ارزیابی خصوصیات کاربردی فیلم‌های زیست‌نانوکامپوزیتی نشاسته حاوی مونت موریلونیت و تیتانیوم‌دی‌اکسید

نشریه پژوهشهای علوم و صنایع غذایی ایران

مقاله 35، دوره 13، شماره 4 - شماره پیاپی 46، مهر و آبان 1396، صفحه 611-626   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/ifstrj.v1395i0.52110

نویسندگان

سید امیر اولیایی¹؛ بابک قنبرزاده^{* 2}؛ علی اکبر مویدی³؛ پریسا پورثانی⁴؛ سیده فاطمه موسوی⁴؛ محمد رضا بخش امین⁵

¹بخش تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان خراسان رضوی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، مشهد.

²گروه شیمی مواد غذایی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز.

³بخش تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان خراسان رضوی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، مشهد.

⁴گروه علوم و صنایع غذایی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد.

⁵شرکت کشت و صنعت تماته، کارخانه رب خوشاب خراسان.

چکیده

در این پژوهش برای بهبود ویژگی‌های کاربردی فیلم‌های بر پایه نشاسته سیب‌زمینی نرم‌شده (PS) از نانوذرات سدیم مونت‌موریلونیت (MMT) در دو غلظت 3 و 5 درصد و تیتانیوم‌دی‌اکسید (TiO2) در سه سطح 5/0، 1 و 2 درصد (وزنی/ وزنی نشاسته) به‌صورت توأم استفاده شد و ویژگی‌های ساختاری و فیزیکی آنها مورد مطالعه قرار گرفت. آزمون پراش پرتو X، تغییر نحوه پخش لایه‌های MMT از ورقه‌ای کامل در فیلم دوجزئی 5MMT-PS به ورقه‌ای بین‌لایه‌ای در فیلم‌های سه‌جزئی 5MMT-TiO2-PS را تأیید نمود. نتایج آزمون مکانیکی نشان داد که افزایش غلظت TiO2 در فیلم‌های PS-3%MMT باعث کاهش کشش‌پذیری و افزایش استحکام کششی شده است، اما در فیلم‌های PS-5%MMT، هر دو ویژگی مکانیکی فیلم کاهش یافته است. با افزودن MMT و TiO2 مقدار انحلال‌پذیری در آب و جذب رطوبت به‌طور معنی‌داری کاهش یافته است. همچنین نفوذپذیری نسبت به بخار آب کاهش معنی‌داری را از g/m.h.Pa7-10×84/5 در فیلم دوجزئی PS-3%MMT به g/m.h.Pa7-10×04/3 در فیلم سه‌جزئی 3MMT-2TiO2-PS نشان داد. نتایج آزمون زاویه تماس قطره آب، یافته‌های آزمون‌های جذب رطوبت، حلالیت در آب و نفوذپذیری نسبت به بخار آب را تأیید نمود و نشان داد که افزودن TiO2 سبب افزایش آبگریزی سطحی فیلم‌های نشاسته‌ای حاوی نانورس شده است به‌طوری‌که با افزودن 2 درصد تیتانیوم‌دی‌اکسید به فیلم PS-3%MMT و PS-5%MMT زاویه تماس قطره آب پس از 60 ثانیه به ترتیب 4 و 15 درجه افزایش یافت. نتایج این تحقیق حاکی از آن بود که خواص عملکردی فیلم های نشاسته را می توان با افزودن توأم نانوذرات MMT و TiO2 بهبود بخشید.

کلیدواژه‌ها

نشاسته؛ مونت موریلونیت؛ TiO2؛ ویژگی های مکانیکی؛ نفوذپذیری

مراجع

Abolghasemi Fakhri, L., Ghanbarzadeh, B., Dehghannia, J. and Entezami, A.A. 2012. The Effects of Montmorillonite and Cellulose Nanocrystals on Physical Properties of Carboxymethyl Cellulose/Polyvinyl Alcohol Blend Films. Iranian Journal of Polymer, 24, 6, 455-466

Almasi, H., Ghanbarzadeh, B. and Entezami, A.A. 2010. Physicochemical properties of starch–CMC–nanoclay biodegradable films. International Journal of Biological Macromolecules, 46, 1, 1-5.

Anitha, S., Brabu, B., Thiruvadigal, D.J., Gopalakrishnan, C. and Natarajan, T.S., 2012. Optical, bactericidal and water repellent properties of electrospun nano-composite membranes of cellulose acetate and ZnO. Carbohydrate Polymers, 87, 1065– 1072.

ASTM. 2005. Standard test methods for water vapor transmission of material. E96-05. Annual book of ASTM, Philadelphia, PA: American Society for Testing and Materials.

ASTM. 2010. Standard test methods for tensile properties of thin plastic sheeting. D882-10. Annual book of ASTM, Philadelphia, PA: American Society for testing and Materials.

Bendahou, A., Kaddami, H., Espuche, E., Gouanve, F. and Dufresne, A. 2011. Synergism Effect of Montmorillonite and Cellulose Whiskers on the Mechanical and Barrier Properties of Natural Rubber Composites. Macromolecular Materials and Engineering, 296, 1–10.

Cyras, V. P., Manfredi, L. B., Ton-That, M. and Vazquez, A., 2008. Physical and mechanical properties of thermoplastic starch/ montmorillonite nanocomposite films. Journal of Carbohydrate Polymers, 73, 55-63.

Deka, B. K. & Maji, T.K., 2011. Effect of TiO2 and nanoclay on the properties of wood polymer nanocomposite. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 42, 12, 2117–2125.

Ghanbarzadeh, B., Almasi H. and Oleyaei, S. A. 2014. A Novel Modified Starch/Carboxy‌ Methyl Cellulose/Montmorillonite Bionanocomposite Film: Structural and Physical Properties, International Journal of Food Engineering, 10 (1): 121–130.

Ghanbarzadeh, B., Oleyaei, S. A. and Almasi H. 2014. Nano-Structured Materials Utilized in Biopolymer based Plastics for Food Packaging Applications. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 55:1699–1723.

Gontard, N., Duchez, C., Cuq, B. and Guilbert, S. 1994. Edible composite films of wheat gluten and lipids: water vapour permeability and other physical properties. Food Science and Technology, 29, 39-50.

Huang, M. F., Yu, J. G. & Ma, X. F., 2004. Studies on the properties of montmorillonite-reinforces thermoplastic starch composites. Polymers, 45, 7017-7023.

Kampeerapappun, P., Srikulkit, K., Pentrakoon, D., 2004. Preparation of cassava starch/montmorillonite nanocomposite film. Journal of Science Research. 29, 2, 183-197

Li, Y., Jiang, Y., Liu, F., Ren, F., Zhao, G. and Leng, X. 2011. Fabrication and characterization of TiO2/whey protein isolate nanocomposite film. Food Hydrocolloids, 25, 6, 1-7.

Liu, B. & Huang, T.B., 2008. Nanocomposites of Genipin-Crosslinked Chitosan/Silver Nanoparticles–Structural Reinforcement and Antimicrobial Properties. Macromolecular Bioscience Journals, 8, 932–941.

Maksimov, R. D., Lagzdins, A., Lilichenko, N. and Plume, E. 2009. Mechanical Properties and Water Vapor Permeability of Starch/Montmorillonite Nanocomposites. Polymer Engineering and Science, 49, 12, 2421-2429.

Müller, C.M.O., Laurindo, J.B. and Yamashita, F. 2011. Effect of nanoclay incorporation method on mechanical and water vapor barrier properties of starch-based films. Industrial Crops and Products, 33, 3, 605-610.

Noushirvani, N., Ghanbarzadeh, B. and Entezami, A.A. 2012. Comparison of Tensile, Permeability and Color Properties of Starch-based Bionanocomposites Containing Two Types of Fillers: Sodium Montmorilonite and Cellulose Nanocrystal. Iranian Journal of Polymer, 24, 5, 391-402.

Oleyaei, S. A., Ghanbarzadeh, B., Moayedi, A.A. and Abbasi, F. The Effects of TiO2 and Montmorillonite Nanofillers on Structural, Thermal and Optical Properties of Starch based Nanobiocomposite Films. 2016. Iranian Food Science and Technology Research Journal. [Accepted, In Press].

Qu, L., Huang, G., Zhang, P., Nie, Y. and Weng, G. 2009. Synergistic reinforcement of nanoclay and carbon black in natural rubber. Polymer International, 59, 1397–1402.

Rhim, J.W., Hong, S.I., Park, H.M., & Ng, P.K.W., 2006. Preparation and Characterization of Chitosan-Based Nanocomposite Films with Antimicrobial Activity. Journal of Agriculture and Food Chemistry, 54, 5814−5822.

Rhim, J.W. 2007. Potential use of biopolymer-based nanocomposite in food packaging applications. Food science and Biotechnology, 16(5), 691-709.

Rhim, J.W. 2011. Effect of clay contents on mechanical and water vapor barrier properties of agar-based nanocomposite films. Carbohydrate Polymers, 86, 691– 699.

Shan, G., Surampalli, R. Y., Tyagi, R. D. and Zhang, T. C., 2009. Nanomaterials for environmental burden reduction, waste treatment, and nonpoint source pollution control. Frontiers of Chemical Engineering in China, 3(3), 249–264.

Tang, C., Chen, N., Zhang, Q., Wang, K., Fu, Q. and Zhang, X. 2009. Preparation and properties of chitosan nanocomposites with nanofillers of different dimensions. Polymer Degradation and Stability, 94, 124–131.

Vergnaud, J.M. 1998. Problems encountered for food safety with polymer packages: chemical exchange, recycling. Advances in Colloid and Interface Science, 78, 267-297.

Zhou, J.J., Wang, S.Y. and Gunasekaran, S. 2009. Preparation and Characterization of Whey Protein Film Incorporated with TiO2 Nanoparticles. Journal of Food Science, 74, 7, 50-56.

Zolfi, M., Khodaiyan, F., Mousavi, M. andHashemi, M. 2014. Development and characterization of the kefiran-whey proteinisolate-TiO2 nanocomposite films, International Journal of Biological Macromolecule, 65, 340–345.