عنوان صفحه
شکل 3-1 دیسپرسیون نشاسته………………………………………………………………………………………………………35
شکل 3-2 نمونه فیلم های کنترل، 10، 20 و 30 درصد اسانس مرزه حین اندازه گیری WVP……………..38
شکل 3-3 نمونه فیلم های کنترل، 10، 20 و 30 درصد اسانس مرزه حین اندازه گیری حلالیت……………38
شکل 3-4 نمونه فیلم های کنترل، 10، 20 و 30 درصد اسانس مرزه حین اندازه گیری WAC…………….39
شکل 3-5 کشت سوش میکروبی استافیلوکوکوس اورئوس پلیت مربوط به آن…………………………………….40
شکل 4-1 رنگ فیلم­های نشاسته سیب زمینی با غلظت های مختلف اسانس مرزه ………………………………42
شکل 4-2 اثر اسانس مرزه بر سنتیک رشد میکروبی (استافیلو کوکوس اورئوس) در فیلم­های نشاسته سیب زمینی…………………………………………………………………………………………………………………………………………52
شکل 4-3 دستگاه اسپکترفوتومتر جهت قرائت میزان جذب نمونه ها…………………………………………………52
چكيده
در این کار پژوهشی تولید و ارزیابی ویژگی های فیلم­های خوراکی بر پایه نشاسته سیب زمینی حاوی اسانس مرزه مورد ارزیابی قرار گرفت. بدین منظور­ اسانس مرزه در نسبت­های مختلف (0%، 10%، 20% و 30%) و پلاستی­سایزر40% به 3 گرم نشاسته سیب زمینی اضافه شده و فیلم­های نشاسته­ای به روش کاستینگ تحت شرایط کنترل شده تهیه شد. خواص فیزیکوشیمیایی، ممانعتی، مکانیکی و ضد میکروبی فیلم­ها تحت شرایط استاندارد مورد ارزیابی قرار گرفت. آزمون مکانیکی فیلم­های نشاسته سیب زمینی حاوی اسانس مرزه نشان داد که استحکام کششی و مدول یانگ کاهش و درصد کشیدگی این فیلم­ها افزایش معنی داری داشت. میزان جذب آب، محتوی رطوبت، حلالیت، میزان نفوذ پذیری به بخار آب و میزان نفوذیذیری به اکسیژن فیلم­های نشاسته سیب زمینی حاوی اسانس مرزه، با افزایش غلظت اسانس، کاهش یافت. بررسی مشخصه­های رنگی نشان داد که با افزایش غلظت شفافیت فیلم­ها کاهش و رنگ فیلم­ها رو به قرمزی و زردی افزایش داشت. اسانس تهیه شده به دلیل وجود فلاونوئیدها، و فنول دی ترپن­ها خاصیت ضد میکروبی خوبی در برابر استافیلوکوکوس اورئوس از خود نشان داد. بنابر­این می­توان از این فیلم بدست آمده در بسته بندی فعال در پوشش ­های خوراکی و بسته بندی محصولات غذایی و کشاورزی استفاده کرد.
واژگان کلیدی: فیلم خوراکی، نشاسته سیب زمینی، اسانس مرزه، خواص مکانیکی، خواص ممانعتی، خواص فیزیکوشیمیایی، استافیلوکوکوس اورئوس.
فصل اول
مقدمه

• • 1. 1. پیش زمینه

     

     

از سال 1970 مصرف پلاستیک­ها هر 4 یا 5 سال 2 برابر می­ شود. حدود 30% پلاستیک­های تولیدی یک بار مصرف هستند. میزان پلاستیک­های یک بار مصرف در آمریکا سالانه 8 میلیون تن است. همچنین بسیاری از پلاستیک­های مورد استفاده در بسته­بندی بعد از استفاده، مورد استفاده مجدد قرار نمی گیرند. علت این امر آلودگی بالای این مواد و نیاز به تمیز کردن قبل از استفاده مجدد است که به دلیل هزینه ­بر بودن، غیر اقتصادی است. بر اساس یک بررسی 28- 14% حجم کل زباله­های جامد شهری و حدود 12- 9% حجم کل زباله­های جامد و فاضلاب شهری را پلاستیک­ها تشکیل می­ دهند. از طرفی با توجه به طول عمر بالای پلاستیک­ها و تقریباً زیست تخریب پذیر نبودن این پلیمرها^[1]، دچار یک بحران زیست محیطی شده­ایم و این مشکل باید به نحوی حل گردد. یکی از راه حل­های این مشکل، سنتز و طراحی پلیمرهای زیست تخریب پذیر^[2] است (لیاقتی، 1391).
تولید بیوپلیمر­هایی^[3] که از منابع تجدیدپذیر بدست می­آیند بر خلاف پلیمر­های سنتزی که بیشتر منشأ نفتی دارند در محیط طبیعی تجزیه پذیر هستند و موجب حفظ منابع تجدید ناپذیر می­گردد. این بیوپلیمر­ها که قابلیت برگشت به طبیعت را دارند از محصولات کشاورزی بدست آمده و موجب آلودگی محیط زیست نمی­شوند و در فرایند کمپوست توسط میکروارگانیسم ها به محصولات طبیعی مانند آب، متان، دی اکسید کربن، و توده زیستی تبدیل می­شوند. پلیمر­هایی که پس از فرایند تجزیه توسط میکروارگانیسم ها ­کاملاً به محصولات طبیعی تبدیل می­شوند زیست تخریب پذیر نامیده می­شوند (قنبرزاده و همکاران، 1388). بسته بندی­های زیستی حاصل از بیوپلیمر­های خالص دارای سرعت زیست تخریب پذیری بالاتری نسبت به فیلم­های آلیاژ شده می­باشند ولی کیفیت مکانیکی و نفوذپذیری آن­ها به نسبت پایین تر است (قنبرزاده و همکاران، 1388).
فیلم­های خوراکی^[4] لایه نازکی از بیوپلیمرها هستند که برای بهبود و نگه داری بهتر مواد غذایی بر روی سطح ماده غذایی کشیده می­شوند و یا بین اجزای مواد غذایی قرار داده می­شوند. البته عمدتاٌ فیلم­ها و پوشش ­های خوراکی برای حذف بسته بندی غیر خوراکی استفاده نمی­شوند بلکه به همراه بسته بندی­های مرسوم به بهبود کیفیت و ماندگاری کمک می­ کنند و تعداد لایه­ های بسته بندی را کاهش می­ دهند و بعد از این که بسته باز شد حفاظت از غذا را ادامه می­ دهند. فیلم­های خوراکی همچنین ممکن است به عنوان لایه­ای از بسته بندی­های چند لایه مورد استفاده قرار گیرند (قنبر زاده و همکاران، 1388).

بر خلاف فیلم­ها و پوشش ­های خوراکی استفاده از فیلم­ها و پوشش ­های زیست تخریب پذیر با هدف جایگزینی کامل با مواد بسته بندی سنتزی صورت می­گیرد. فیلم­ها و پوشش ­های زیست تخریب پذیر نیز دارای قابلیت بازدارندگی مقابل رطوبت، اکسیژن، مواد طعمی، آروما و روغن بوده و کیفیت غذا یا دارو را حفظ می­ کنند. همچنین می­توان به آن­ها مواد آنتی اکسیدانی^[5] و ضدمیکروبی^[6] نیز افزود. فیلم­ها و پوشش ­های زیست تخریب پذیر ویژگی­های ظاهری مانند رنگ، جلا و شفافیت محصول را بهبود می­بخشد (قنبر زاده و همکاران، 1388).
بسته بندی خوراکی باید فاقد طعم نامطبوع، عاری از هر گونه مواد سمی، سدی در برابر آب، گازها و مواد معطر بوده و دارای ویژگی های مکانیکی مطلوب برای حمل ونقل و دستکاری فرآورده های غذایی نیز باشد (جوانمرد و بصیری، 1385). پوشش های خوراکی باید حتی الامکان خصوصیات ارگانولپتیک^[7] خنثی (روشن، شفاف، فاقد بو و مزه و…) داشته باشند و موقع خوردن حس نشوند. بهبود ظاهر سطحی پوشش و خصوصیاتی که با حس لامسه تشخیص داده می شود از جمله نیازهای ضروری می باشد. معمولاً پوشش های پلی ساکاریدی خنثی تر از پوشش های لیپیدی هستند (ایران منش، 1387). اصولاً پوشش ها باید به خراشیدگی و شکستگی مقاوم باشند و از خود انعطاف پذیری نشان دهند. خواص مکانیکی پوشش های خوراکی به نوع ماده تشکیل دهنده و علی الخصوص به پیوستگی ساختمان آن بستگی دارد. توانایی ایجاد پیوستگی به ساختمان پلیمر، طول ملکول، شکل هندسی، توزین وزن ملکولی و نوع موقعیت گروه های جانبی آن بستگی دارد، همچنین این خصوصیت به شرایط تشکیل و روش پوشش دهی وابسته است (ایران منش، 1387).
رشد فزاینده علاقه نسبت به فیلم های ساخته شده از بیوپلیمرهای طبیعی از قبیل نشاسته به عنوان یک منبع جایگزین به منظور حل پلیمرهای غیر قابل تجزیه و انهدام ضایعات شکل گرفته از پلیمرهای سنتتیک مطرح شده است. از این رو، استفاده از بیوپلیمرهای کشاورزی که از نظر زیستی به راحتی تجزیه پذیر هستند نه تنها باعث حل این مشکلات می شودبلکه به ارائه کاربرد جدیدی از تولیدات مازاد کشاورزی نیز می پردازد. به واسطه نگرانی های محیطی، ترکیب مواد نگه دارنده زیستی با فیلم هایی که از نظر زیستی تجزیه پذیر می باشند مناسب تر از ترکیب با فیلم های پلاستیکی است. بسته بندی ضد میکروبی در نسل جدید بسته بندی “فعال” در کانون توجه قرار گرفته است. بسته بندی ضد میکروبی نوعی سیستم خاص بسته بندی است که دارای توانایی کشتن یا ممانعت کنندگی فساد میکروارگانیسم های پاتوژنیک یا بیماری زا در غذاهای آلوده شده می باشد (تورهان و سهباس^[8]، 2004).
زمانی که سیستم بسته بندی نیازمند فعالیت ضد میکروبی است، این سیستم یا ماده موجود از طریق گسترش فازتأخیر^[9]و کاهش سرعت رشد یا کاهش تعداد میکروارگانیسم های زنده از رشد میکروارگانیسم ها جلوگیری می کنند. از این رو بسته بندی ضد میکروبی می تواند مدت زمان ماندگاری را افزایش دهد و بنابراین باعث بهبود کیفیت مواد غذایی شود. در بخش بسته بندی مواد غذایی، مواد بر پایه نشاسته بیشتر مورد توجه قرار گرفته اند که این موضوع بیشتر به دلیل قابلیت تجزیه پذیری زیستی این ماده، قابلیت خوراکی، موجودیت گسترده به عنوان ماده خام مازاد کشاورزی، فراوانی این ماده، قابلیت تولید با هزینه پایین در مقیاس گسترده، ماده غیر آلرژی زا، سهولت استفاده و قابلیت فرایند حرارتی است (تورهان و سهباس، 2004).

• • 1. 1. اهمیت موضوع

     

     

در چند دهه اخیر میزان توجه و علاقه افراد به استفاده از بیوپلیمرهابه دلیل افزایش بیشتر آگاهی مصرف کنندگان، افزایش قیمت نفت خام، افزایش آلودگی­های زیست محیطی و تجزیه ناپذیر بودن پلیمرهای نفتی و توجه به گرمای جهانی افزایش یافته است و سبب شده تلاش­ های فراوانی در جهت تولید مواد بسته بندی با منشأ طبیعی(پروتئین، چربی و کربوهیدرات) به صورت فیلم یا پوشش صورت گیرد. اینگونه بیوپلیمرها در مقایسه با بهره گرفتن از پلاستیک­ها اثرات مخرب کمتری بر محیط زیست دارند (لیاقتی، 1391).
بیوپلیمرها نسبت به پلیمرهای سنتزی دارای مزایایی هستند که مهم­ترین آن­ها زیست تخریب پذیری وتجدید پذیری این مواد است. بازدارندگی بیوپلیمرها نسبت به گازها باعث افزایش ماندگاری محصولات تازه مثل میوه­هاوسبزی­ها می­ شود. بازدارندگی نسبت به ترکیبات فرار و روغن ها به حفظ کیفیت موادغذایی در طول عرضه و نگهداری کمک می­ کند. علاوه بر این بیوپلیمرها ترکیبات مناسبی برای حمل انواع مواد افزودنی و ضد میکروبی به حساب می­آیند که با آزادسازی کنترل شده این ترکیبات قادرند سرعت انواع فسادهای میکروبی وشیمیایی را در مواد غذایی کاهش دهند. اما با این وجود خواص مکانیکی ضعیف و نفوذ پذیری بالا نسبت به بخارآب دو عیب اصلی بیوپلیمرها محسوب می­ شود که باعث محدود شدن استفاده صنعتی از این مواد در بسته بندی می­گردد که با ورودفناوری نانو به این عرصه این مشکلات نیز برطرف شدند. فیلم­های حاصل از ترکیب نانو مواد و بیوپلیمرها و یا به اصطلاح نانو کامپوزیت­های بیوپلیمری خواص کاربردی مطلوبتری ازخود نشان می­ دهند که مهم­ترین آن­ها افزایش مقاومت مکانیکی و کاهش نفوذ پذیری نسبت به بخار آب می­باشد. افزایش بازدارندگی در برابر نفوذ گازها، افزایش کارایی فیلم در استفاده به عنوان بسته بندی فعال، افزایش مقاومت حرارتی ماده بسته بندی و ایجاد شفافیت و بهبود خواص ظاهری فیلم از دیگر مزایای نانو کامپوزیتهای بیوپلیمری می­باشد (قنبرزاده و همکاران، 1388).
دیگر دلایل استفاده از این بسته بندی های خوراکی عبارتند از: جلوگیری از انتقال رطوبت، جلوگیری از خروج ترکیبات فرار موجود در ماده غذایی، کاهش دهنده سرعت تنفس، به تاخیر انداختن تغییرات در بافت ماده غذایی، مانعی بسیار عالی در برابر عبور چربی ها و روغن ها، عبوردهی بسیار انتخابی گازهایی نظیر اکسیژن و دی اکسیدکربن (ایران منش، 1388).
فیلم­ها و پوشش ­های خوراکی می­توانند از انتقال رطوبت بین اجزاء موجود در بسته غذایی که فعالیت آبی متفاوتی دارند، ممانعت نمایند. همچنین فیلم­های بیو پلیمری وسیله ای بسیار خوب برای افزودن موادی مانند آنتی­اکسیدان­­ها، مواد ضد میکروبی، رنگ­ها و سایر مواد عملگرا هستند و اين در حالی است كه بسته بندی­های مرسوم قادر به رقابت در اين زمينه با فيلم­های خوراكی نمی باشند (ایران منش، 1388).
اما مسئله بسيار مهمی كه در اين فيلم‌ها بايد بدان توجه كرد محاسبه ميزان نفوذپذيری آنها نسبت به عبور گازهايی همچون بخار آب، اكسيژن، دی‌اكسيد كربن و اتيلن از يک سوی فيلم به طرف ديگر است. البته اين ويژگی تا اندازه زيادی به طبيعت فيلم هم بستگی دارد. فيلم‌های خوراكی يا محلول در آب هستند يا محلول در حلال. بيشتر فيلم‌های محلول در آب معمولاً نسبت به بخار آب نفوذپذيرتر هستند در حالی كه فيلم‌های محلول در حلال بهترين موانع در برابر عبور رطوبت هستند. اما در مقابل، فيلم‌های محلول در حلال نسبت به عبور اكسيژن نفوذپذيرترند (ایران منش، 1388).
برای بسیاری از کاربردهای غذایی، مهمترین ویژگی فیلم یا پوشش مقابله با انتقال رطوبت است چرا که در بسیاری از مواد غذایی سطوح خاصی از فعالیت آبی باید حفظ شود و واکنش­های مخرب شیمیایی وآنزیمی به شدت تحت تأثیر فعالیت آبی یا مقدار رطوبت است. بنابراین انتقال رطوبت در محصولات غذایی به شدت کیفیت، پایداری و ایمنی را تحت تأثیر قرار می­دهد. تغییرات در محتوای رطوبت غذا می ­تواند درون غذا و یا بین غذا و اتمسفر اطراف آن رخ دهد. رطوبت هم چنین می ­تواند به واسطه نیروهای موئینیگی و انتشار سطحی آب مهاجرت کند. سرعت انتقال رطوبت بین غذا و اطراف آن با پوشاندن کامل ماده غذایی با فیلم یا پوشش بسته بندی کاهش می­یابد (لیاقتی، 1391).
میزان رطوبت در ماده غذایی از پارامتر­های کلیدی بوده ومی­تواند نشان دهنده تازگی ماده غذایی، کنترل کننده رشد میکروبی و ایجاد کننده بافت و طعم مناسب باشد. با توجه به اینکه فیلم­های خوراکی کنترل کننده فعالیت آبی در ماده غذایی است، لذا اهمیت کاربرد آن­ها در صنعت غذا بیش از پیش آشکار می شود (ایران منش، 1388).
علاوه بر انتقال بخارآب، انتقال گازهایی مثل اکسیژن و دی اکسیدکربن مشخصاً پایداری ماده غذایی را تحت تأثیر قرار می­دهد. حالت اولیه فساد در بسیاری از مواد غذایی شامل اکسیداسیون چربی­ها، ویتامین­ها، ترکیبات معطر و رنگدانه می­باشد (لیاقتی، 1391).
افزایش و برقراری کیفیت رابطه مستقیمی با افزایش ماندگاری و بهبود ایمنی دارد. با پوشش ­های حفاظتی ماندگاری محصولات غذایی افزایش یافته و امکان آلودگی با مواد خارجی کاهش می­یابد. اخیراً تقاضا برای غذاهای فرآوری شده و تازه زیاد شده است بنابراین نیاز به محصولات غذایی با ماندگاری و ایمنی بالا احساس می­ شود. استفاده از مواد تجدید پذیر زیستی در بسته بندی غذا مهم به نظر می­رسد. چرا که آن، مصرف نهایی مواد بسته ­بندی سنتزی را کاهش می­دهد (لیاقتی، 1391).
پلیمرهای زیست تخریب­پذیر را می­توان بر اساس ترکیب شیمیایی، روش سنتز، روش فرایند، اهمیت اقتصادی، کاربرد، منشأ و …. طبقه بندی نمود. پلیمرهای زیست تخریب پذیر را بر اساس منشأ می­توان به پلیمرهای طبیعی یا بیوپلیمرها که از منابع تجدید شونده حاصل می­شوند و پلیمرهای سنتزی که از نفت خام (یک منبع غیر تجدید شونده) سنتز می­شوند، طبقه بندی نمود.
بیوپلیمرها با منشاء طبیعی را می­توان به 6 زیر گروه طبقه بندی کرد:

1. پلی ساکاریدها، مانند: نشاسته، سلولز، لیگنین و کیتین