دانشگاه آزاد اسلامی
واحد دامغان
گروه آموزشی مهندسی شیمی- صنایع غذایی
پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد « M. Sc »
عنوان:
مدل سازی ایزوترم جذب رطوبت تعادلی و بررسی خواص اساسی فیلمهای ترکیبی SSPS و ژلاتین ساپورت شده با نانو دی اکسید تیتانیوم
استاد راهنما:
دکتر عبدالرضا محمدی نافچی
بهار ۱۳۹۳
فهرست مطالب
سپاس گزاری ب
فهرست مطالب. ج
فهرست جداول. ح
فهرست شکل ها ط
چکیده ی
فصل اول: مقدمه. ۱
۱-۱- مقدمه. ۲
۱-۲- پیش زمینه. ۴
۱-۳- بیان مسأله. ۷
۱-۴- اهمیت موضوع. ۹
۱-۵- اهداف تحقیق ۱۵
۱-۵-۱- هدف اصلی ۱۵
۱-۵-۲- اهداف اختصاصی ۱۵
۱-۶- پرسشهای تحقیق ۱۵
۱-۷- محدودیتهای تحقیق ۱۶
۱-۸- نمودار روش تحقیق ۱۶
فصل دوم: مروری بر پژوهشهای پیشین ۱۸
۲-۱- ترکیبات اساسی بایوکامپوزیت. ۱۹
۲-۱-۱- نشاسته. ۱۹
۲-۱-۲- سویا ۲۳
۲-۱-۳- پلی ساکارید محلول در سویا ۲۵
۲-۱-۳-۱ ساختار SSPS 26
2-2- ژلاتین و ژلاتین گاوی ۲۶
۲-۲-۱- تولید ژلاتین ۲۹
۲-۲-۲- کاربردهای ژلاتین ۳۲
۲-۳- نانوتکنولوژی ۳۳
۲-۴- بایو نانو تکنولوژی ۳۴
۲-۳- کامپوزیت و نانو کامپوزیت. ۳۵
۲-۵- بایو نانو کامپوزیت. ۳۶
۲-۶- فلز تیتانیوم. ۳۷
۲-۶-۱- نانو دی اکسید تیتانیوم. ۳۷
۲-۷- بسته بندی فعال. ۳۸
۲-۸- بسته بندی نانو. ۳۹
۲-۹- فیلمهای خوراکی ۴۰
۲-۱۰- پلاستی سایزرها ۴۳
۲-۱۰-۱- مقایسه پلاستی سایزرهای مورد استفاده ۴۴
۲-۱۱- روش های تولید فیلم. ۴۵
۲-۱۲- ارزیابی خواص فیلم های خوراکی ۴۶
۲-۱۲-۱- خواص ممانعتی ۴۶
۲-۱۲-۲- خواص مکانیکی ۵۰
۲-۱۲-۳- خواص ضد میکروبی ۵۴
۲-۱۳- نمودارهای جذب تعادلی ۵۸
۲-۱۴- جمع بندی ۶۵
فصل سوم: مواد و روش ها ۶۶
۳-۱- مواد. ۶۷
۳-۲- روش تهیه فیلمهای نانوبایوکامپوزیتی ۶۸
۳-۳ – ضخامت فیلم. ۶۹
۳-۴- آنالیز فیلم. ۶۹
۳-۴-۱- ویژگی های مکانیکی ۷۰
۳-۴-۲- رنگ سنجی ۷۲
۳-۴-۳- نفوذ پذیری بخار آب (WVP) 72
3-4-4- حلالیت فیلم ها ۷۳
۳-۴-۵- ظرفیت جذب آب (WAC) 74
3-4-6- ایزوترم جذب. ۷۴
۳-۴-۷- اشعه مرئی – UV. 75
3-4-8- نفوذ پذیری به اکسیژن. ۷۵
۳-۴-۹- آزمون میکروبی ۷۶
۳-۵- تجزیه و تحلیل آماری ۷۸
فصل چهارم: نتایج و بحث. ۷۹
۴-۱- ارزیابی کیفی فیلمها ۸۰
۴-۱-۱- بررسی اثر نانو ذرات بر خواص ظاهری فیلمهای ترکیبی ۸۰
۴-۱-۲- بررسی اثر نانوذرات بر ضخامت فیلمهای ترکیبی نشاسته ssps / ژلاتین گاوی ۸۱
۴-۲- بررسی اثر نانو ذرات بر خواص فیزیکوشیمیایی فیلمهای ترکیبی نشاسته ssps / ژلاتین گاوی ۸۱
۴-۲-۱- محتوای رطوبت، حلالیت در آب و قابلیت جذب آب. ۸۱
۴-۳- بررسی اثر نانو ذرات بر خواص ممانعتی فیلمهای ترکیبی نشاسته ssps / ژلاتین ۸۴
۴-۴- بررسی اثر نانو دی اکسید تیتانیوم بر خواص مکانیکی فیلمهای ترکیبی ۸۸
۴-۵- جستجوی پیوند با روش FTIR 90
4-6- میزان جذب و عبور نور فرابنفش از فیلمهای ترکیبی نشاسته ssps/ ژلاتین حاوی نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم (uv-vis) 91
4-7- مشخصههای رنگی ۹۳
۴-۸- نمودارهای جذب تعادلی ۹۴
۴-۸-۱- مدل جذب تعادلی چند جمله ای ۹۴
۴-۸-۲- مدل جذب تعادلی GAB 95
4-9- بررسی اثر نانو ذرات بر خواص ضد میکروبی فیلمهای ترکیبی ۹۷
فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات. ۱۰۲
۵-۱- نتیجه گیری ۱۰۳
۵-۲- پیشنهادات. ۱۰۴
منابع و مراجع. ۱۰۵
English Abstarct 114
فهرست جداول
جدول ۴- ۱: میانگین ضخامت فیلمهای شاهد و نمونه های حاوی ذرات نانو دی اکسید تیتانیوم. ۸۱
جدول ۴- ۲: محتوای رطوبت، درصد حلالیت و قابلیت جذب فیلمهای ترکیبی نشاسته ssps / ژلاتین حاوی نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم. ۸۴
جدول ۴- ۳: اثر نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم بر نفوذ پذیری فیلمهای ترکیبی نسبت به اکسیژن و بخار آب. ۸۷
جدول ۴- ۴: اثر نانوذرات دی اکسید تیتانیوم بر خواص مکانیکی فیلمهای ترکیبی نشاسته ssps / ژلاتین گاوی. ۹۰
جدول ۴- ۵: پارامترهای رنگ سنجی از فیلم ترکیبی با غلظت های مختلف نانو دی اکسید تیتانیوم. ۹۴
جدول ۴- ۶: پارامترهای م
عادله GAB برای فیلمهای ترکیبی حاوی نانو دی اکسید تیتانیوم در دمای ۲۵ درجه سانتیگراد. ۹۷
فهرست شکل ها
شکل ۱-۱: نمودار فرایند پژوهشی ۱۷
شکل ۲- ۱: ساختمان شیمیایی نشاسته. ۲۰
شکل ۴- ۱: رنگ فیلمهای ترکیبی نشاسته ssps / ژلاتین با غلظت های متفاوت ( %۰، ۱%، ۳%، ۵%) نانو دی اکسید تیتانیوم. ۸۰
شکل ۴- ۲: طیف FTIR فیلمهای ترکیبی نشاسته ssps / ژلاتینی حاوی %۰، ۳% و ۵% نانو دی اکسید تیتانیوم ۹۱
شکل ۴- ۳: میزان جذب نور فیلمهای بایونانوکامپوزیتی در طول موجهای ۲۰۰ تا ۸۰۰. ۹۲
شکل ۴- ۴: درصد عبور نور فیلمهای بایو نانو کامپوزیتی در طول موجهای ۲۰۰ تا ۸۰۰. ۹۳
شکل ۴- ۵: مدل جذب تعادلی چند جمله ای (مرتبه ۳) برای فیلم ترکیبی در مقایسه با بایونانوکامپوزیت ترکیبی محتوی ۵% نانو دی اکسید تیتانیوم. ۹۵
شکل ۴- ۶: هاله عدم رشد در فیلم ترکیبی با ۵% نانو دی اکسید تیتانیوم. ۹۸
شکل ۴- ۷: اثر نانو اکسید روی بر ناحیه بازدارندگی فیلمهای ترکیبی علیه اشرشیا کلی. ۱۰۰
شکل ۴- ۸: اثر نانومیله های اکسید روی بر ناحیه بازدارندگی فیلمهای ترکیبی علیه استافیلوکوکوس. ۱۰۱
چکیده
هدف از این پژوهش بررسی اثر نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم بر خواص فیزیکوشیمیایی، مکانیکی، نمودار جذب تعادلی، عبور دهی نسبت به بخار آب و اکسیژن روی فیلمهای ترکیبی نشاسته ssps/ ژلاتین گاوی می باشد. در این کار پژوهشی فیلمهای ترکیبی نشاسته ssps/ ژلاتین گاوی (۱۰% ژلاتین و ۹۰% نشاسته ssps)، به همراه نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم در غلظتهای ۰، ۱، ۲، ۳، و ۵ % با بهره گرفتن از روش کاستینگ انجام شد. کلیه خواص فیزیکوشیمیایی، مکانیکی و عبوردهی نسبت به بخار آب و اکسیژن به روش استاندارد ملی امریکا انجام شد. مدل های جذب تعادلی چند جمله ای(مرتبه سوم) و مدل ۳ پارامتری جذب تعادلی GAB در داده های تجربی براز شد. آزمون مکانیکی نانوبایوکامپوزیت فیلمهای ترکیبی نشاسته ssps/ ژلاتین گاوی / نانودی اکسید تیتانیوم ، افزایش استحکام کششی و مدول یانگ، کاهش درصد کشیدگی را به دلیل افزایش غلظت نانو ذرات نشان داد. خواص فیزیکوشیمیایی از قبیل میزان جذب آب، حلالیت در آب، نفوذ پذیری به بخار آب و اکسیژن، با افزایش میزان نانو ذرات کاهش معنی داری (p<0/05) را نشان داد. همچنین میزان جذب کامل اشعه UV در غلظت ۵% درصد مشاهده شد. نمودارهای FTIR نشان داد که تعاملات انجام شده تماماً فیزیکی بوده و واکنشهای شیمیایی رخ نداده است. با بررسی ایزوترمهای جذب نانو بایو کامپوزیت حاصل، مشخص شد که مقدار رطوبت آب تک لایه کاهش یافته و نمودار به سمت پایین جابجا شده است و این حاکی از آن است که ذرات نانو دی اکسید تیتانیوم، توانایی آبگریز کردن فیلم را دارند. به طور کلی با توجه به بررسیهای انجام شده، فیلمهای خوراکی حاوی نانو دی اکسید تیتانیوم قابلیت به کارگیری به عنوان بستهبندی فعال در صنایع غذایی را دارا میباشند.
واژگان کلیدی : فیلم خوراکی، نشاسته ssps، ژلاتین گاوی، نانو دی اکسید تیتانیوم، خواص مکانیکی، خواص ممانعتی، خواص فیزیکوشیمیایی.
فصل اول: مقدمه
۱-۱- مقدمه
واژه یا اصطلاح بستهبندی به هر ماده، ظرف یا پوششی که جهت جلوگیری از آلودگی طی حملونقل و جا به جایی، حفاظت، بهبود و بازاریابی یا فروش هر فرآورده یا ماده بهکار میرود اتلاق میگردد ( لوپز- روبیو[۱] و همکاران، ۲۰۰۴). هدف از بستهبندی مواد غذایی حفاظت از ایمنی و کیفیت مادهی غذایی حاوی آن از زمان تولید تا زمان مصرف توسط مصرف کننده میباشد. یکی دیگر از کاربردهای مهم بستهبندی مادهی غذایی حفاظت از محصول در برابر آسیبهای فیزیکی شیمیایی و بیولوژیکی میباشد. شناختهترین مواد بستهبندی دارای خصوصیات ذکر شده مواد بستهبندی پلاستیکی میباشند ( دالین و شورتن[۲]، ۱۹۹۸).
توسعهی روز افزون صنایع پتروشیمی و پیشرفت سریع تکنولوژیهای مربوط به تولید پلاستیکهای صنعتی موجب کاربرد هر چه بیشتر پلیمرهای نفتی در صنایع بستهبندی و به خصوص بستهبندیهای ویژهی مواد غذایی شده است. دلیل این امر دسترسی آسان به مادهی اولیه، هزینه نسبتا پایین، ویژگیهای مکانیکی مطلوب و بازدارندگی خوب میباشد ( سیراکسا[۳] و همکاران، ۲۰۰۸). با این حال بازیافت نشدن مواد بستهبندی پلاستیکی یکی از محدودیتهای جدی این مواد میباشد. اغلب پلیمرهای سنتزی با منشاء نفتی به تخریب بیولوژیکی مقاوم میباشند و پیوندهای کربنی آنها توسط آنزیمهای میکروارگانیسمها شکسته نمیشوند و زیست تخریبپذیر[۴] نمیباشند. دومین مشکل مربوط به محدودیت مکانی بهویژه در مکانهای پر جمعیت است، یافتن مکان مناسب برای دفع زبالههای تولیدی و صنعتی در آینده مشکلتر از پیش میباشد ( هاگارد[۵] و همکاران، ۲۰۰۱). مشکل دیگر بسته بندیهای پلاستیکی مهاجرت ترکیبات استفاده شده در فرمولاسیون مانند نرم کنندهها[۶]، مونومرها و باقیمانده حلال به داخل ماده غذایی میباشد که موجب کاهش ایمنی و ایجاد بد طعمی در ماده غذایی میگردد ( مانهیم و پاسی[۷]، ۱۹۹۰). فاکتور بعدی که باید مورد توجه قرار گیرد وابستگی مواد بستهبندی پلاستیکی به مواد نفتی میباشد. با توجه به محدودیت و افزایش قیمت این منابع یافتن روشهای مقرون به صرفهی تولید مواد بسته بندی مورد توجه قرار گرفته است. علاوه بر عوامل زیست محیطی ذکر شده بسته بندی مواد غذایی با تغییرات قابل توجهی در توزیع مواد غذایی شامل جهانی شدن زنجیرهی غذایی، افزایش تمایل مصرف کنندگان به مصرف غذاهای تازهتر و با کیفیت بهتر و ایمنتر مواجه شده است ( لوپز- روبیو[۸] و همکاران، ۲۰۰۴).
آلودگی ناشی از مواد بستهبندی تولید شده از مشتقات نفتی و مشکلات ناشی از روشهای مختلف حذف این مواد توجه پژوهشگران را در طی سالهای اخیر به یافتن جایگزینهای مناسب برای این نوع مواد بستهبندی معطوف کرده است ( فانگ[۹] و همکاران، ۲۰۰۳). به لحاظ مشکلات زیست محیطی بسیاری از مواد بسته بندی، توجه ویژه ای به پلیمرهای زیستی و تجزیه پذیر به منظور توسعه مواد بسته بندی غذایی دوست دار طبیعت معطوف شده است ( لوپز- روبیو[۱۰] و همکاران، ۲۰۰۴). از طرفی استفاده از محصولات جنبی (By-products) کشاورزی و صنعت غذایی به منظور توسعه مواد زیست تخریب پذیر برای جایگزینی پلیمرهای بر پایه نفت در کاربردهای بسته بندی علاقه مندی روبه رشدی را در پی داشته است ( دالین و شورتن[۱۱]، ۱۹۹۸). استفاده از فیلمهایی با منشا طبیعی(نشاسته-پروتئین و .)به دلیل پتانسیل این مواد در جایگزینی پلیمرهای رایج در بسته بندی موادغذایی و به علت مقاومت آنها در برابر نفوذ گازها ،رطوبت، و مواد محلول ازدهه قبل رایج شده است ( جان استون- بانک[۱۲]، ۱۹۹۰).
تعداد صفحه : ۱۲۳
قیمت : ۱۴۷۰۰ تومان