پوشش­هاي خوراكي لايه نازكي از يك ماده خوراكي هستند كه بر روي سطح ماده غذايي به عنوان پوشش و يا در لابه لاي اجزاي تشكيل­دهنده ماده غذايي از طريق پيچيدن، فروبري، برس­زدن يا اسپري كردن قرار داده­ مي‌شود تا مانعي در برابر عوامل مخرب از قبيل حضور گازهايي مانند اكسيژن و دي اكسيد كربن، رطوبت و مواد معطر باشد تا به اين ترتيب زمان ماندگاري ماده غذايي افزايش يابد. اين مواد مي‌توانند به صورت پوشش كامل محصول باشند و يا به عنوان يك جزء غذايي همراه غذا مصرف گردند. فيلم­هاي خوراكي از نظر نحوه توليد متفاوت از پوشش­هاي خوراكي هستند. آن­ها قبل از كاربرد در بسته­بندي مواد غذايي به صورت لايه­اي نازك توليد مي­شوند و سپس مانند پليمرهاي سنتزي براي بندي بكار مي­روند. كاربرد فيلم­ها و پوشش­هاي خوراكي بدين­معني نمي­باشد كه مي­توانند براي افزايش زمان انبارماني مواد غذايي جايگزين مواد بسته­بندي غير­خوراكي و ساختگي گردند. پوشش­هاي خوراكي در واقع ظرفيت افزايش كيفيت و ماندگاري غذا و بهبود بازده اقتصادي مواد را به عنوان يك ماده كمكي بسته­بندي دارا مي­باشند ( جانگ^[51]، 1995).
فیلم­های حاصل از نانو مواد و بیوپلیمرها یا به اصطلاح نانو کامپوزیت های بیوپلیمری خواص کاربردی مطلوب تری نشان می دهند که مهم­ترین آن­ها افزایش مقاومت مکانیکی و کاهش نفوذ پذیری به بخار آب، افزایش بازدارندگی در برابر نفوذ گازها، افزایش کارائی فیلم به عنوان بسته بندی فعال، افزایش مقاومت گرمایی ماده بسته بندی و بهبود خواص ظاهری فیلم از دیگر مزایای نانوکامپوزیت های بیوپلیمری می باشد ( کستر^[52] و همکاران، 1986).
پوشش محصولات غذايي با فيلم­هاي خوراكي و پوشش­هاي خوراكي، آن­ها را از مزاياي گونا گون از نقطه نظر جنبه­هاي سلامت بخش، حسي و اقتصادي برخوردار می­ سازد .برخي از مهم­ترين اين مزايا به شرح زير هستند: به سبب زيست كافت بودن، بر خلاف فيلم هاي سنتزي باعث آلودگي محيط زيست نمي شوند
( فولک و بان^[53]، 2000)؛ خود، از ارزش تغذيه اي نيز برخوردار هستند ( هولووینا و همکاران^[54]، 2000؛ بارتو^[55] و همکاران، 2002) ؛ مانع فساد و آلو دگي ميكروبي مي شوند ( نوسینویچ^[56]، 1997). فساد و پلاسيدگی 2ميوه ها و سبزي ها را طي انبارداري به تعويق مي اندازند ( لی^[57] و همکاران، 2003؛ چو^[58] و همکاران، 2001). ظاهر يا جلوة غذا را به نحو مطلوب حفظ مي كنند ( بیکوت و لابوزا^[59]، 1988؛ شاو^[60] و همکاران، 2001). مانع جذب رطوبت يا آبگيري مواد غذايي با رطوبت كم و تبعات منفي ناشي از آن همچون بدبافتي حاصل از تبلور قندها در فرآورده، بدرنگي وجلوگيري از كلوخه شدن پودرها مي شوند( لاکروکس^[61] و همکاران، 2002). مانع ازدست رفتن رايحه غذا مي شوند ( سالارباش^[62] و همکاران، 2013). مانع قهوه اي شدن آنزيمي و غيرآنزيمي مواد غذايي مي شوند (چو و همکاران، 2001؛ گرنر و فنما^[63]، 1989). براستحكام و يكپارچگي بافت مواد غذايي مي افزايند و از افت تركيبات مغذي در اثر واكنش هاي ناخواسته همچون اكسايش و واكنش هاي قهوه اي شدن جلوگيري مي كنند (گرنر و فنما، 1989). بدطعمي و بدرنگي و آثار سوء ناشي از آن ها را كاهش مي دهند ( شوری^[64] و همکاران، 1985؛ آسای^[65] و همکاران، 1994؛ چو و همکاران، 2001). مانع چكيدن يا تراو ش، درگوشت مي شوند (گرنر و فنما، 1989). به عنوان حامل مواد افزودني نظیر تركيبات پادميكروبي، پاداكسنده ها، مواد طعم دهنده ورنگ ها عمل مي كنند ( سالارباش و همکاران، 2013). مانع سبز شدن سطحي سيب زميني در برابر نور مي شوند (گرنر و فنما، 1989). و جذب بيش از حد روغن به بافت محصول و خروج بيش از حد آب از آن را طي سرخ كردن به طور چشمگير كاهش مي دهند ( تاجیک^[66] و همکاران، 2013؛ بارتو^[67] وهمکاران، 2003). زيست -کافت بودن (تجزيه پذير بودن زيستي)، خوراکي بودن و کارآمد بودن فيلم هاي خوراکي سبب شده است که اين فيلم ها به عنوان جايگزين هاي فيلم هاي سنتزي به طور وسيع مورد مطالعه، پژوهش و کاربرد قرار گيرند. کارآيي فيلم هاي خوراکي به شاخص هاي کيفي آن ها مربوط مي شود. اين شاخص ها نيز به نوبه خود از جنس فيلم و روش توليد آن اثر مي پذيرند.

2-12- بسته بندي فعال

به طور كلي نوعي بسته­بندي است كه علاوه بر داشتن خواص ممانعتي و بازدارندگي اصلي بسته­بندي­هاي معمولي ( مانند خواص بازدارندگي در برابر گازها و بخار­آب و تنش­هاي مكانيكي) با تغيير شرايط ايمني بسته­بندي، ماندگاري و يا ويژگي­هاي حسي ماده غذايي را بهبود مي­بخشد و در عين حال كيفيت ماده غذايي را حفظ مي­كند. بسته­بندي فعال مي­تواند نقش­هاي متعددي را ايفا كند كه در بسته­بندي­هاي معمولي وجود ندارد.
اين نقش­ها عبارتند از :

1. 1. فعاليت ضد ­ميكروبي ( آنتي­ ميكروبي)

1. 1. گرفتن اكسيژن، رطوبت يا اتيلن

1. 1. رها كردن مواد طعمي و يا اتانول (رضوی، 1388 ؛ قنبرزاده و همکاران، 1388).

بسته­بندي ضد­ ميكروبي يكي از چندين كاربرد بسته­بندي فعال مي­باشد. بسته­ بندي ضد ­ميكروبي فعال خواص برتر و ويژگي­هاي بازدارندگي بهتري دارد كه از طريق افزودن عناصر و اجزاء فعال در سيستم بسته­بندي و يا با به­ كارگيري پليمرهاي داراي عملكرد فعال، بدست مي­آيد ( فاطمی، 1388 ؛ مرتضوی و همکاران، 1379).
تکنولوژی جدید در بسته بندی مواد غذایی در پاسخ به نیازهای مشتریان در راستای تولید صنعتی محصولات غذایی محافظت شده با روش­های ملایم تر، تازه، لذیذ و راحت با عمر انباری زیاد و کیفیت کنترل شده توسعه می یابند. علاوه بر این تغییرات در نحوه توزیع ( مثل جهانی سازی بازار در نتیجه توزیع غذا در مسافت های طولانی ) یا روش زندگی مصرف کنندگان ( بدلیل صرف زمان کمتر برای خرید غذای تازه از بازارو پخت و پز) مهم­ترین چالش­ها در زمینه صنعت بسته بندی می­باشد و به عنوان نیروی پیش برنده در جهت توسعه مفاهیم جدید بسته بندی و بهبود یافته می­باشند که میزان مدت زمان نگهداری را افزایش داده در حالی­ که موجب حفظ ایمنی و کیفیت مواد غذایی شده و آن را تحت نظارت دارد. در بسته بندی فعال به بسته بندی اجازه داده می شود تا با غذا و محیط اطرافش واکنش متقابل داشته باشد و نقش دینامیکی در نگهداری ماده غذایی بازی نماید ) پایان و حامدی، 1392(.

(( اینجا فقط تکه ای از متن 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. ))

2-13- بسته بندی نانو

یکی از کاربردهای تجاری نانو تکنولوژی در بخش غذایی بسته بندی است. پیشگوئی شده است که در 25% بسته بندی های غذایی در دهه آینده از نانوتکنولوژی استفاده می­ شود. هدف اصلی در بسته بندی نانو (nano-packaging) افزایش عمر ماندگاری به وسیله بهبود عملکرد مانع در کاهش گاز، تبادل رطوبت و پرتو نور UV است بالغ بر 90 درصد بسته بندی نانو بر اساس نانو کامپوزیت است که بهبود دهنده عوامل حامل در لفاف های پلاستیکی برای مواد غذایی و بطری های پلاستیکی برای نوشیدنی­های غیر الکلی و آبمیوه است.
بسته بندی نانو می ­تواند خصوصیات ضد میکروبی، آنتی اکسیدانی و گسترش مدت ماندگاری و غیره داشته باشد (سورنتینو^[68] و همکاران، 2007).

2-14- بسته بندي ضد ميكروبي

سيستم بسته­بندي است كه قادر به بازداري از فساد و جلوگيري از رشد ميكروارگانيسم­هاي بيماري­زايي^[69] كه آلوده­كننده مواد غذايي هستند، مي­باشد. مي­توان از طريق افزودن مواد ضد ­ميكروبي در سيستم بسته­بندي و يا به كارگيري پليمرهاي ضد­ميكروبي كه نيازمندي­هاي بسته­بندي مورد رضايت مصرف كننده را تامين كند، به عملكرد ضد ­ميكروبي جديدي دست يافت. هنگامي­كه سيستم بسته­بندي فعاليت ضد ­ميكروبي را القا مي­كند، سيستم بسته­بندي يا مواد بسته بندي بوسيله افزايش دوره تاخيري^[70] و كاهش سرعت رشد و يا كاهش تعداد ميكرو ارگانيسم­هاي زنده، رشد ميكروبي را محدود مي­كند و يا از رشد ميكروبي جلوگيري مي­كند (مرتضوی و همکاران، 1379).

2-15- پلاستی سایزرها^[71]

فیلم ها و پوشش های خوراکی نیاز به کشش خوب و انعطاف پذیری، شکنندگی پایین، چقرمگی بالا برای جلوگیری از ترک خوردن در طول حمل و نقل و ذخیره سازی دارند بنابراین پلاستیسایزرها با وزن مولکولی پایین برای تغییر انعطاف پذیری فیلم های خوراکی به آن­ها افزوده میشود. سایز کوچک، قطبیت بالا گروه ­های قطبی در مولکول و فاصله بیشتر گروه ­های قطبی در مولکول­های پلایستسایزر سبب افزایش اثرات آن بر روی پلیمرها می­گردد. در واقع عملکرد آن­ها اینگونه است که با افزایش حجم آزاد یا کاهش جاذبه ذرات بین زنجیره های پلیمری مجاور سبب کاهش پیوند هیدروژنی بین زنجیره های پلیمر می­گردد (سیرکاسا^[72] و همکاران، 2008). بیشترین پلاستیسایزرهای استفاده شده پروپیلن گلایکول (سوثورن و پایتک^[73]، 2007)، گلیسرول (سیرکاسا و همکاران، 2008)، سوربیتول ( جاگاناث^[74] و همکاران، 2003)، الیگوساکارید ( برگو^[75] و همکاران، 2008)، و آب هستند. در نهایت به این نتیجه می­رسیم که افزودن پلاستیسایزرها سبب تغییرات قابل توجه ای در خواص مانعی از فیلم ها به عنوان مثال افزایش نفوذپذی فیلم به گازها، کاهش توانایی فیلم در جذب آب و کاهش استحکام کش ( فورویاما لیما^[76] و همکاران، 2007؛ گالدینو^[77] و همکاران، 2009). به عنوان یک قانون کلی می توان بیان نمود:با افزایش پلاس سایزرها به فیلم های غذایی، قابلیت نفوذ پذیری تا حد قابل توجهی افزایش یافته و باعث پیوند هیدروژنی بین زنجیره­های پلیمری کاهش یافته و در عین حال حجم مولکولی افزایش می یابد که منجر به افزایش قابلیت انعطاف پذیری فیلم می­ شود ( سوثرنویت و کورچتا^[78]، 2000).

تالجا^[79] و همکاران (2007)، اعلام کرده اند که گلیسرول به منظور نرم کنندگی به فرمولاسیون فیلم افزوده می شود. پلاستیسایزرها تحرک زنجیره های پلیمر را با پرکردن فضاهای خالی بین شبکه پلیمر، افزایش می دهند و نیروهای پیوندی درون مولکولی کاهش یافته، شکنندگی کم، آبدوستیو قابلیت انتقال گاز و بخار آب زیاد می شود.
بنابه گزارش ( گیلبرت^[80] و همکاران، 1996)، افزودن پلاستیسایزر با کاهش پیوندهای درون مولکولی بین زنجیره های پلیمر، خواص فیلم را اصلاح کره و WVP را افزایش می دهد. علیرغم این یافته فیلم های دارای فروکتوز و سوربیتولWVP کمتری را نسبت به فیلم های بدون پلاستیسایزر نشان دادند. از آنجائیکه فیلم های بدون پلاستیسایزر بسیار شکننده اند، این امکان وجود دارد که منافذ بسیار ریزی داشته باشند که سرعت انتقال بخار آب را افزایش دهند.

2-16- روش­های تولید فیلم

به طورکلی فیلم­های خوراکی از محلول ها یا دیسپرسیون های ترکیبات فیلم­ساز پدید می آیند ( کستر^[81] و همکاران، 1976). اجزای اصلی فیلم سازی را می­توان به سه بخش شامل حلال، پلیمر و ­نرم­ کننده (پلاستیسایزر) تقسیم کرد. پلاستیسایزرها همچون پلیمرها باید محلول در حلال و نیز با آن­ها قابل امتزاج باشند ( محمود^[82] و همکاران، 1992). تولید فیلم مستلزم وجود دست کم یک ترکیب پلیمری است که قادر به ایجاد ساختار شبکه­ ای با استحکام و پیوستگی کافی باشد ( مارینلو^[83] و همکاران، 2003). در ارتباط با تولید فیلم های خوراکی نکات و ظرایف فراوانی وجود دارند که هر یک بر خواص نهایی فیلم های تولید شده اثر قابل ملاحظه دارند. از جمله آن­ها می توان به اثر عواملی نظیر جنس و غلظت پلیمر فیلم ساز، PH­محلول لفاف ساز، دما، زمان، قدرت یونی محلول فیلم ساز، نوع و مقدار افزودنی های مورد استفاده، فشار، نوع ترکیب بندی فیلم از نظر ساده و یا مرکب بودن و مخلوط یا لایه ای بودن (قرار گیری دو یا چند لایه مجزا روییکدیگریا مخلوط شدن اجزاء)، جزئیات مربوط به خواص شیمیایی هر یک از اجزای فیلم ساز، حضور الکترولیت ها و روش تولید فیلم اشاره داشت ( لنت^[84] و همکاران، 1998). تولید این فیلم ها را می توان در دو قسمت شامل تشکیل فیلم به صورت مجزا و تشکیل فیلم به طور مستقیم بر سطح غذا مورد بررسی قرار داد. در حالت نخست، ابتدا فیلم ساخته شده و سپس بر سطح ماده غذایی پوشش داده می­ شود، حال آن که در حالت دوم تشکیل فیلم و پوشش دهی آن بر سطح غذا در یک مرحله صورت می­گیرد. هر یک از روش های بالا که مورد استفاده قرار گیرند، نخستین مرحله در تولید فیلم، تهیه محلول فیلم ساز است. این محلول، حلال، پلیمر فیلم ساز و افزودنی ها را شامل می شود. در شیوه تشکیل مجزای فیلم، محلول فیلم ساز پس از تهیه شدن با یکی از روش های لایه سازی گسترانده و خشکمی شود. فیلم حاصل با روش های روکش دادن بر سطح ماده غذایی پوشش داده می شود. معادل این شیوه ها در روش پوشش دهی مستقیم فیلم بر غذا، شیوه های افشانی، لایه سازی، برس زنی، غرقابی یا غوطه وری و پوشش دهی با بستر سیال را شامل می­ شود (کاگ^[85] و همکاران، 1995 ؛ کایا^[86] و همکاران، 2002).

2-17- ارزیابی خواص فیلم های خوراکی

2-17-1- خواص ممانعتی

خواص ممانعتی فیلم­های خوراکی به گازها/ بخارات در صنعت غذا، در شرایطی که جلوگیری از پدیده ­های نامطلوبی نظیر از دست رفتن رایحه، جذب بوهای نامطلوب از محیط، از دست رفتن رطوبت غذا و جذب رطوبت از اتمسفر به غذاهای خشک مطرح باشد، از اهمیت فراوان برخوردار ­است ( دبیوفورت^[87] و همکاران، 1994). به طور کلی فیلم های خوراکی به دلیل آبدوست بودن، از خواص ممانعتی مطلوب به O₂ و CO₂ به ویژه در رطوبت نسبی پائین برخوردارند. عوامل محیطی دما و رطوبت نسبی در میزان تراوایی این فیلم­ها مؤثرند ( آیدینلی^[88] و همکاران، 2003). زیاد بودن رطوبت در مواد غذایی باعث واکنش های شیمیایی و آنزیمی مخرب و زایل شدن بافت آن­ها می­ شود. به طور کلی خواص ممانعتی فیلم­های زیست پلیمری به رطوبت به دلیل خاصیت آبدوستی آن­ها، برخلاف خواص ممانعتی به اکسیژن و سایرگازها، ضعیف است ( آنکر^[89]، 2001). ممانعت به عبور بخار آب با شاخص “تراوائی بخار آب =WVP، سرعت گذر بخار آب = WVTR
و ممانعت به عبور اکسیژن با شاخص” تراوائی اکسیژن =OP ” یا ” سرعت گذر اکسیژن = OTR ” سنجیده می­ شود ( آیرانسی^[90] و همکاران، 2002).
OTR= oxygen transmission rate
OP= oxygenpermeability
WVP=water vapor permeability
WVTR=water vapor transmission rate
استفاده از پوشش های خوراکی به ویژگی های ممانعت در برابر گاز، بخار آب، آروما و روغن وابسته است که به ترکیبات شیمیایی و ساختار پلیمر تشکیل دهنده و ویژگی های محصول و شرایط نگهداری بستگی دارد.
کاهشOTR موجب کاهش اکسیداسیون چربی (رنسیدیتی)، اکسیداسیون میوگلوبین (قهوه ای شدن رنگ)، کاهش تصعید مواد فرار از محصول و جلوگیری از نفوذ مواد فرار از محیط می شود.
در مورد نفوذ پذیری به بخار آب از میان ماتریکس پلیمر فیلم میزانWVP برای فیلم­های خوراکی بستگی به پلاستیسایزر، دما، رطوبت نسبی و … دارد. میل ترکیب شدن با آب در فیلم ها به ترکیبات هیدروفیلیک موجود در پلیمر نسبت داده شود ( اسکورتیسو^[91] و همکاران، 2002).
جییوآگو ^[92]و همکاران در سال 2009بیان داشتند، در فیلم بر پایه نشاسته نخود با پلاستیسایزر گلیسرول (GPS) با پر کننده اکسید روی به همراه40% کربوکسی متیل سلولز ZnO-CMC))، WVPدر فیلم های کامپوزیت Zno-CMC/GPS با افزایش محتوی Zno-CMCکاهش معنی داری پیدا می کند که نشان دهنده این­موضوع است­که­مقاومت در­برابر­آب در­کامپوزیت بهتر­از ماتریکس­خالص­است.
لی^[93] و همکاران در سال 2010 نشان دادند کهWVPدر فیلم هایPVC با فزایش مقدار نانو ذرات اکسید روی کاهش قابل توجه ای دارد (05/0 > P)، بنابراین فیلم­های پوشیده شده با نانو ذرات اکسید روی می­توانند مولکول آب بیشتری در سیستم بسته بندی نگه دارند و در نتیجه عمر مفید برخی مواد غذایی مانند میوه ها و سیبزیجات را به تاخیر می اندازد. این محققین بیان کردند که ضعف اصلی فیلم های خوراکیWVTR بالای آن­هاست که در این تحقیق مشخص شد که نرخ انتقال رطوبت نسبی و اکسیژن در بسته بندی های نانو کاهش یافت در مقایسه با بسته بندی های طبیعی در نتیجه فیلم های پوشش داده شده با نانو اکسید روی پتانسیل خوبی برای بسته بندی مواد غذایی است.
طی تحقیقات برودی^[94] در سال 2006 نشان داده شد که نانو کامپزیت هایCNTs با PLA تا 200 درصد سرعت انتقال بخار آب را بهتر از PLA خالص افزایش می­دهد.

2-17-2- خواص مکانیکی

به طور معمول، مقاومت مکانیکی فیلم های هیدروکلوئیدی بر اساس سه پارامتر مورد بررسی قرار می­گیرد: استحکام کششی (TS) مدول یانگ (Y)و درصد افزایش طول در نقطه شکست (E).قدرت کشش، خواص ازیاد طول،مدول یانگ توسط منحنی استرس–استرین (تنش-کرنش) توسط انجمن مواد و آزمایش آمریکا (ASTM ) تعریف شده است.
خواص مکانیکی فیلم­ها به نیروهای بین­­ مولکولی زنجیره­های پلیمری سازنده آن­ها، نسبت ترکیبات سازنده افزودنی­های اضافه ­شده ­در شرایط محیطی بستگی دارد ( کو آنگ یئون لی^[95] و همکاران، 2004).
مهم­ترین شاخص­ های سنجش خواص مکانیکی عبارتند از:
استحکام کششی(TS)، بیشترین نیرویی که سبب کسیختگی جسم می­ شود تقسیم بر سطح مقطع جسم را گویند. نشان دهنده قدرت کششی یا فشاری آن جسم است و یا نشان دهنده مقاومت جسم است.
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^[96] و همکاران در سال 2003 نشان دادند که افزودن پر کننده غیر آلی به ماتریکسPS-PVOH سفتی فیلم را افزایش می­دهد.