بخشی از مقاله
چکیده
نشاسته یکی از ارزان ترین بیوپلیمرهاي کربوهیدراتی است که فیلمهاي با خواص و ظاهر مناسب تشکیل میدهد ولی مشکل اصلی آن همانند سایر بیوپلیمرها آبدوستینسبتاً بالاي آن می باشد.در این تحقیق فیلمهاي مختلفی از گونههاي نشاسته - ذرت و سیب زمینی - ، اسید اولئیک و گلیسرول تهیه شده و خواص نفوذپذیري نسبت به بخار آب و خواص مکانیکی آنها مورد مطالعه قرار داده شد. نتایج حاصل نشان داد که هر یک از فیلمهاي نشاسته ذرت که آمیلوز بیشتري نسبت به آمیلوپکتین داشت، در مقایسه با نشاسته سیب زمینی، خواص مکانیکی بهتر و نفوذ پذیري بیشتري به بخار آب دارا میباشد. اسید اولئیک اثر نرم کنندگی بر روي فیلم داشته است و با افزایش درصد اسید اولئیک نفوذ پذیري به بخار آب کاهش مییابد .
کلمات کلیدي: :نشاسته ، نفوذپذیري ، خواص مکانیکی، زیست تخریب پذیر
مقدمه
نشاسته از جمله پلی ساکاریدهایی است که به فراوانی و با هزینه کم قابل بوده و می توان جهت تولید لایههاي نازك - فیلم - استفاده نمود. اما فیلم تهیه شده داراي انعطاف پذیري کم و در مقابل رطوبت داراي مقاومت کمی است - . - 13 راهکارهاي مختلفی براي غلبه بر این محدودیتها پیشنهاده شده که یکی از این روشها، اصلاح شیمیایی پلیمر نشاسته است .اصلاح شیمیایی نشاسته نظیر ایجاد اتصالات عرضی به وسیله گلوتارآلدئید - - 16، اسید بوریک - - 19 و اپی کلریدرین - 14 - اشاره کرد. این اتصال دهندههاي عرضی سمی و پرهزینه بوده که اسید سیتریک گزینهاي مناسب جهت جایگزینی آنها به شمار میآید. روش دیگر براي بهبود خواص فیلم نشاسته، اختلاط آن با سایر پلیمرهاست .با توجه به اینکه بسیاري از پلیمرهاي سنتزي هیدروفوبیک بوده و از نظر ترمودینامیکی غیر قابل اختلاط با نشاسته هیدروفیلیک می باشند، فیلمهاي تهیه شده به دلیل عدم اختلاط مناسب بین دو فاز، خواص مکانیکی ضعیفی خواهند داشت. از این جهت در سال هاي اخیر استفاده بیوکامپوزیتها مورد توجه قرار گرفته است - . - 6
فیلمهاي بیوپلیمري کربوهیدراتی و پروتئینی یک مشکل مشترك دارند و آن بازدارندگی نسبتا ضعیف آنها در مقابل بخار آب است - 8،7 و. - 10 قابلیت بازدارندگی فیلم در برابر بخار آب عبارت است از توانایی فیلم در کاهش تبادل رطوبت محصول بسته بندي شده یا پوشش داده شده با اتمسفر خارجی میباشد. بیشتر فیلمهاي بیوپلیمري به علت ماهیت قطبی اکثر واحدهاي تشکیل دهندة آنها، ماهیت آبدوستی داشته و نفوذپذیري بالایی نسبت به بخار آب دارند و همین امر کاربرد آنها را در استفاده به عنوان مادةبسته بندي محدود میسازد - . - 12 براي کاهش نفوذپذیري فیلمها نسبت به بخار آب، روشهاي مختلفی وجود دارد.
یکی از موثرترین روش ها، ترکیب کردن مواد لیپیدي با بیوپلیمرهاست. چربی ها بدلیل داشتن ماهیت آبگریز می توانند بازدارندگی فیلم در مقابل بخار آب را افزایش دهند - . - 3 چربیها به دو طریق می توانند در تولید فیلم ترکیبی مورد استفاده قرار گیرند - -1: - 7 تولید فیلم امولسیونی از طریق اختلاط چربیها در محلول تشکیل دهندة فیلم ؛ -2 تولید فیلم هاي دو لایه به روش پوشش دادن یا لامینه کردن لایههایی از چربی بر روي سطح فیلم تشکیل شده .با افزودن مواد لیپیدي به فیلمهاي خوراکی بازدارندگی آنها در مقابل بخار آب تا حد زیادي بهبود مییابد. اما بایستی به این نکته توجه داشت که با قرارگیري ترکیبات لیپیدي در بین زنجیرهاي بیوپلیمر و جلوگیري از پیوستگی کامل شبکه، مقاومت مکانیکی فیلم تضعیف گردد - - 9 .بنابراین در تولید فیلم مرکب، علاوه بر تأثیر چربی در بهبود خواص بازدارندگی فیلم، بایستی تأثیر آن بر روي خواص سطحی و ظاهري فیلم نیز مورد بررسی قرار گیرد. هدف از این طرح تحقیق، مطالعه تأثیر افزودن اسید اولئیک و نرم کننده گلیسرول بر روي خواص مختلف فیلم گونههاي مختلف نشاسته - سیب زمینی وذرت - بود که در این مقاله، نفوذپذیري نسبت به بخار آب و خواص مکانیکی مورد بررسی قرار گرفته است.
مواد و روشها
-1 مواد شیمیایی: نشاسته ذرت و نشاسته سیب زمینی از شرکت گلوکوزان قزوین تهیه شد.گلیسرول از - Merk, Germany - و نمک کلرید منیزیم - Sigma, USA - و توئین 80 از - Merk, Germany - تهیه شد.
-2 روش ساخت فیلم :ابتدا 2 گرم از هر نشاسته با نسبتهاي اسیداولئیک به اندازه 10، 20 ، 40 و% 50 وزن نشاسته - 0/20، 0/40،0/80 و1 گرم - ، توئین80 و مقدار ثابت گلسیرول%20 در 100 ml آب حل شد و محلول تشکیل دهنده فیلم به مدت 30 دقیقه در دما 90 قرار گرفت پس از اندکی خنک شدن، نمونه فیلمهایی که حاوي اسید اولئیک بودند در یک مخلوط کن به مدت 3 دقیقه کاملا بصورت یکنواخت تبدیل شده و سپس عمل هموژنیزاسیون Ultra-Turrax T25 - ساخت کشور آلمان - در 2500rpm به مدت 5 دقیقه انجام گرفت. جهت خنک شدن و خروج کامل حباب هوا ، نمونه ها به مدت 10 دقیقه به خروج کامل قرار داده شدند. سپس محلول تشکیل دهنده فیلم در داخل پتري دیش هاي از جنس پلی استایرن به قطر 8cm ریخته شدند. پتري دیش ها پس از 1 ساعت قرار گرفتن در دماي محیط به آون با دماي 35 به مدت 24 ساعت خشک شد.
-3 اندازه گیري ضخامت فیلم: براي تعیین ضخامت فیلمها از میکرومتر Alton با دقت0.01 mm استفاده شد. اندازه گیري در 5 نقطه مختلف فیلم انجام گرفت وسپس از آنها میانگین گرفته شد.
-4 آزمون مقاومت مکانیکی : ویژگیهاي مکانیکی براساس روش استاندارد ASTM به شماره - 1 - D882-02 انجام شد.فیلمها به شکل نوارهایی به ابعاد 4×1 سانتی متر بریده شده و مقاومت کششی1 و افزایش طول2 با استفاده از دستگاه اندازه گیري بافت - Texture Analyzer ساخت شرکت سنتام ایران - تعیین گردید.فیلمها با 6 Kg /load cell و با سرعت 10mm/min کشیده شدند و مقاومت کشش و افزایش طول تا نقطه پارگی براي هر فیلم اندازه گیري شد.آزمایشات سه بار تکرار شده ومیانگین آنها به عنوان نتیجه اعلام گردید.
-5 اندازه گیري تراوایی به بخار آب:3 میزان تراوایی به بخار آب براساس روش استانداردASTM4 به شماره - 2 - E96 تعیین شد.براي این منظور فنجانکهاي ویژه اي طراحی شد. 5 گرم سیلیکاژل درون فنجانک ریخته شد. سطح رویی ظروف با فیلمهاي تهیه شده پوشانده شد .فیلمها با استفاده از درپوش ویژه و گیره محکم شدند .اطمینان حاصل شد که درزي بین فیلم و ظرف وجود نداشته باشد و تنها محل عبور بخار آب، از سطح فیلم باشد و رطوبت نسبی %10 ایجاد می کند. فنجانک ها توزین شده و در دسیکاتور حاوي محیط اشباع کلرید منیزیم که در دماي 25 رطوبت نسبی معادل با 33 %ایجاد میکند، قرار داده شدند .
دسیکاتورها در انکوباتور با دماي ثابت 25 قرار داده شدند. توزین ظروف هر دو ساعت یکبار تا زمان رسیدن به تعادل صورت می گیرد و از روي میزان افزایش وزن فنجانک ها میزان تراوایی بخار آب را اندازه گیري میکنیم و با استفاده از رابطه زیر محاسبه می شود. : X ضخامت فیلم - - m ؛: P فشار بخار آب اشباع ؛ : A مساحت ؛R1 :رطوبت نسبی در دیسکاتور ؛ : R 2 رطوبت نسبی در داخل فنجانک ؛:WVTR آهنگ انتقال بخار آب؛ :WVP نفوذ پذیري بخار آب
نتایج آزمایش و بحث
-1 تراوایی به بخار آب نتایج اندازه گیري نفوذپذیري به بخار در شکل1 مشاهده شده است. تولید فیلم امولسیونی با افزودن ترکیبات لیپیدي به محلول تشکیل دهنده فیلم یکی از روشهایی است که میتواند بازدارندگی این فیلم ها را تا حدودي بهبود بخشد با افزایش میزان غلظت اسید چرب در فیلم آهنگ انتقال بخار آب کاهش مییابد که دلیل آن خاصیت آبگریزي اسید اولئیک میباشد با افزودن اسید اولئیک خاصیت آبدوستی فیلم نشاسته کاهش مییابد که این نتیجه مشابه نتایجی است که در فیلم هاي مرکب جاصل از سایر زیست پلی مرها نظیر کیتوزان –اسید اولئیک - 18 - و پروتیئن کازئینات سدیم –اسید اولئیک - 5 - گزارش شده است.
زمانی که غلظت اسید چرب تا حدودي افزایش مییابد نفوذ پذیري به مقدار زیادي کاهش مییابد ولی اگر از حدي تجاوز کند نفوذپذیري کاهش مییابد که این پدیده را می توان به خاصیت نرم کنندگی اسید اولئیک - 11 - نسبت داد. که باعث افزایش تحرك زنجیرهاي ماکرومولکولی میشود و نتیجه هر چند که خاصیت آبگریزي فیلم بیشتر میشود. اما بدلیل افزایش فضاي آزاد و زیاد بین زنجیره ها ، کارآیی کاهش نفوذ پذیري نسبت به بخار آب کمتر خواهد بود. بنابراین توانایی محدود کردن نفوذپذیري به بخار آب توسط اسید اولئیک کاملا محدود است. در نشاسته هر چقدر نسبت آمیلوز به آمیلوپکتن با افزایش WVP فیلم ها افزایش مییابد . - 7 -
