منبع پایان نامه ارشد با موضوع انعطاف پذیری، نفوذپذیری، رطوبت نسبی، مواد غذایی

دانلود پایان نامه

و کامپوزیت های بیوپلیمری خواص کاربردی مطلوب تری نشان می دهند که مهم ترین آنها افزایش مقاومت مکانیکی و کاهش نفوذ پذیری به بخار آب، افزایش بازدارندگی در برابر نفوذ گازها، افزایش کارائی فیلم به عنوان بسته بندی فعال، افزایش مقاومت گرمایی ماده بسته بندی و بهبود خواص ظاهری فیلم از دیگر مزایای نانوکامپوزیت های بیوپلیمری می باشد[2].

1-9-2-پلاستیسایزرها
فیلم ها و پوشش های خوراکی نیاز به کشش خوب وانعطاف پذیری، شکنندگی پائین، برای جلوگیری از ترک خوردن در طول حمل و نقل و ذخیره سازی هستند[36]. بنابراین پلاستسسایزرها با وزن مولکولی پائین برای بهبودانعطاف پذیری فیلم های خوراکی به فیلم ها افزوده می شود. افزودن نرم کننده ها به ترکیبات اصلی سازنده فیلم ها و یا پراکنده شدن بین زنجیره های پلیمر، موجب جدا شدن زنجیرهای پلیمر، کاهش سفتی ساختمان و افزایش انعطاف پذیری فیلم می شود. بعلاوه پلاستیسایزرهای موجب کاهش شکنندگی، کاهش پیوندهای هیدروژنی بین زنجیره های پلیمر و افزایش فضاهای بین مولکولی آنها می شود. معمولاً بیشترین پلاستیسایزرهای استفاده شده پروپیلن گلایکول، گلیسرول، سوبیتول، الیگوساکارید(سوکروز) و آب هستند. اضافه کردن پلاستیسایزرهای ممکن است ممکن است سبب تغییراتقابل توجهی در خواص ممانعتی فیلم ها به عنوان مثال افزایش نفوذپذیری فیلم به گازها(یا ترکیبات آروما)، کاهش توانایی فیلم در جذب آب و یا کاهش استحکام کششی شود.
تالجا ((2007و همکاران اعلام کرده اند که گلیسرول به منظور نرم کنندگی به فرمولاسیون فیلم افزوده می شود. پلاستیسایزرها تحرک زنجیره های پلیمر را با پرکردن فضاهای خالی بین شبکه پلیمر، افزایش می دهند و نیروهای پیوندی درون مولکولی کاهش یافته، شکنندگی کم، آبدوستیو قابلیت انتقال گاز و بخار آب زیاد می شود.
بنابه گزارش Gilbert ((1996و همکاران افزودن پلاستیسایزر با کاهش پیوندهای درون مولکولی بین زنجیره های پلیمر، خواص فیلم را اصلاح کره و WVP را افزایش می دهد. علیرغم اینیافته فیلم های دارای فروکتوز و سوربیتولWVP کمتری را نسبت به فیلم های بدون پلاستیسایزر نشان دادند. از آنجائیکه فیلم های بدون پلاستیسایزر بسیار شکننده اند، این امکان وجود دارد که منافذ بسیار ریزی داشته باشند که سرعت انتقال بخار آب را افزایش دهند.

2-9-1-1- مقایسه پلاسیتسایزرهای مورد استفاده
سوربیتول به علت تمایل کمتر به اتصال با آب، نسبت به گلیسرول بازدارندگی بهتری را در برابر بخار آب ایجاد می کند. متأسفانه پلاستیسایزرهای افزوده شده ، با گذشت زمان مهاجرت می کنند و خواص فیلم را تحت تأثیر قرار می دهند و موجب سخت تر و شکننده تر شدن فیلم می شوند. این پدیده تقریباً غیر قابل اجتناب است و فرآیندی طبیعی است. یک تفاوت مهم بین پلاستیسایزرهای گلیسرول و سوربیتول این است که سوربیتول در اثر مهاجرت بر روی سطح فیلم کریستالیزه می شود و موجب ظاهر نامطلوب می گردد ولیمهاجرت گلیسرول به آسانی قابل تشخیص نیست چون گلیسرول بر خلاف سوربیتول در دمای اتاق بصورت کریستالیزه نبوده و مایعی شفاف است. معمولاً اولین نشانه های مربوط به کریستالیزاسیون سوربیتول بعد از چندین ماه ظاهر می شود. علاوه بر افزودن پلاستیسایزر روش دیگری که می تواند برای افزایش انعطاف پذیری فیلم استفاده شود، کاهش وزن مولکولی و درنتیجه کاهش نیروهای بین مولکولی در امتداد زنجیر و افزایش فضاهای آزاد در پلیمر است . این کار توسط هیدرولیز محدود انجام می شود. این کار موجب کاهش نیاز به استفاده از غلظت های بالای پلاستیسایزر می شود و در نتیجه نفوذپذیری نسبت به بخار آب و اکسیژن کاهش مییابد و همچنین موجب افزایش حلالیت و امولسیونه شدن و بهبود هضم پذیری فیلم ها می گردد.

2-9-2- روش های تولید فیلم
به طور کلی فیلم های خوراکی از محلول ها یا دیسپرسیون های ترکیبات فیلم ساز پدیدمی آیند [2]. اجزای اصلی فیلم سازی را می توان به سه بخش شامل حلال، پلیمر و نرم کننده (پلاستیسایزر) تقسیم کرد. پلاستیسایزر ها همچون پلیمر ها باید محلول در حلال و نیز با آنها قابل امتزاج باشند [38,37]. تولید فیلم مستلزم وجود دست کم یک ترکیب پلیمری است که قادر به ایجاد ساختار شبکه ای با استحکام و پیوستگی کافی باشد[39]. در ارتباط با تولید فیلم های خوراکی نکات و ظرایف فراوانی وجود دارند که هر یک بر خواص نهایی فیلم های تولید شده اثر قابل ملاحظه دارند. از جمله آنها می توان به اثر عواملی نظیر جنس و غلظت پلیمر فیلم ساز، pH محلول لفاف ساز، دما، زمان، قدرت یونی محلول فیلم ساز، نوع و مقدار افزودنی های مورد استفاده، فشار، نوع ترکیب بندی فیلم از نظر ساده و یا مرکب بودن و مخلوط یا لایه ایبودن(قرار گیری دو یا چند لایه مجزا روییکدیگریا مخلوط شدن اجزاء)، جزئیات مربوط به خواص شیمیایی هر یک از اجزای فیلم ساز، حضور الکترولیت ها و روش تولید فیلم اشاره داشت[43,42,41,40]. تولید این فیلم ها را می توان در دو قسمت شامل تشکیل فیلم به صورت مجزا و تشکیل فیلم به طور مستقیم بر سطح غذا مورد بررسی قرار داد. در حالت نخست، ابتدا فیلم ساخته شده و سپس بر سطح ماده غذایی پوشش داده می شود، حال آنکه در حالت دوم تشکیل فیلم و پوشش دهی آن بر سطح غذا در یک مرحله صورت می گیرد. هر یک از روش های بالا که مورد استفاده قرار گیرند، نخستین مرحله در تولید فیلم، تهیه محلول فیلم ساز است. این محلول، حلال، پلیمر فیلم ساز و افزودنی ها را شامل می شود[40] . در شیوه تشکیل مجزای فیلم، محلو
ل فیلم ساز پس از تهیه شدن با یکی از روش های لایه سازی گسترانده و خشکمی شود. فیلم حاصل با روش های روکش دادن بر سطح ماده غذایی پوشش داده می شود. معادل این شیوه ها در روش پوشش دهی مستقیم فیلم بر غذا، شیوه های افشانی، لایه سازی، برس زنی، غرقابییا غوطه وری و پوشش دهی با بستر سیال را شامل می شود[47,46,45,44,43,41].

2-9-3- خواص فیلم های خوراکی :
2-9-3-1- خواص ممانعتی (عبور دهی گازها)
خواص ممانعتی فیلم های خوراکی به گازها/بخارات در صنعت غذا، در شرایطی که جلوگیری از پدیده های نامطلوبی نظیر از دست رفتن رایحه، جذب بوهای نامطلوب از محیط، از دست رفتن رطوبت غذا و جذب رطوبت از اتمسفر به غذاهای خشک مطرح باشد، از اهمیت فراوان برخوردار است[47]. به طور کلی فیلم های خوراکی به دلیل آبدوست بودن، از خواص ممانعتی مطلوب به O2 و CO2 به ویژه در رطوبت نسبی پائین برخوردارند[2]. عوامل محیطی دما و رطوبت نسبی در میزان تراوایی این فیلم ها مؤثرند[48] . زیاد بودن رطوبت در مواد غذایی باعث واکنش های شیمیایی و آنزیمی مخرب و زایل شدن بافت آنها می شود [2]. به طور کلی خواص ممانعتی فیلم های زیست پلیمری به رطوبت به دلیل خاصیت آبدوستی آنها، بر خلاف خواص ممانعتی به اکسیژن و سایر گازها، ضعیف است [49]. ممانعت به عبور بخار آب با شاخص “تراوائی بخار آب =WVP ” یا ” سرعت گذر بخار آب = WVTR ” [73,41]. و ممانعت به عبور اکسیژن با شاخص” تراوائی اکسیژن =OP ” یا ” سرعت گذر اکسیژن = OTR ” سنجیده می شود[50].
OTR= oxygen transmission rate
OP= oxygenpermeability
WVP=water vapor permeability
WVTR=water vapor transmission rate
استفاده از پوشش های خوراکی به ویژگی های ممانعت در برابر گاز، بخار آب، آروما و روغن وابسته است که به ترکیبات شیمیایی و ساختار پلیمر تشکیل دهنده و ویژگی های محصول و شرایط نگهداری بستگی دارد.
کاهشOTR موجب کاهش اکسیداسیون چربی(رنسیدیتی)، اکسیداسیون میوگلوبین(قهوه ای شدن رنگ)، کاهش تصعید مواد فرار از محصول و جلوگیری از نفوذ مواد فرار از محیط می شود.
در مورد نفوذپذیری به بخار آب از میان ماتریکس پلیمر فیلم میزانWVP برایفیلم های خوراکی بستگی به پلاستیسایزر، دما، رطوبت نسبی و … دارد. میل ترکیب شدن با آب در فیلم ها به ترکیبات هیدروفیلیک موجود در پلیمر نسبت داده شود[51].
هرناندز دریافت که انتقال بخار آب عمدتاً از طریق بخش آبدوست فیلم رخ داده و به نسبت بخش آبدوست و آبگریز ترکیبات فیلم وابسته است.
در مطالعه ایریمو همکارانش در سال 2007 اعلام کردند که عوامل مؤثر در اندازه گیریWVPروش تهیه فیلم و شرایط اندازه گیری هستند. با افزودن مقادیر زیاد گلیسرولWVP بیشتر و یا با افزایش دما کمتر می شود.
سوبرال و همکارانش (2001) بیان کردند که WVP فیلم های ژلاتینی بطور خطی با غلظت سوربیتول افزایش مییابد. منشاء ژلاتین روی مقادیرWVP اثر داشته است، در بیش از g 25 سوربیتول در g100 ژلاتین فیلم هایBHG(ژلاتین گاوی) بیشتر از فیلم هایPSG(ژلاتین خوکی) نسبت به بخار آب نفوذپذیر هستند[29].
لیژا و همکارانش در سال 2009 اثر PH و افزودن روغن ذرت بر WVP فیلم ژلاتینی را بررسی کردند و بیان داشتند که زمانیکهPH محلول های تشکیل فیلم بیش از 7 تنظیم شود و میزان روغن ذرت افزوده شده به بیش از 25/27%افزایشیابدWVP کاهش مییابد. OPرابطه خطی و مستقیم باPH و میزان روغن ذرت افزوده شده دارد[52].
کارولین و همکارانش (2009) اثر پلاستیک کننده های هیدروفوبیک روی خواص عملکردی فیلم های ژلاتینی را بررسی کردند و اظهار نمودند که با افزایش غلظت پلاستیسایزرهای هیدروفوبیک مشتق شده از اسید سیتریک و لستین سویاWVP افزایشمییابد. آنها همچنین بیان داشتند که فیلم های ژلاتینی حاوی عصاره یوکاWVP کمتری در مقایسه با فیلم های حاوی لستین دارند[53].
مورالیو همکارانش (2012) WVP فیلم های خوراکی ژلاتین ماهی تهیه شده باروش های اکستروژن و کاستینگ را بررسی کردند واعلام نمودند که مقادیر نفوذپذیری به بخار آب فیلم های اکستروژن بیشتر از فیلم های کاستینگ می باشد[47].
پرز و همکارانش (2009) بیان داشتند که WVP فیلم ژلاتین ماهی کد با افزودن روغن آفتابگردان کاهش نیافته و حتی با گذشت زمان نگهداری افزایش نیزیافت ولی با افزودن روغن به دلیل واکنش های پروتئین–لیپید عدم حلالیت بیشتر فیلم را موجب شد[54].
الحسن و همکارانش (2012) اظهار داشتند که WVP فیلم های خوراکی نشاسته ساگو و ژلاتین ماهی با افزایش در میزان ژلاتین ماهی در محلول های نشاسته WVPافزایشمییابد[55].
جانگو همکارانش (2008) بیان داشتند که فیلم های خوراکی ژلاتینی تهیه شده با روش اکستروژن در مقایسه با فیلم های ساخته شده با روش کاستینگ همراه با پلاستیسایزر گلیسرولWVP ، کشیدگیEبالاتر و مقاومت کششی(TS) کمتری دارند[56].
جییوگاو و همکاران در سال 2009بیان داشتند، در فیلم بر پایه نشاسته نخود با پلاستیسایزر گلیسرول(GPS) با پر کننده اکسید روی به همراه40%کربوکسی متیل سلولز (ZnO-CMC)،WVPدر فیلم های کامپوزیتZno-CMC/GPS با افزایش محتویZno-CMC کاهش معنی داری پیدا می کند که نشان دهنده این موضوع است که مقاومت در برابر آب در کامپوزیت بهتر از ماتریکس خالص است[57].
لی و همکاران در سال 2010نشان دادند کهWVPدر فیلم هایPVC با فزایش مقدار نانو ذرات اکسید روی کاهش قابل توجه ای دارد(P0.05) بنابراین فیلم های پوشیده شده با نانو ذرات اکسید روی می توانند مولکول آب بیشتری در سیستم بسته بندینگه دارند و در نتیجه عمر مفید برخی مواد غذایی مانند میوه ها و سیبزیجات را به تاخیر می اندازد. این محققین بیان کردند که ضعف اصلی فیلم های خوراکیWVTR با
لای آنهاست که در این تحقیق مشخص شد که نرخ انتقال رطوبت نسبی و اکسیژن در بسته بندی های نانو کاهش یافت در مقایسه با بسته بندی های طبیعی در نتیجه فیلم های پوشش داده شده با نانو اکسید روی پتانسیل خوبی برای بسته بندی مواد غذایی است[12].
طی تحقیقاتBroody در سال 2006 نشان داده شد که نانو کامپزیت هایCNTs با PLA تا 200 درصد سرعت انتقال بخار آب را بهتر از PLA خالص افزایش می دهد.

2-9-3-2- خواص مکانیکی
به طور معمول، مقاومت مکانیکی فیلم های هیدروکلوئیدی بر اساس سه پارامتر مورد بررسی قرار می گیرد: استحکام کششی (TS) مدول یانگ (Yو درصد افزایش طول در نقطه شکست (E).قدرت کشش، خواص ازیاد طول،مدول یانگ توسط منحنی استرس–استرین (تنش-کرنش) توسط انجمن مواد و آزمایش آمریکا (ASTM ) تعریف شده است.
خواص مکانیکی فیلم ها به نیروهای بین مولکولی زنجیره های پلیمری سازنده آن ها، نسبت ترکیبات سازنده افزودنی های اضافه شده در شرایط محیطی بستگی دارد[11,59]. مهمترین شاخص های سنجش خواص مکانیکی عبارتند از:
استحکام کششی(TS) بیشترین نیرویی که سبب کسیختگی جسم می شود تقسیم بر سطح مقطع جسم را گویند. نشان دهنده قدرت کششییا فشاری آن جسم است و یا نشان دهنده مقاومت جسم است.
کشیدگی در نقطه شکست (E%) بیشترین تغییر طول نسیت به طول اولیه را گویند.به عنوان یک خاصیت جسم معرفی می شود که انعطاف پذیری جسم را بررسی می کند.نشان دهنده قدرت کشش پذیری است.(چند درصد طول می تواند کش بیاید ولی پاره نشود)
مدولیانگ (Young’s moduls) نسبت stress به strain در ناحیه خطی است که میزان سختی جسم را بررسی می کند و نشان می دهد که هرچه سختی جسم بیشتر باشد سختی جسم بیشتر است.
ویلمهلم و همکاران در سال 2003 نشان دادند که افزودن پر کننده غیر آلی به ماتریکسPS-PVOH سفتی فیلم را افزایش می دهد[9].
لین و همکاران در سال 2009 نانو ذرات اکسید روی را در سه شکل(P-N-W)به پلیمر پلی پروپیلن(PP)اضافه کردند. که نتایج نشان داد ساختار شش ظلعییا چند وجهیrod اجازه می دهد، استرس به طور موثرتری نسبت به دیگر نانو ذرات ZnOبه ماتریکس پلیمری منتقل شود که سبب افزایش قدرت و سفتی کامپوزیت می شود. پر کننده ZnO _ N کمترین میزان کشیدگی(E%)را دارد که بدین علت است که بطور متوسط سایز کریستال کوچکتر است و تمایل دارد به آگلومیریزه شدن (بهم پیوستن) در هنگام مخلوط شدن با پلی پروپیلن دارد، در نتیجه ماتریکس حاصل خواص کششی پایین تری دارد[60].
لیو همکارانش (2009) اثرات نانو ذرات ZnOبر خواص مکانیکی پوشش های پلی اورتان را بررسی کرده اند. پوشش های پلی اورتان غنی شده با نانو ذرات ZnOتا 2 درصد وزنی بهبود قابل توجهی در Young’s moduls و استحکام کششی (TS) نشان داده اند. پلی اورتان به دلیل خواص فیزیکی خوب مانند انعطاف پذیری در دمای پایین، استحکام کششی، قابلیت کنترل سختی و شفافیت به طور گسترده ای استفاده می شود اما از معایب آن مقاومت دمایی پایین و دوام مکانیکی پایین آن می باشد. اندازه نانومتر و بویژه سطح تماس زیاد نانو فیلرها واکنش سطح داخلی فیلر و پلیمر را افزایش داده و در نتیجه موجب بهبود خواص پلیمر می شود. آزمایش های متناوب نشان می دهد که نانوفیلر ذرات ZnO استحکام را افزایش می دهد

دیدگاهتان را بنویسید