نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• فاطمه کاظم نژاد خرمی ¹
• سپیده حامدی ¹
• حسین کرمانیان ²
• امید رمضانی ¹
• زهرا رزم پور ¹
• فرزانه حواصلی آشتیانی ³

¹ گروه پالایش زیستی، دانشکده فناوری های نوین و مهندسی هوا-فضا، دانشگاه شهید بهشتی، پردیس زیراب، تهران، ایران

² رئیس پردیس علمی تحقیقاتی دانشگاه شهید بهشتی - زیراب

³ دانشگاه شهید بهشتی

چکیده

سابقه و هدف: تغییر سریع سبک زندگی انسان، تقاضا برای مصرف مواد غذایی فرآوری شده و بسته بندی شده را افزایش داده است. ماهیت بازدارنده بسته‌بندی باعث کاهش قرارگرفتن اجزای داخلی غذا با محیط خارجی مانند میکروارگانیسم‌ها، هوا و نور می‌شود و بنابراین فساد موادغذایی را به تأخیر می‌اندازد. امروزه فیلم‌های خوراکی بر پایه پلیمرهای طبیعی بویژه پلی ساکاریدهای خوراکی به دلایل زیست محیطی، تجزیه‌پذیری و ایمن بودن مورد توجه قرار گرفته‌اند. پوشش‌های خوراکی با ایجاد لایه‌ی نازک روی مواد غذایی از آن‌ها در برابر عوامل فساد محافظت کرده و عمر مفید مواد غذایی را افزایش می‌دهند. ضمن اینکه پوشش‌های خوراکی مشکلات آلودگی و زیست تخریب‌پذیری بسته‌بندی‌های مشتق شده از منابع نفتی را مرتفع می سازند. هدف این پژوهش، بررسی تأثیر نانولوله‌های هالوسیت روی ویژگی‌های فیلم خوراکی بر پایه موسیلاژ استخراج شده از بذر کتان است.
مواد و روش‌ها: در این پژوهش، ابتدا موسیلاژ بذر کتان با روش خیساندن در آب و رسوب دهی با اتانول استخراج شد. در مرحله بعد، پوشش-های خوراکی زیست‌تخریب‌پذیر بر پایه موسیلاژ بذرکتان با روش قالب‌ریزی و تبخیر حلال تهیه شد. اثر درصدهای مختلف نانولوله هالوسیت (1، 3 و 5 درصد وزنی/وزنی) بر روی ویژگی‌های جذب رطوبت، ممانعتی، نوری و حرارتی فیلم‌های خوراکی موسیلاژ ارزیابی شد. برای شناسایی برهم‌کنش‌های احتمالی میان پلی‌ساکارید موسیلاژ بذر کتان و نانولوله‌های هالوسیت از آنالیز تبدیل فوریه مادون قرمز استفاده شد. پایداری حرارتی نمونه‌ها با دستگاه توزین حرارتی در دامنه دمای اتاق تا ۶۰۰ درجه سلسیوس و تحت جریان نیتروژن بررسی شد. همچنین، پراکنش نانولوله‌ها در ماتریس پلیمری با نقشه‌برداری توزیع اتم‌های سیلیس و آلومینیوم توسط طیف‌سنجی پراش انرژی پرتو ایکس ارزیابی شد. جذب رطوبت فیلم‌ها در رطوبت نسبی ۷۵% از طریق وزن‌سنجی متوالی و نفوذپذیری بخار آب با استفاده از استاندارد ASTM E96 اندازه‌گیری شد. خواص مکانیکی فیلم‌ها نیز مطابق استاندارد ASTM D882 بررسی شد. پارامترهای رنگی فیلم‌ها شامل روشنایی، سبزی-سرخی و زردی-آبی با دستگاه رنگ‌سنج ارزیابی شد. خواص ضدمیکروبی فیلم‌های خوراکی در مقابل باکتری‌های گرم منفی اشریشیاکلی و گرم مثبت استافیلوکوکوس اورئوس با روش شمارش کلونی بررسی شد. همچنین زیست تخریب‌پذیری فیلم‌ها از طریق دفن در خاک به مدت 40 روز به صورت بصری مورد بررسی قرارگرفت.
نتایج: نتایج FTIR نشان داد که شدت باند جذب مربوط به گروه‌های هیدروکسیل در cm-1 ۳۲۹۱ با افزودن نانولوله‌های هالوسیت کاهش یافته است که بیانگر تشکیل پیوندهای هیدروژنی میان گروه‌های هیدروکسیل موسیلاژ و سطوح نانولوله می‌باشد. افزایش میزان هالوسیت موجب بهبود پایداری حرارتی فیلم‌ها شد؛ به‌طوری‌که فیلم حاوی 5% هالوسیت بیشترین مقاومت حرارتی را در میان نمونه‌های بررسی‌شده نشان داد. نقشه‌برداری عنصری نیز افزایش تراکم نسبی سیگنال‌های سیلیس و آلومینیوم را با افزایش مقدار هالوسیت نشان داد و بیشترین تراکم این عناصر در فیلم حاوی 5% هالوسیت مشاهده شد. جذب رطوبت فیلم‌ها با افزایش مقدار هالوسیت از 3 به 5% به‌طور معنی‌داری کاهش یافت و فیلم حاوی 5% هالوسیت با جذب رطوبت 54.8%، بهترین عملکرد ممانعتی در برابر رطوبت را نشان داد.، ضمن اینکه نفوذپذیری بخار آب نیز روند کاهشی مشابهی را دنبال کرد و از 5/11 برای فیلم کنترل به (g mm/(m^2 h kPa)) ۹/۵ برای فیلم ۵ % هالوسیت رسید. افزایش محتوی نانولوله موجب بهبود استحکام کششی فیلم موسیلاژ شد، به‌طوری‌که استحکام کششی فیلم حاوی 5% نانولوله به 31/69 مگاپاسکال رسید. پارامترهای رنگ‌سنجی فیلم‌ها با افزودن نانولوله هالوسیت تغییر کردند؛ به‌طوری‌که افزایش شاخص‌های روشنایی (L*) و سفیدی و کاهش شاخص زردی (b*) مشاهده شد. فعالیت ضدباکتریایی فیلم‌ها نیز با افزودن نانولوله هالوسیت به طور چشمگیری افزایش یافت. در نهایت، آزمون زیست‌تخریب‌پذیری با دفن در خاک به مدت ۴۰ روز نشان داد که فیلم موسیلاژ خالص، در مقایسه با فیلم‌های حاوی نانولوله هالوسیت، تخریب ظاهری سریع‌تری داشت و با افزایش مقدار نانولوله هالوسیت، روند ظاهری تخریب فیلم‌ها به تأخیر افتاد؛ به‌طوری‌که فیلم حاوی ۵ % هالوسیت کندترین روند ظاهری تخریب را در میان نمونه‌ها نشان داد.
نتیجه گیری: به کارگیری نانولوله هالوسیت به عنوان تقویت کننده می‌تواند ویژگی‌های عملکردی و خواص فیلم خوراکی بر مبنای موسیلاژ بذرکتان را بهبود بخشد. در میان نمونه‌های مورد بررسی، فیلم حاوی ۵ درصد نانولوله هالوسیت بیشترین پایداری حرارتی و کمترین جذب رطوبت را نشان داد و همچنین از استحکام کششی و فعالیت ضدباکتریایی قابل‌قبولی برخوردار بود. بنابراین، فیلم‌های موسیلاژ بذر کتان تقویت‌شده با نانولوله‌های هالوسیت، به‌ویژه در غلظت ۵%، دارای پتانسیل استفاده در توسعه بسته‌بندی‌های خوراکی زیست‌تخریب‌پذیر هستند.

کلیدواژه‌ها

• فیلم خوراکی
• موسیلاژ بذرکتان
• نانولوله هالوسیت
• خواص فیزیکومکانیکی و بیولوژیکی

موضوعات

• نانو کامپوزیت