بخشی از مقاله
خلاصه
در طی سالهای اخیر تمایل به استفاده از پلیمرهای زیست تخریبپذیر در تهیه بستهبندی مواد غذایی، بسیار مورد توجه قرار گرفته است. یکی از کاربردهای بالقوهی این پلیمرها، تهیه بستهبندیهای فعال حاوی مواد ضدمیکروبی میباشد. در طراحی یک بستهبندی ضدمیکروبی، فاکتورهای زیادی بایستی مورد توجه قرار گیرند. اغلب این فاکتورها به ماهیت شیمیایی ماده ضدمیکروبی، نوع مادهی غذایی و میکروارگانیسم هدف بستگی دارند. همچنین در سالیان اخیر استفاده از ترکیبات ضدمیکروبی در مواد بستهبندی در صنایع غذایی نیز مورد توجه محققین قرار گرفته است.
افزودن ترکیبات ضدمیکروبی به پوششهای بستهبندی، به آنها فعالیت ضدمیکروبی بخشیده و لذا فیلم بستهبندی میتواند در کنترل رشد میکروبها و میکروارگانیسمهای عامل فساد مؤثر باشد. همچنین استفاده از نانو ذره رویاکسید که دارای خواص آنتیباکتریال، کیتوسان که توانایی مهار رشد انواع وسیعی از قارچها، باکتریهای پاتوژنیک و میکروارگانیسمهای عامل فساد و از عصاره گیاه انغوزه، که در درمان بیماریهای مختلف از جمله آسم، بیماری صرع، درد معده، نفخ شکم، انگلهای رودهای و آنفولانزا کاربرد دارد مورد استفاده قرار خواهد گرفت.
در این پژوهش جهت تهیه فیلم زیست تخریبپذیر، پلیوینیلالکل/پلیوینیلپیرولیدون به نسبت 1:1 در دما 80 c در محلول آبی دیسپرس شده و به آن زمان داده میشود تا ساختار یکنواختی از محلول پلیمری ایجاد شود. در ادامه کیتوسان با مقدار مشخص به محلول پلیمری تهیه شده اضافه میگردد. علاوه بر این از پتاسیم پراکسی دی سولفات به عنوان عامل کراسلینک کننده و از نانو ذرات رویاکسید و عصاره گیاه انغوزه به منظور بهبود خواص ضدمیکروبی و افزایش زمان ماندگاری صیفیجات استفاده شد. در نهایت خواص ضدمیکروبی و بررسی ساختار نانو ذرات رویاکسید با استفاده از آزمون پراش پرتو ایکس مورد بحث قرار گرفت.
.1 مقدمه
امروزه آلودگیهای ناشی از پلیمرهای سنتزی، توجه همگان را به استفاده از مواد زیست تخریبپذیر معطوف کرده است و در طی دو دههی اخیر مطالعه بر روی مواد زیست تخریبپذیر حاصل از پروتئینها و کربوهیدراتها گسترش وسیعی یافته است. این ماکرومولکولها به طور بالقوه میتوانند جایگزینی مناسب برای پلیمرهای سنتزی حاصل از مشتقات نفتی بشمار روند.[1] بستهبندیهای زیست تخریبپذیر که قابلیت خوراکی بودن و مصرف به همراه ماده غذایی را دارند، به دو دستهی فیلمها و پوششهای خوراکی تقسیم میشوند.
فیلمهای خوراکی قبل از کاربرد در بستهبندی ماده غذایی به صورت لایهای نازک تولید میشوند و بعد همانند پلیمرهای سنتزی برای بستهبندی به کار میروند.[2] از دیرباز، بستهبندی مواد غذایی برای حفاظت غذا از گرما، نور، رطوبت، اکسیژن، میکروارگانیسمها، حشرات و گرد و خاک توسعه پیدا کرده است. شیوه نگهداری غذا نیازی کلیدی نیز بوده است. علاوه بر ویژگیهای پایه بستهبندی مانند محافظت و نگهداری کالا، در بستهبندی مدرن موادغذایی باید ویژگیهای دیگری چون پویا بودن و به روز شدن، آیندهنگری و خلاقیت را نیز در نظر داشت.
صنعت بستهبندی یکی از مهمترین صنعتها در دنیای امروز است، به طوریکه 2% از تولید ناخالص ملی کشورهای توسعه یافته را به خود اختصاص میدهد. در این میان بستهبندی صنایع غذایی بیش از 50% از این بازار را به خود اختصاص داده است. با توجه به برآوردهای انجام شده این رقم به طور دائم از نظر اهمیت و حجم بازار در حال افزایش است.[3] مهمترین مزایای فیلمها و پوششهای خوراکی در مقایسه با پلیمرهای سنتزی این است که این نوع پوششها میتوانند به عنوان حامل برای افزودنیها و ترکیبات مختلف مانند مواد ضدمیکروبی، آنتیاکسیدانها و غیره عمل کنند که در این حالت به آنها بستهبندی فعال گفته میشود.
بستهبندی فعال نوعی بستهبندی است که علاوه بر داشتن خواص بازدارندگی اصلی بستهبندیهای معمول - مانند خواص بازدارندگی در برابر گازها و بخار آب و تنشهای مکانیکی - ، با تغییر شرایط بستهبندی، ایمنی، ماندگاری و یا ویژگیهای حسی ماده غذایی را بهبود میبخشد و در عین حال کیفیت ماده غذایی حفظ میگردد.[4] برای محافظت مواد غذایی در برابر اکسیژن، و میکروبها و دیگر عوامل مخرب خارجی توصیه میشود که با توجه به نوع مواد و شرایط نگهداری آنها، این مواد به صورت مناسبی بستهبندی شوند . یک بستهبندی مناسب باید ضمن حفظ کیفیت اولیه، باعث افزایش ماندگاری مواد غذایی شود.
امروزه بیشترین موادی که برای بستهبندی مواد غذایی استفاده میشود از سوختهای فسیلی تهیه میشوند که غیر قابل تجزیه هستند. این مواد اگر چه مشکل جدی برای محیط زیست بوجود میآورند ولی به دلیل تاثیر مطلوبی که بر افزایش ماندگاری و کیفیت مواد غذایی دارند همچنان در صنعت مواد غذایی استفاده میشوند.[5] نگرانیهای زیست محیطی ناشی از مصرف این مواد سبب شده که در سالهای اخیر فیلمهای زیست تخریبپذیر مورد توجه محققین قرار بگیرد. با این وجود استفاده از فیلمهای زیست تخریبپذیر به دلیل مشکلاتی مانند شکننده بودن و ممانعت ضعیف در برابر تبادل گازی کاربردهای محدودی دارند.[6]
اخیرا، ورود فناوری نانو به حوزه بستهبندی تحولی اساسی در ارایه بستهبندیهایی جدید با ویژگیهای متفاوت از بستهبندیهای معمولی ایجاد نموده است. در این نوع از بستهبندیها استفاده از نانوذرات نظیر رس، رویاکسید، تیتانیوم دیاکسید، نقره و غیره در زمینه پلیمری به شکل چشمگیری استحکام و نفوذپذیری بستهبندی و همچنین خاصیت ضدمیکروبی را بهبود داده و از طرفی بسته بندی ضدمیکروبی نوعی بستهبندی فعال است که با کنترل فلور میکروبی باعث حفظ کیفیت ماده غذایی در طول مدت زمان نگهداری میشود.[7]
فناوری نوظهور نانو به دلیل اثرات منحصر به فردی که در تولید مواد مختلف نشان میدهد در رشتهها و گرایشهای علوم مختلف بکارگرفته شده و آینده نوید بخشی را برای جامعه بشری بشارت میدهد. تحقیقات محدود انجام شده روی این فناوری در زمینه فیلمهای مورد استفاده در بستهبندی مواد غذایی نشان دادهاند که این فناوری میتواند محدودیتهای عملکردی فیلمهای بستهبندی رایج را کمرنگ و یا برطرف نماید.[8] تحقیقات صورت گرفته نشان داده که فناوری نانو میتواند به مقدار زیادی چالش ماندگاری موادغذایی در صنعت بستهبندی مواد غذایی را مرتفع نماید.
پلیمرهای نانوکامپوزیت ترکیبی از یک ماتریس پلیمری و تقویت کنندههایی است که حداقل یک بعد در مقیاس نانو دارند. این تقویتکننده به مقدار کم - 5 درصد وزنی - باعث بهبود خواص حرارتی ، مکانیکی و کاهش نفوذپذیری به رطوبت وگاز دارند.[9] نانو ذرات رویاکسید به علت خواص فیزیکی و شیمیایی پایدار، غیر سمی وارزان بودن به طور گستردهای میشوند.[10]
علاوه بر این طبق گزارشهای اخیر تولید هیدروژن پراکسید از سطح نانو ذرات رویاکسید باعث بروز پدیده آنتیباکتریال در آنها میشود..[11] این موضوع سبب شده تا این مواد که در مقایسه با نانو نقره خواص غیرسمی و ظاهری سفید دارند، برای بهبود خواص پلیمرهای مورد استفاده در بسته بندی مواد غذایی مورد توجه قرار گیرند.[10]
استفاده از عصاره گیاهان و نانو ذراتی که خواص ضدمیکروبی و توانایی به تاخیر انداختن رشد میکروارگانیسمها را دارند در صنایع بستهبندی مشهود است. در این پژوهش از عصاره گیاه انغوزه، که در درمان بیماریهای مختلف از جمله آسم، بیماری صرع، درد معده، نفخ شکم، انگلهای رودهای و آنفولانزا کاربرد دارد مورد استفاده قرار خواهد گرفت.
همچنین مطالعات بیولوژیکی انغوزه فعالیتهای مختلفی مانند آنتیاکسیدانی، ضدویروسی، ضدقارچی، ضدسرطان، ضددیابت و کاهش فشار خون را نشان داده است.>11@ همچنین از کیتوسان که توانایی مهار رشد انواع وسیعی از قارچها، باکتریهای پاتوژنیک و میکروارگانیسمهای عامل فساد را دارد در این پژوهش استفاده خواهد شد.
.2 مواد و روشها
1-2 مواد: پلی وینیل الکل PVA با درجه خلوص%99 و جرم مولکولی 148000، پلی وینیل پیرولیدون PVP با درجه خلوص %98 و کیتوسان با درجه خلوص %98 از شرکت مرک آلمان خریداری شده است، از عامل کراسلینک کنندهی پتاسیم پراکسی دی سولفات برای تشکیل فیلمی با ساختار منظم و پایدار در محلولهای آبی از شرکت مرک آلمان تهیه و همچنین نانوذرات رویاکسید - - ZnO با قطر متوسط 10- 30 nm و مساحت سطحی 20-60 m2/g با درجه خلوص %95 از شرکت Us Research nanomaterial کشور آمریکا خریداری شده و همچنین از آنغوزه جهت بهبود هر چه بهتر خواص میکروبی فیلم زیست تخریبپذیر استفاده شد.
2-2 تجهیزات مورد استفاده: در این پروژه از آون حرارتی ساخت شرکت شیمی فن مدل 141.Lo جهت خشک کردن نمونهها استفاده شده است. برای مشاهده نانو ذرات به تنهایی و روی سطح فیلم زیست تخریب پذیر، پلی وینیل الکل و پلی وینیل پیرولیدون از میکروسکوپ الکترونی پویشی - SEM - مدل JXA-840 ساخت شرکت JEOL از کشور ژاپن استفاده شده است.
برای تهیه محلول فیلم زیست تخریبپذیر، مقداری پلی وینیل الکل و پلی وینیل پیرولیدون از دستگاه همزن مغناطیسی حرارتی استفاده شده است. به منظور انجام آزمایشهای ضدباکتری و کشت میکروب از انکوباتور استفاده شده است. حمام آب داغ و اتوکلاو برای استریل کردن محیط کشت میکروب مورد استفاده قرار گرفته است.
از سایر وسایل آزمایشگاهی شیشهای نظیر لوله آزمایش، شیشه دربدار، پلیت و آنس و ..... نیز در این پروژه استفاده شده است. در بخش کشت میکروبی و برای اندازهگیری و مقایسه میزان کدورت سوسپانسیون میکروبی تهیه شده با کدورت محلول استاندارد 0/5 مک فارلند از دستگاه اسپکتروفتومترUV-VIS شرکت Cecil مدل 9000 ساخت انگلیس استفاده شده است.
3-2 تهیه فیلم زیست تخریبپذیر:
1-3-2 آماده سازی ماتریس پلیمری:
به منظور تهیه فیلم زیست تخریبپذیر، مقداری پلی وینیل الکل و پلی وینیل پیرولیدون به نسبت 1:1 در دمای 80 c در محلول آبی دیسپرس شده و به آن زمان داده میشود تا ساختار یکنواختی از محلول پلیمری ایجاد شود. در ادامه مقداری کیتوسان با مقدار مشخص به محلول پلیمری تهیه شده در بالا اضافه میگردد. برای تشکیل فیلمی با ساختار منظم و پایدار در محلولهای آبی از عامل کراسلینک کنندهی، پتاسیم پراکسی دی سولفات استفاده خواهد شد.
