کشیدگی در نقطه شکست (E%)، بیشترین تغییر طول نسیت به طول اولیه را گویند.به عنوان یک خاصیت جسم معرفی می شود که انعطاف پذیری جسم را بررسی می­ کند. نشان دهنده قدرت کشش پذیری است. (چند درصد طول می تواند کش بیاید ولی پاره نشود)
مدول یانگ (Young’s moduls) نسبت stress به strain در ناحیه خطی است که میزان سختی جسم را بررسی می کند و نشان می دهد که هرچه سختی جسم بیشتر باشد سختی جسم بیشتر است.
ویلهلم^[۱۲] و همکاران در سال ۲۰۰۳ نشان دادند که افزودن پر کننده غیر آلی به ماتریکسPS-PVOH سفتی فیلم را افزایش می­دهد ] ۱۰۲[.
لین^[۱۳] و همکاران در سال ۲۰۰۹ 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 ]۶۰[.
لی^[۱۴] و همکارانش (۲۰۰۹) 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 ۲ 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 ]۵۶[.
۲-۱۶- خواص ضد میکروبی
بسته بندی­های فعال ضد میکروبی ساخته شده از نانوکامپوزیت 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 می شوند، 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. تحقیقات اندکی در رابطه با بهره گرفتن از پوشش های پروتئینی(از جمله ژلاتین) حامل ترکیبات ضد میکروبی در مورد محصولات گوشتی گزارش شده است.
مطالعات بر روی استفاده از فیلم ها و پوشش های پروتئینی به عنوان حامل ترکیبات ضد میکروبی از سال ۱۹۸۰ شروع شد. گیلبرت^[۱۵] اثر اسیدسوربیک اضافه شده به فیلم های کازئینی یا ژلاتینی را مورد بررسی قرار داد و مشاهده کرد پایداری میکروبی بهبود می­یابد. از اواخر دهه ۱۹۹۰استفاده از ترکیبات ضدمیکروبی طبیعی نیز در فیلم­های خوراکی پروتئینی آغاز شد. فعالیت ضدمیکروبی فیلم های زئینی حاوی نایسین و فیلم زئینی یا پروتئین سویای حاوی لیزوزیمیا نایسین در مقابل لاکتوباسیلوس پلانتاروم کورد آزمایش قرار گرفت ]۳۷[.
در مطالعات صورت گرفته نشان داده شده است که نانو ذراتی چون Zn,Ti,Ag,Cr و اکسید آن ها خاصیت باکتری کشی بالایی دارند ]۵۵[. باکتری استافیلوکوکوس اورئوس (S.aureus) یکی از باکتری های بیماری زای مهم است. که مقاومت آنتی بیوتیکی یکی از مشکلاتی است که برای از بین بردن این باکتری بسیار مطرح است. لذا نانو مواد به عنوان مواد مناسب برای مهار و ازبین بردن این باکتری می­توانند مورد استفاده قرار گیرند ]۳۳[. 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 آزادسازی گونه های اکسیژن فعال (ROS) یا آزادسازییون 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 ]۵۹[. 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 ]۶۵[.
لی^[۱۶] و همکارانش (۲۰۰۹) گزارش کرده ­اند که فیلم پلی اورتان غنی شده با نانو ذرات ZnO فعالیت ضد باکتریایی خیلی خوبی خصوصاً در برابر E.coliنشان دادند ]۵۶[.
لی^[۱۷] و همکارانش در سال ۲۰۱۰خواص 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 ضدباکتریایی آلی، عوامل ضدباکتریایی معدنی پایداری و ثبات بهتری را در شرایط سخت فرایند مانند فشار یا دمای بالا دارند. بنابراین عوامل ضدباکتریایی معدنی مانند اکسیدروی توجه زیادی را در دهه گذشته به خود جلب کرده است. فعالیت آنتی باکتریال نانوذرات ZnO بیشتر از میکروذراتZnO می باشد و همچنین به غلظت آن نیز بستگی دارد ]۵۷[.
صوبرامانی^[۱۸] و همکارانش (۲۰۰۷) 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 ضدباکتریایی بر علیه دو باکتری پاتوژن انسانی استافیلوکوکوس اورئوس و کلبسیلا پنومونیا نشان داد ]۹۴[.
جین^[۱۹] ­و­ همکارانش­ ­درسال­۲۰۰۹،­اظهارنمودند­که­نانواکسید­روی­اثرات ضد میکروبی را علیهL.monocytogenes و S.enteritidis در سفیده تخم مرغ نشان می­دهد ]۴۶[.
ساوی ^[۲۰]و همکارانش بر روی پودر های شامل اکسید روی و اکسید کلسیم و اکسید منیزم اثرات رضایت بخشی را در طیف گسترده ای از میکروارگانیسم ها دارد و اما اکسید روی اثرات آنتی میکروبیال ضعیفی رویSaccharomyces cerevisiae و­ دیگر­ مخمر­ها ­و­ کپک­ها درمقایسه ­با­ باکتری­ ها­دارد ] ۸۵[.
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^[۲۱] و همکارانش(۲۰۱۰)استفاده از نانوذرات اکسیدروی برای تولید پارچه های ضدمیکروبی را بررسی کردند­و اظهار نمودند که پارچه های کتان پوشیده با نانوذرات ZnO اثر ضدباکتریایی بیشتری نسبت به پارچه های پوشیده با ZnO توده ای دارند و همچنین فعالیت ضدباکتریی در برابر S.aureus نسبت به E.coliدر هر آزمون های کیفی و کمی بیشتر بوده است ] ۸۳[.
فصل سوم
مواد و روش ها
۳-۱- مواد
نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم، نشاسته تاپیوکا از شرکت سیگما خریداری شد ( پنانگ مالزی^[۲۲] ). گلیسرول و سوربیتول مایع و نیترات منیزیم برای کنترل رطوبت نسبی از آلدریچ سیگما^[۲۳] خریداری شد. محیط کشت مولر هینتون آگار^[۲۴] و محیط کشت نوترینت براث^[۲۵] (مرک آلمان)، هود میکروبی (Beasat)، انکوباتور شرکت پارس طب نوین، سویه­­ استاندارد میکروبی (۱۳۳۳۰ PTCC / ATCC 8739 ) اشرشیا کولی^[۲۶] ، از آزمایشگاه مرکزی سازمان پژوهش­های علمی و صنعتی، سایر مواد مورد استفاده از نوع آزمایشگاهی بوده است.

شکل ۳- ۱: تصویر ESEM نانو دی اکسید تیتانیوم
۳-۲- روش تهیه فیلم­های نانو بایوکامپوزیتی
محلول نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم با غلظت ۱، ۳،و ۵% (وزنی/وزنی) پراکنده شدند و در ۶۰ درجه سانتیگراد با تکان دادن مداوم برای ۱ ساعت گرما داده شد و سپس برای ۲۴ 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. ۴ گرم نشاسته تاپیوکا و طبق روش کاستینگ و با اضافه ­کردن نسبت ۱به۳ از سوربیتول-گلیسرول۴۰% (w/w از نشاسته ) با هم ترکیب شده به عنوان پلاستی­سایزر اضافه شد. انتخاب این نرم کننده­ها بر اساس پایداری بالاترین حرارت که در آزمایش پیشین از آن گرفته شد مبتنی بود ]۹[. این دیسپرسیون تا ℃۸۵ حرارت داده­ شد و سپس برای کامل کردن ژلاتیناسیون به مدت یک ساعت در این دما نگهداری شد. سپس محلول تا دمای ۳۰ درجه سانتی ­گراد سرد شد. مقدار ۹۰ گرم از دیسپرسیون در پلیت­ها ریخته شدند. این فیلم­ها در دمای محیط خشک شدند. فیلم­های خشک شده از سطح پلیت­ها جدا شدند و در ۲ ۲۳ 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.
۳-۳ – ضخامت فیلم
ضخامت ­فیلم باریز­سنج مدل insize با قدرت تفکیک۰۱ /۰ میلی­متر به طور تصادفی در ۵ موقعیت تعیین و میانگین آن­ها برای محاسبات استفاده شد.
۳-۴- آنالیز فیلم
آزمون­های صورت گرفته در این تحقیق شامل اندازگیری ویژگی­های مکانیکی، ویژگی­های فیزیکوشیمیایی ( میزان جذب آب و حلالیت) و خواص ممانعتی (نفوذ پذیری نسبت به بخار آب و اکسیژن)، بررسی رنگ و بررسی پارامتر­های رشد میکروبی باکتری اشریشیا کلی با تغییر غلظت­های مختلف نانو دی اکسید تیتانیوم بر فیلم­های نشاسته تاپیوکا می­باشد.
۳-۴-۱- ویژگی های مکانیکی
یک آزمون برای ارزیابی تغییر شکل (کششی) در سرعت ثابت در یک نمونه با ابعاد استاندارد برای اندازه ­گیری نیروی لازم برای پارگی مواد مورد استفاده قرار گرفت. منحنی نیرو در مقابل جابجایی این پارامترها را تعیین می­ کند.
تنش کششی (Tensil stress) (استحکام کششی نیز نامیده می­ شود) که در واحد MPa بیان می­ شود. نیروی لازم برای پارگی (گسیختگی) قسمتی از نمونه را اندازه ­گیری می­ کند.
بیشترین نیرویی که سبب گسیختگی جسم می­ شود تقسیم بر سطح مقطع نمونه، نشان دهنده قدرت کششی فیلم (مقاومت فیلم) است.
که در آن F نیرو بر حسب نیوتن و A مساحت قسمتی از فیلم که مورد آزمون قرار می­گیرد (ضخامت × عرض در mm²)
کشیدگی Elongation (Strain هم نامیده می­ شود) که واحد آن درصد است. که این نسبت جابجایی به طول اولیه نمونه است:
بیشترین تغییر طول به طول اولیه، انعطاف­پذیری فیلم را بررسی می­ کند (چند درصد طولش می ­تواند کش بیاید ولی پاره نشود).
که در آن L جابجایی (mm) و L0 طول اولیه (mm) کشیدگی در نقطه شکست به صورت درصد نسبی است که مقیاسی از انعطاف­پذبری فیلم­ها است.
مدول یانگ (Yang’s Modulus) این پارامتر برابر است با شیب در ناحیه خطی منحنی تنش-کرنش (نسبت stress به strain) بیانگر میزان سختی فیلم­ها است.
ویژگی­های مکانیکی در هر شکست مشخص می­ شود. در هر شکستن تنش و کرنش برای هر نمونه محاسبه شد. قسمتی از آزمون که متفاوت باشد در طول اندازه ­گیری خیلی قابل توجه نیست. شکل منحنی تنش -کرنش رفتار خاص مواد شکننده (شکستن در محدوده الاستیک) یا انعطاف­پذیر (شکست در پلاستیک) را تعریف کند.
ویژگی­های مکانیکی درهرپارگی مشخص شدند. استرس واسترین پارکنندگی (σ، ε) برای هرنمونه محاسبه شد. بخش آزمایش به طورچشمگیری درطی اندازه ­گیری تفاوتی نکرد. می­توان برای تعریف کردن رفتارخاص ماده به عنوان ترد (شکست درمحدوده الاستیک ) یاductile (شکست درپلاستیک)، از شکل منحنی­های stress strainاستفاده کرد. D882-10ASTM باتغییری (اصلاحی) برای تعیین کردن ویژگی­ها مکانیکی ­در شرایط ­استاندارد ­مورد استفاده ­قرار گرفت­ ]۱۷[. ­ نوارهای­ فیلم­ به ­طول۱۰۰mm و عرض ۲۰mm بریده شدو به مدت ۴۸ ساعت در دمای℃ ۲۳ و رطوبت نسبی ۵۳ % تنظیم شد. آنالیز بافت مجهزشده بانرم افزارTexture Exponent 32 به منظور اندازه ­گیری ویژگی­های مکانیکی فیلم به کار گرفته شد. جداسازی سرعت اولیه و سرعت crosshead به ترتیب ۵۰mmو ۳۰ بود. Elongation و قدرت کشش در نقطه پاره شدن از تغییرشکل و نیروی داده ثبت شده توسط نرم افزارمحاسبه شد. ۸ تکرار هر نمونه مورد ارزیابی قرار گرفت.
۳-۴-۲- رنگ سنجی
رنگ سطح فیلم با بهره گرفتن از رنگ­سنج­ها مشخص شد (اسپکتروفتومتر مینولتا ۳۵۰۰ اوساکا- ژاپن) و مقادیرL*،a*، b* گزارش شد. قبل از آنالیز ابزار با اجسامی با عبور ۱۰۰% و ۰% کالیبر شد. آزمایشات در سه مرحله و با سیستم کامپیوتری و با بهره گرفتن از نرم­ افزار مجیک اسپکترا انجام گرفت (نسخه ۱۱/۲ شرکت سایبر کروم مینولتا ژاپن).
میزان رنگ در سه موقعیت تصادفی اندازه ­گیری شد که مرکز نمو­نه­ی فیلم را نیز شامل می­ شود. بیشترین مقدار برای ۱۰۰ و کمترین مقدار برای آن ۰ است. a* مثبت بعنوان قرمز و a*منفی بعنوان سبز مشخص شد در حالی که b* مثبت بعنوان زرد و b* منفی به عنوان آبی مشخص گردید.
۳-۴-۳- نفوذ پذیری بخار آب (WVP)
از روش اصلاح شده کاپ گراومتریک به روش استاندارد ملی آمریکا ASTM E96-05 که برای تعیین میزان نفوذ پذیری در فیلم ها استفاده شده است ] ۱۶[. در این آزمون کاپ ها با آب پر شدند و هوا حدود ۵/۱ سانتیمتر بین سطح فیلم و آب بود. فیلم ها به اندازه دهانه کاپ بریده شدند و به کمک خمیر بازی بر روی کاپ نگه داشته شدند. در ابتدا وزن اولیه کاپ ها با ترازو با دقت ۰۰۰۱/۰ اندازه گیری شد و سپس درون دسیکاتور که با سیلیکاژل(خشک کن) برای تولید رطوبت نسبی %۰ پر شده بود قرار گرفتند. پس از آن هر ۲ ساعت یک بار نمونه ها توزین شد تا ۷ نقطه این روند ادامه داشت. سپس از نمودار وزن بدست آمده در مقابل زمان برای تعیین (WVTR) استفاده شد. شیب قسمت خطی این نمودار نشان دهنده مقدار حالت پایدار از نفوذ بخار آب در میان فیلم در هر واحد زمان (g/h) (WVTR) بر اساس gr بر m² در هر روز بیان شد. رگرسیون دامنه ضرایب %۹۹/۰ یا بالاتر بدست آمده. (WVP) فیلم توسط ضرب کردن (WVTR) در ضخامت متوسط فیلم و تقسیم آن بر فشار بخار آب در سطح فیلم محاسبه می شود.
۳-۴-۴- حلالیت فیلم ها
حلایت فیلم­ها در آب بر طبق نظر مایزورا^[۲۷] و دیگران ]۶۴[ و با قدری تغییرات تعیین شد پس از تعیین میزان رطوبت موجود در هر فیلم میزان مواد جامد موجود در آن قابل تعیین بود با توجه به این مسأله، تکه­های از فیلم (۶۰۰میلی گرم) بریده شده در یک دسیکاتور با ( (۰% RH کلرید کلسیم به مدت ۲۴ ساعت در دمای ۴۰ درجه سانتیگراد حرارت داده شد. سپس درون بشر با ۱۰۰ سی­سی آب دیونیزه قرار داده شد این نمونه­ها با تکان خوردن­های دائمی به مدت۲۴ ساعت در دمای اتاق به همزده شدند. سپس مخلوط فیلم و آب بر روی یک کاغذ صافی که قبلا به وزن ثابت رسیده و دقیقا توزین شده بود صاف شد. کاغذ صافی به همراه نمونه تا رسیدن به وزن ثابت در دمای۴۰ درجه سانتیگراد قرار داده ­شد. درصد حلالیت فیلم­ها در آب از رابطه زیر محاسبه گردید.
۱۰۰= درصد حلالیت
۳-۴-۵- ظرفیت جذب آب (WAC)