۶؛ چن و همکاران[۲۹]، ٢۰۰۴). علاوه بر این، مواد بیوپلیمری، بعنوان تکنولوژی سبز[۳۰] 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 همکاران[۳۱]، ٢۰١۰؛ ما و همکاران[۳۲]، ٢۰۰٩).
پوششهای خوراکی ممکن است از انواع پلیساکاریدها حاصل شود. این پوششها برای جلوگیری از اتلاف رطوبت در برخی مواد غذایی در طول نگهداری کوتاه مدت به کار میروند و طیف وسیعی از آنها، جهت بررسی امکان استفاده از آنها برای تشکیل فیلم و یا پوشش خوراکی مورد آزمایش قرار گرفتهاند ( کستر و فنما[۳۳]، ۱۹۸۶ ؛ جانگ[۳۴]، ۲۰۰۵). از آن جا که پلیساکاریدها مولکولهایی آب دوست میباشند، نمیتوانند سد فیزیکی مناسبی برای رطوبت باشند. علاوه بر جلوگیری از اتلاف رطوبت، برخی از انواع پلیساکاریدها تراوایی محدودی نسبت به اکسیژن دارند. کاهش نفوذپذیری نسبت به اکسیژن میتواند در محافظت برخی مواد غذایی بسیار مفید باشد. پوششهای پلیساکاریدی از منابع مختلف، از جلبکهای دریایی تا مواد استخراج شده از بافت پیوندی سخت پوستان تهیه میگردند. برخی پلیساکاریدهایی که در فرمولاسیون پوششها به کار میروند عبارتند از نشاسته و مشتقات آن، مشتقات سلولز، کاراگینان، انواع صمغها، پکتین، کیتوزان، آلژینات میباشند (ترزا[۳۵]، ۱۹۹۹).
کاساوا گیاهی چوبی و بومی آمریکای جنوبی است که به طور گسترده به عنوان یک محصول هر ساله در مناطق گرمسیری و نیمه گرمسیری برای ریشه غده ای نشاسته ای آن کشت میشود که عمده ترین منبع کربوهیدرات است ( مارایا و همکاران، ۲۰۰۹).
پلی ساکارید SSPS از خانواده پکتین مانند از بیوپلیمر اسیدی استخراج شده از محصول فرعی کربوهیدرات باقی مانده از تولید پروتئین سویا جدا شده، تولید میشود ( شوری[۳۶] و همکاران، ۱۹۸۵). SSPS میتواند فیلمهای زیست تجزیه پذیر با ظاهر خوب و خواص مکانیکی رضایت بخش تولید کنند ( سالار باش[۳۷] و همکاران، ۲۰۱۳). پلی ساکارید سویا، نرم و سفید رنگ بوده و دارای نشاسته یا قند نمیباشد. پلی ساکارید سویا، دارای %٧۵ فیبر رژیمی است و در آن، ترکیبات مهم مانند سلولز، همی سلولز، پکتین، صمغ و موسیلاژ وجود دارند (آرسکار و همکاران[۳۸]، ٢۰١٢).
تلفیق نانو ذرات فلزی دی اکسید تیتانیوم در فیلم ترکیبی نشاسته کاساوا/SSPS، موجب ایجاد نوعی بسته بندی فعال میگردد. بسته بندی فعال نوعی بسته بندی است که علاوه بر داشتن خواص بازدارندگی اصلی بسته بندی های معمول (مانند خواص بازدارندگی در برابر گازها، بخارآب و تنش های مکانیکی)، با تغییر شرایط بسته بندی، ایمنی، ماندگاری و یا ویژگیهای حسی ماده غذایی را بهبود میبخشد و در عین حال کیفیت ماده غذایی را حفظ میکند.
۱-۵- اهداف تحقیق
هدف اصلی از این پژوهش تهیه فیلمهای ترکیبی نشاسته کاساوا/ SSPS، غنی شده با نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم می باشد. همچنین با توجه به نقصان در جذب عنصر روی مواد غذایی توسط بدن و عوارض ناشی از کمبود آن، این فیلمها میتواند تا حدی در جبران این مشکل مؤثر باشند. زیست تخریب پذیر بودن و شکل پذیری خوب نشاسته کاساوا و خواص مکانیکی خوب فیلمهای SSPS، موجب اهمیت کاربرد آن در تهیه فیلمهای خوراکی جهت بسته بندی مواد غذایی و داروها میباشد.
۱-۶- محدودیتهای تحقیق
در این پژوهش حداکثر غلظت ترکیب نانو به عنوان یک محدود کننده مطرح میگردد. بیشتر از ۵% ترکیب نانو باعث هتروژن نمودن فیلم میشد.
۱-۷- نمودار تحقیق
شکل ۱-۱ نمودار تحقیق را برای این پژوهش نشان میدهد.
شکل ۱-۱: نمودار فرآیند پژوهشی
فصل دوم: مروری بر پژوهشهای پیشین
۲-۱- معرفی نشاسته و نشاسته کاساوا
نشاسته نوعی پلیساکارید است که در شرایط عادی در آب نامحلول است اما در آب داغ دانه های تشکیلدهنده آن تا ۱۵ برابر وزن خود آب جذب کرده، متورم شده و سرانجام پاره یا متلاشی میشود. در این فرآیند تودهای با ویسکوزیته بالا تولید میشود که آن را خمیر نشاسته و این پدیده را ژلاتینهشدن نشاسته می‌نامند. نشاسته از ترکیب گلوکز با خارج شدن مولکول آب حاصل میگردد و درواقع نوعی ماکرومولکول است که طی مراحل رشد گیاه گندم بصورت ذرات ریز یا گرانول در دانه ذخیره میشود و ممکن است تا حدود ۶۵ درصد وزن آن را تشکیل دهد.گرانولها از لحاظ شکل ممکن است به صورت های کروی یا بیضی باشند که با میکروسکوپ قابل بررسی هستند. گرانولهای نشاسته از دو قسمت آمیلوز که خطی است، ۲۳ تا ۲۷ درصد وزن نشاسته را تشکیل میدهد و مرکب از حدود ۵۰۰۰ واحد گلوکز است و آمیلو پکتین که بصورت زنجیر انشعابی به میزان حدود ۷۳ تا ۷۷ درصد وزن نشاسته را تشکیل میدهد و مرکب از حدود یک میلیون واحد گلوکز است تشکیل شده، آمیلوز به صورت خالص به مقدار کم در آب داغ حل میشود و اگر محلول را در جای آرام قرار دهیم دوباره رسوب میکند، برعکس آمیلوپکتین در آب داغ به آسانی حل میشود و اگر محلول را در جای آرام قرار دهیم به صورت ژل درنیامده و رسوب نمی‌کند (پایان، ۱۳۸۰).
در گروه مواد تجدید شدنی بر پایه ی مواد پلیمری زیست تخریب پذیر، نشاسته یکی از قابل توجه ترین مواد بود به دلیل این که به آسانی در دسترس است و میتواند محصولات نهایی موثری ایجاد کند. نشاسته فرم اصلی کربوهیدرات در گیاهان است. نشاسته یک پلیمر نیمه بلورین تشکیل شده از یک مخلوطی از آمیلوز یک پلی ساکارید خطی وآمیلوپکتین یک پلی ساکارید منشعب میباشد. نسبت مقدار آمیلوز و آمیلوپکتین به منبع گیاهی بستگی دارد. در کاربرد های بسته بندی، مواد برپایه نشاسته ، به دلیل زیست تخریب پذیری، به طور گسترده در دسترس بودن و هزینه ی کم مورد توجه زیاد واقع شده اند( زپا[۳۹] و همکاران، ۲۰۰۸).
نشاسته در بین بیو پلیمرها مقاوم ترین فیلم را تولید میکند و خواص مکانیکی آن در مقایسه با سایر فیلمهای پلی ساکاریدی و هم چنین فیلمهای پروتئینی نسبتا بهتر میباشد. خواص مکانیکی فیلمهای نشاسته ای تحت تاثیر عوامل مختلفی قرار دارد به عنوان مثال نسبت آمیلوز به آمیلو پکتین در نشاسته نقش تعیین کنندهای در خواص مکانیکی فیلم دارد یکی از عوامل موثر در خواص مکانیکی فیلمهای نشاستهای سایر ترکیباتی است که در فرمولاسیون محلول تشکیل دهنده فیلم مورد استفاده قرار میگیرند و مهمترین عامل از این نظر میزان نرم کننده میباشد که استفاده بیش از حد از آن میتواند باعث تضعیف بیشتر خواص مکانیکی فیلم شده و کاربردهای فیلم نهایی را محدود سازد (امینی، ۱۳۹۱).
نشاسته فیلمهای شفاف، نیمه شفاف، بی طعم و بی مزه و بیرنگ تولید میکند ( میلارینن[۴۰]،۲۰۰۲). نشاسته به دلیل فراوانی در طبیعت ( دومین بایو پلیمر فراوان در طبیعت است)، ارزان بودن و قابلیت ترمو پلاستیک شدن به عنوان ماده بسته بندی مورد توجه زیادی قرار دارد. هرچند نشاسته به تنهایی، دارای معایبی مانند آبدوستی بالا و ویژگی مکانیکی ضعیف (شکنندگی) میباشد ( قنبرزاده،۲۰۰۷؛ لی و همکاران[۴۱]، ۲۰۰۹)
عموما پلاستی سایزرها برای فیلم های خوراکی بر پایه نشاسته برای غلبه بر شکنندگی فیلم مورد استفاده قرار میگیرند. معمولا پلاستی سایزر هایی که برای فیلم های نشاسته ای استفاده میشود سوربیتول و گلیسرول است .یکی از معایب عمده فیلمهای نشاسته مقاومت پائین آنها به رطوبت است (مالی، ۲۰۰۵).
فیلم هایی که بر پایه نشاسته تهیه میگردند نسبت به رطوبت نسبی محیط پیرامون حساس میباشند؛ به همین دلیل رطوبت نسبی محیط باعث تغییر ویژگی های مکانیکی و مقاومت نسبت به نفوذ گاز ها میگردد ( شی[۴۲]، ۲۰۰۷)
نشاسته به دلیل ماهیت پلیمری قابلیت فیلم سازی دارد. به علاوه به دلیل قیمت مناسب و در دسترس بودن توجه زیادی به آن میشود ( بمیلر، ۲۰۰۹). یکی از معایب فیلمهای نشاسته، مقاومت پایین آنها به رطوبت است ( آهویناینن[۴۳]، ۲۰۰۳). برای حل این مشکل میتوان از چربی ها یا پلیمر های زیست تخریب پذیر مقاوم به رطوبت استفاده کرد (کاتر[۴۴]، ۲۰۰۶).
۲-۱-۱- نشاسته کاساوا
کاساوا مانیهوت اسکولنتا Manihot esculenta، یوکا یا مانیوت هم نامیده میشود گیاهی است چوبی از تیره فرفیون (خانواده فرفیون) بومی آمریکای جنوبی است که به طور گسترده به عنوان یک محصول هر ساله در مناطق گرمسیری و نیمه گرمسیری برای  ریشه غده ای نشاسته ای آن کشت شده است که عمده ترین منبع کربوهیدرات هستند. آرد تولید شده از ریشه تاپیوکا نامیده میشود. کاساوا سومین منبع بزرگ کربوهیدرتها برای غذای انسان در جهان است. و محصولی کم هزینه برای جمعیت ساکن در مناطق مرطوب استوایی میباشد. شواهد مستقیم نشان میدهد که ۱۴۰۰ سال پیش کشت  کاساوا در السالوادور صورت گرفته است. نشاسته کاساوا نشات گرفته از منبع متفاوتی نسبت به نشاستههای رایج مانند غلات (برنج، ذرت)، غده ای (سیب زمینی )، ریشهای (تاپیوکا ) و (نخود و لوبیا) است نام گذاری این گیاه تا حدی زیادی بستگی به منطقه ای که در آن رشد میکند دارد مانند ( آمریکای مرکزی (yucca anioca M یاMadioca در برزیل و Tapioca در هند و مالزی و در آفریقا و آسیای جنوبی Cassada یا Cassava) (محمدی و همکاران، ۲۰۱۱ ؛ ماریا و همکاران، ۲۰۰۹).
شکل ۲-۱: ریشه کاساوا
جدول ۲- ۱: گیاه شناسی گیاه کاساوا

این نوشته را هم بخوانید :   بررسی رابطه بین سیستم های اطلاعات مدیریت و ساختار سازمانی در سازمانهای ...

برای دانلود فایل متن کامل پایان نامه به سایت 40y.ir مراجعه نمایید.

طبقه بندی علمی
رده دولپه ایها