منابع پایان نامه درباره آمیلوز، پلیمر، تشکیل

شوند، یک مثال نانو کامپوزیت های تشکیل شده از نشاسته سیب زمینی و کلسیم کربنات است، این فوم مقاومت خوبی به حرارت دارد، سبک و زیست تخریب پذیر است و می تواند برای بسته بندی مواد غذایی به کار رود. افزودن 5-3% از نانو خاک رس به ماده پلاستیک آن را سبک تر، قوی تر و مقاوم تر به حرارت می کند و خواص ممانعت کنندگی بهتر در برابر اکسیژن، دی اکسید کربن، رطوبت و مواد فرار دارد)آل بویه، 1391)
2-3-2 تعریف بایونانوکامپوزیت:
در طول چند سال اخیر “بایو نانو کامپوزیت” تبدیل به یک اصطلاح رایج برای تعیین نانوکامپوزیت ها که شامل پلیمر های طبیعی (بایو پلیمر ها) در ترکیب با مواد معدنی هستند و نشان دهنده حداقل یک بعد در مقیاس نانومتر هستند می باشد(روییز هیتزکی8 ،2005) . قسمت قابل توجه ای از تلاش ها در حال حاضر متمرکز است بر گسترش نانو کامپوزیت ها بر مبنای بایو پلیمر که ویژگی آن ها در مقایسه با نانو کامپوزیت های مشتق شده از پلیمر های سنتزی به خوبی شناخته شده است.(بهبود خواص مکانیکی ، پایداری حرارتی بالاتر ، مانع گازها)(الکساندر9،2000). علاوه بر این ویژگی ها بایو نانو کامپوزیت ها مزیت قابل توجه ای از زیست سازگاری، زیست تخریب پذیری و برخی موارد بهبود ویژگی های عملکردی به وسیله ارائه بایولوژی یا بخش معدنی نشان دادند. موجودات زنده تولید کننده نانو کامپوزیت ها ی طبیعی هستند که آرایش سلسه مراتبی شگفت انگیز از ترکیبات آلی و معدنی از مقیاس نانو تا مقیاس میکرو را نشان می دهد.(داردر10، 2007)
2-4- نشاسته
نشاسته در بین بیو پلیمر ها مقاوم ترین فیلم را تولید میکند و خواص مکانیکی آن در مقایسه با سایر فیلمهای پلی ساکاریدی و هم چنین فیلمهای پروتئینی نسبتا بهتر میباشد. خواص مکانیکی فیلمهای نشاسته ای تحت تاثیر عوامل مختلفی قرار دارد به عنوان مثال نسبت آمیلوز به آمیلو پکتین در نشاسته نقش تعیین کننده ای در خواص مکانیکی فیلم دارد یکی از عوامل موثر در خواص مکانیکی فیلمهای نشاستهای سایر ترکیباتی است که در فرمولاسیون محلول تشکیل دهنده فیلم مورد استفاده قرار میگیرند و مهم ترین عامل از این نظر میزان نرم کننده میباشد که استفاده بیش از حد از آن میتواند باعث تضعیف بیشتر خواص مکانیکی فیلم شده و کاربرد های فیلم نهایی را محدود سازد(قنبرزاده و همکاران، 1388).
نشاسته پلی ساکاریدی با دو پلیمر خطی آمیلوز و شاخه دار آمیلو پکتین می باشد. اغلب نشاسته ها حاوی حدود 25% آمیلوز و 75% آمیلوپکتین می باشند. برای نشاسته با آمیلوز بالا به دلیل قدرت تشکیل ژل خوب و ساختار پلیمر خطی مارپیچ ، یکی از مواد بسیار عالی و مفید برای تشکیل فیلم محسوب می گردد. (فورسل11،2002)
علاقه به استفاده از نشاسته به عنوان پر کننده به منظور زیست تخریب کردن در صنایع بسته بندی از سال 1970 آغاز شد، Griffin اولین کسی بود که از نشاسته به عنوان پر کننده در پلاستیک های سنتتیک استفاده کرد، او محصولی با بیش از 50% نشاسته بدست آورد که در آن از پلیمر سنتزی LDPE وTPS استفاده شد. این فیلم مانع عبور مایع بود اما در برابر گاز ها نفوذ پذیری داشت(گیلبرت12،2000؛ مالی13،2005). نشاسته به دلیل ماهیت پلیمری قابلیت فیلم سازی را دارد( بمیلر14، 2009) .
نشاسته فیلم های شفاف، نیمه شفاف، بی طعم و بی مزه و بیرنگ تولید میکند(میلارینن15،2002). نشاسته به دلیل فراوانی در طبیعت (دومین بایو پلیمر فراوان در طبیعت است)، ارزان بودن و قابلیت ترمو پلاستیک شدن به عنوان ماده بسته بندی مورد توجه زیادی قرار دارد. هرچند نشاسته به تنهایی، دارای معایبی مانند آبدوستی بالا و ویژگی مکانیکی ضعیف (شکنندگی) می باشد.(قنبرزاده،2007؛ جی.اچ.لی16،2009)
عموما پلاستی سایزرها برای فیلم های خوراکی بر پایه نشاسته برای غلبه بر شکنندگی فیلم مورد استفاده قرار می گیرند. معمولا پلاستی سایزر هایی که برای فیلم های نشاسته ای استفاده می شود سوربیتول و گلیسرول است .یکی از معایب عمده فیلم های نشاسته مقاومت پائین آن ها به رطوبت است. (مالی، 2005)
فیلم هایی که بر پایه نشاسته تهیه می گردند نسبت به رطوبت نسبی محیط پیرامون حساس می باشند؛ به همین دلیل رطوبت نسبی محیط باعث تغییر ویژگی های مکانیکی و مقاومت نسبت به نفوذ گاز ها می گردد.( شی17، 2007)
نشاسته به دلیل ماهیت پلیمری قابلیت فیلم سازی دارد. به علاوه به دلیل قیمت مناسب و در دسترس بودن توجه زیادی به آن می شود.(بمیلر، 2009). یکی از معایب فیلم های نشاسته، مقاومت پایین آنها به رطوبت است(آهویناینن18، 2003). برای حل این مشکل می توان از چربی ها یا پلیمر های زیست تخریب پذیر مقاوم به رطوبت استفاده کرد.(کاتر19،2006)
نشاسته یک جزء غذایی عمده است و یک کربوهیدرات تجزیه پذیر که از هزاران واحد گلوکز ساخته شده است. نشاسته دربرگیرنده زنجیرههای خطی و شاخه دار مولکولهای گلوکز است که آمیلوز20 و آمیلو پکتین 21نامیده می شوند. آمیلوز که یک حالت خطی نشاسته است مسئول شکل گیری فیلم های قوی است. پیوند های فیزیکی در شبکه ماکرو مولکولی نشاسته بیشتر براساس آمیلوز هستند و بر خصوصیات مکانیکی فیلم ها تاثیر می گذارند از سوی دیگر، ساختار شاخه دار آمیلو پکتین عموماً باعث ایجاد فیلم هایی می شود که شکننده هستند.(فازیله22 و همکاران،2011)
نشاسته ترکیبی از دو پلیمر است آمیلوز، یک اتصال خطی (4 1 ) از glucan-D- و آمیلو پکتین، یک مولکول پر شاخه که از شاخه های کوچک (4 1 ) glucan-D- و پیوند (6 1)در اتصالات تشکیل شده است. طول زنجیره آمیلوز حدود 6000 واحد D – گلوکو پیرانوز، با وزن مولکولی بین 600000 – 150000 دالتون است. آمیلو پکتین،بر عکس بسیار پرشاخه است به طورمیانگین 26- 17 شاخه، با واحد های D- گلوکوزیل جدا شده از پیوند های (6 1 ) است. اندازهی مولکولی آمیلو پکتین بزرگتر از آن است که به طور دقیق مشخص شود ولی مطالعات پراکنش نور حدود 106 D- گلوکوزیل در هر مولکول را نشان داد که آمیلو پکتین را یکی از بزرگترین ماکرو مولکول های موجود در طبیعت میکنند. همهی نشاستهها از این دو ترکیب ساخته شدهاند. نسبت آن ها در نمونههای نشاسته معمولا 20 به 80 آمیلوز به آمیلو پکتین است (یقبانی و محمدزاده، 1384 ؛ قنبرزاده و همکاران، 1388 ؛فاسیهودین23 و همکاران،1999).
نشاسته که به وفور در طبیعت یافت میشود، به دلیل قیمت پائین، قابلیت تجدید شوندگی و بازیافت زیستی، یکی از مواد خام جذاب و مورد علاقه برای استفاده در بسته بندیهای خوراکی محسوب میگردد. علاوه بر این حساسیت زا نبوده و به دلیل دارا بودن ویژگیهای مکانیکی و مقاومت در برابر نفوذ گازها، امکان به کارگیری و استفاده از آن در صنایع غذایی وجود دارد ( الماسی و همکاران، 1388 ؛ جوانمرد و همکاران، 1385؛ امینی، 1391)
نشاسته در طبیعت به شکل نیمه کریستالی وجود دارد با این توضیح که شکل کریستالی آن منحصرا مربوط به بخش آمیلو پکتین و حالت آمورفی آن نمایانگر بخش آمیلوز می باشد. آمیلوز پلیمر خطی تشکیل یافته از واحد های گلوکو پیرانوز با پیوند های4-1-D-? گلیکوزیدی می باشد درحالی که آمیلو پکتین یک پلیمر شاخه ای است که دارای پیوند های 6-1-D-? گلیکوزیدی نیز می باشد و از پلیمر های طبیعی با وزن مولکولی بالا محسوب می شود.(لویی24 ،2003)
2-4-1 روش های تولید فیلم نشاسته
فیلم نشاسته به دو روش کاستینگ25 و روش ترمو پلاستیک26 (اکستروژن دمشی یا غلطکی )قابل تولید است.
1-روش کاستینگ (روش حلال): نشاسته در حالت طبیعی درون گرانول های مجزا از هم می باشد. بنابراین برای این که بایو پلیمر های آمیلوز و آمیلو پکتین قابلیت پلیمریزاسیون و تشکیل فیلم پیدا کنند، لازم است که این ماکرومولکول ها از داخل گرانول ها آزاد گردند. برای این منظور، بایستی نشاسته ژلاتینه شود. در واقع، فرآیند ژلاتینه شدن، گرانول های نشاسته در حضور آب متلاشی شده و زنجیره های آمیلوز و آمیلو پکتین از داخل آن ها آزاد می گردند. گرانول های نیمه کریستالی نشاسته در دمای اتاق نسبت به انحلال در آب از خود مقاومت نشان می دهند. هنگامی که دیسپرسیون نشاسته در آب حرارت داده می شود، بسته به دما و زمان حرارت دهی چهار مرحله ژلاتینه شدن، خمیری شدن، ترکیدن گرانول ها و رتروگرادسیون وجود دارد.
ژلاتینه شدن: گرانول های نشاسته در آب سرد نامحلول می باشند و آب کمی جذب می کنند. حرارت دادن مخلوط گرانول ها و آب، موجب شکسته شدن پیوند های هیدروژنی نشاسته-نشاسته و ایجاد پیوند های نشاسته – آب در دمای ژلاتینیزاسیون می شود و در نتیجه آبگیری تسریع می یابد و آب به داخل گرانول ها نفوذ میکند و موجب تورم برگشت پذیر گرانول ها می شود ( قابل برگشت با سرد کردن و خشک کردن) در مرحله ژلاتینه شدن افزایش ویسکوزیته محلول ناچیز است ولی افزایش آبگیری نشاسته را می توان از روی کاهش شکست دوگانه نور زیر میکروسکوپ نوری پلاریزه تشخیص داد. کریستالی بودن ساختار میسل های نشاسته موجب شکست دوگانه نور می شود. جذب آب موجب تبدیل شکل کریستالی به آمورف و کاهش شکست دوگانه نور می شود.
خمیری شدن: گذشت زمان و افزایش دمای سوسپانسیون نشاسته موجب افزایش آبگیری و تورم برگشت ناپذیر گرانول ها در دمای خمیری شدن و افزایش یکباره ویسکوزیته می گردد. در مرحله خمیری شدن، بخشی از مولکول نشاسته ( به ویژه آمیلوز) از داخل گرانول ها به فضای بین گرانول ها وارد می شود و ماتریکس بین گرانولی تشکیل می دهد که این ماتریکس باعث افزایش شدید ویسکوزیته می شود. هر چقدر اندازه گرانول ها بزرگتر، پیک ویسکوزیته بالاتری را ایجاد می کنند. برای مثال سیب زمینی دارای دمای ژلاتینه شدن و خمیری شدن کمتر و پیک ویسکوزیته بالاتری نسبت به نشاسته غلات می باشد. هم چنین، هر چقدر نسبت آمیلوز کمتر باشد دمای ژلاتینه و خمیری شدن کمتر خواهد بود. دما های خمیری شدن ذرت مومی(بدون آمیلوز) و ذرت نشاسته ای ( با آمیلوز بالا) به ترتیب 65 و 86 می باشند.
ترکیدن گرانول ها: ادامه حرارت دهی و آبگیری موجب ترکیدن گرانول ها و کاهش ویسکوزیته می شود. به هم زدن دیسپرسیون (اعمال برش) و پائین بودن pH موجب ترکیدن سریعتر می گردد.
رتروگراداسیون نشاسته: سرد کردن نشاسته در آب موجب تشکیل پیوندهای هیدروژنی نشاسته – نشاسته و کاهش پیوند های هیدروژنی آب – نشاسته می گردد. خطی بودن زنجیر های آمیلوز موجب ممانعت فضایی کمتر، تحریک و نزدیک شدن بیشتر زنجیر ها و تشکیل سریعتر پیوند های هیدروژنی نسبت به زنجیرهای آمیلوپکتین می شود. اگر محلول نشاسته ، غلیظ و سرعت سرد کردن بالا باشد پیوند های هیدروژنی در نقاط محدود تشکیل می شوند و آب را گیر انداخته و شبکه ژلی تشکیل می دهند (رتروگراده نمی شوند). رقیق بودن محلول نشاسته و یا سرد کردن آرام محلول غلیظ نشاسته ، موجب تشکیل پیوند های هیدروژنی در نقاط زیاد و در نتیجه تبدیل شکل آمورف به شکل کریستالی می شود( رتروگراداسیون).
نسبت آمیلوز به آمیلو پکتین بالاتر موجب رتروگرادسیون سریعتر می شود. برای مثال نشاسته سیب زمینی دیرتر از نشاسته گندم رتروگراده می گردد. با توجه به توضیحات فوق، حرارت دادن ، مرحله ی اساسی در تولید فیلم نشاسته محسوب می شود. در روش کاستینگ پس از تهیه ی محلول تشکیل دهنده ی فیلم (W/W5% نشاسته در آب ) ، آن را تا بالای دمای ژلاتینه شدن حرارت می دهند (معمولا 90 به مدت 30 دقیقه). سپس آن را خنک می کنند و بر روی سطح نچسب تفلونی پخش می کنند. با خشک کردن در دمای حدود 60 به مدت 24 ساعت فیلمی یکنواخت تولید می شود که می توان به راحتی آن را از سطح جدا کرد(میلارینن، 2002)
نشاسته در عدم حضور نرم کننده فیلمی بسیار سخت و شکننده تولید

مطلب مرتبط :   منبع پایان نامه ارشد درمورداندازه گیری، چشم انداز، دینامیکی

دیدگاهتان را بنویسید