عنوان

مدل‌سازی جذب رطوبت و نفوذپذیری بخار آب در بیونانوکامپوزیت‌های نشاسته، حاوی نانوکریستال‌های سلولز و نانورس

‭۷۹۸۳پ‬

per

مدل‌سازی جذب رطوبت و نفوذپذیری بخار آب در بیونانوکامپوزیت‌های نشاسته، حاوی نانوکریستال‌های سلولز و نانورس

/روناک غلامی

: دانشکده کشاورزی

‮‭۱۱۳‬ص‬

چاپی

بصورت زیرنویس

کارشناسی ارشد

رشته‌ی علوم و صنایع غذایی

‮‭۱۳۹۱/۰۴/۱۱‬

تبریز

نشاسته پس از سلولز، فراوان‌ترین و در دسترس‌ترین پلی‌ساکارید بوده و به علت داشتن ماهیت پلیمری، قابلیت فیلم‌صسازی خوبی دارد اما به دلیل دارا بودن برخی معایب، فیلم‌صهای حاصل از آن خواص کاربردی مطلوبی ندارند .خاصیت آبدوستی شدید نشاسته و مقاومت ضعیف فیلم‌صهای حاصل از آن در برابر رطوبت و همچنین خواص مکانیکی ضعیف آن در مقایسه با پلیمرهای سنتزی، مهمترین معایب فیلم‌صهای حاصل از نشاسته می‌باشند که باعث محدود شدن استفاده از این بیوپلیمر در زمینه‌صی بسته‌صبندی می‌شود .راهکارهای مختلفی برای غلبه بر این محدودیت‌ها پیشنهاد شده است .یکی از مهمترین پیشرفت‌ها در زمینه‌صی پلیمر، ورود فناوری نانو در این عرصه می‌باشد .تولید نانوکامپوزیت‌ها یکی از جدیدترین پیشرفت‌ها در تکنولوژی پلیمر به‌حساب می‌آید .افزودن نانوذرات می‌تواند مقاومت مکانیکی پلیمرها و بیوپلیمرها را افزایش داده و بازدارندگی در برابر بخار آب و گازها و سایر ویژگی‌های آنها را بهبود دهد .در این تحقیق، از نانورس و نانوکریستال سلولز برای بهبود خواص فیزیکی فیلم‌صهای حاصل از نشاسته استفاده شد .غلظت‌صهای مختلف از این نانوذرات‮‭(۳‬ ،‮‭۵‬ ، ‮‭۷‬ و ‮‭۹‬ وزن نشاسته (به نشاسته اضافه گردید .بررسی خواص فیزیکی نانوکامپوزیت‌صهای حاصل نشان داد که با افزایش غلظت نانوذرات، مقاومت مکانیکی و حرارتی و بازدارندگی فیلم‌صهای حاصل افزایش می‌صیابد .علت این مسئله، سازگاری نانوذرات اضافه شده با ماتریکس پلیمر و برقراری پیوندهای بین‌صسطحی با آن می باشد .مهم‌صترین هدف از کاربرد فیلم‌صها و پوشش‌صها، جلوگیری از انتقال جرم و نفوذ آب یا سایر ترکیبات مانند دی‌صاکسیدصکربن و یا ترکیبات فرار بین محصول و محیط اطراف و یا بین لایه‌صهای مختلف از محصول می‌صباشد .برای بسیاری از مواد غذایی با محتوای رطوبتی پائین، آب می‌صتواند به عنوان پلاستی‌صسایزر عمل کرده و باعث آسیب‌صهای بافتی شود بنابراین کنترل میزان جذب رطوبت در طول نگهداری این غذاها بسیار ضروری می‌صباشد .مدل‌صسازی انتقال جرم و نفوذ رطوبت در فیلم‌صهای خوراکی، می‌صتواند در پیش‌صبینی خواص فیلم و محصول بسته‌صبندی شده در طول مدت نگهداری مؤثر باشد .به طور مثال می‌صتوان پیش‌صبینی کرد که در دما، رطوبت نسبی و زمان مشخص، بسته‌صبندی چه مقدار رطوبت جذب خواهد کرد و چه مقدار از آن به ماده‌صی بسته‌صبندی شده منتقل خواهد شد .در این تحقیق، میزان جذب رطوبت و نفوذپذیری نسبت به بخار آب، در نانوکامپوزیت‌صهای نشاسته- ‮‭MMT/NCC‬بررسی شد .سینیتیک جذب رطوبت نمونه‌صهای نانوکامپوزیت، در دمای ‮‭۲۳ C‬ و رطوبت نسبی ‮‭۷۵‬ بررسی و از قانون دوم فیک وچهار معادله‌صی تجربی برای پیش‌صبینی جذب رطوبت فیلم‌صها در طول زمان استفاده شد .برازش داده‌صهای تجربی با این مدل‌صها با استفاده از نرم‌صافزارهای محاسباتی ‮‭MATLAB R۲۰۱۱a‬ و ‮‭Maple ۱۴‬انجام شد .نتایج نشان دادند که مراحل ابتدایی جذب رطوبت به خوبی توسط قانون فیک توصیف می شود اما با سست شدن تدریجی پلیمر، رفتار آن از قانون فیک منحرف می-شود .در ادامه‌صی این تحقیق، تأثیر غلظت گلیسرول بر میزان نفوذپذیری نسبت به بخار آب فیلم‌صها، در دمای‮‭۲۵ C‬و شیب رطوبتی‮‭(- ۹۹‬ ‮‭۰‬داخل و خارج ویال (بررسی شد .داده‌صهای تجربی نفوذپذیری نسبت به بخارآب، با یک رابطه‌صی نمایی برازش شدند .نتایج نشان دادند که ‮‭WVP‬ با افزایش محتوای گلیسرول در نمونه‌صهای نانوکامپوزیت، افزایش می‌صیابد و رابطه‌صی نمایی میان تغییرات غلظت پلاستی‌صسایزر و نفوذپذیری نسبت به بخار آب در نمونه‌صهای نانوکامپوزیت وجود دارد

99 (inside and outside of the vials). Experimental data were fitted using an exponential model. The main results of this study can be summarized as follows: 1. The effective moisture diffusion coefficient (D) increases with increasing the nanoparticles concentration. 2. Concentration gradient is not the only mechanism governing the mass transfer and other factors such as polymer relaxation should also be considered. 3. Early stages of moisture absorption behavior of polymer quite follow the Ficks law. Over the time, by the gradual relaxation of the polymer, the behavior of polymer deviates from Ficks law. 4. Solubility coefficient has the most influence on WVP. 5. There is an exponential relationship between WVP and plasticizer concentration -C with a relative humidity of 0C and 75 relative humidity. The Ficks second law and four empirical equations were used to predict moisture sorption of films over the time. Experimental data were fitted with these models by computational software (MATLAB R2011a, Maple 14). The effect of glycerol concentration on WVP of the films was determinate at 25MMT/NCC nanocomposites were investigated. Moisture sorption kinetics of nanocomposite samples were investigated by placing the films in environments conditioned at 25-term maintenance. For example, it can be predicted that in a specific temperature, relative humidity and time, how much moisture would be absorbed by the film and how much would be transferred to the packaged material. In this study, moisture sorption and water vapor permeability of starch-After the cellulose, starch is the most abundant and accessible polysaccharide and due to the polymeric nature has a good feature for film making: But due to some disadvantages, it cannot produce good films. Strong hydrophilic properties of starch, poor resistance against humidity and poor mechanical properties in comparison to synthetic polymers are the main disadvantages of starch films. One of the most important developments in the polymer field is the entering of nanotechnology in this field. Addition of nanoparticles can increases mechanical resistance of polymers and biopolymers and their inhibition against water vapor and gases and improves other properties of them. In this study, MMT and NCC were used to improve the physical properties of the starch films. Different concentrations of nanoparticles (3, 5, 7 and 9 of starch weight) were added to the starch films. The main results of this study can be summarized as follows: 1. By addition of MMT and NCC, solubility in water, moisture absorption and water vapor permeability of starch films are reduced. 2. By addition of MMT and NCC, tensile strength of starch films is increased. 3. DSC results showed that nanoclay connection with starch chains increases the order in amorphous regions and expands the crystalline regions. 4. DSC results showed that by adding nanocrystalline cellulose to starch films, melting temperature of nanocomposite samples is increased. 5. To examine more closely the distribution of nanoclay in the polymer matrix, XRD test was used. The results showed that the distribution of nanoparticles in the polymer matrix is exfoliated. The reason of these properties of nanocomposite films is the compatibility of nanoparticles with the polymer matrix and formation of hydrogen bonds between the polymer chains and nanoparticles. The most important application of films and coatings is the control of mass transfer and diffusion of water or other compounds such as carbon dioxide or volatile compounds between product and environment or between different layers of product. For many foods with low moisture content, water can act as plasticizer and causes tissue damages. Thus, control of moisture absorption during storage of these foods is very essential. Modeling mass transfer and moisture diffusion in films can be effective in prediction films properties and packaged product in the long

غلامی، روناک

قنبرزاده، بابک، استاد راهنما

دهقان‌نیا، جلال، استاد راهنما

انتظامی، علی‌اکبر، استاد مشاور

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی