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 می­ کنند. 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 می شود ]۵۹ و ۶۹[. 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 می باشد ]۹ و ۱۰۲[.

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

به طور کلی مصرف کنندگان مواد بسته بندی را تقاضا می­ کنند 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 فرایند کود شدن طبیعی می باشند برای کاربرد بسته بندی افزایش یافته است. فیلم و پوشش خوراکی لایه نازکی از مواد خوراکی است که توسط فرآیندهای مناسب صنعت غذا ساخته شده و برای دستیابی به اهدافی از قبیل کنترل انتقال رطوبت، محدود کردن انتقال گازها، به تعویق انداختن مهاجرت روغن و چربی، حمل افزودنی های غذایی مانند عوامل ضدمیکروبی و آنتی کسیدان ها، بهبود کیفیت و افزایش ماندگاری بر روی محصول غذایی قرار می گیرد. زیست تخریب پذیر بودن و خوراکی بودن این ترکیبات سبب شده است که به طور وسیع مورد پژوهش و کاربرد قرار گیرند. از جمله کاربردهای فیلم های خوراکی در ارتباط با مواد غذایی می توان به پوشش دادن آنها بر سطح فرآورده های قنادی، میوه ها و سبزی های تازه، برخی فرآورده های گوشتی، برخی فرآورده های لبنی، شکلات، غلات صبحانه ای، طیور و ماهی، فرآورده های منجمد، فرآورده های خشک شده و نظایر این ها اشاره داشت ] ۷۹[.
افزودن پرکننده های با حداقل اندازه در مقیاس نانو به فیلم های خوراکی و تولید پلیمرهای زیست نانو کامپوزیت می تواند راه حل جدیدی برای این مشکل ارائه نماید. نانو ذرات وقتی به پلیمر اضافه می شوند علاوه بر تقویت خواص پلیمر می توانند دارای فعالیت ضدمیکروبی نیز باشند ]۶۳[. این نسل جدید کامپوزیت ها بهبود چشمگیری در مقایسه با پلیمرهای اولیه نشان می­ دهند. برخی از نانو مواد می توانند ویژگی های نفوذ پذیری مواد بسته بندی را تغییر داده سبب بهبود ویژگی­های مکانیکی، شیمیایی، حرارتی و میکروبی شوند. نانو سایز کردن ذرات موجب افزایش سطح نانوفیلرها 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 ] ۱۱[. از نانو کامپوزیت­های خاک رس نیز می­توان برای تولید مواد اولیه بطری های ماء الشعیر استفاده کرد. مهم­ترین خصوصیت این مواد بازدارندگی آن­ها از خروج گاز دی اکسید کربن از این نوشیدنی­هاست. سیلیکات کلسیم نانو ساختار برای بسته بندی مواد غذایی فسادپذیر استفاده شده ­اند. نانو ذرات سیلیکات کلسیم دارای ساختار متخلخل و خاصیت جذب رطوبت هستند. یکی از اکسیدهای معدنی ای که در سال­های اخیر بیش از پیش در دنیای نانو به ویژه در پوشش دهی منسوجات و تولید کرم­های ضد آفتاب و بسته بندی مورد استفاده قرار گرفته دی اکسید تیتانیوم است ]۲۷[. این ماده در صنعت رنگ سازی کاربردهای فراوان دارد ولی ذرات کوچک نانو متری آن به دلیل داشتن خواص فوق العاده و منحصر به فرد موارد استفاده زیادی پیدا کرده اند. از این ماده در تصفیه، گندزدایی، رنگ زدایی، بوزدایی،ساخت سرامیک های ویژه، از بین بردن سلول های سرطانی، ساخت فتوکاتالیست ها، کاغذ سازی، تولد لوازم بهداشتی و آرایشی، تهیه پوشش ­های محافظ در مقابل اشعه ماوراء بنفش و ایجاد درخشندگی استفاده می­ شود. دی اکسید تیتانیوم در اندازه نانو متری یک فوتوکاتالیست ایده آل است که مهم­ترین دلیل وجود این خاصیت در این ماده قابلیت جذب اشعه فرابنفش است. فوتون­های فرابنفش بسیار پر انرژی هستند و در بیشتر موارد می توانند به سادگی باعث تخریب اجسام گردند. این پدیده معمولاً از طریق شکست پیوندهای شیمیایی در آن­ها صورت می­گیرد. بنابراین دی اکسید تیتانیوم با جذب اشعه فرابنفش و به واسطه خاصیت فوتوکاتالیستی خود می ­تواند پوششی ضد باکتری روی سطوح ایجاد کند و هم چنین مانع از عبور اشعه گردد. واکنش فوتوکاتالیستی دی اکسید تیتانیوم برای غیرفعالسازی طیف وسیعی از میکروارگانیسم­ها استفاده شده است. TiO₂ غیر سمی می­باشد و توسط اداره کل غذا و دارو امریکا (FDI) برای استفاده در غذای انسان، داروها، مواد در تماس با غذا و مواد آرایشی تأیید شده است. اثرات ضد باکتریایی و ضد قارچی دی اکسید تیتانیوم روی اشرشیا کلای، سالمونلا کلرئاسویس، ویبریو پاراهمولیتیکوس، لیستریا مونو سیتوژنز، سودو موناس آئروژنیوسا، استافیلوکوکوس اورئوس، دیاپورته اکتینیدیا، پنی سیلیوم اکسپنسوم گزارش شده است ] ۲۸، ۵۲، ۶۶ و ۶۷[.
تلفیق نانو ذرات فلزی دی اکسید تیتانیوم در فیلم نشاسته تاپیوکا موجب ایجاد نوعی بسته بندی فعال می­گردد. بسته بندی فعال نوعی بسته بندی است که علاوه بر داشتن خواص بازدارندگی اصلی بسته بندی های معمول (مانند خواص بازدارندگی در برابر گازها، بخارآب و تنش های مکانیکی)، با تغییر شرایط بسته بندی، ایمنی، ماندگاری و یا ویژگی­های حسی ماده غذایی را بهبود می­بخشد و در عین حال کیفیت ماده غذایی را حفظ می­ کند.
۱-۵- اهداف تحقیق
۱-۵-۱- هدف اصلی
هدف اصلی از این تحقیق تهیه فیلم­های نشاسته تاپیوکا 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 می ­تواند تا حدی در جبران این مشکل مؤثر باشند. زیست تخریب پذیر بودن و شکل پذیری خوب نشاسته تاپیوکا موجب اهمیت کاربرد آن در تهیه فیلم­های خوراکی جهت بسته بندی مواد غذایی و داروها می­باشد.
۱-۵-۲- اهداف اختصاصی
بررسی اثر نانو دی اکسید تیتانیوم بر خواص ممانعتی فیلم نشاسته تاپیوکا
بررسی اثر نانو دی اکسید تیتانیوم بر خواص مکانیکی فیلم نشاسته تاپیوکا
بررسی اثر نانو دی اکسید تیتانیوم بر پارامتر­های رشد میکروبی اشریشا کلی در فیلم نشاسته تاپیوکا
بررسی اثر نانو دی اکسید تیتانیوم بر خواص فیزیکوشیمیایی فیلم نشاسته تاپیوکا
۱-۶- پرسش­های تحقیق
آیا دی اکسید تیتانیوم به صورت نانو ذرات می ­تواند خواص مکانیکی را در فیلم­های نشاسته تاپیوکا را افزایش دهد؟
آیا نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم بر خواص ممانعتی فیلم­های نشاسته تاپیوکا تاثیر دارند؟
آیا نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم بر خواص فیزیکوشیمیایی فیلم­های نشاسته تاپیوکا تاثیر دارند؟
آیا استفاده از نانو دی اکسید تیتانیوم بر پارامترهای رشد میکروبی اشرشیا کلی فیلم­های خوراکی نشاسته تاپیوکا را تاثیر دارند؟
۱-۷- 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.
۱-۸- نمودار تحقیق
شکل ۱-۱ نمودار تحقیق را برای این پژوهش نشان می دهد.
شکل ۱- ۱: نمودار فرایند تحقیق
فصل دوم
مروری بر پژوهش­های پیشین
۲-۱- معرفی نشاسته و نشاسته تاپیوکا
۲-۱-۱- ترکیب و ساختار نشاسته
نشاسته یک جزء غذایی عمده است و یک کربوهیدرات تجزیه پذیر که از هزاران واحد گلوکز ساخته شده است. نشاسته دربرگیرنده زنجیره­های خطی و شاخه­دار مولکول­های گلوکز است که آمیلوز^[۱] و آمیلو پکتین ^[۲]نامیده می­شوند. آمیلوز که یک حالت خطی نشاسته است مسئول شکل گیری فیلم­های قوی است. پیوندهای فیزیکی در شبکه ماکرو مولکولی نشاسته بیشتر براساس آمیلوز هستند و بر خصوصیات مکانیکی فیلم­ها تاثیر می­گذارند از سوی دیگر، ساختار شاخه­دار آمیلو پکتین عموماً باعث ایجاد فیلم­هایی می­ شود که شکننده هستند ] ۳۶[.
نشاسته ترکیبی از دو پلیمر است آمیلوز، یک اتصال خطی (۴ ۱ ) از glucan – D – و آمیلوپکتین، یک مولکول پرشاخه که از شاخه های کوچک (۴ ۱ ) glucan – D – و پیوند (۶ ۱) در اتصالات تشکیل شده است. طول زنجیره آمیلوز حدود ۶۰۰۰ واحد D - گلوکو پیرانوز، با وزن مولکولی بین ۶۰۰۰۰۰ – ۱۵۰۰۰۰ دالتون است. آمیلو پکتین، بر عکس بسیار پر شاخه است به طور میانگین ۲۶- ۱۷ شاخه، با واحدهای D- گلوکوزیل جداشده از پیوندهای (۶ ۱ ) است. اندازه­ مولکولی آمیلو پکتین بزرگتر از آن است که به طور دقیق مشخص شود ولی مطالعات پراکنش نور حدود ۱۰^۶ D – گلوکوزیل در هر مولکول را نشان داد که آمیلو پکتین را یکی از بزرگترین ماکرو مولکولهای موجود در طبیعت می­ کنند. همه نشاسته­ها از این دو ترکیب ساخته شده ­اند. نسبت آن­ها در نمونه­های نشاسته معمولا ۲۰ به ۸۰ آمیلوز به آمیلو پکتین است ]۶ و ۸[.
شکل ۲- ۱: ساختمان شیمیایی نشاسته
نشاسته که به وفور در طبیعت یافت می­ شود، به دلیل قیمت پائین، قابلیت تجدید شوندگی و بازیافت زیستی، یکی از مواد خام جذاب و مورد علاقه برای استفاده در بسته بندی­های خوراکی محسوب می­گردد. علاوه بر این حساسیت زا نبوده و به دلیل دارا بودن ویژگی­های مکانیکی و مقاومت در برابر نفوذ گاز­ها، امکان به کارگیری و استفاده از آن در صنایع غذایی وجود دارد ]۱ و ۳[.
نشاسته به دلیل ماهیت پلیمری قابلیت فیلم سازی دارد به علاوه، به دلیل قیمت مناسب و در دسترس بودن توجه زیادی به آن می­ شود یکی از معایب فیلم­های نشاسته، مقاومت پایین آن­ها به رطوبت است برای حل این مشکل می­توان از چربی­ها یا پلیمر­های زیست تخریب پذیر مقاوم به رطوبت استفاده کرد، برای بهبود ویژگی­های فیلم­های نشاسته به ویژه خصوصیات کششی آن­ها می­توان از هیدروکلوئید­ها در ترکیب ­آن­ها استفاده کرد ]۴[.
۲-۱-۲- نشاسته تاپیوکا
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 می­ شود. 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 می دهد که ۱۴۰۰ سال پیش کشت  کاساوا در السالوادور صورت گرفته است. نشاسته تاپیوکا 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 مگذاری 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) ]68 و ۷۱[.
شکل ۲- ۲: ریشه کاساوا
جدول ۲- ۱: گیاه شناسی گیاه کاساوا