چکیده 1

فصل اول: مقدمه  2

1-1- پیش زمینه  3

1-2- اهمیت موضوع  4

1-3-ا- هداف پژوهش   7

1-3-1- هدف اصلی  7

1-3-2- اهداف اختصاصی  7

1-4- پرسش های تحقیق  7

1-5- محدودیت تحقیق  8

1-6- نمودار تحقیق  9

فصل دوم: ی بر پژوهشهای پیشین   10

2-1- تاریخچه  11

2-2- سوابق  11

2-3- فیلم ها 16

2-3-1- تعریف فیلم و پوشش خوراکی  16

2-4- کاربردهای فیلم خوراکی  17

2-5- انواع فیلم ها و پوشش خوراکی  17

2-6- تولید فیلم نشاسته  18

2-6-1- روش کاستینگ (روش حلال) 18

2-6-2- روش ترمو پلاستیک ( اکستروژن دمشی یا غلتکی ) 20

2-8- معرفی نشاسته و کاساوا 21

2-8-1- ترکیب و ساختار نشاسته  21

2-8-2- کاساوا 22

2-8-2-1- مرفولوژی گیاه کاساوا 23

2-8-3- فرآوری وتبدیل کاساوا 25

2-9- معرفی پونه ( مرز نجوش ) 26

2-9-2- محل رویش   27

2-9-3- آثار فارماکولوژیک پونه  28

2-9-3-1- اثرات ضدمیکروبی  29

2-9-3-2- اثرات ضد باکتری   29

2-9-3-3- اثر ضد ویروسی  29

2-9-3-4- اثر ضد مخمر و ضد قارچی  30

2-9-3-5- اثرات ضد انگلی  30

2-9-3-6- اثرات آنتی اکسیدان پونه  30

2-10- استفاده بالینی گیاه 31

2-11- اساس عملکرد عصاره روی باکتری ها 31

2-12- خواص کاربردی فیلمهای نشاسته ای   35

2-12-1- بازدارندگی نسبت به بخار آب   35

2-12-2- بازدارندگی نسبت به گازها و ترکیبات فرار  35

2-12-3- خواص مکانیکی  36

2-12-3-1- ارزیابی خواص مکانیکی فیلمهای بیوپلیمری   36

2-12-3-3- رنگ    37

فصل سوم: مواد و روشها 39

3-1- مواد شیمیایی  40

3-2- آماده سازی فیلم 40

3-3- استخراج عصاره آبی و متانولی  42

3-4- ضخامت فیلم 43

3-5- اندازه گیری میزان رطوبت فیلمها 43

3-6- اندازه گیری میزان جذب آب فیلمها 43

3-7- ویژگیهای مکانیکی  44

3-8- اندازه گیری رنگ    45

3-9- نفوذپذیری به بخار آب (WVP) 46

3-10- ارزیابی FTIR برای کنش متقابل شیمیایی  47

3-11- حلالیت فیلمها (Solubility) 47

3-12- اندازگیری کدورت (uv-vis) 49

3-13- نفوذپذیری نسبت به اکسیژن (OP) 49

3-14- آزمایش ضد میکروبی  50

3-15- تحلیل آماری   51

فصل چهارم: بحث و نتایج   53

4-1- ارزیابی کیفی فیلمها 54

4-2- نمودارUV-Visible Spectroscopy  54

4-3-اندازه گیری رطوبت   56

4-4- اندازه گیری حلالیت   56

4-5-اندازه گیری میزان جذب آب   58

4-6- اندازه گیری ویژگیهای مکانیکی  59

4-7- تعیین میزان نفوذپذیری به بخارآب (WVP) 61

4-8- نفوذ پذیری به اکسیژن  62

4-9- خواص رنگ سنجی  63

4-10- آنالیز FTIR یا Infred Spectroscopy  65

4-11- خواص ضد میکروبی فیلمهای خوراکی  66

فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات   71

5-1- نتیجه گیری   72

5-2- پیشنهادات   73

منابع  74

فهرست منابع فارسی   75

فهرست منابع انگلیسی  77

Abstract   82

چکیده

در این کار تحقیقاتی تولید و بررسی خصوصیات فیلم­های نشاسته کاساوا حاوی عصاره پونه کوهی مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور­ عصاره­ پونه کوهی در نسبتهای 15%،25%،35% و پلاستی­سایزر40% به 4 گرم نشاسته کاساوا اضافه شده و فیلم های نشاسته­ای به روش کاستینگ تحت شرایط کنترل شده تهیه شد. خواص فیزیکوشیمیایی، مکانیکی، عبور­دهی در برابر بخارآب و اکسیژن و ضدمیکروبی فیلم­ها تحت شرایط استاندارد مورد ارزیابی قرار گرفت. آزمون مکانیکی فیلم­های نشاسته کاساوا حاوی عصاره پونه کوهی نشان داد که استحکام کششی از 12/23 به 90/17 (MPa)کاهش، درصد کشیدگی از 36/21 تا 52/25 درصد افزایش و مدول یانگ از 83/862 تا 85/587 (MPa)، کاهش معنی دار داشت. برای فیلم­های نشاسته کاساوا حاوی عصاره پونه کوهی ، افزایش نفوذ پذیری به بخارآب از 74/5 تا 51/8 (g/m.s.pa 10-7 ) و افزایش نفوذپذیری به اکسیژن از 50/3 تا 26/5 cc–mil [m2. Day] را به دلیل بر هم خوردن ساختار منظم زنجیره­های پلیمری فیلم­های کاساوا توسط ترکیبات موجود در عصاره پونه کوهی نشان داده شد. میزان جذب آب فیلم­های نشاسته کاساوا حاوی عصاره پونه کوهی ، با افزایش غلظت، افزایش یافت. حلالیت این فیلم­ها و میزان رطوبت با افزایش غلظت عصاره پونه کوهی افزایش یافت. بررسی پارامتر­های رنگی نشان داد که با افزایش غلظت شفافیت از 29/95 تا 59/95 افزایش یافت و شاخص سیری رنگ با افزایش غلظت از 30/1 تا 32/1 افزایش یافت. در طیف FTIR ، هیچ پیک جدیدی مشاهده نشد. این حاکی از آن است که هیچ واکنشی بین ترکیبات فعال عصاره پونه کوهی با گروه­های عملگرای فیلم نشاسته کاساوا وجود نداشت. عصاره الکلی استخراج شده نسبت به عصاره آبی پونه کوهی خاصیت ضد میکروبی بیشتری در برابر استافیلوکوکوس اورئوس و اشریشیاکلی از خود نشان داد. بنابر­این عصاره پونه کوهی بدون تغییر معنی­دار در خواص عمومی فیلم نشاسته کاساوا می ­تواند از خود خاصیت ضد میکروبی نشان داده و به عنوان بسته­ بندی فعال در پوشش ­های خوراکی و بسته بندی محصولات غذایی و کشاورزی عمل کند.

واژگان کلیدی: نشاسته کاساوا، عصاره پونه کوهی، نفوذپذیری به اکسیژن، نفوذ به بخارآب، حلالیت، میزان جذب آب، خواص مکانیکی، استافیلوکوکوس اورئوس و اشریشیاکلی

فصل اول: مقدمه

1-1- پیش زمینه

در جهان حدود 125 میلیون تن پلاستیک تولید می شود که حدود 30 میلیون تن آن در بخش بسته بندی مصرف می شود آلودگی ناشی از مواد بسته بندی تولید شده از مشتقات نفتی و مشکلات ناشی از روش های مختلف آلودگی زدایی ( مانند دفن کردن ، سوزاندن و بازیافت آن ها ) توجه پژوهشگران را در طی سال های اخیر به یافتن جایگزین های مناسب برای این نوع مواد بسته بندی معطوف کرده است ]36[. از دهه ی 80، استفاده از فیلم های خوراکی در بسته بندی مواد غذایی و دارویی مورد توجه روز افزون قرار گرفته است که علت آن علاوه بر زیست تخریب پذیری بالای این فیلم ها، بازدارندگی خوب آن ها در مقابل گازها، چربی و ترکیبات عطر و طعمی می­باشد که می تواند به خوبی کیفیت ماده غذایی کمک کند . برای تولید فیلم های خوراکی از پروتئین ها ، پلی ساکاریدها، چربی ها و یا ترکیبی از این مواد استفاده می شود]44[. تاکنون مطالعات زیادی در زمینه قابلیت انواع بسپارهای زیستی در تهیه فیلم ها و پوشش ها صورت پذیرفته و خواص بسیاری از فیلم ها به ویژه فیلم های تهیه شده از کربوهیدرات ها و پروتئین ها مورد بررسی قرارگرفته است بیشتر این تحقیقات در دهه نود در زمینه تأثیر مواد اولیه و روش های فرایند تولید فیلم ها روی خواص آنها بوده، لیکن تحقیقات سال های اخیر اغلب روی روش­های نوین اصلاح ویژگی ها و ساز و کار اثر گذاری آن ها بر ساختار فیلم ،بررسی امکان استفاده از فیلم ها به عنوان بسته بندی فعال و مطالعه در زمینه یافتن منابع جدید طبیعی برای تولید این محصولات متمرکز بوده است با توجه به اینکه ,pH نوع و میزان ماده نرم کننده ، شرایط خشک کردن فیلم نظیر دما و رطوبت نسبی از متغیرهای تاثیرگذار بر ویژگی های فیلم ها است. تحقیقات بسیاری در این زمینه به ویژه 90 میلادی انجام شده است]13[. در بسته بندی موادغذایی از مواد مختلفی نظیر شیشه ، پلاستیک های سخت و نیمه سخت ، فلزات سخت (قوطی ها) استفاده می شود این مواد در اکثر موارد توسط مصرف کننده دور ریخته می شوند]4[. مواد بسته بندی پلیمری که کاربرد گسترده ای در صنعت بسته بندی دارند ، غیر قابل تجزیه و غیر قابل برگشت به محیط زیست هستند و به همین دلیل از مهمترین آلایندهای طبیعت محسوب می شوند ]1[. از ویژگی های مطلوب برای هر بسته بندی بازیافت آسان و ایجاد کمترین خسارت به محیط زیست است]7[. تولید فیلم های تجزیه پذیر طبیعی و جایگزین کردن آنها به جای پلاستیک های سنتزی راه حل مناسبی برای به حداقل رساندن آثار نا مطلوب و زیان آور زباله های سنتزی است]4[.

1-2- اهمیت موضوع

با توسعه منابع غذایی ، میزان ضایعات ناشی از فرآوری فرآورده های غذایی نیز افزایش یافته است . استفاده از این ضایعات هم از جنبه های اقتصادی و هم از نظر آلودگی های زیست محیطی ، از دغدغه های صنایع غذایی و مراجع قانونی محیط زیست محسوب می گردد . استفاده از این ضایعات برای تهیه مواد اولیه مورد نیاز در بسته های زیست سازگار منجر به حل دشوارهای زیست محیطی و ارتقای ارزش افزوده ضایعات مذکور می شود. فیلم ها و پوشش های خوراکی ، نوعی از مواد بسته بندی محسوب می گردند که از مواد تجدید پذیر ، زیست سازگار و زیست تخریب پذیر تهیه می شوند . فیلم و پوشش های خوراکی از یکسو نوعی از مواد بسته بندی و از سوی دیگر جزئی از ترکیبات مواد غذایی ، می باشند . فیلم ها و پوشش های خوراکی ، به صورت بالقوه، می توانند عمر ماندگاری فرآورده های غذایی را افزایش دهند و باعث بهبود کیفیت سیستم های غذایی باکنترل انتقال جرم ، رطوبت ، نفوذ روغن ، نفوذپذیری گازهایی مانند اکسیژن ، دی اکسید کربن و همچنین از دست رفتن طعم و رایحه شوند]60[. زیست تخریب پذیر بودن و نقش موثر آن ها در کاهش آلودگی های زیست محیطی همگی سبب شده در سال های اخیر توجه بسیاری از محقیقین به سوی مطالعه ویژگی های فیلم ها و پوشش های خوراکی گوناگون به عنوان مواد بسته بندی جدید و جایگزین مناسب بسیاری از بسته بندی های پلاستیکی منعطف گردد . فیلم ها و پوشش های خوراکی از منابع گوناگون طبیعی همچون پروتئین ها ، پلی ساکاریدها ،لیپیدها و یا ترکیبی از این مواد قابل تهیه می باشند]43[. اغلب پلیمرهای سنتزی با منشا نفتی مانند پلی اولفین ها، پلی وینیل ها، نایلون ها و … نسبت به تخریب بیولوژیکی مقاومند و پیوندهای کربنی آنها توسط آنزیم های میکروارگانیسم ها شکسته نمی شوند. آبگریز بودن و سطح کم پلیمرها در مقایسه با وزن مولکولی بالای آن ها، موجب مقاومت پلیمرهای سنتزی به حمله توسط آنزیم های میکروارگانیسم ها می گردد . پلیمرهای زیست تخریب پذیر ، برخلاف دیگر پلیمرها در محیط طبیعی تجربه پذیر هستند. به طور کلی پلیمرهایی که پس از فرایند تجزیه توسط میکروارگانیسم ها کاملا به محصولات طبیعی مانند آب ، دی اکسید کربن و توده ی زیستی ( باکتری ها و قارچ ها ) و یا آنزیم ها تبدیل می شوند، زیست تخریب پذیر نامیده می شوند]12[. عوامل مؤثر در توجه به پوشش های خوراکی شامل تقاضای مصرف کننده برای غذاهای با کیفیت بالا، نیاز تولیدکنندگان به روش های جدید ذخیره سازی، توجه به حفظ محیط زیست از مواد بسته بندی تجدید ناپذیر و تولید مواد تشکیل دهنده فیلم ها از ضایعات محصولات غذایی می باشند . مزایای استفاده از پوشش های خوراکی به شرح زیر می باشند :

اتلاف رطوبت در مدت انبارداری مواد غذایی موجب تغییر بافت ، طعم ، رنگ و کاهش وزن قابل فروش می شود. پوشش های خوراکی به صورت عایق خوب رطوبتی عمل نموده و این مشکلات را کم می کند. هنگام بسته بندی آبچک محصول در بسته ظاهری نامطلوب را برای مصرف کننده ایجاد می کند. پوشش های خوراکی عصاره را نگه داشته و با جلوگیری از آبچک ، مواد مغذی حفظ ، ظاهر محصول جذاب شده و نیاز به استفاده از پد جاذب رطوبت در بسته ها از بین می رود . سرعت واکنش های رنسیدیتی حاصل از اکسیداسیون لیپیدها و قهوه ای شدن حاصل از اکسیداسیون در مواد غذایی پوشش داده شده با پوشش هایی با نفوذپذیری پایین نسبت به اکسیژن کاهش می یابند . از دست رفتن مواد معطر فرار و جذب بوهای خارجی از محیط اطراف توسط پوشش های خوراکی محدود می شوند . پوشش های خوراکی حاصل آنتی اکسیدان ها و یا مواد ضد میکروبی بعنوان بسته بندی فعال، برای تیمار مستقیم مواد غذایی به کاررفته و باعث تأخیر در رنسیدیتی ، تغییر رنگ نامطلوب و کاهش بار میکروبی می شوند]5[. بکارگیری پوشش های خوراکی یک رهیافت جایگزین برای بسته بندی، افزایش ماندگاری و بازارپسندی بیشتر ، همچنین رفع معظل زیست محیطی ناشی از پسماندهای مواد بسته بندی محسوب می شود . فیلم ها و پوشش های خوراکی دارای نفوذ پذیری پایین نسبت به گاز اکسیژن می باشند]8[. در سال های اخیر، عامل اصلی ایجاد تحول در تکنولوژی بسته بندی مواد غذایی ، افزایش تقاضای مصرف کننده برای غذاهایی است که حداقل فرایند روی آنها انجام گرفته است. معمولاً به منظور جلوگیری از نفوذ رطوبت ، محدود کردن انتقال گازها ، جلوگیری از مهاجرت روغن ها و چربی ها ونگهداری ترکیبات معطر فرار ، فیلم ها و پوشش های خوراکی را بر روی مواد غذایی استفاده می کنند. رشدمیکروبی روی سطح موادغذایی عامل اصلی ایجاد فساد در آنها بوده که می توان با ا ستفاده از فیلم های خوراکی حاوی مواد ضد میکروبی آن را کنترل نمود]17[. در سال های اخیر تمرکز به استفاده از روش های جدید بسته بندی و استفاده از افزودنی های طبیعی روز به روز رو به گسترش است. امروزه مصرف کنندگان، مواد غذایی با افزودنی های سنتتیک کمتر ، سالم تر ، با کیفیت بالا وماندگاری بالاتر را تقاضا می کنند. این مطالبات منجر به ظهور علاقه مجدد به استفاده از مواد طبیعی در نگهداری مواد غذایی شده است. استفاده از مواد ضدباکتریایی، پوشش ها و فیلم های خوراکی این امکان را به تولید کنندگان داده تا غذاهای سالم تر با مقبولیت بالا تولید کنند. یکی از انواع بسته بندی موادغذایی که تحقیقات فراوانی بر روی آنها انجام شده است، روش پوشش دهی غوطه وری موادغذایی با بهره گرفتن از پوشش دهنده های مختلف خوراکی است که مانند سدی در برابر تبادل گازها ، رطوبت و میکروارگانیسم ها عمل نموده و ماندگاری ماده غذایی را درفاصله تولید تا رسیدن به دست مصرف کننده حفظ نماید]6[. ممانعت کنندگی در برابر رطوبت، بخار آب و گازها در مواد غذایی جهت نگهداری، تازگی، کنترل آلودگی و رشد میکروبی، حفظ خاصیت چشایی بسیار مهم است. فیلم ها و پوشش های خوراکی می توانند برای میوه های تازه ، خشک شده و یا میوه های حداقل فرایند شده به منظور افزایش ماندگاری استفاده شوند ]33[. فیلم خوراکی بعنوان مانعی در برابر عوامل مخرب مانند حضور گازهایی چون اکسیژن، دی اکسیدکربن، رطوبت و غیره بوده تا زمان ماندگاری ماده غذایی افزایش یابد ]40[. فیلم های خوراکی قابل تجزیه توسط محیط زیست می باشد و می تواند به عنوان جزئی از ماده غذایی مورد استفاده قرارگیرد و میزان مصرف پلیمرهای پایه نفتی را کاهش دهد ]65[.