آماری ۵۴
 ۵۵
خوراکی ۵۶
۴-۱- ۱- بررسی اثر نانو دی اکسید تیتانیوم بر خواص ظاهری فیلمهای نشاسته تاپیوکا ۵۶
۴-۱-۲- بررسی اثر نانو دی اکسید تیتانیوم بر ضخامت فیلمهای نشاسته تاپیوکا ۵۶
تاپیوکا ۵۷
تاپیوکا ۶۰
۴-۳-۱- قابلیت میزان جذب آب ۶۰
۴-۳-۲- حلالیت در آب ۶۱
تاپیوکا ۶۳
۴-۳-۱- تعیین میزان نفوذ پذیری به بخار آب ۶۳
۴-۴-۲- نفوذ پذیری نسبت به بخار اکسیژن ۶۴
رنگی ۶۶
تاپیوکا ۶۷
 ۷۰
گیری ۷۱
پیشنهادات ۷۱
منابع و مراجع ۷۳
English abstract 81
فهرست اشکال
شکل ۱- ۱: نمودار فرایند تحقیق ۱۳
شکل ۲- ۱: ساختمان شیمیایی نشاسته ۱۶
شکل ۲- ۲: ریشه کاساوا ۱۸
شکل ۴- ۱: رنگ فیلمهای نشاسته تاپیوکا با غلظت های متفاوت ( %۰ و ۵%) نانو دی اکسید تیتانیوم. ۵۶
شکل ۴- ۲: نمودار مقاومت به کشش فیلمهای نشاسته تاپیوکا با غلظتهای مختلف نانو دی اکسید تیتانیوم. ۵۹
شکل ۴- ۳: نمودار درصد کشیدگی فیلمهای نشاسته تاپیوکا با غلظتهای مختلف نانو دی اکسید تیتانیوم. ۵۹
شکل ۴- ۴: نمودار مدول یانگ فیلمهای نشاسته تاپیوکا با غلظتهای مختلف نانو دی اکسید تیتانیوم. ۶۰
شکل ۴- ۵: میزان جذب آب فیلمهای نشاسته تاپیوکا، با غلظتهای مختلف نانو دی اکسید تیتانیوم. ۶۱
شکل ۴- ۶: میزان حلالیت در آب فیلمهای نشاسته تاپیوکا، با غلظتهای مختلف نانو دی اکسید تیتانیوم. ۶۳
شکل ۴- ۷: میزان نفوذ پذیری به بخار آب فیلمهای تاپیوکا با غلظتهای مختلف نانو دی اکسید تیتانیوم ۶۴
شکل ۴- ۸: میزان نفوذ پذیری به اکسیژن فیلمهای تاپیوکا با غلظتهای مختلف نانو دی اکسید تیتانیوم ۶۶
شکل ۴- ۹: سنتیک رشد میکروبی در فیلم نشاسته تاپیوکا با غلظتهای مختلف نانو دی اکسید تیتانیوم. ۶۹
شکل ۴- ۱۰: اثر نانو دی اکسید تیتانیوم بر سنتیک رشد میکروبی (اشریشیا کلی ) فیلمهای نشاسته تاپیوکا. ۶۹
فهرست جداول
جدول ۲- ۱: گیاه شناسی گیاه کاساوا ۱۸
جدول ۲- ۲: آنالیز ریشه کاساوا و سیب زمینی ] ۶۸[. ۱۹
: میانگین ضخامت فیلمهای شاهد نشاسته تاپیوکا و نمونه های حاوی نانو دی اکسید تیتانیوم. ۵۷
جدول ۴- ۲: پارامترهای رنگ سنجی از فیلم نشاسته تاپیوکا با غلظتهای مختلف نانو دی اکسید تیتانیوم. ۶۶
چکیده
برخی از بزرگ ترین پیشرفتهای حاصل شده در صنعت بسته بندی مواد غذایی مرتبط با فناوری نانو است. در این کار پژوهشی تولید و ارزیابی ویژگی­های فیلم­های خوراکی بر پایه نشاسته تاپیوکا حاوی نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم مورد ارزیابی قرار گرفت. در این پژوهش فیلم­های نشاسته تاپیوکا به همراه نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم در غلظت­های ۰، ۱، ۳، و ۵ % با بهره گرفتن از روش کاستینگ (Solvent Casting) تهیه شد. کلیه خواص فیزیکوشیمیایی، مکانیکی و عبوردهی نسبت به بخار آب و اکسیژن به روش استاندارد ملی امریکا انجام شد. آزمون مکانیکی نانو بایوکامپوزیت فیلم­های نشاسته تاپیوکا / نانو دی اکسید تیتانیوم، افزایش استحکام کششی و مدول یانگ، کاهش درصد کشیدگی را به دلیل افزایش غلظت نانو ذرات نشان دادند. خواص فیزیکوشیمیایی ( میزان جذب آب و حلالیت ) و خواص ممانعتی ( نفوذ پذیری نسبت به بخار آب و اکسیژن )، با افزایش میزان نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم کاهش معنی داری ( ۰۵/۰ > P)، را نشان دادند. فیلم­های خوراکی نشاسته تاپیوکا ساپورت شده باTio₂ خواص ضد میکروبی خوبی را در مقابل باکتری اشریشا کلی، از خود نشان دادند. که این موضوع بیانگر خاصیت ضد میکروبی نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم است. به طور کلی با توجه به بررسی­های انجام شده نانو دی اکسید تیتانیوم توانایی بهبود خواص اساسی فیلم­های نشاسته تاپیوکا را دارا می­باشند و می­توانند به عنوان فیلم خوراکی و بسته بندی فعال در صنایع غذایی مورد استفاده قرار گیرند.
واژگان کلیدی : فیلم خوراکی تاپیوکا، نانو دی اکسید تیتانیوم، خواص مکانیکی، خواص ممانعتی، خواص فیزیکوشیمیایی، خواص ضد میکروبی.
فصل اول
کلیات
۱-۱- مقدمه
بسته یا پوشش غذا نقش منحصر به فردی در سلامت غذا و در نتیجه مصرف کننده ایفا می­ کند. مسلم است که بیشتر فرآورده های غذایی با نوعی روش بسته بندی به مصرف کننده می­رسد و در نتیجه بسته بندی بخش مهمی در زنجیره غذایی می­باشد ]۵۲[. اما مواد بسته بندی قدیمی که از مواد نفتی مشتق شده بودند هیچ یک زیست تخریب پذیر نبوده و از لحاظ زیست محیطی قابل تحمل نیستند و خطرات سلامتی را تحمیل می کنند برای مثال مهاجرت افزودنی های مضر به غذا. زیست تخریب پذیری مواد پلاستیکی سنتزی حاصل از مشتقات نفتی بسیار کند بوده و تجزیه کامل آن­ها چندین سال به طول می انجامد و این امر باعث افزایش آلودگی های زیست محیطی می گردد. لذا طی سال های اخیر یافتن جایگزینی مناسب برای پلاستیک های سنتزی بطوری که زیست تخریب پذیری بالایی داشته و آلودگی زیست محیطی کمتری بر جای بگذارد توجه محققین را به خود را جلب کرده است. بیوپلیمرهای خوراکی بازیست تخریب پذیری بالا که از منابع قابل تجدید کشاورزی حاصل می شوند گزینه ای مناسب در این زمینه به شمار می روند. با وجود مزایای مسلم زیست محیطی و پایداری پلیمرهای زیستی این قیمت رو به رشد نفت خام و گاز طبیعی است که عامل محرکه برای سرمایه گذاری اقتصادی در این زمینه است. این موضوع و دو عامل محرکه تلاش برای بازیافت بیشتر ضایعات و همچنین ثبات محیط زیست و مدیریت کشاورزی این ضرورت را ایجاد می کند که تغییری به سمت پلاستیک های زیستی صورت گیرد ]۶[.

اخیراً به دلیل نگرانی‌های زیست محیطی در ارتباط با پسماند بسته‌بندی‌های پلاستیکی مصنوعی، تلاش‌های بسیاری برای تهیه مواد بسته‌بندی زیست تجزیه‌پذیر از پلیمرهای طبیعی است ] ۷۴[.
نوع بسته‌بندی عامل مهمی جهت افزایش زمان نگهداری و حفاظت از غذاهای فاسدشدنی است، به ویژه در مورادی که تخریب اکسایشی و میکروبیولوژیکی در آن­ها رخ می‌دهد. پیشتر اکثر مواد بسته‌بندی ریشه مصنوعی داشتند، اما امروزه به دلایل زیست محیطی، تلاش‌های روزافزونی جهت یافتن مواد خوراکی زیست‌تجزیه‌پذیر صورت می‌گیرد، که این مواد نیز درصورت امکان حاصل بازیابی صنایع و منابع تجدیدپذیر هستند. حساسیت مشابهی را می‌توان در تحقیقات علمی اخیر مشاهده نمود که تمرکزشان بر فیلم‌های زیست‌تجزیه‌پذیر و یا خوراکی، و مراجع و مآخذ بسیاری در ارتباط ژلاتین خالص یا مخلوط شده با سایر مواد بیو پلیمری دارند ]۷۵[.
امروزه بخش بزرگی از مواد استفاده شده در صنعت بسته بندی از فرآوردهای نفتی و پتروشیمی به دست می­آیند که غیر قابل تجزیه در طبیعت بوده و مشکل زیست محیطی ایجاد می­ کنند. از این­ رو محققین همواره به دنبال راه حل­هایی برای این موضوع می­باشند. رشد روز افزون محصولات زیستی و توسعه تکنولوژی­های نوین سبب کاهش وابستگی به استفاده از سوخت­های فسیلی گردیده است. در چند دهه اخیر میزان توجه و علاقه افراد به استفاده از بیوپلی­مرها به دلیل افزایش بیشتر آگاهی مصرف کنندگان، افزایش قیمت نفت خام، افزایش آلودگی­های زیست محیطی و تجزیه ناپذیر بودن پلیمرهای نفتی و توجه به گرمای جهانی افزایش یافته است و سبب شده تلاش­ های فراوانی در جهت تولید مواد بسته­بندی با منشا طبیعی(پروتئین،چربی و کربوهیدرات) به صورت فیلم یا پوشش صورت گیرد. اینگونه بیوپلیمرها در مقایسه با بهره گرفتن از پلاستیک­ها اثرات مخرب کمتری بر محیط زیست دارند ]۸۰[.
لایه خوراکی، لایه نازکی از ماده زیستی است که صنایع بسته بندی را به خود جلب کرده است، چون مانع از رطوبت، اکسیژن و حرکت محلول مواد غذایی می شود.از میان لایه­ های خوراکی بر مبنای پروتئین، لایه ژلاتین به خاطر فرآورده های خوراکی و دارویی مانند اجزای روکش کپسول، گوشت و سوسیس مورد توجه قرار گرفته است ]۵۸[.
سالیان طولانی است که از پوشش ­های خوراکی جهت نگه­داری بهتر محصولات غذایی و افزایش جذابیت ظاهری آن­ها استفاده می­ شود، به عنوان مثال از دوران باستان چینی­ها پرتقال و لیموهای تازه را با لایه­ی نازکی از موم می­پوشاندند تا خشک شدن آن­ها به ­تعویق بیافتد. استفاده از فیلم­های خوراکی در بسته­بندی موادغذایی اولین بار در سال ۱۸۹۵ توسط ماریس و پارکر انجام گرفت. آنها از فیلم­های ژلاتینی برای نگه­داری گوشت استفاده کردند. از سال ۱۹۳۰ استفاده از موم­های پارافینه مذاب برای پوشش دادن مرکبات تجاری شد و در اواخر دهه ۱۹۵۰ امولسیون­های روغن در آب جهت پوشش­دادن میوه­ ها و سبزی­ها بکار رفت ]۵۰[.
۱-۲- پیش زمینه
بسته بندی های زیست تخریب پذیر که قابلیت خوراکی بودن و مصرف به همراه ماده غذایی را دارند شامل فیلم ها و پوشش ­های خوراکی می­باشند. فیلم های خوراکی لایه هایی از مواد قابل هضم هستند که به عنوان پوشش مواد غذایی(پوشش های خوراکی) و یا به عنوان مانعی بین غذا و سایر مواد و یا محیط ها استفاده می­شوند. پوشش ­های خوراکی قابل تجزیه به وسیله میکروارگانیسم ها مصرف شده و به ترکیبات ساده تبدیل می­شوند. ­پلی ساکارید هایی مانند کیتوزان، نشاسته و سلولز، پروتئین هایی مانند زئین و کلاژن و چربی هایی مانند تری گلیسیریدها و اسیدهای چرب می­توانند به عنوان فلیم های خوراکی استفاده شوند. فیلم­های پلی ساکاریدی قیمت پایینی دارند اما مانع مناسبی در برابر نفوذ رطوبت نیستند. فیلم­های پروتئینی دارای قابلیت های مفیدی مثل شکل پذیری در فرایند، خاصیت ارتجاعی و ممانعت خوب در برابر نفوذ اکسیژن هستند (نظیر پلی ساکاریدها) ­اما عبور­ناپذیری آن­ها در برابر نفوذ آب ضعیف است مانند پلی ساکاریدها. فیلم­های چربی خواص نفوذ ناپذیری خوبی در برابر رطوبت دارند اما مقاومت آن­ها در برابر عبور اکسیژن و خصوصیات مکانیکی شان ضعیف است. ­اکسیژن بالا در بسته بندی غذا به رشد میکروب، حذف طعم و بوی ایجاد شده، تغییر رنگ و از بین رفتن غذا کمک می­ کند و علت عمده کاهش زمان نگهداری غذاها به شمار می رود. بنابراین کنترل سطح اکسیژن در بسته بندی غذا ­­­امری مهم تلقی می­ شود. بخار آب تشکیل شده در داخل بسته بندی باعث رشد میکرواگانیسم­ها و در نتیجه از بین رفتن کیفیت غذا و کاهش زمان ماندگاری می­گردد. یکی از راه های رفع این نقایص در فیلم­های پلیمری زیستی ایجاد ترکیب هایی از آن­ها با نانو ذرات است که موجب تحقیق و توسعه نانو کامپوزیت های زیستی شده است. استفاده از نانو تکنولوژی دراین پلیمرها ممکن است امکانات جدیدی را برای بهبود نه تنها ویژگی­ها بلکه به طور همزمان بهبود ارزش، قیمت و راندمان را سبب شود. اندازه نانو ذرات موجب پراکندگی و توزیع خوب آن­ها می­ شود. این نانو کامپوزیت ها می­توانند به طور قابل توجهی ویژگی­های مکانیکی، حرارتی، ممانعتی و فیزیکوشیمیایی بهبود یافته ای در مقایسه با پلیمرهای اولیه و کامپوزیت های میکرو سایز مرسوم نشان دهند ]۱۸[. رشد میکروب ها روی سطح مواد غذایی دلیل اصلی فساد مواد غذایی و بیماریزایی در مصرف کننده می باشد. به این دلیل تلاش های زیادی برای تیمار این سطوح به روش های گوناگون مانند اسپری یا غوطه ور کردن در مواد نگهدارنده مختلف صورت گرفته است. فیلم­های خوراکی به تنهایی و یا همراه با مواد ضد میکروبی، موجب مهار رشد باکتری­ ها در سطح مواد غذایی و در نتیجه فساد آن­ها می­شوند. فناوری نانو می ­تواند در مواردی مانند افزایش مقاومت به نفوذ در پوشش ها، افز ایش ویژگی های ممانعتی، افزایش مقاومت در برابر گرما، گسترش ضد میکروب های فعال و سطوح ضد قارچ کارساز باشد ]۱۸[.
۱-۳- بیان مسئله
در قرن نوزدهم ایده­های مربوط به صنعت بسته­بندی مواد غذایی و محافظت از مواد غذایی ابداع گردید. ایده­هایی که حتی تا به امروز در این صنعت مطرح هستند. اما اختراعاتی مثل ساخت بطری­های شیشه ­ای، پوشش سلفون، فویل آلومینیومی و ظروف پلاستیکی که در قرن بیستم روی داد به شکل چشمگیری، انعطاف­پذیری صنعت مواد غذایی را بالاتر برد و آن را کاربردی­تر کرد. پیشرفت­های دیگری نظیر استفاده از مواد ضد میکروبی یا جاذب اکسیژن در ساخت ظروف مواد غذایی موجب شکل­ گیری رویه جدیدی در افزایش ماندگاری مواد غذایی و حفاظت آن­ها در برابر تأثیرات محیطی شد. با این حال روند فعلی عرضه محصولات غذایی در سطح جهان مثل افزایش فرآوری صنعتی غذاها، حجم بالای صادرات و واردات محصولات غذایی و کوتاه­تر شدن زمان تهیه مواد غذایی تازه، صنعت بسته­بندی محصولات غذایی را وادار می­ کند به دنبال راه کارهای جدیدتر و پیشرفته­تر بسته­بندی باشد. زمانی حفاظت و افزایش طول عمر مواد غذایی هدف اصلی صنعت بسته­بندی این محصولات بود اما هم اکنون سهولت در کاربرد و آسانی مصرف هم به همان اندازه اهمیت یافته است. در این عرصه اهمیت عوامل دیگری همچون امکان ردیابی، تجهیز به نشان­گرهای الکترونیکی و با دوام بودن نیز رو به افزایش است. بسیاری از پیشرفت­های جدید صنعت بسته­بندی مواد غذایی پاسخگوی این نیازها است. بسته­بندی هوشمند و فعال مواد غذایی علاوه بر به تأخیر انداختن عوامل محیطی مؤثر بر مواد غذایی، روشی پویاتر را برای حفظ نگهداری محصول به کار می­گیرد. به عنوان مثال دو مقوله مهم در حفظ کیفیت ماده غذایی بسته­بندی شده، کنترل میزان رطوبت و اکسیژن است. وجود اکسیژن در ظرف حاوی ماده غذایی موجب رشد میکروب­های هوازی و کپک­های قارچی می­ شود. به علاوه فعالیت­های اکسیدی درون ظرف باعث ایجاد طعم و بوی ناخواسته و تغییر در رنگ و خصوصیات تغذیه­ای ماده غذایی می­شوند. به همین ترتیب وجود رطوبت در ظرف محتوی ماده غذایی ممکن است باعث ایجاد کلوخه در محصولات پودری شکل یا نرم شدن مواد غذایی ترد شود. به علاوه وجود رطوبت به رشد میکروب کمک می­ کند. از سوی دیگر، خشکی بیش از حد فضای درون ظرف نیز باعث کم آب شدن ماده غذایی می­ شود. در بسته­بندی فعال ظروف، شامل موادی هستند که این معضلات را بر طرف می­ کند. برخی از مهیج­ترین پیشرفت‌های حاصل شده در صنعت بسته­بندی مواد غذایی مرتبط با فناوری نانو است. فناوری نانو که علم مطالعه نانو ذره­هاست، تأثیر بزرگی بر مواد مورد استفاده در صنعت بسته­بندی مواد غذایی داشته است. با بهره گرفتن از ابداعاتی که در مقیاس نانو صورت می‌گیرد می‌توان به ایده­های جدیدی در خواص فنی و قابلیت ممانعت کنندگی ظروف، ایده­های جدید در تشخیص عوامل بیماری­زا و راه‌ کارهای جدید بسته­بندی فعال و هوشمند دست یافت. نانوکامپوزیت­ها در رأس ابداعات فن‌آوری نانو مرتبط با صنعت بسته­بندی مواد غذایی قرار دارند. نانوکامپوزیت‌ها مواد هستند که از ترکیب نانوذره­ها ساخته می‌شوند. فیلم­های پلاستیکی نانوکامپوزیتی این قابلیت را دارند که از نفوذ اکسیژن، دی­اکسید کربن و رطوبت به داخل ظرف جلوگیری کنند. به این ترتیب ظروفی که در ساختار آن­ها از فیلم­های نانوکامپوزیت استفاده شده است، باعث افزایش ماندگاری ماده غذایی می‌شوند. ظروف نانوکامپوزیت سبک، محکم و مقاوم به حرارت هستند. علاوه بر این تحقیقاتی در زمینه ساخت ظروف با بهره گرفتن از مواد نانوکامپوزیت زیست­ تجزیه­پذیر درحال انجام است. با این‌ که استفاده از نانوکامپوزیت‌ها در صنایع بسته­بندی مواد غذایی تضمین کننده سطح بالای ممانعت کنندگی ظرف است، نوع دیگری از مواد نانو توانایی بالایی در کنترل رشد میکروب‌ها دارد ]۱۸[.