پژوهش و نوآوری در علوم و صنایع غذایی

بهینه‌سازی ویژگی‌های فیزیکی و مکانیکی نانوکامپوزیت‌های زیست‌تخریب‌پذیر کیتوزان-نانوسلولز

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد گروه علوم و صنایع غذایی، دانشکده علوم و صنایع غذایی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

2 دانشیار گروه مهندسی مواد و طراحی صنایع غذایی، دانشکده علوم و صنایع غذایی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

3 استاد گروه علوم و مهندسی صنایع غذایی، دانشکده مهندسی و فناوری کشاورزی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران

4 استادیار گروه مهندسی مواد و طراحی صنایع غذایی، دانشکده علوم و صنایع غذایی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

5 دانشجوی دکتری گروه علوم و صنایع غذایی، دانشکده مهندسی و فناوری کشاورزی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران

چکیده

پودر کیتوزان حاصل از پوست سخت‌پوستان قابلیت تشکیل فیلم بالایی دارد؛ فیلم‌های کیتوزان در برابر پارگی بسیار مقاومند. از طرف دیگر، نانوذرات‌سلولز دارای نرخ زیست‌تخریب‌پذیری بالا و نسبت به سایر نانوپرکن‌ها ارزان‌تر هستند. پژوهش حاضر سعی در بهینه‌سازی نانوکامپوزیت‌های کیتوزان-نانوسلولز تهیه شده به روش قالب‌ریزی، به منظور استفاده از تمامی قابلیت‌های این مواد فراوان در طبیعت دارد. پودر کیتوزان با وزن مولکولی بالا، نانوسلولز با قطر الیاف 50-20 نانومتر و نیز گلیسرول به منظور بهینه‌سازی ویژگی‌های نانوکامپوزیت‌ها، به کار گرفته شد. افزودن نانوذرات سلولز به فیلم‌های کیتوزان باعث کاهش محتوای رطوبتی، افزایش درصد کشش در نقطه پارگی (تا 30/1 درصد) و نیز بهبود پارامترهای رنگی فیلم‌ها گردید؛ کاهش غلظت گلیسرول در نانوکامپوزیت‌ها سبب کاهش مقادیر حلالیت در آب (تا 28/7 درصد) و نفوذپذیری بخار آب و به طور همزمان افزایش مدول کشسانی نانوکامپوزیت‌ها (تا 3/7 گیگاپاسکال) شد. نانوکامپوزیت حاصل از مقادیر 1 گرم کیتوزان، 0/18 درصد نانوسلولز و 30 درصد گلیسرول بالاترین مطلوبیت کلی (75 درصد)، بر اساس ارزیابی تمامی پارامترهای مکانیکی و فیزیکی را حاصل کرد. آزمون میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان داد که غلظت‌های بالای کیتوزان (1/3 گرم) و نانوسلولز (2 درصد) تشکیل ساختاری شبکه مانند و تودرتو می‌دهند که این ساختار، توجیه‌کننده بهبود قابلیت کشش‌پذیری فیلم کیتوزان پس از افزودن نانوذرات نیز می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

داداشی، س.، موسوی، س.م. ع. و امام جمعه، ز. 1390. اثر افزودن ذرات نانو بر خواص مکانیکی و حرارتی فیلم‌های تولیدشده از پلی لاکتیک اسید. انتشارات دانشگاه تهران، صفحات 72-82.
قاسملو، م.، خاکسار، ر.، مردانی، ت.، شهنیا، م. و راشدی، ح. 1391. تهیه و بررسی بیوفیلم بسته‌بندی زیست‌تخریب‌پذیر ضدمیکروبی بر پایه نشاسته ذرت. مجله علوم تغذیه و صنایع غذایی ایران، 7(5): 115-123.
American Society for Testing and Materials. 2001. Standard test method for tensile properties of thin plastic sheeting. Philadelphia, Standard D882.
American Society for Testing and Materials. 1995. Standard test methods for water vapour transmission of material. Philadelphia, Standard E 95-96.
Azeredo, H.M.C., Mattoso, L.H.C., Wood, D., Williams, T.G., Bustillos, R.J.A. & McHugh, T.H. 2009. Nanocomposite edible films from mango puree reinforced with cellulose nanofibers. Journal of Food Science, 74 (5): 31–35.
Bangyekan, C., Aht-Ong, D. & Srikulkit, K. 2006. Preparation and properties evaluation of chitosan-coated cassava starch films. Carbohydrate Polymers, 63 (1): 61–71.
Butler, B.L., Vergano, P.J., Testin, R.F., Bunn, J.M. & Wiles, J.L. 1996. Mechanical and barrier properties of edible chitosan films as affected by composition and storage. Journal of Food Science, 61: 953-955.
Diab, T., Biliaderis, C.G., Gerasopoulos, D. & Sfakiotakis, E. 2001. Physicochemical properties and application of pullunan edible films and coatings in fruit preservation. Journal of the Science of Food and Agriculture, 81: 988–1000.
Fernandes, S.C.M., Freire, C.S.R., Silvestre, A.J.D., Pascoal, Neto, C., Gandini, A., Berglund, L.A. & Salmen, L. 2010. Transparent chitosan films reinforced with a high content of nanofibrillated cellulose. Carbohydrate Polymers, 81 (2): 394-401.
Forssell, P., Lahtinen, R., Lahelin, M. & Myllarinen, P. 2002. Oxygen permeability of amylase and amylopectin films. Carbohydrate Polymers, 47:125–129.
Ghasemlou, M., Khodaiyan, F., Oromiehie, A. & Yarmand, M.S. 2011. Characterization of edible emulsified films with low affinity to water based on kefiran and oleic acid. International Journal of Biological Macromolecules, 49 (3): 378-384.
Hassan, M., Hassan, E. & Oksman, K. 2011. Effect of pretreatment of bagasse fibers on the properties of chitosan/microfibrillated cellulose nanocomposites. Journal of Materials Science, 46(6):1732-1740.
Hosokawa, J., Nishiyama, M., Yoshihara, K. & Kubo, T. 1990. Biodegradable film derived from chitosan and homogenized cellulose. Industrial & Engineering Chemistry Research, 29: 800–805.  
Kanagaraj, S, Varanda, F.R., Zhiltsova, T.V., Oliveira, M.S. & Simoes, J.A.O. 2007. Mechanical properties of high density polyethylene/carbon nanotube composites. Composites Science and Technology, 67 (15–16): 3071–3077.
Klemm, D., Heublein, B. & Fink, H.P. 2005. Cellulose: fascinating biopolymer and sustainable raw material. Angewandte Chemie International Edition, 44: 3358-3393.
Ojagh, S.M., Rezaei, M., Razavi, S.H. & Hosseini, S.M.H. 2010. Development and evaluation of a novel biodegradable film made from chitosan and cinnamon essential oil with low affinity toward water. Food Chemistry, 122 (1): 161-166.
Olivas, G.I. & Barbosa-Cánovas, G.V. 2008. Alginate–calcium films: water vapor permeability and mechanical properties as affected by plasticizer and relative humidity. LWT - Food Science and Technology, 41: 359–366.
Rhim, J.W., Hong, S.I. & Ha, C.S. 2009. Tensile, water vapor barrier and antimicrobial properties of PLA/nanoclay composite films. LWT- Food Science and Technology, 42: 612–617.
Rudrapatnam, N.T. & Farooqahrned, S.K. 2003. Chitin - the undisputed biomolecule of great potential. Critical Review in Food Science and Nutrition, 43: 61-87.
Srinivasa, P.C., Ravi, R. & Tharanathan, R.N. 2007. Effect of storage conditions on the tensile properties of eco-friendly chitosan films by response surface methodology. Journal of Food Engineering, 80 (1): 184-189.
Thakhiew, W., Devahastin, S. & Soponronnarit, S. 2010. Effects of drying methods and plasticizer concentration on some physical and mechanical properties of edible chitosan films. Journal of Food Engineering, 99 (2): 216-224.
ارسال نظر در مورد این مقاله
CAPTCHA Image
پژوهش و نوآوری در علوم و صنایع غذایی
دوره 2، شماره 3
آذر 1392
صفحه 229-242
  • تاریخ دریافت: 29 اردیبهشت 1392
  • تاریخ بازنگری: 12 آبان 1392
  • تاریخ پذیرش: 19 آبان 1392