پايان نامه براي دريافت درجه كارشناسي ارشد در رشته علوم و صنايع غذايي
گرايش : تكنولوژي مواد غذايي
عنوان
بررسي اثر نانوذرات خاك رس و دي اكسيد سيليكون بر خواص مكانيكي ، فيزيكوشيميايي و نمودار تعادلي رطوبت فيلم هاي نشاسته سيب زميني
استاد راهنما :
آقاي دكتر عبدالرضا محمدي نافچي
استاد مشاور :
آقاي دكتر حبيب اله ميرزائي
تكه هايي از متن به عنوان نمونه :
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول : مقدمه ۱
۱-۱- پيش زمينه. ۲
۱-۲- اهميت موضوع . ۴
۱-۳- اهداف . ۵
۱-۴- سوالات پژوهش . ۶
۱-۵- محدوديت ها . ۶
۱-۶- نمودار تحقيق . ۷
فصل دوم : مروري بر پژوهش هاي پيشين . ۸
۲-۱- بسته بندي ۹
۲-۱-۱- بسته بندي از ديدگاه محيط زيست ۹
۲-۱-۲- فيلم و پوشش هاي بسته بندي ۱۰
۲-۱-۳- كاربرد فيلم و پوشش هاي بسته بندي . ۱۱
۲-۲- كامپوزيت . ۱۱
۲-۲-۱- تعريف نانو تكنولوژي ۱۲
۲-۲-۲- تعريف نانو كامپوزيت ۱۲
۲-۳- بايو نانو كامپوزيت . ۱۳
۲-۳-۱- بايو تكنولوژي . ۱۳
۲-۳-۲- تعريف بايو نانو كامپوزيت . ۱۴
۲-۴- نشاسته . ۱۵
۲-۵- نشاسته سيب زميني . ۲۰
۲-۶- نانو رس . ۲۴
۲-۷- نانو دي اكسيد سيليس . ۳۱
۲-۸- پلاستيسايزر ۳۴
۲-۸-۱- مقايسه پلاستي سايزرهاي مورد استفاده . ۳۵
فصل سوم : مواد و روش ۳۶
۳-۱- مواد مورد استفاده ۳۷
۳-۲- آماده سازي فيلم . ۳۷
۳-۳- ضخامت فيلم . ۴۰
۳-۴- آزمايش ها . ۴۰
۳-۴-۱- ويژگي هاي مكانيكي . ۴۰
۳-۴-۲- رنگ سنجي. ۴۲
۳-۴-۳- نفوذپذيري بخار آب(WVP) . 42
3-4-4- بررسي تعامل موارد شيميايي FTII 44
3-4-5- حلاليت فيلم ها ۴۴
۳-۴-۶- ظرفيت جذب آب (WAC) . 45
3-4-7- ايزوترم جذب ۴۷
۳-۴-۸- اشعه مرئي UV . 48
3-4-9- نفوذپذيري به اكسيژن ۴۸
۳-۵- تجزيه و تحليل آماري . ۴۸
فصل چهارم : نتايج و بحث ۴۹
۴-۱- بررسي كيفي فيلم ها . ۵۰
۴-۲- نفوذپذيري نسبت به بخار آب (WCP) 50
4-3- حلاليت ها (Solubiniti) . 54
4-4- ظرفيت جذب آب (WIC) 56
4-5- خصوصيات مكانيكي . ۵۸
۴-۶- ايزوترم جذب ۶۳
۴-۷- محتواي رطوبت ۶۷
۴-۸- رنگ سنجي ۶۸
۴-۹- نفوذپذيري نسبت به اكسيژن ۶۹
۴-۱۰- FTIR , UV . 72
فصل پنجم : نتايج و پيشنهادات . ۸۰
پيشنهادات . ۸۲
منابع . ۸۳
چكيده انگليسي ۹۴
چكيده
نشاسته كه به وفور در طبيعت يافت مي شود به دليل قيمت پايين، قابليت تجديد شوندگي ، دارا بودن ويژگي هاي مكانيكي و مقاومت در برابر نفوذ گاز ها يكي از مواد خام جذاب براي استفاده در بسته بندي هاي مواد خوراكي محسوب مي شود. يكي از معايب اصلي بايوپليمرها آب دوستي آن ها ميباشد كه استفاده از آن ها را در صنعت بسته بندي محدود كرده است. استفاده از فناوري نانو در زمينه علم پليمر به توليد پليمر هاي نانو بايو كامپوزيت منجرشده است، اين نانو بايو كامپوزيت ها زيست تخريب پذير هستند ضمن اين كه خواص كاربردي مطلوبي از خود نشان مي دهند. در اين تحقيق اثر نانو دي اكسيد سيليكون و نانو خاك رس بر خواص مكانيكي، فيزيكو شيميايي و نمودار تعادلي رطوبت فيلم هاي نشاسته سيب زميني مورد بررسي قرار گرفت. در اين پژوهش فيلم نشاسته اي بر مبناي نشاسته سيب زميني و افزودن پلاستي سايزر سوربيتول / گليسرول به نسبت وزني ۳ به ۱ به روش كاستينگ تهيه شد. دي اكسيد سيليكون و نانو خاك رس با غلظت هاي ۰، ۱، ۲، ۳، ۵% به فيلم ها قبل از كاستينگ اضافه شده و به كمك امواج اولترا سونيك در فيلم ها يكنواخت شده و فيلم ها در شرايط كنترل شده خشك شدند. خواص فيزيكو شيميايي شامل ميزان جذب آب يا WAC[1]، عبور دهي نسبت به بخار آب يا WVP[2] و خواص مكانيكي براي فيلم ها اندازه گيري شد.
هم چنين نمودار جذب تعادلي براي نانو بايو كامپوزيت ها نيز تعيين گرديد. نتايج نشان داد كه افزودن نانو ذرات دي اكسيد سيليكون و نانو خاك رس ميزان جذب آب و نفوذ پذيري نسبت به بخار آب را به طور معني داري (۰۵/۰ P<) كاهش مي دهد. هم چنين نمودار جذب تعادلي فيلم هاي محتوي نانو ذرات دي اكسيد سيليكون به طور معني داري پايين تر از فيلم هاي فاقد نانو ذرات قرار گرفت كه حاكي از كاهش آب دوستي نانو بايو كامپوزيت مي باشد. لذا افزودن ذرات نانو دي اكسيد سيليكون علاوه بر بهبود خواص اساسي فيلم هاي بايو پليمري به آب گريزي آن ها نيز كمك مي نمايد.
۱-۱پيش زمينه
در گروه مواد تجديد شدني بر پايه ي مواد پليمري زيست تخريب پذير، نشاسته يكي از قابل توجه ترين مواد بود به دليل اين كه به آساني در دسترس است ومي تواند محصولات نهايي موثري ايجاد كند. نشاسته فرم اصلي كربوهيدرات در گياهان است. نشاسته يك پليمر نيمه بلورين تشكيل شده از يك مخلوطي از آميلوز يك پلي ساكاريد خطي وآميلوپكتين يك پلي ساكاريد منشعب ميباشد. نسبت مقدار آميلوز و آميلوپكتين به منبع گياهي بستگي دارد. در كاربرد هاي بسته بندي، مواد برپايه نشاسته ، به دليل زيست تخريب پذيري، به طور گسترده در دسترس بودن و هزينه ي كم مورد توجه زياد واقع شده اند( زپا[۳] و همكاران، ۲۰۰۸)
نشاسته پليمري از مولكولهاي گلوكز است. اين ماده در بافت هاي گياهي به صورت دانه هاي جدا از هم يا گرانول وجود دارد كه قطر آنها از۲ تا۱۰۰ ميكرون متغيراست. گرانولها به لحاظ شكل ممكن است به صورتهاي كروي، بيضي و يا چند وجهي باشند كه با ميكروسكوپ قابل بررسي هستند. اين گرانولها اكثراً داراي يك مبدا مركزي موسوم به هيلام ميباشند كه اغلب توسط حلقه هاي متحد المركزي احاطه شده اند. مهم ترين منبع تهيه نشاسته، ذرت است اما نشاسته گندم، برنج، سيب زميني، كاساوا و ساگو نيز توليد و به بازار عرضه ميشود. دراين ميان بزرگ ترين گرانولها مربوط به سيب زميني و كوچك ترين آنها متعلق به برنج است. نشاسته از دو قسمت يا دو نوع مولكول پليمري تشكيل شده است. يك قسمت به صورت خطي وفاقد انشعاب موسوم به آميلوز است و قسمت ديگر كه داراي انشعاب ميباشد آميلو پكتين نام دارد(فاطمي، ۱۳۸۴),
نشاسته تركيب اصلي و مهم سيب زميني مي باشد كه ۱۷ تا۲۱ درصد ازوزن تازه سيب زميني و حدود ۸۰ درصد ماده خشك آن راتشكيل ميدهد. نشاسته به عنوان اندوخته ي غذايي بسياري از گياهان محسوب مي شود.(يقباني، ۱۳۸۷)
فناوري نانو به دليل تعامل نزديكي كه با ساير رشتههاي علوم دارد به سرعت در حال گسترش است و در اين علم پليمر را نيز از مزاياي خود بي بهره نگذاشته است. استفاده از فناوري نانو در زمينه علم پليمر به توليد پليمر هاي نانو كامپوزيت منجر شده است. نانوكامپوزيت ها پليمر هايي هستند كه درآنها از تركيبات آلي يا غير آلي مختلفي كه داراي اشكال مختلف صفحه اي، كروي و يا به صورت ذرات ريز بوده واندازه اي در حد ابعاد نانو دارند به عنوان فيلر يا پركننده استفاده ميشود. فيلمهاي حاصل از تركيب نانو مواد و بيوپليمرها و يا به اصطلاح نانوكامپوزيتهاي بيوپليمري خواص كاربردي مطلوبتري از خود نشان مي دهند كه مهمترين آنها افزايش مقاومت مكانيكي و كاهش نفوذپذيري نسبت به بخار آب ميباشد. افزايش بازدارندگي در برابر نفوذ گازها، افزايش كارايي فيلم در استفاده به عنوان بسته بندي فعال، افزايش مقاومت حرارتي ماده بسته بندي و ايجاد شفافيت و بهبود خواص ظاهري فيلم از ديگر مزاياي نانوكامپوزيت هاي بيوپليمري است.(قنبرزاده، ۱۳۸۸).
نانو رسها مهم ترين و پر كاربردترين موادي هستند كه در توليد نانو كامپوزيتهاي بيو پليمري مورد استفاده قرار مي گيرند. اين دسته از نانو مواد نسبت به ساير مواد داراي دو ويژگي منحصر به فرد هستند كه باعث گسترش استفاده از آن ها در توليد نانو كامپوزيتها گرديده است: توانايي نانو رسها درپخش شدن به صورت لايه هاي مجزا از هم و قابليت تغيير در خواص سطحي اين مواد و ايجاد سازگاري با انواع پليمرها و بيو پليمرها. توليد آسان تر و در نتيجه قيمت پايين تر، دسترسي آسان تر و سازگاري بيشتر با بيو پليمرها از جمله دلايلي است كه باعث افزايش توجه به استفاده از نانو رس ها در توليد نانو كامپوزيت هاي بيوپليمري شده است.(قنبرزاده، ۱۳۸۸)
تركيب شيميايي سيليكون دي اكسايد كه به عنوان سيليكا شناخته مي شود يك اكسيد سيليكون با فرمول شيمياييSiO2 است. اكسيد سيليس از قديم به دليل سختي اش شناخته شده است. سيليس معمولا در طبيعت به صورتsandy (شني)، كوارتز، كريستالي (جامد)، بخار سيليس، سيليس كلوييدي، ژل سيليس و آيروژل مي باشد. سيليس اصولا در توليد شيشه براي پنجره ها، شيشه نوشيدني ها و . به كار ميرود. بيشتر فيبر هاي نوري در زمينه ارتباطات از سيليس ساخته مي شوند. سيليس يك افزودني رايج درتوليد مواد غذايي است كه اصولا به عنوان يك عامل جاري شدن در موادغذاييپودري،يابراي جذب آب دركاربرد هاي هيگروسكوپيك(نمك گيري)استفاده مي شود. سيليكون جزء اوليه خاكستر سبوس برنج است كه براي مثال در تصفيه كردن و هم چنين ساخت سيمان استفاده مي شود.( ويكي پديا)
۱-۲ اهميت موضوع
نشاسته هاي داراي خواص عملكردي مانند نشاسته سيب زميني، متقاضي زيادي در صنايع مختلف به ويژه صنايع غذايي دارند. در ايران تنها ذرت و گندم جهت تهيه ي نشاسته مصرف مي شوند. با توجه به اين كه اين دو محصول مصارف مهم تري در مقايسه با استخراج نشاسته دارند، لذا ميتوان انتظار داشت كه منبع مناسبي براي توليد نشاسته نباشند و سيب زميني به دلايل زير مي تواند به عنوان جايگزيني براي آن مطرح شود:
۱.امكان افزايش توليد با بهره گرفتن از بذور سالم و كشت مكانيزه
۲.وجود امكانات و شرايط اقليمي و جغرافيايي كشور براي افزايش سطح زير كشت و توليد در تمام ايام سال
۳.مزيت نسبي از نظر ميزان استحصال نشاسته از واحد سطح
اگر چه هزينه توليد نشاسته در سيب زميني بالاتر از ساير منابع است ليكن خواص عملكردي آن ممكن است مصرف آن را در محصولات خاصي توجيه سازد.(يقباني، ۱۳۸۷)
نشاسته سيب زميني به طور ذاتي چندين خصوصيت مطلوب دارد كه به منظور بهبود و افزايش پايداري و سفتي ژل ها در بعضي مواد غذايي، به عنوان يك جزء مهم و اساسي بر نشاسته ذرت، گندم و ساير نشاسته ها ترجيح داده مي شود. علاوه بر اين در مقايسه با ساير نشاسته ها قدرت تورم و قدرت باند شدن بالايي از خود نشان مي دهد در حالي كه دماي ژلاتينه شدن پاييني دارد. (يقباني، ۱۳۸۷)
بيو پليمر ها نسبت به پليمر هاي سنتزي داراي مزايايي هستند كه مهم ترين آن ها زيست تخريب پذيري و تجديد پذيري اين مواد است. بازدارندگي بيو پليمر ها نسبت به گاز ها باعث افزايش ماندگاري محصولات تازه مثل ميوه هاوسبزي ها مي شود. بازدارندگي نسبت به تركيبات فرار و روغن ها به حفظ كيفيت مواد غذايي در طول عرضه و نگهداري كمك مي كند. علاوه بر اين بيو پليمر ها تركيبات مناسبي براي حمل انواع مواد افزودني و ضد ميكروبي به حساب مي آيند كه با آزاد سازي كنترل شده اين تركيبات قادرند سرعت انواع فساد هاي ميكروبي و شيميايي را در مواد غذايي كاهش دهند. اما با اين وجود خواص مكانيكي ضعيف و نفوذ پذيري بالا نسبت به بخارآب دو عيب اصلي بيو پليمر ها محسوب مي شود كه با ورود فناوري نانو به اين عرصه اين مشكلات نيز برطرف شدند. فيلم هاي حاصل از تركيب نانو مواد و بيو پليمر ها و يا به اصطلاح نانو كامپوزيت هاي بيو پليمري خواص كاربردي مطلوب تري از خود نشان مي دهند كه مهم ترين آن ها افزايش مقاومت مكانيكي و كاهش نفوذ پذيري نسبت به بخارآب مي باشد. افزايش بازدارندگي در برابر نفوذ گازها، افزايش كارايي فيلم در استفاده به عنوان بسته بندي فعال، افزايش مقاومت حرارتي ماده بسته بندي و ايجاد شفافيت و بهبود خواص ظاهري فيلم از ديگر مزاياي نانو كامپوزيت هاي بيو پليمري مي باشد.(قنبرزاده،۱۳۸۸)
۱-۳ اهداف