لین[97] و همکاران در سال 2009 نانو ذرات اکسید روی را در سه شکل(P-N-W)به پلیمر پلی پروپیلن(PP)اضافه کردند. که نتایج نشان داد ساختار شش ضلعی یا چند وجهیrod اجازه می دهد، استرس به طور موثرتری نسبت به دیگر نانو ذرات ZnO به ماتریکس پلیمری منتقل شود که سبب افزایش قدرت و سفتی کامپوزیت می شود. پر کننده ZnO _ N کمترین میزان کشیدگی(E%)را دارد که بدین علت است که بطور متوسط سایز کریستال کوچکتر است و تمایل دارد به آگلومیریزه شدن (بهم پیوستن) در هنگام مخلوط شدن با پلی پروپیلن دارد، در نتیجه ماتریکس حاصل خواص کششی پایین تری دارد.
لی[98] و همکارانش (2009) اثرات نانو ذرات ZnO بر خواص مکانیکی پوشش های پلی اورتان را بررسی کرده اند. پوشش های پلی اورتان غنی شده با نانو ذرات ZnOتا 2 درصد وزنی بهبود قابل توجهی در Young’s moduls و استحکام کششی (TS) نشان داده اند. پلی اورتان به دلیل خواص فیزیکی خوب مانند انعطاف پذیری در دمای پایین، استحکام کششی، قابلیت کنترل سختی و شفافیت به طور گسترده ای استفاده می شود اما از معایب آن مقاومت دمایی پایین و دوام مکانیکی پایین آن می باشد. اندازه نانومتر و بویژه سطح تماس زیاد نانو فیلرها واکنش سطح داخلی فیلر و پلیمر را افزایش داده و در نتیجه موجب بهبود خواص پلیمر می شود. آزمایش های متناوب نشان می دهد که نانوفیلر ذرات ZnO استحکام را افزایش می دهد اما تأثیری بر انعطاف پذیری فیلم های کامپوزیتی ندارد. بالا رفتنYoung’s moduls و استحکام کششی ممکن است به دلیل محدودیت نسبی حرکت اجزاء ساختاری زنجیرهPU با افزودن ZnO باشد. صاف کردن نیز می تواند سبب تراکم نانو ذرات ZnO در فیلم خشک شده و منجر به تنزل خاصیت مکانیکی فیلم شود.
2-17-3- خواص ضد میکروبی
بسته بندیهای فعال ضد میکروبی ساخته شده از نانو کامپوزیت های فلزی نسل جدیدی از بسته بندی با ساختار نانو هستند که از ترکیب مستقیم نانو ذرات فلزی با پلیمر پایه تولید میشوند. در بسته بندیهای فعال، انتشار مواد ضد میکروبی از ماتریکس پلیمری به سطح ماده غذایی به صورت آهسته و در زمان طولانی انجام می شود و در نتیجه برای مدت طولانی غلظت بالایی از ماده ضد میکروبی در سطح فرآورده وجود خواهد داشت. مواد ضد میکروبی از طریق کاهش سرعت رشد و طولانی کردن فاز تأخیری میکروارگانیسم ها و یا غیر فعال کردن و نابودی میکروب ها باعث افزایش ماندگاری فرآورده های غذایی میشوند. در مورد فیلم ها و پوشش های خوراکی انتخاب نوع ماده ضد میکروبی تنها به ترکیبات خوراکی محدود می شود. زیرا از آن جا که این مواد همراه ماده بسته بندی و ماده غذایی مصرف میشوند، خوراکی بودن و ایمنی آنها امری ضروری است. ویژگی هایی که یک ترکیب ضد میکروبی مورد استفاده در بسته بندی های فعال باید داشته باشد عبارتند از:
( اینجا فقط تکه ای از متن پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )
- مورد تأیید سازمان های نظارت کننده بوده و برای تماس با ماده غذای مجاز باشد.
- قیمت پایینی داشته باشد تا مقرون به صرفه باشد.
- بر طیف وسیعی از میکروارگانیسم ها مؤثر باشد.
- در غلظت های کم بر میکروارگانیسم ها مؤثر باشد.
- بر خواص حسی مواد غذایی تأثیر منفی نداشته باشد.
استفاده از فیلم ها و پوشش های خوراکی ضد میکروبی و فیلم های سنتزی حاوی ترکیبات ضد میکروبی به زمان های خیلی دور بر می گردد. زمانیکه از مواد حاوی نگهدارنده های شیمیایی و اسیدهای آلی به عنوان پوشش سوسیس استفاده می شد این لفاف های طبیعی عمدتاً لوله هایی از جنس پروتئین خوراکی بودند که خمیر سوسیس در داخل آنها پر می شد. علاوه بر پوشش دادن سوسیس ها، قطعات و لاشه های گوشت نیز با ژل های حامل ترکیبات ضد میکروبی پوشش داده می شدند تا از رشد باکتریهای فسادزا و پاتوژن در آنها جلوگیری شود.
خاصیت ضد میکروبی ترکیبات اکسید روی از گذشته بسیار دور شناخته شده و کاربردهای فراوانی در ضدعفونی کردن وسایل پزشکی، تصفیه آب ، لوسیون ها و پمادهای ضد میکروبی دارد. نانو ذرات اکسید فلزی، بر اساس نسبت سطح به حجم، خاصیت ضد باکتریایی متفاوتی از خود نشان می دهند. باکتری های گرم مثبت در مقایسه با باکتری های گرم منفی در مقابل نانو ذرات فلزی، مقاومت بیشتری از خود نشان می دهند که می تواند به ساختار دیواره سلولی ارتباط داشته باشد. مکانیسم ضد میکروبی نانوذرات فلزی حاصل از این فلز هنوز دقیقاً مشخص نیست. بر اساس مطالعات محققان این مکانیسم ممکن است به صورت القای تنش اکسیداتیو به غشای سلول میکروب به دلیل آزاد سازی گونه های اکسیژن فعال (ROS) یا آزادسازی یون از سطح ذره و اتصال به غشای سلول و انهدام آن باشد.احتمال داده می شود. یون های آزادشده از نانو مواد با گروه های تیول (-SH) پروتئین های سطحی سلول های باکتریایی واکنش دهند. تعدادی از این پروتئین های غشای سلول های باکتریایی عمل انتقال مواد معدنی از سطح دیواره را به عهده دارند، که نانو مواد با اثر بر روی این پروتئین ها باعث نفوذپذیری غشاء میشوند (لین[99] و همکاران، 2005). غیر فعال شدن تراوایی غشا در نهایت باعث مرگ سلول می شود. همچنین نانو مواد چسبیدن سلول باکتری و تشکیل بیوفیل را به تأخیر می اندازد که این عمل باعث می شود گروهی از باکتری ها نتوانند تثبیت شوند و تکثیر یابند ( مارتل[100] و همکاران، 2005).
لی[101] و همکارانش (2009) گزارش کرده اند که فیلم پلی اورتان غنی شده با نانو ذرات ZnO فعالیت ضد باکتریایی خیلی خوبی خصوصاً در برابر E.coliنشان دادند.
لی[102] و همکارانش در سال 2010، خواص ضد باکتریایی و عبوردهی بخار آب فیلم پلی وینیل کلرایدPVC پوشیده با نانوذرات ZnO را بررسی کردند و دریافتند فعالیت ضد باکتریایی فیلم پوشیده با ZnO برای غیرفعالسازی اشرشیاکلی و استافیلوکوکوس اورئوس به وسیله اشعه UV بهبود یافته است و این محققین نیز اعلام کردند که فعایت ضد میکروبی مشخصهای از نانو ذرات اکسید روی است. همچنین محققان فوق بیان داشتند که در مقایسه با بی ثباتی مواد ضد باکتریایی آلی، عوامل ضدباکتریایی معدنی پایداری و ثبات بهتری را در شرایط سخت فرایند مانند فشار یا دمای بالا دارند. بنابراین عوامل ضد باکتریایی معدنی مانند اکسید روی توجه زیادی را در دهه گذشته به خود جلب کرده است. فعالیت آنتی باکتریال نانو ذرات ZnO بیشتر از میکرو ذرات ZnO میباشد و همچنین به غلظت آن نیز بستگی دارد.
صوبرامانی[103] و همکارانش (2007)، رفتار عملکردی نانو کامپوزیتپلی پروپیلن/ ZnO و نشاسته محلول را مطالعه کردند. نشاسته محلول به عنوان یک تثبیت کننده ZnO در پلی پروپیلن به کار رفته است. ZnO سفیدی فیلم را افزایش داده و همچنین اشعهUV را جذب می کنند. نانو ZnO در فیلم پلی پروپیلن بطور قابل توجهی فعالیت ضد باکتریایی بر علیه دو باکتری پاتوژن انسانی استافیلوکوکوس اورئوس و کلبسیلا پنومونیا نشان داد.
جین[104] و همکارانش در سال 2009، اظهار نمودند که نانو اکسید روی اثرات ضد میکروبی را علیهL.monocytogenes و S.enteritidis در سفیده تخم مرغ نشان میدهد.
ساوی [105]و همکارانش در سال 2003، بر روی پودرهای شامل اکسید روی و اکسید کلسیم و اکسید منیزم اثرات رضایت بخشی را در طیف گستردهای از میکروارگانیسمها دارد و اما اکسید روی اثرات آنتی میکروبیال ضعیفی رویSaccharomyces cerevisiae و دیگر مخمرها و کپکها درمقایسه با باکتری ها دارد.
محققان دانشگاه لیدز انگلیس در حال توسعه مواد بسته بندی هستند که با بهره گرفتن از نانو ذرات روی و دی اکسید تیتانیوم و کلسیم و اکسید منیزیم ساخته شده اند. این مواد در مقایسه با نقره ارزان تر بوده و پیش بینی می شود در آینده نزدیک بتوان از آن به شکل گسترده در بسته بندی های آنتی باکتریال مواد غذایی استفاده کرد به نظر میرسد که تحقیق امکان پذیری تولید فیلم ضد میکروبی بوسیله پوشش دهی با نانوذرات ZnO خصوصاً جهت بسته بندی مواد غذایی یا دارویی حساس و با ارزش خیلی مهم باشد.
راجبدرا[106] و همکارانش(2010)، استفاده از نانو ذرات اکسید روی برای تولید پارچههای ضد میکروبی را بررسی کردند و اظهار نمودند که پارچههای کتان پوشیده با نانوذرات ZnO اثر ضد باکتریایی بیشتری نسبت به پارچه های پوشیده با ZnO تودهای دارند و همچنین فعالیت ضد باکتریی در برابر S.aureus نسبت به E .coliدر هر آزمونهای کیفی و کمی بیشتر بوده است.
2-18- نمودارهای جذب تعادلی
فعالیتهای آبی و ویژگی های جذب مواد غذایی به عنوان ویژکی های فیزیکی مهم در فرآیندها و فرمولاسیون مواد غذایی مورد توجه قرار میگیرند. اکثر واکنش های بیوشیمیایی و میکروبی توسط فعالیعت آبی کنترل می شوند و از اینرو پارامتر مهمی در پیشگویی زمان ماندگاری مواد غذایی است. با بهره گرفتن از فعالیعت آبی و خصوصیات جذب مواد غذایی شدت انتقال رطوبت در فرایند خشک کردن و از میان فیلمهای بسته بندی یا پوشش های خوراکی مواد غذایی در مرحله انبارداری قابل تخمین است که در اثر آن شرایط بهینه خشک کردن و نوع ماده بسته بندی انتخاب می شود. فعالیعت آبی مواد غذایی با بهره گرفتن از روش های استوار بر خصوصیات جذبی، انتقال هم فشار و خاصیت هیگروسکوپی نمک ها و با بهره گرفتن از هیگرومترها تعیین می شود. همدمای جذب رطوبت ارتباط بین فعالیعت آبی و مقدار رطوبت تعادلی ماده غذایی را در یک دمای ثابت بیان می کند. ساده ترین روش برای بدست آوردن همدماهای جذب مواد غذایی، قرار دادن نمونه ها با وزن مشخص در یک ظرف در بسته در یک رطوبت نسبی مشخص و دمای ثابت میباشد و بعد از به تعادل رسیدن مجددا توزین می شود. رطوبت نسبی مورد نظر با بهره گرفتن از محلول اشباع نمک های مختلف، اسید سولفوریک و گلیسرول ایجاد می شود ( بلاهووک[107]، 2004).
بلاهووک در سال 2004، بررسی کرد منحنی ایزوترم جذب را از نقطه نظر ریاضی و فیزیک ایزوترم های موجود را به دو گروه جدا از هم تئوری و تجربی تقسیم کرد، ایزوترم های تجربی از طریق آزمایشات سخت و زمان بری به دست می آیند و ممکن است به دلیل نرسیدن به تعادل واقعی و تغییر خواص محصول طی مدت طولانی آزمایش نتایج دقیقی به ما ندهند اما ایزوترم های تئوری نتایج یکدستی به ما می دهند. در مواردی که براساس جذب یکدست آب است معادله BET نقش مهمی را دارد ولی فقط برای 4/0 aw ≤ ولی معادله GAB برای aw ≤ 9/0 کاربرد دارد.
معادله GAB به این صورت است:
که در آن Wm,C,Kپامترهای مدل اند. که C,K از طریق فرمول زیر بدست می آیند.
K= k.exp ((H1-Hn))/RTC= c. exp ((Hm-Hn))/RT
که در آنها H1 آنتالپی آب آزاد ، Hn آنتالپی آب چند لایه ، Hm آنتاپی آب تک لایه است.T درجه حرارت مطلق و R هم ثابت عمومی گازها.k,c هم فاکتورهای آنتروپی هستند.
طی بازنویسی معادله GAB و تغییراتی که اعمال شد (Wr = W/Wm و X=Kaw) معادله به شکل زیر در آمد:
Wr= 1/(1-X) - 1/(1-(1-C)
که این معادله از نقطه نظر ریاضی خیلی مهم است و با قرار دادن مقادیر مختلف مانند (X=0و X=Kو Wr =1 و نقطه عطف منحنی) حدود پارامتر معادله را بدست می آوریم.
حال با قرار دادن X=0 در معادله و انجام محاسبات لازم به نتیجه KC≥0 میرسیم که نشان دهنده هم رفتار بودن دو پارامتر مذکور می باشد.
و در حالت دیگر با درج Wr=1 در معدله به یک معادله درجه 2 میرسیم که با حل آن به نتیجه C≥0 رسیدیم
که این دو حالت نشان دهنده این است که C,K هر دو مثبت اند.
با درج X=K به دو نتیجه مهم زیر می رسیم:
و سپس با گرفتن مشتق دوم و مساوی صفر قرار دادن نقطه عطف بدست می آید که با حل آن به C≥2 می رسیم و نتیجه اینکه معادله GAB فقط در حالتی که 0<K<1و C≥2است در طبقه بندیBrunauer از نوع 2است (اکثر مواد غذایی در این گروه قرار دارند) و در حالت0<K<1و 0≤C≤2نوع 3 است ( بلاهووک[108]، 2004).
فصل سوم: مواد و روش ها
3-1- مواد
دانه قدومه شیرازی از بازار گیاه پزشکی مشهد خریداری شد. گلیسرول و سوربیتول مایع و نیترات منیزیم برای کنترل رطوبت نسبی از آلدریچ سیگما[109] خریداری شد. نانو میلههای اکسید روی از دانشکده فیزیک دانشگاه علوم مالزی تهیه گردید. محیط کشت مولر هینتون آگار[110] و محیط کشت نوترینت براث[111] (مرک آلمان)، هود میکروبی (Beasat)، انکوباتور شرکت پارس طب نوین، سویه استاندارد میکروبی (13330 PTCC / ATCC 8739 ) اشرشیا کولی[112] ، از آزمایشگاه مرکزی سازمان پژوهشهای علمی و صنعتی، سایر مواد مورد استفاده برای کشت میکروبی از نوع آزمایشگاهی بوده است.
نانو میلههای اکسید روی (ZnO-N) از روش شناخته شده (CFCOM) سنتز شد فرآیندی است که به طور کامل در پژوهشهای قبلی شرح داده شده است ( شهروم[113] و همکاران، 2007). ساختار نانو میلههای اکسید روی که در این تحقیق مورد استفاده قرار گرفت در شکل زیر نشان داده شده است.
شکل 3- 1: تصویر ESEM نانو میلههای اکسید روی
3-2- صمغ گیری
برای استخراج صمغ دانه قدومه شیرازی از روش Cui و همکاران در 1994 استفاده شد. ابتدا دانه ها به صورت دستی تمیز و قسمت های خارجی از قبیل گرد و غبار، خاک، سنگ، کاه، دانه های نارس و شکسته از آن جدا شد. فرایند در محدودۀ دمایی 85-25 درجه سانتی گراد، pH 10-4 و نسبت آب به دانه 1:40 صورت گرفت.pH به طور پیوسته توسط محلول 1/0 مول بر لیتر HCl تنظیم شد؛ به گونه ای که به 20 گرم از بذر قدومه، 800 سی سی آب مقطر با دمای 36 درجه سانتی گراد اضافه شد و به مدت 1 ساعت بر روی هات پلیت همزده شد. در زمان انجام فرایند pH توسط محلول HCl به 3/4 رسید. جداسازی دانه از مایع با بهره گرفتن از الک 1 میلی متر انجام شد. سپس صمغ به دست آمده در داخل آون با دمای 40 درجه سانتی گراد به مدت 48 ساعت قرار داده شده تا خشک شود.
شکل 3- 2: آماده سازی بذر قدومه شیرازی برای فرایند صمغ گیری
3-3- روش تهیه فیلمهای نانوبایوکامپوزیتی
محلول ذرات نانو میلههای اکسید روی با غلظت 1، 3،و 5% (وزنی/وزنی) پراکنده شدند و در 60 درجه سانتیگراد با تکان دادن مداوم برای 1 ساعت گرما داده شد و سپس برای 24 ساعت بدون حرارت بر روی شیکر قرارداده شد تا محلول هموژن تولید شود. جهت اطمینان از همگن شدن محلولهای نانو به مدت یک ساعت محلولها در حمام اولتراسونیک یکنواخت شدند. قدومه شیرازی، طبق روش کاستینگ و با اضافه کردن نسبت 1به3 از سوربیتول-گلیسرول40% (w/w ازنشاسته)، به عنوان پلاستیسایزر با هم ترکیب شدند. انتخاب این نرم کنندهها بر اساس پایداری بالاترین حرارت که در آزمایش پیشین از آن گرفته شد مبتنی بود ( الماسی[114] و همکاران، 2009). این دیسپرسیون تا ℃50 حرارت داده شد و سپس برای کامل کردن ژلاتیناسیون به مدت یک ساعت در این دما نگهداری شد. سپس محلول تا دمای 30 درجه سانتی گراد سرد شد. مقدار 90 گرم از دیسپرسیون در پلیتها ریخته شدند. بطوری که نواحی تشکیل دهندگی فیلم 16 x 16 cm2 تولید خواهد شد. این فیلمها در دمای محیط خشک شدند. فیلمهای خشک شده از سطح پلیتها جدا شدند و در 2 23 درجه سانتی گراد و با رطوبت نسبی (RH) 5 50 درصد داخل دسیکاتور نگه داری شدند تا اینکه آزمایش شوند. تمام فیلمها (شامل کنترل) در سه مرتبه آماده شدند. فیلمهای شاهد، بدون افزودن نانو ذرات آماده خواهند شد.
3-4- ضخامت فیلم
ضخامتفیلم با ریزسنج مدل insize با قدرت تفکیک 01/0 میلیمتر به طور تصادفی در 5 موقعیت تعیین و میانگین آنها برای محاسبات استفاده شد.
