–180

دانشگاه علوم پزشکی و خدمات بهداشتی درمانی قزوین
دانشکده بهداشت
پایان نامه جهت اخذ درجه کارشناسی ارشد رشته بهداشت و ایمنی مواد غذایی
عنوان
مقایسه تاثیر بسته بندی فیلمهای نانونقره و پلی اتیلن معمولی بر رشد انواع قارچ نان
اساتید راهنما
دکتر پیمان قجربیگی
دکتر امیرعلی انوار
استاد مشاور
دکتر حامد اهری
نگارش
حامد محمدی
شهریور93
تقدیم به
پدر و مادر
برادران و خواهر عزیزم
تشکر و قدردانی
خداوند متعال را بسیار شاکرم که مرا در انجام این تحقیق یاری فرمود. بدینوسیله از اساتید محترم راهنما جناب آقایان دکتر پیمان قجر بیگی و دکتر سید امیر علی انوار و استاد محترم مشاور جناب آقای دکتر حامد اهری که اینجانب را در انجام این تحقیق یاری فرمودند، کمال تشکر را دارم. از زحمات گروه میکروبیولوژی دانشگاه آزاد تهران واحد علوم و تحقیقات، آقای مهندس طوماری صمیمانه تشکر میکنم.
همچنین از همکاری و حمایت پلیکلنیک تخصصی دامپزشکی و قارچ شناسی دانشگاه آزاد واحد علوم و تحقیقات تهران، شرکت نانو نصب پارس و دانشگاه علوم پزشکی قزوین کمال سپاس و تشکر را دارم.
در نهایت از زحمات پدر و مادرم که تحصیل خود را مدیون یاری بیدریغ و همهجانبه آنها هستم، خاضعانه تشکر و قدردانی مینمایم.
نگارنده
چکیده
مقدمه: در این پژوهش با توجه به خاصیت ضدمیکروبی و مقاومت بستههای محتوی نانوذرات نقره بر پایه دی اکسید تیتانیوم در مقابل نفوذ گازها از جمله اکسیژن، تاثیر این بستهها بر فلور قارچی نانهای مصرفی با بستههای پلیاتیلن رایج مورد مقایسه قرار گرفت. این مطالعه تجربی در رابطه با افزایش زمان ماندگاری نانهای مصرفی به اجرا در آمده است.
مواد و روشها: ابتدا بصورت تصادفی از 6 نوع نان تولیدی 12 نانوایی منطقه 2 شهر تهران، تعداد 144 نمونه قرص نان تهیه شد. نمونه های نان اخذ شده در پوششهای نانویی 3% ، 5% ، 10% و پلیاتیلن معمولی(شاهد) قرار داده شد و در روزهای 1، 3، 7، 14 و 28 در سه تکرار بر اساس استاندارد ملی ایران تحت کنترل و آزمایشات میکروبی قرار گرفت.
یافته ها: نتایج نشان داد که اثر نوع فیلم و مدت نگهداری به عنوان عوامل اصلی بر فلور قارچی نان معنیدار بوده است. کمترین میزان رشد انواع قارچ با 14 درصد مربوط به فیلم نانویی 10درصد و بیشترین میزان رشد انواع قارچ با 42 درصد مربوط به پوشش پلیاتیلن می باشد(001/0P<). با افزایش مدت روزهای نگهداری تعداد انواع قارچ افزایش یافته است ولی این افزایش در اکثر موارد در نوع نان و نوع قارچ یکسان نبود و تفاوت معنیداری با یکدیگر داشت(001/0 P=).
نتیجهگیری: با توجه به نتایج بدست آمده چنین میتوان گفت که استفاده از پوششهای حاوی نانوذرات نقره بر پایه دیاکسیدتیتانیوم برای بستهبندی نان با توجه به افزایش روز افزون جمعیت و در راستای ارتقای امنیت غذایی نسبت به پوششهای پلیاتیلن ارجعیت دارد و استفاده از این نوع پوششها در صنایع پخت توصیه میگردد.
کلید واژگان: زمان ماندگاری، فیلمهای نانویی، قارچ، نانوذرات نقره، نان
فهرست مطالب
1- فصل اول: مقدمه و بیان مسئله1
1-1 بیان مسئله2
1-1-1 زمینه تحقیق2
1-1-2 دلایل انتخاب موضوع30
1-1-3 پیش زمینه31
1-1-4 نارسائی های موجود در زمینه موضوع32
1-1-5 ضرورت انجام کار32
1-2 اهداف33
1-3 فرضیات33
2- فصل دوم: بررسی متون34
2-1 عوامل موثر بر ماندگاری نان35
2-1-1 میکروارگانیسم ها35
2-1-2 بیاتی نان36
2-2 مختصری از روش های بسته بندی نان37
2-3 روش های سنتی و مرسوم برای افزایش ماندگاری نان37
2-3-1 بسته بندی با اتمسفر اصلاح شده(MAP)37
2-3-2 افزودنی های ضدمیکروبی38
2-3-3 بسته بندی فعال39
2-4 استفاده از نانوکامپوزیت ها در بسته بندی41
2-5 اثر نانوکامپوزیت روی میکروارگانیسم ها:42
2-6 استفاده از نانوکامپوزیت ها به عنوان عوامل ضدمیکروبی در بسته بندی45
2-7 مخاطرات استفاده از نانوکامپوزیت ها در بسته بندی مواد غذایی49
3- فصل سوم: روش پژوهش52
3-1 نوع پژوهش53
3-2 مراحل انجام پژوهش53
3-2-1 جامعه و محیط انجام پژوهش53
3-2-2 روش نمونه گیری و حجم نمونه53
3-2-3 اصول آزمون54
3-2-4 مواد و وسایل54
3-2-5 روش انجام آزمون55
3-2-6 روش تحلیل داده ها57
3-3 امکانات و محدودیت های پژوهش57
3-3-1 امکانات پژوهش57
3-3-2 محدودیت های پژوهش57
3-4 ملاحضات اخلاقی58
3-5 تعریف واژه ها58
4- فصل چهارم: یافته ها59
4-1 تاثیر نوع فیلم روی فلور قارچی نان60
4-2 تاثیر مدت نگهداری بر فلور قارچی نان63
4-3 تاثیر نوع نان بر فلور قارچی64
4-4 تاثیر نوع قارچ بر میزان رشد74
5- فصل پنجم: بحث، نتیجه گیری و ارائه پیشنهاد ها76
5-1 بحث77
5-2 نتیجه گیری و پیشنهادات82
منابع…………………………………………………………………………………………………………………………………..83

فهرست جداول:
جدول1-1 مقایسه اندازهها از ماکرو تا مولکول4
جدول1-2 اصول نامگذاری نوع فیلمهای بکار رفته در پژوهش56
جدول 4-1 مقایسه میانگین رشدانواع قارچ درطول دوره نگهداری بر حسب پوشش بستهبندی60
جدول4-2 نتایج آزمون های تعقیبی62
جدول4-3 مقایسه میانگین رشد انواع قارچ در طول دوره نگهداری63
جدول 4-4 نتایج آزمون های تعقیبی64
جدول 4-5 مقایسه میانگین فلور قارچی در انواع نان65
جدول 4-6 نتایج آزمون های تعقیبی66
جدول 4-7 مقایسه میانگین رشد هر یک از انواع قارچ رشد یافته در انواع نان70
جدول 4-8 نتایج آزمون های تعقیبی72
جدول 4-9 مقایسه اختلاف رشد قارچها با یکدیگر به روش بونفرونی75
فهرست نمودار ها و عکس ها:
نمودار1-1 تقسیمبندی نان های مسطح2
نمودار1-2 طبقهبندی نانومواد که گستردگی حیطههای آن6
نمودار1-3 طبقهبندی زمینههای مختلف فناوری12
نمودار4-1 مقایسه میزان رشد انواع قارچ در پوشش های 3%، 5%، 10% و پلیاتیلن در کل دوره نگهداری و به تفکیک روز63
نمودار 4-2 مقایسه کلی میانگین فلور قارچی در مدت نگهداری64
نمودار 4-3 مقایسه تاثیر نوع نان بر میانگین فلور قارچی65
نمودار 4-4 تاثیر نوع نان بربری بر فلور قارچی67
نمودار 4-5 تاثیر نوع نان سنگک بر فلور قارچی67
نمودار 4-6 تاثیر نوع نان تافتون بر فلور قارچی68
نمودار 4-7 تاثیر نوع نان باگت بر فلور قارچی68
نمودار 4-8 تاثیر نوع نان تست بر فلور قارچی69
نمودار 4-9 تاثیر نوع نان جو بر فلور قارچی69
نمودار 4-10 میزان رشد انواع قارچ در کل دوره نگهداری74
1- فصل اول:
مقدمه و بیان مسئله1-1 بیان مسئله1-1-1 زمینه تحقیق1-1-1-1 مقدمهمبتنی بر تحولات اساسی، پیشبینی شده برای سالهای آینده رقابت جهانی برای تسلط، دیگر توسعه تسلیحاتی نبوده و عوامل دیگری از جمله غذا به عنوان مهیبترین اسلحه استراتژیک، صفبندی ها و خطوط جغرافیایی کشورها را تغییر خواهد داد. فردای فردا، غذا و مجموعه امکانات دستیابی به آن، نمودار اصلی مرزبندی: غنی و فقیر، پیشرفته و عقب مانده و اساسیترین حلقه قدرت و تسلط جهانی خواهد بود. از طرفی غذا جز لاینفک حیات و بقا می باشد، در این میان غلات و عمدتاً گندم، که در اشکال مختلف، غذای پایه مردم کشور محسوب میگردد از اهمیت بیشتری برخوردار میباشد و نان به عنوان اصلیترین غذای مصرفی دارای اولویت قابل ملاحظهای است (رجب زاده، 1387).
1-1-1-2 تعریف ناندر بسیاری از کشورها نان به عنوان یک محصول تخمیر شده با مخمر، طبقه بندی می شود. آن محصولاتی که برپایه غلات، تهیه شده و به صورت غیر حجیم یا حجیم شده با خمیر ترش یا مواد شیمیایی هستند جزو نان طبقه بندی نمی شوند. در برخی کشورها محصولات غیر حجیم یا حجیم شده با خمیر ترش، به عنوان نان روزانه مصرف میشوند. بر طبق دایره المعارف آمریکایی نان عبارتست از غذایی که از مواد مختلف گیاهی که تبدیل به آرد میشوند و سپس با آب مخلوط شده و تشکیل خمیر میدهند و به صورت کیک با قرصهایی پخته میشوند، این آرد ممکن است از دانههای گیاهان علوفهای مانند گندم و چاودار، بقولات و ساقههای زیرزمینی و حتی از مواد غیر بومی مثل کنگر فرنگی تهیه شود (کریمی، 1385).
1-1-1-3 تاریخچه ناننان گندم که یکی از رایجترین انواع نانهاست و غذای اکثر ملل جهان را تشکیل می دهد و با شناسایی گندم توسط انسان به مرحله تولید رسید. این فرآورده یکی از قدیمی ترین دست آوردهای انسان است، به طوری که منابعی که در مورد نان وجود دارد، حتی از انسانهایی که در حوالی دجله و فرات میزیستهاند، قدیمیتر است. اولین منبع اطلاعاتی به پنج هزار سال پیش بر میگردد. در شهر یوروک که بابلیان در آن زندگی میکردند، مدارکی به دست آمده که زندگی، عادات و سنتهای آن ها را بیان نموده است. در میان این اسناد، در مورد گندم، پخت نان، کپگ زدگی و بیاتی نان نیز مدارک مهمی به دست آمده است (رجب زاده، 1387).
گندم یکی از بزرگترین نشانه های عظمت خلقت و نان یکی از مطبوع ترین و لذت بخشترین مواد غذایی مصرفی انسان در بسیاری از جوامع متمدن و سنتی امروز است. نزد ما مسلمانان گندم و نان از حرمت و منزلت خاصی برخوردار است در بیشتر مراسم مذهبی، اعیاد و حتی سفرههای غذای روزانه مردم از نان به عنوان نشانهای از یمن و برکت الهی استفاده می شود (پایان، 1387).
نان های مسطح تهیه شده از انواع غلات، از قدیمیترین غذاهای تولید شده توسط انسان میباشند. قبل از تجارت بین تمدنهای قدیمی، کشت دانههای غلات در قسمتهای جداگانهای از جهان برای تهیه انواع نانهای مسطح به عنوان منبع اصلی تعذیه، وجود داشته است. امروزه گندم و جو به عنوان موادی ضروری در نان های مسطح در آسیای مرکزی و غربی، اروپای جنوبی و آفریقای شمالی مورد استفاده قرار میگیرند. از آرد ارزن و سورگوم در آفریقا نان مسطح تهیه میشود. ذرت و آرد ذرت، ماده اصلی آرپا و تورتیلا در آمریکا میباشند. در بسیاری از کشورهای آسیایی از آرد برنج، نان تهیه می شود (کریمی، 1385).
1-1-1-4 اهمیت نانبا توجه به زمینه ارزشی و تاریخی میتوان نان را به عنوان مهم ترین غذای شناخته شده در اعصار مختلف جامعه بشری دانست. میانگین مصرف نان در ایران به صورت خالص سرانه گرم در روز 413 در شهر و 518 در روستا است که میانگین کل 450 است و نسبت به سایر گروههای غذایی بالاترین رقم را به خود اختصاص داده است. درصد شرکت نان در تأمین انرژی به طور میانگین 8/51، پروتئین 6/53، چربی 0/5، کربوهیدرات 7/68، کلسیم 9/33، آهن 2/45 و فیبر 2/64 میباشد (نیکوزاده، 1386).
نان یکی از پراهمیتترین غذاهای مردم کشور ماست، زیرا بنا به سنت و عادات غذایی مرسوم بطور معمول می توان آن را یکی از ضروریترین غذاهای مصرفی مردم ایران دانست، از طرفی نان از نظر کیفیت و ارزش غذایی قابل اهمیت است، زیرا به تنهایی می تواند قسمت مهمی از انرژی، پروتئین و سایر مواد مغذی بدن را تأمین نماید. در این خصوص باید گفت که بهترین نان برای تغذیه نانی است که از آرد کامل گندم تهیه شده باشد و نان تهیه شده از چنین آردی از پروتئین، کلسیم، آهن و ویتامین بیشتری برخوردار خواهد بود. از طرفی چون برای تهیه نان اکثراً از آرد گندم استفاده میشود، میتوان گفت این غله مهمترین ماده غذایی روزانه کشور ما را تشکیل میدهد (کریمی، 1385).
نان مانند انواع محصولات دیگر غلات، به عنوان ارزانترین منبع انرژی و پروتئین در تغذیه قسمت اعظمی از مردم جهان نقش حیاتی دارد. براساس بررسیهای انجام شده بوسیله سازمان فائو، مردم کشورهای آسیایی در حدود 70% انرژی موردنیاز روزانه خود را از نان و سایر غذاهایی که از گندم تهیه میشود، تأمین میکنند (FAO, 2013).
موقعیت نان در کشور ما با توجه به حساسیت و کثرت مصرف و مشکلات تولید و علایق دیرینه مردم، همواره مورد توجه خاص بوده است، زیرا نان غذای غالب مردم ایران بوده و نه تنها از نظر مصرف کننده بلکه از جنبه کیفیت تغذیهای ماده با ارزشی است که به تنهایی می تواند بسیاری از نیازهای لازم بدن را تأمین کند.1-1-1-5 انواع ناننانهای سنتی ایرانی نان های نازک ومسطح هستند که به طریق ابتدایی و قدیمی، یعنی از اختلاط گندم خرد شده وآب تهیه میگردند. نان های موجود در نقاط مختلف ایران از چنان تنوع وسیعی برخوردار می باشند که تشریح وطبقه بندی آنها مشکل است (پایان، 1387).
در کل نانها را از نظر فرم، شکل و ویژگیها به شرح زیر طبقهبندی میکنند (رجب زاده، 1387):
نانهای گندم یا نانهای معمولی
نانهای مخلوط
نانهای کوچک
نانهای مخصوص معمولی
نانهای رژیمی معمولی
نانهای مخصوص تست
نانهای مخصوص کوچک
نانهای مسطح و نازک و نانهای عربی
نانهای چاودار و نانهای کوچک چاودار
نانهای مخلوط چاودار
177165146240500نانهای مسطح احتمالاً قدیمیترین، فراوانترین و رایجترین محصولات در جهان هستند. تخمین زده میشود که بیش از 8/1 بیلیون نفر، انواع مختلف نانهای مسطح را در نقاط مختلف دنیا استفاده می کنند. این محصولات
2520955048885نمودار1- SEQ نمودار * ARABIC 1 تقسیم بندی نان های مسطحنمودار1- SEQ نمودار * ARABIC 1 تقسیم بندی نان های مسطحبراساس برش عرضی میتوانند با توجه به نمودار 1-1 به دو گروه تک لایه و دو لایه تقسیم بندی شوند: اختلاف شاخص در برش عرضی آنها به روش فرآیند آنها برمیگردد. در نان مسطح تک لایه قطعات خمیر بلافاصله پس از پهن کردن، پخته میشوند و یا در دمای نسبتاً پایینتری برای مدت طولانیتری پخته میشوند. قطعات خمیر پهن شده، ممکن است بریده شده، شیاردار شوند یا قبل از تخمیر نهایی یا پخت، بریده شوند (کریمی، 1385).-6413507759700
1-1-1-6 میزان ضایعات و دلایلنان در کشور ما به دلیل قیمت مناسب، جنبههای تغذیهای، تأمین انرژی، عادات و سنت غذایی مردم، یکی از پرمصرفترین غذاها میباشد. بنا بر اهمیت این غذای ضروری و با توجه به میانگین مصرف خالص سرانه 450 گرم در روز در سال 81- 1379 و مشکلات تهیه و توزیع آن بجاست که عوامل موثر در پیدایش ضایعات نان و روش های کاهش این ضایعات شناسایی گردد. در تحقیقی میزان ضایعات نان های سنتی در خانواده ها و دکاکین نانوایی شهر تهران به این ترتیب گزارش شده است: لواش 35%، بربری 31%، سنگک 28% و نان تافتون طبق آمار با 37% بیشترین ضایعات را در نان های سنتی دارد. تحقیقات نشان می دهد بطور میانگین حدود 5/33- 6/32% نانی که در کشور تولید می شود، به دلایل زیر ضایع میگردد: خمیر بودن کنارههای نان (50%)، بیات شدن (30%)، خشک شدن (10%) وسایر موارد (5%) (کریمی، 1385).
در سال های اخیر کشور ما با انبوهی از ضایعات نان مواجه هست، به طوری که گاهی تا 30% نان، تبدیل به ضایعات می شود و با توجه به حجم بسیار بالای مصرف نان در کشور، این رقم بسیار قابل توجه میباشد. بر اساس گزارشها، شهروندان ایرانی 300 میلیون دلار نان ضایع میکنند (Sattari, Afshari et al. 2012).
از 30% ضایعات نان که در بالا به آن اشاره شد، 7 تا 8 % آن به علت بستهبندی نا مناسب است و علل ضایعات بالای نان های مصرفی عمدتاً به دلیل کیفیت نامناسب، ماندگاری کوتاه و بیاتی می باشد (Sattari Najafabadi, Minaee et al. 2010).
همچنانکه مصرف کنندگان به خرج کردن زیاد برای سرو محصولات مواد غذایی ادامه می دهند، نقش بسته بندی در تضمین ایمنی مواد غذایی و ایجاد اطمینان افزایش می یابد. بسته بندی جهت ردیابی و افزایش میزان ماندگاری و کاهش میزان ریسک بیماریهای ناشی از مواد غذایی در صنعت سرو غذاها طراحی میشوند. بعضی از جالبترین پیشرفتها در بستهبندی مواد غذایی شامل نانوتکنولوژی است، دانشی درباره مواد بسیار کوچک که اثرات بزرگی در مواد بستهبندی مواد غذایی دارند.
1-1-1-7 معرفی نانوتکنولوژیامروزه رقابت بازارهای تکنولوژیکی برای حفظ قدرت در صنعت غذا و فراوری غذا امری ضروری است. مصرف کنندهها متقاضی محصولات معتبر (مجاز) خوش طعم و سهل و ساده هستند. آینده متعلق به محصولات، فرآوری و فرآوردههای جدیدی است که اهداف زیر را دنبال میکند:
بهبود کارایی، طولانی شدن عمر ماندگاری وتازگی، بهبود کیفیت و ایمنی محصول.
نانوتکنولوژی میتواند برای توسعه مواد در اندازههای کوچک بهسازی، کنترل و انتقال محموله، شناسایی آلودگی و ابداع نانو ابزارهایی برای زیستشناسی سلولی و مولکولی استفاده شود. نانوتکنولوژی شامل ابداع و استفاده از مواد آلی و غیر آلی در مقیاس نانو می باشد (اهری، 1387).
دست کاری پلیمرهای غذا و مجموعههای پلیمری باعث بهبود کیفیت غذا و سلامتی میگردد . نانوتکنولوژی نه تنها مواد با ویژگی جدید ایجاد میکند بلکه مواد دیگری با ویژگیهای خود جمعکن، خود التیام و نگهداری تولید میکند (اهری، 1388).
نانوتکنولوژی نوید مهیا کردن شیوهای برای طراحی نانو مواد داده است و مواد ساخته شده سازگار با ویژگیهای فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیاند و توسط ساختارهای مولکولی و دینامیکی مشخصی، کنترل میگردند. در این تکنیکهای بیولوژیکی قبل از تشکیل فرآورده ژنها دچار تغییر میشوند. نانوتکنولوژی میتواند پیشرفتهای آینده را کاملتر و با روشهای موثرتری و به انواع دیگری آماده کند .1-1-1-8 تعریف نانوتکنولوژیپیشوند نانو به معنای یک میلیاردم (9 – 10) است. یک نانومتر معادل یک هزارم میکرون یا یک میلیونیم میلیمتر میباشد، که حدود 10 برابر کوچکتر از اندازه اتم کوچکی مثل هیدروژن است. نانو یک کلمه یونانی به معنای کوتوله و یا هر چیز دیگر کوچکتر از حد معمول است. بنابراین، نانوفناوری درحوزههایی کار میکند که در آنها ابعاد در محدوده نانومتر باشد. به عبارت دیگر، این فناوری با ساختارهای متنوعی از مواد سروکار دارد که ابعادی در محدوده یک میلیاردم متر دارند. جهت دستیابی به فهم درستی ازمقیـاس کاربردی در فنـاوری نانو، انـدازه مواد مصـرفی دراین حوزه به قرار زیر تخمین زده میشود(جدول1-1):
جدول1-1 مقایسه اندازه ها از ماکرو تا مولکولنمونه اندازه واژگان
باندهای تک شیمیایی 1/0-5/0 مولکولی/اتمی
مولکولهای کوچک زئولیت 5/0-0/1 مولکولی
نانو مواد غیرآلی،DNA ،RNA 1-1000 نانو
(MEMs)کانالهای میکروسیال، تراشههای سیکلون در سلول زنده 103-104 میکرو
مواد طبیعی بیش از 104 ماکرو
یکی ازجامعترین تعاریفی که ازفناوری نانو تاکنون ارائه شده است، تعریف سازمان ملی فناوری نانو آمریکا (NNI) است که درآن فناوری نانو عبارت است از:
تحقیقات و پیشرفتهای فناورانه در سطوح اتمی، مولکولی و ماکرومولکولی در مقیاس 100-1 نانومتر، جهت دستیابی به دانشی بنیادین از پدیدهها و مواد در مقیاس نانو، خلق و استفاده از ساختارها، ابزار و سیستمهایی که خواص و عملکرد جدید آنها در نتیجه اندازه کوچک آنها میباشد (Roco, 2007).
1-1-1-9 عناصر پایه نانوتکنولوژیتفاوت اصلی فناوری نانو با سایر فناوریها در مقیاس مواد و ساختارهایی که در این فناوری مورد استفاده قرار میگیرند، می باشد. البته تنها کوچک بودن اندازه مد نظر نیست بلکه زمانی که اندازه مواد در این مقیاس قرار میگیرند، خصوصیات ذاتی آنها از قبیل رنگ، استحکام، مقاومت و خوردگی و… تغییر میکند در حقیقت تفاوت این فناوری با سایر فناوریها به عناصر پایه آن بر میگردد این عناصر همان عناصر نانو مقیاسی هستند که دارای خواصی متفاوت با مقیاس ماکروشان میباشند (Chivrac, Pollet et al. 2009).
اولین و مهمترین عنصر پایه، نانو ذرات هستند. منظور از نانو ذرات، ذراتی در ابعاد نانومتری در هر سه بعد می باشند. نانو ذرات میتوانند از مواد مختلفی تشکیل شده باشند مانند نانو ذرات فلزی، سرامیکی…، عنصر پایه بعدی نانو لوله کربنی است این عنصر در سال 1991 کشف شد و در حقیقت لولههایی از گرافیت میباشند. اگر صفحات گرافیت را پیچیده و به شکل لوله در آوریم به نانو لولههای کربنی میرسیم. این لولهها در اندازههای متفاوت هستند و میتوانند تک دیواره یا چند دیواره باشند این لولهها خواص بسیار جالبی دارند که منجر به ایجاد کاربردهای قابل توجهی از آنها میشود. سومین عنصر پایه نانوکپسول است. همان طوری که از اسم آن مشخص است کپسولهایی هستند که قطر نانومتری دارند و میتوان مواد مورد نظر را در درون آن کپسوله کرد. سالهاست که نانو کپسولها در طبیعت تولید میشوند، مولکولهایی موسوم به فسفولیپیدها که یک سر آنها آبگریز و سر دیگر آنها آب دوست است که وقتی در محیط آبی قرار میگیرند خود به خود کپسولهایی را تشکیل میدهند، که قسمتهای آبگریز مولکول در درون آنها واقع میشود و از تماس با آب ممانعت میشود، حالت برعکس این مورد قابل توجه است البته عناصر پایه گوناگون و متنوع دیگری نیز وجود دارد که نمودار1-2 طبقهبندی کلی مواد نانوساختار را نشان میدهد (محمدی، 1392).
-175260-49530نانومواد سه بعدی
نانو مواد
ساختارهای کوچکتر ازnm 100
فیلمهای با ضخامت کمتر از nm 100
فیلم های با قطر کمتر ازnm 100
ذرات و پودرهای کوچکتر از nm100
خوشه ها و دستههای اتمی
کامپوزیت ها
نقاط کوانتومی
نانوپودرهای فلزی نانوپودرهای سرامیکی
مواد نانوکریستال
مواد نانوساختار
نانوکامپوزیتهای فلزی
نانوکامپوزیتهای سرامیکی
نانوکامپوزیتهای پلیمری
نانومیلهها
نانولولهها
نانوفیبرها
نانوسیمها
فیلمهای نازک
نانومواد دو بعدی
نانومواد یک بعدی
00نانومواد سه بعدی
نانو مواد
ساختارهای کوچکتر ازnm 100
فیلمهای با ضخامت کمتر از nm 100
فیلم های با قطر کمتر ازnm 100
ذرات و پودرهای کوچکتر از nm100
خوشه ها و دستههای اتمی
کامپوزیت ها
نقاط کوانتومی
نانوپودرهای فلزی نانوپودرهای سرامیکی
مواد نانوکریستال
مواد نانوساختار
نانوکامپوزیتهای فلزی
نانوکامپوزیتهای سرامیکی
نانوکامپوزیتهای پلیمری
نانومیلهها
نانولولهها
نانوفیبرها
نانوسیمها
فیلمهای نازک
نانومواد دو بعدی
نانومواد یک بعدی

5980430119044نانومواد صفر بعدی
00نانومواد صفر بعدی

46062907366003216910488950
119380985520نمودار1- SEQ نمودار * ARABIC 2 طبقهبندی نانومواد و گستردگی حیطههای آننمودار1- SEQ نمودار * ARABIC 2 طبقهبندی نانومواد و گستردگی حیطههای آن
به طور کلی این مواد را میتوان در شش گروه زیر طبقهبندی کرد(Kooch, 2007):
خوشهها یا دستههای اتمی نظیر نقاط کوانتومی.
ذرات و پودرهای با قطر کمتر از 100 نانومتر شامل نانوپودرهای فلزی و سرامیکی.
فیبرهای با قطر کوچکتر از 100 نانومتر نظیر نانولولهها، نانومیلهها، نانوفیبرهاوسیمهای کوانتومی .
لایههایی با ضخامت کمتر از 100 نانومتر.
دانههای کوچکتر از 100 نانومتر همچون مواد نانوکریستالی و مواد نانوساختار.
نانوکامپوزیتها که شامل نانوکامپوزیتهای زمینه فلزی، سرامیکی و پلیمری هستند و مجموعهای از موارد بالا را دربرمیگیرند.
1-1-1-10 مختصری درباره نانو نقرهنقره عنصر سفید و براق فلزی میباشد و در موقعیت چهل و هفتم جدول تناوبی قرار گرفته که فلزی نرم،‌ سفید و درخشان می باشد که جزء عناصر گرانبها و فلزات سنگین محسوب می شود. نام لاتین نقره، آرژنیوم و نام معدنی آن آرژنیت میباشد و با نماد Ag که از کلمه Argentum میآید، نشان داده میشود. نقره خالص دارای بالاترین هدایت الکتریکی و گرمایی در بین تمامی عناصر می باشد. همراه با طلا، که از عناصر کمیاب و گرانبها هستند نقره به طور گسترده ای در تاریخ بشر برای هزاران سال به کار برده شده است. نقره قادر است 650 نوع بیماری را که ناشی از میکروارگانیسمهاست را از بین ببرد (Gorenšek and Recelj, 2007).
 از جمله کاربردهای نقره می توان به جواهرات، ابزار آشپزخانه، پول، آلیاژهای دندانی، عکاسی و غیره اشاره کرد. در میان کاربردهای بسیار زیاد نقره، استفاده از خاصیت ضدعفونی کنندگی آن برای مقاصد بهداشتی و پزشکی قابل توجه و اهمیت میباشد اگرچه تا به حال مکانیزم عمل آن به طور کامل درک نشده است.
پودر نقره به نظر هیپوکراتیس، پدر علم پزشکی نوین، دارای اثرات شفادهندگی و ضد مریضی بوده و در لیست درمانی برای زخم ها قرار داشت. ترکیبات نقرهای به مقدار زیادی در کاربردهای پزشکی داخل شدهاند. ترکیبات نقره سلاح اصلی در مقابل زخم های عفونی در جنگ جهانی اول بود تا اینکه آنتی بیوتیکها تولید شدند. در سال 1884 پزشکان متخصص آلمانی محلول چشمی یک درصد نیترات نقره را برای جلوگیری از Gonococcal Ophthalmia Neonatorum معرفی نمودند که گفته می شود اولین مقاله علمی مستند برای کاربردهای پزشکی نقره میباشد. به علاوه استفاده از کرمهای سولفادیآدیننقره برای مصارف ضدباکتریایی است که به طور گسترده ای برای زخمها و سوختگیهای شدید استفاده میشود (Brook, Evans et al. 2007).
نانو ذرات نقره خواص غیر معمول فیزیکوشیمیایی و فعالیتهای بیولوژیکی از خود نشان میدهند. با انجام فعالیتهای تحقیقاتی وسیع، به کار بردن نانونقره به ویژه در حوزه سلامتی به صورت گستردهای گسترش یافته است. با توجه به گزارشهای تحقیقاتی، نانونقره به عنوان یکی از مقولههای تولید که به سرعت در بازار و صنعت نانوتکنولوژی رشد میکند نمایان شده است. هنوز فعالیت آنتی باکتریالی قوی جهتگیری اصلی برای گسترش محصولات نانونقره میباشد. گستره وسیعی از این محصولات در بازار وجود دارد به عنوان مثال در زمینه پزشکی پوشش روی زخم، ابزارهای جراحی و پروتزهای استخوان با نانونقره پوشش داده میشوند. در زندگی روزمره مشتریها ممکن است از اسپریهای حاوی نانونقره، شویندههای لباس، خالص سازی آب و رنگ دیوار حاوی نانونقره استفاده کنند. نانو نقره همچنین در نساجی برای تهیه لباس، لباسهای زیر و جوراب وارد شده است. ماشینهای لباسشوییای وجود دارند که با تکنولوژی نانونقره کار میکنند. تخمین زده شده است که در بخش پزشکی و حفظ سلامت، از میان تمام مواد نانویی، کاربرد نانونقره در بالاترین درجه تجاری شدن قرار دارد (Chaloupka, Malam et al. 2010).
همانطور که اشاره شد یکی از خواص مهم نانو ذرات نسبت بالای سطح به حجم این ذرات است. با استفاده از این خاصیت میتوان کاتالیزورهای قدرتمندی را در ابعاد نانومتری تولید نمود. این نانو کاتالیزورها راندمان واکنشهای شیمیائی را به شدت افزایش داده و همچنین به میزان چشمگیری از تولید مواد زاید در واکنشها جلوگیری خواهد نمود. این ویژگی سبب میشود که تودههایی را به وجود آورند که در آنها ذرات به وسیله نیروهای نسبتاً ضعیفی کنار هم نگه داشته میشوند که این نیروها شامل نیروهای واندروالس، نیروهای الکترواستاتیک، و کشش سطحی میباشند همچنین نانو ذرات گروهی از ذرات به هم چسبیده را به وجود آورند که نمیتوان به سادگی به وسیله ابزارهای مکانیکی از هم گسیخته گردند. بکارگیری نانوذرات در تولید مواد دیگر باعث افزایش استحکام آنها میشود و یا وزن آنها را کم میکند. مقاومت شیمیایی و حرارتی آنها را بالا میبرد و واکنشپذیری آنها را در برابر نور و تشعشعات دیگر تغییر میدهد. علاوه بر این کوچکتر بودن ابعاد نانوذرات از طول موج بحرانی نور، آن را نامرئی و شفاف مینماید این خاصیت باعث شده است تا نانوذرات برای مصارفی چون بستهبندی مواد آرایشی و روکشها مناسب باشند. برخی از خواص نانوذرات با درک افزایش اثر اتمهای سطحی یا اثرات کوانتومی به راحتی قابل پیشبینی نیستند (Han, Yu et al. 2011).
استفاده از نانونقره در مصارف ضد میکروبیعلت استفاده از پوششهای بستهبندی نانو کاربری ذرات نقره در مقیاس نانومتریک (زیر nm 100) میباشد، که این ذرات نانونقره دارای خاصیت ضدمیکروبی بوده و با چهار مکانیزم باعث متوقف شدن رشد و نابودی باکتریها میگردد (Mo–i and Binesh, 2011):تولید اکسیژن فعال توسط نقره و در نتیجه تخریب غشاء سلول میکروارگانیزم
تخریب پیوندهای گوگردی غشاء پروتئینی میکروارگانیزم و دناتوراسیون غشاء سلولی
تمایلات بار مثبت نقره و اتصال به میکروارگانیزمهای بار منفی که باعث تخریب غشاء میگردد.
از بین بردن آنزیمهای موثر در مکانیسم تنفس میکروارگانیزم و مرگ سلول
نقره و ذرات آن از مدتهای دراز به عنوان یک بازدارنده قوی از رشد میکروبی و دارای اثرات ضدمیکروبی و ضدقارچی و ضدویروسی قوی شناخته شدهاند. پادشاهان قدیمی با استفاده از ظروف نقرهای باعث افزایش ماندگاری مواد غذایی (شیر و آب) میشدند و سربازان در جنگ ها زخم های خود را با سکههای نقره میپوشاندند که باعث کنترل عفونت میشد. همچنین در اوایل قرن 19، آمریکاییها به منظور افزایش مدت ماندگاری شیر، سکههای نقره ای بر داخل آن قرار میدادند. استفاده از نقره بدون آنکه دانشی از میکروب‌ها بوده باشد از هزاران سال پیش جهت بهبود زخم سربازان مورد استفاده بوده است (اثرات آنتی بیوتیکی) ولی ذرات نقره در اندازه نانو خصوصیات ضدمیکروبی موثرتری دارند. دلیل اینکه نانونقره خواص ضدمیکروبی قویتری از ذرات بزرگتر نقره دارد مربوط است به سطح بیشتر آن نسبت به ذرات بزرگتر نقره که باعث می‌شود تا فعالیت شیمیایی بالاتری داشته باشد و به سهولت یونیزه شود. قدرت نانونقره‌ها به حدی بالاست که به عنوان یک کاتالیست قادر است بیش از650 گونه باکتری، ویروس و قارچ را از بین ببرد در حالیکه یک آنتی‌بیوتیک معمولی قادر است فقط 5 تا 6 گونه میکروبی را از بین برد (Gorenšek and Recelj 2007; Nowack, Krug et al. 2011).
محصول فرآوری شده تکنولوژی نانونقره دارای خواص آنتی میکروبیالی است و از تکثیر و رشد میکروارگانیزم‌ها جلوگیری به عمل می‌آورد. از مزیتهای محصولات نانویی می‌توان به بهداشت و سلامت بیشتر، زندگی با اطمینان خاطر و کیفیت بالاتر، قیمت نازل محصولات، سهولت در استفاده، پایداری بالا خواص ضدمیکروبی، محصولاتی با کیفیت افزون و غیره اشاره نمود (Tajarrodi and Kiyazadeh, 2007).
توسعه مقاومت جدید باکتریها به آنتی بیوتیک ها یک مشکل اساسی در حوزه سلامتی می باشد. از آنجا که نانوذرات نقره دارای خواص ضدباکتری، ضدقارچ، ضدویروسها و پروتوزوئرها میباشند میتوان با افزودن مقدار اندکی از این مواد در پوشش به تعداد بسیار زیادی از این ذرات نانومتری در واحد سطح دست یافت. این پوششها برای تمام سطوحی که با دست لمس میشوند، مثلاً در بیمارستانها، ادارات، اماکن عمومی و حتی در منازل مسکونی به کار میروند. تاثیر نانوذرات نقره بر روی باکتریهای گرم منفی مانند اشرشیاکلی، ویبریوکلرا، سالمونلاتیفی، سودوموناس آئروجینوزا مورد مطالعه قرار گرفته است (Hezavehie, Hejazi et al. 2009; Dodi, Naghsh et al. 2011; Naghsh, Safari et al. 2012).
نانوذرات نقره بر روی ویروسها هم مؤثر بوده و به گروههای SH گلیکوپروتئینهای سطح ویروس متصل شده و مانع از اتصال آنها به سلول میزبان میگردد. این ماده بر روی تمام ویروس های DNA، RNA و پوشش دار و بدون پوشش مؤثر است. در آزمایش هایی که بر روی ویروس HIV (عامل بیماری ایدز) انجام شده است مشخص گردیده که این ویروس همراه با نانوذرات نقره در مدت 3 ساعت در 37 درجه سانتی گراد به طور 100% نابود می گردد (Chen and Schluesener, 2008).
 نانو ذرات نقره نسبت به آنتیبیوتیک ها دارای مزایایی میباشند که به تعدادی از آنها اشاره می شود (Hayati Roodbari, amirinia et al. 2013):
باکتریها به نانوذرات نقره مقاومت پیدا نمیکنند زیرا نانو ذرات نقره بر روی قسمت های مختلف و آنزیمهای متعددی مؤثر هستند.
نانوذرات نقره بر روی طیف گسترده ای از باکتریها مؤثر هستند.
نانوذرات بر روی سلولهای انسانی اثر سوء ندارند زیرا سلول هایانسانی به صورت بافت هستند.
بر خلاف آنتیبیوتیکها که پس از واکنش با سلول تغییر شکل یافته و بی اثر می شوند، نانوذرات نقره پس از اثر بر میکروبها آزاد شده و بر میکروارگانیسمهای دیگر تأثیر میگذارند.
1-1-1-11 کاربرد فناوری نانومعمولاً از دو روش برای طبقهبندی حیطه نانوفناوری استفاده میشود:
براساس فناوری یعنی نوع محصول تولیدی
براساس کاربرد یعنی محل مصرف محصولات تولیدی
دستهبندی نانوفناوری از جهت کاربردی متداولتر است، بر این اساس گروههای اصلی زیر پیشنهاد شدهاند:
ابزار
دستگاهها
الکترونیک و فناوری اطلاعات
علوم زیستی
انرژی و فناوری مواد
هر کدام از این گروهها دارای زیر گروههای متعددی هستند که در نمودار1-3 نشان داده شدهاند (محمدی، 1392).
3107690-223202500-330271-354330میکروسکوپ تونلی روبشی
میکروسکوپ اتمی
میکروسکوپ پروب روبشی
تکنیک های نوری
لیتو گرافی
ابزارهای دیگر
مدل سازی کامپیوتر
الکترونیک و IT
نانودستگاهها
نانومواد
سیستمهای MEMS
سیستمهای NEMS
دستگاههای پزشکی کوچک
لیزرهای پیشرفته
پرکنندههای نانو و نانوکامپوزیت ها
تک لایه های خودسامان
نانو ذرات ونانو پودرها
نانو لوله های کربنی
نانو پارچه ها
صنعت نیمههادیها
نانولولههای کربنی در الکترونیک
نانوالکترونیک آلی
خود- سامان
لیتوگرام نرم
حافظهها و ذخیره سازی اطلاعات
حافظههای مغناطیسی
اسپین ترونیک
ذخیرهسازی اطلاعات توسط afm
ذخیرهسازی مغناطیسی
محاسبات کوانتومی
سوئیچینگ نوری
علوم زیستی
سیستمهای MEMS
برچسب زنی توسط نانوذرات
مواد نانوساختار
ردیابی تک مولکول
دارو رسانی
نانوذرات
نانولولهها
نانومهندسی اعضای مصنوعی بدن
اصلاح سلولی
کشاورزی
درختسانها
مهندسی ژنتیک و نانوتکنولوژی
انرژی و فرآیندها
کاتالیزورهای نانوذره ای
سلولهای سوختی
سلولهای خورشیدی
منابع نوری
فرآیندهای دارویی
نانو ابزار
نانوتکنولوژی
00میکروسکوپ تونلی روبشی
میکروسکوپ اتمی
میکروسکوپ پروب روبشی
تکنیک های نوری
لیتو گرافی
ابزارهای دیگر
مدل سازی کامپیوتر
الکترونیک و IT
نانودستگاهها
نانومواد
سیستمهای MEMS
سیستمهای NEMS
دستگاههای پزشکی کوچک
لیزرهای پیشرفته
پرکنندههای نانو و نانوکامپوزیت ها
تک لایه های خودسامان
نانو ذرات ونانو پودرها
نانو لوله های کربنی
نانو پارچه ها
صنعت نیمههادیها
نانولولههای کربنی در الکترونیک
نانوالکترونیک آلی
خود- سامان
لیتوگرام نرم
حافظهها و ذخیره سازی اطلاعات
حافظههای مغناطیسی
اسپین ترونیک
ذخیرهسازی اطلاعات توسط afm
ذخیرهسازی مغناطیسی
محاسبات کوانتومی
سوئیچینگ نوری
علوم زیستی
سیستمهای MEMS
برچسب زنی توسط نانوذرات
مواد نانوساختار
ردیابی تک مولکول
دارو رسانی
نانوذرات
نانولولهها
نانومهندسی اعضای مصنوعی بدن
اصلاح سلولی
کشاورزی
درختسانها
مهندسی ژنتیک و نانوتکنولوژی
انرژی و فرآیندها
کاتالیزورهای نانوذره ای
سلولهای سوختی
سلولهای خورشیدی
منابع نوری
فرآیندهای دارویی
نانو ابزار
نانوتکنولوژی

678815651510نمودار1-3 طبقهبندی زمینههای مختلف فناوری نانو
0نمودار1-3 طبقهبندی زمینههای مختلف فناوری نانو

1-1-1-12 کاربردهای فناوری نانو در غذا و صنایع غذاییکاربردهای فناوری نانو در غذا و صنایع غذایی را میتوان به 8 گروه تقسیم کرد (Khatibi Bardsiri, Hasan Zadeh et al. 2012):
تولید غذا: کاربرد فناوری نانو در زمینه تولید غذا میتواند ازطریق آنالیز و شناسایی محصولات کشاورزی، تولید آفتکشها، دارو و حمل آنها جهت تولید غذا مؤثر واقع شود.
نگهداری غذا: فناوری نانو از سه طریق ضد عفونی و ضد میکروب نمودن سطوح، حفاظت آنتیاکسیدانها و کنترل فعالیت آنزیمها می تواند در نگهداری مواد غذایی مؤثر واقع شود. ضدعفونی بقایای سطوح یکی از مهمترین راهکارها در جهت مبارزه با میکروارگانیسمهای مضر میباشد. اکسیداسیون در محیط حاوی اکسیژن و درجه حرارت بالا رخ میدهد. آنتیاکسیدانها نقش مهمی در خنثی کردن چنین فرآیندهای اکسیداسیونی بازی میکنند. این ترکیبات اصولاً فنلهایی هستند که ممکن در بسیاری از محصولات غذایی با منشاء گیاهی وجود داشته باشند. بنابراین ارزیابی قدرت آنتی اکسیدانی محصولات غذایی یک وظیفه مهم از نقطه نظر کنترل کیفیت میباشد.
فرآیندهای غذایی: یکی از زمینههای کاربردی علم نانوتکنولوژی در مراحل تهیه و فرآوری مواد غذایی است.
تولید نانوحسگرها: این نانوحسگرها میتوانند به افزایش تولید و بهبود سلامت خوراک از طریق فعال نمودن کنترل و آزمایش سریعتر کیفیت، نه تنها در کارخانه بلکه در انبارها کمک کنند. این حسگرها میتوانند در بهبود عملکرد مصرف غذا، بدون اینکه نانوذرات به داخل خود غذا وارد شوند، مفید واقع شوند.
سلامت وامنیت غذایی: دانشمندان انتظار دارند که سلامت خوراک توسط برنامه کاربردی فناوری نانو بهبود یابد. برای این منظور انواع مختلفی از نانوحسگرها جهت نظارت بر کیفیت خوراک در طول چرخه مواد غذایی مورد استفاده قرار گرفته است. محققان اتحادیه اروپا از نانوحسگرهای قابل حمل برای یافتن مواد شیمیایی مضر، پاتوژن ها و سم ها در مواد غذایی استفاده می کنند. با این کار، دیگر نیازی به فرستادن نمونههای مواد غذایی به آزمایشگاه برای تشخیص سلامت و کیفیت محصولات در مزازع و کشتارگا هها نیست. در روش دیگر استفاده از تکنولوژیهای فرآوری خوراک مانند نانو- غربال برای جدا سازی میکروبها از خوراک موجب بهبود سلامت خوراک میشود. میکرو و نانوحسگرها گروهی دیگر از کاربردهای نانوتکنولوژی هستند که در جهت کنترل سلامت و کیفیت خوراک ایجاد شدهاند. براین اساس پروتئینها و مولکول های چربی که با استفاده از فناوری نانو و در اندازه نانومتر تولید شدهاند برای سلامتی بی خطرند.
بسته بندی: از دیگر کاربردهای فناوری نانو در صنایع غذایی ایجاد پلاستیکهای جدید در صنعت بستهبندی مواد غذایی است. در تولید این پلاستیکها از فناوری نانوذرات استفاده شده است. اکسیژن مسئلهسازترین عامل در بستهبندی مواد غذایی است زیرا این عنصر باعث فساد چربی مواد غذایی و همچنین تغییر رنگ آنها میشود. در این پلاستیک جدید نانوذرات به صورت تناوبی قرار گرفته و مانند سدی مانع از نفوذ اکسیژن میشوند. بهرهگیری از نانوحسگرهای زیستی در بستههای غذایی میتواند یک عامل هشدار دهنده در صورت شروع فساد مواد غذایی باشد. یک نمونه کاربردی از این مسئله استفاده از نانوذرات در بستهبندی پاکتهای شیر است که در صورت فساد تغییر رنگ میدهند. کیفیت خوراک و آشامیدنیها ممکن است برای مدت طولانی بوسیله ترکیب ذرات رس در مقیاس نانو یا نانوذرات ضدمیکروبی در بستهبندی خوراک حفظ شود. پوششهای ضدمیکروبی جدید و کیسههای پلاستیکی دافع گرد و غبار یک پیشرفت قابل توجهی در تضمین سلامت و ایمنی بستههای خوراک محسوب میشوند.
جلوگیری از اکسیداسیون: با استفاده از نانو حفرهها میتوان از اکسیداسیون مواد غذایی همچون ویتامینهای A، D، E و اسیدهای چرب امگا۳ جلوگیری کرد.
بهبود طعم و رنگ غذا: تحقیقات اخیر باعث تولید مواد غذایی با طعم و بوی خاص می شود. مثلا انواعی از سسهای خوراکی تولید شدند که برخلاف حفظ طعم چربی، هیچ گونه ماده چربی ندارند.
مختصری از فیلمها و پوششهای بستهبندی در صنایع غذایی
موادی که از زمان های دور در بسته بندی مواد غذایی استفاده میشده است عبارتند از:
شیشه، کاغذ و مقوا، فلزات و پلاستیک(Marsh and Bugusu, 2007).
فیلم یا پوشش به عنوان لایهای یکپارچه و نازک از ترکیبات پلیمری مختلف، بر روی مواد غذایی قرار داده میشود. ساختار اصلی آنها بر پایه پلیمرهای طبیعی یا سنتزی با خواص ویژه هستند (ایرانمنش، 1387).
1-1-1-13 فیلمها و پوششهای سنتزی
پلاستیکها مواد پلیمری مولکولهای بلندی هستند که از دسته مواد آلی زیر گروه مواد سنتزی(مصنوعی) بوده و از اتصال و به هم پیوستن هزاران واحد کوچک مولکولی موسوم به مونومر تشکیل شدهاند. پلاستیکها به دو گرمانرم و گرما سخت تقسیم میشوند؛
پلاستیکهای گرمانرم زنجیرههای بلند مولکولی هستند که با نیروهای ضعیف واندروالسی در کنار یکدیگر قرار گرفتهاند. وقتی به این مواد جامد حرارت داده میشود نیروهای بین مولکولی ضعیف شده وماده به حالت مذاب در میآید و با سرد کردن ماده دوباره جامد میشود. این کار را به دفعات میتوان تکرار نمود. پلیاتیلن، پلیپروپیلن، پلیونیلکلراید، پلیاستایرن نایلون، پلیاستال، پلیکربنات و استات سلولز نمونهای از این مواد هستند (Marsh and Bugusu, 2007).
عملکرد آنها، ایجاد یک سد در مقابل انتقال مواد (آب، گاز و چربی)، حفظ و انتقال اجزاء مواد غذایی، افزودنیها، رنگها، طعم دهندهها، جلوگیری از رشد ریز سازوارهها در سطوح مواد غذایی و نیز حفاظت مکانیکی آنها میباشد. خواص کاربردی فیلمها به میزان زیادی متاثر از عللهایی مانند فرمولاسیون، تکنولوژی تهیه فیلم، ویژگیهای حلال و افزودنیها است (ایرانمنش، 1387).
1-1-1-13-1 فیلمها و پوششهای خوراکیامروزه آلودگیهای ناشی از پلیمرهای سنتزی، توجه همگان را به استفاده از مواد زیست تخریب پذیر معطوف کرده است و در طی دو دهه اخیر مطالعه بر روی مواد زیست تخریب پذیر حاصل از پروتئینها و کربوهیدارتها گسترش وسیعی یافته است. این اکرومولکولها به طور بالقوه میتوانند جایگزینی مناسب برای پلیمرهای سنتزی حاصل از مشتقات نفتی به شمار روند. بستهبندیهای زیست تخریب پذیر که قابلیت خوراکی بودن و مصرف به همراه ماده غذایی را دارند به دو دسته فیلمها و پوششهای خوراکی تقسیم میشوند. فیلمهای خوراکی قبل از کاربرد در بستهبندی ماده غذایی به صورت لایهای نازک تولید میشوند و بعد همانند پلیمرهای سنتزی برای بستهبندی به کار میروند. فیلم پوششی یکنواخت و یکپارچه با ضخامت کمتر از 01/0 اینچ است. فیلمها میتوانند به شکل لفاف، کپسول و کیسه تولید شوند که این محصولات با ضخامت مشخصی قالبگیری میشوند. پوششهای خوراکی بر خلاف فیلمها بر روی ماده غذایی تشکیل میشوند. بنابراین پوشش به عنوان بخشی از محصول بوده و موقع استفاده روی محصول باقی میماند. این کار توسط روشهایی نظیر واکس زدن، اسپری کردن و غوطهور کردن صورت میگیرد. فیلمها و پوششهای خوراکی در مقایسه با پلیمرهای سنتی دارای مزایای منحصر به فردی میباشند. زیست تخریبپذیری، بازدارندگی خوب از تبادل گازهای تنفسی CO2 و O2و در نتیجه کنترل تنفس میوهها و سبزیها، بازدارندگی از انتقال و تبادل ترکیبات بودار و طعم دار و همچنین حفاظت محصول در مقابل صدمات مکانیکی از جمله مهمترین مزایای فیلمها وپوششهای خوراکی میباشند (هاشمی طباطبایی، 1391).
زمان ماندگاری مواد غذایی از طریق برهم کنشهای متعدد آنها با محیط اطراف کنترل شده و با استفاده از فیلمهای محافظ افزایش مییابد. فیلمهای خوراکی میتوانند با ایفای نقش با عنوان غشاهای انتخابی در برابر انتقال رطوبت، انتقال اکسیژن، اکسیداسیون لیپیدها و از دست رفتن ترکیبات فرار مؤثر در بو و طعم زمان ماندگاری و کیفیت ماده غذایی بهبود بخشند. یکی دیگر از مزایای فیلمها این است که میتوانند به عنوان حامل برای افزودنیها و ترکیبات مختلف مانند مواد ضدمیکروبی، آنتیاکسیدانها و غیره عمل کنند که در این حالت به آنها بستهبندی فعال گفته میشود (Alhendi and Choudhary, 2013).
کاربرد فیلمهای خوراکی در محصولات غذایی به سالهای بسیار دور برمیگردد. چینی ها در قرن دوازدهم و سیزدهم میلادی مرکبات را با موم پوشش میدادند تا از افت وزن و کاهش رطوبت آنها جلوگیری شود. در قرن شانزدهم میلادی گوشت را با چربی پوشش میدادند تا از چروکیدگی آن جلوگیری شود. در همان زمان برای نگهداری گوشت و سایر مواد غذایی آنها را با فیلمهای ژلاتین پوشش میدادند. یوبا نوعی فیلم ترکیبی از چربی و پروتئین خوراکی است که از قرن پانزدهم در شرق آسیا به طور سنتی از شیر سویا تهیه میشده است. در قرن نوزدهم فندق و بادام را با ساکاروز پوشش میدادند تا از اکسید شدن و تندی آنها جلوگیری شود. از دهه 1930 تا کنون سطح میوهها را با مومها و امولسیون روغن در آب پوشش می دهند. طی 40 سال گذشته تحقیقات متعددی در زمینه تهیه، کاربرد و ویژگیهای فیلمها و پوشش های خوراکی انجام شده است. یکی از روشهای تولید فیلمهای تجزیه پذیر استفاده از بایو پلیمرهایی بر پایه نشاسته، پروتئین و سلولز است. در این میان موارد استفاده از پروتئین بیشتر مورد توجه قرار گرفته است. این فیلم ها علاوه بر بهبود ارزش تغذیهای ماده غذایی ویژگی های مکانیکی و تراوایی بهتری نسبت به فیلم های تهیه شده از کربوهیدارتها و چربیها دارند. تاکنون پروتئینهای فراوانی از جمله ژلاتین، کازئین، پروتئین آب پنیر، زئین ذرت، گلوتن گندم و ایزوله پروتئین سویا برای این منظور بررسی شدهاند. فیلمهای پروتئین به خوبی به سطوح هیدروفیل متصل میشوند و مانع خوب اکسیژن و دی اکسید کربن میباشند اما به نفوذ آب مقاوم نمیباشند (Ghanbarzadeh, Almasi et al. 2009).
فیلمهای حاصل از نانومواد و بیوپلیمرها یا به اصطلاح نانو کامپوزیت های بیوپلیمری خواص کاربردی مطلوبتری نشان میدهند 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 بستهبندی و بهبود خواص ظاهری فیلم از دیگر مزایای نانوکامپوزیت های بیوپلیمری می باشد.
1-1-1-13-2 فیلمها و پوششهای زیست تخریبپذیربشر مدتهای طولانی است که بایوپلیمرها را برای افزایش زمان ماندگاری فرآورده غذایی تازه و محافظت از اثرات نامطلوب محیطی استفاده میکند (ایده اولیه استفاده از پوششهای خوراکی از پوششهای طبیعی که روی سطح میوه قرار دارد گرفته شده است). در قرن 12 و 13 میلادی در چین، جهت کاهش از دست دادن رطوبت، پرتقال و لیمو را در واکس فرو میبردند گرچه این پوششها به طور قابل ملاحظهای در کاهش آب مؤثر بودند اما به همان میزان، به دلیل مهار نسبتا بالای تبادلات گازهای تنفسی باعث تخمیر میشدند. پوشاندن غذا با چربی که به لاردینگ موسوم است در قرن 16 در انگلستان استفاده میشد، نشان داده شده است که این روش، کاهش رطوبت محصول را کند می‌کند. در سال 1800 میلادی جهت به تاخیر انداختن پلاسیدگی میوهها و سبزیجات، آنها را با موم پوشش میدادند، این پوششها، سرعت اتلاف آب را به میزان زیادی کاهش داده و از تبادل گاز تنفسی نیز ممانعت میکردند. هاوارد و هارمونی اولین بار در سال 1869 و موریس و پارکر در سال 1895 از فیلمهای خوراکی در بستهبندی مواد غذایی استفاده کردند. آنها از فیلمهای ژلاتینی برای نگهداری گوشت استفاده نمودند. از سال 1930 استفاده از مومهای پارافینه مذاب، برای پوشش دادن مرکبات متداول شد. در اواخر دهه 1950 امولسیونهای روغن در آب کارنوبا، جهت پوشش دادن میوهها و سبزیها به کار رفت. امروزه پوششهای خوراکی در کاربردهای مختلفی، از جمله پوششهایی برای سوسیسها، پوششهای شکلاتی برای دانهها و میوهها و سبزیها استفاده میشود. در حال حاضر تحقیقات گستردهای برای استفاده از فیلمها و پوششهای خوراکی در صنایع غذایی و دارویی صورت میگیرد که موجب بهبود کیفیت و افزایش کاربردهای آنها شده و خواهد شد (Lee, Shim et al. 2004).
بستهبندیهای زیست تخریبپذیر که قابلیت خوراکی بودن و مصرف به همراه ماده غذایی را دارند شامل فیلمها و پوششهای خوراکی میباشند. فیلمهای خوراکی لایههایی از مواد قابل هضم هستند که به عنوان پوشش مواد غذایی (پوششهای خوراکی) و یا به عنوان مانعی بین غذا و سایر مواد و یا محیطها استفاده میشوند. پوششهای خوراکی قابل تجزیه هستند و به وسیله میکروارگانیسمها مصرف شده و به ترکیبات ساده تبدیل میشوند. پلیساکاریدهایی مانند کیتوزان، نشاسته و سلولز، پروتئینهایی مانند زئین و کلاژن و چربیهایی مانند تریگلیسیریدها و اسیدهای چرب میتوانند به عنوان فلیمهای خوراکی استفاده شوند.
فیلمهای پلیساکاریدی قیمت پایینی دارند اما مانع مناسبی در برابر نفوذ رطوبت نیستند. فیلمهای پروتئینی دارای قابلیتهای مفیدی مثل شکل پذیری در فرآیند، خاصیت ارتجاعی و ممانعت خوب در برابر نفوذ اکسیژن دارند (نظیر پلیساکاریدها) اما عبورناپذیری آنها در برابر نفوذ آب ضعیف است، مانند پلیساکاریدها. فیلمهای چربی خواص نفوذناپذیری خوبی در برابر رطوبت دارند، اما مقاومت آنها در برابر عبور اکسیژن و خصوصیات مکانیکی آنها ضعیف است. اکسیژن بالا در بستهبندی غذا به رشد میکروب، حذف طعم و بوی ایجاد شده، تغییر رنگ و از بین رفتن غذا کمک میکند و علت عمده کاهش زمان نگهداری غذاها به شمار میرود. بنابراین کنترل سطح اکسیژن در بستهبندی غذا امری مهم تلقی میشود. بخار آب تشکیل شده در داخل بستهبندی باعث رشد میکرواگانیسمها و در نتیجه از بین رفتن کیفیت غذا و کاهش زمان ماندگاری میگردد. یکی از راههای رفع این نقایص در فیلمهای پلیمری زیستی ایجاد ترکیبهایی از آنها با نانوذرات است که موجب تحقیق و توسعه نانو کامپوزیتهای زیستی شده است. استفاده از نانوتکنولوژی دراین پلیمرها ممکن است امکانات جدیدی را برای بهبود نه تنها ویژگیها بلکه به طور همزمان بهبود ارزش، قیمت و راندمان را سبب شود. انداره نانوذرات موجب پراکندگی و توزیع خوب آنها میشود. این نانوکامپوزیتها میتوانند به طور قابل توجهی ویژگیهای مکانیکی، حرارتی، ممانعتی و فیزیکوشیمیایی بهبود یافتهفصای در مقایسه با پلیمرهای اولیه و کامپوزیتهای میکرو سایز مرسوم نشان دهند (هاشمی طباطبایی، 1391).
رشد میکروبها روی سطح مواد غذایی دلیل اصلی فساد مواد غذایی و بیماری‌زایی در مصرفکننده میباشد. به این دلیل تلاشهای زیادی برای تیمار این سطوح به روش‌های گوناگون مانند اسپری یا غوطه ور کردن در مواد نگهدارنده مختلف صورت گرفته است. فیلمهای خوراکی به تنهایی و یا همراه با مواد ضد میکروبی، موجب مهار رشد باکتری‌ها در سطح مواد غذایی و در نتیجه فساد آنها میشوند. فناوری نانو میتواند در مواردی مانند افزایش مقاومت به نفوذ در پوششها، افزایش ویژگیهای ممانعتی، افزایش مقاومت در برابر گرما، گسترش ضد میکروبهای فعال و سطوح ضدقارچ کارساز باشد (Al-Hassan and Norziah, 2012).
گروه تحقیقاتی دانشگاه انگلیسی لیدز دریافتند که نانوذرات اکسید روی و اکسید منیزیم باعث از بین بردن میکروارگانیسمها میشوند که میتوانند کاربرد زیادی در بسته بندی مواد غذایی داشته باشند. این شیوه میتواند افزودن مقدار زیاد ضدمیکروبها به درون توده غذا را کاهش دهد. آزاد شدن کنترل شده ضد میکروبها به سطح غذا امتیازات زیادی نسبت به روشهای دیگر مانند فروبری و اسپری کردن دارد. در این دو فرآیند اخیر ماده ضدمیکروبی به سرعت از سطح ماده غذایی به داخل آن نفوذ میکند و در نتیجه خاصیت ضدمیکروبی در سطح کاهش مییابد. مواد ضدمیکروبی باقی مانده، در تماس با مواد فعال موجود در سطح خنثی میشوند و میکروبهای آسیب دیده ممکن است دوباره فعال گردند. برای مثال ثابت شده است که امولسیفایرها و اسیدهای چرب با نایسین واکنش داده و خواص آن را کاهش میدهند (Nafchi, Alias et al. 2012).
علاوه بر هدف ارائه اطّلاعات به مشتری و مسائل مربوط به بازاریابی، بستهبندی مرزی فیزیکی بین محصولات غذایی و محیط بیرون ایجاد میکند، از این رو موجب حصول اطمینان از بهداشت و افزایش دوره مصرف مواد فاسد شدنی مخصوصاً موادی که حساس به فساد اکسیداتیو و میکروبیولوژیکی هستند، میشود. رایجترین مواد مورد استفاده برای بستهبندی کاغذ، فیبر، پلاستیک، شیشه، استیل و آلومینیوم هستند. معمولاً پلاستیکهای سنتتیک مشتق از نفت استفاده میشوند، زیرا آنها مزایای متعدّدی بر دیگر مواد بسته بندی در زمینه استحکام و وزن کم دارند. با این حال، آنها به خاطر تولید مقادیر زیادی از باقیماندههای تجزیه ناپذیر، یک مسئله جدّی زیست محیطی جهانی محسوب میشوند. بهعلاوه، علاوه بر ایمنی و مسائل محیطی، بازیافت پلاستیکها به دلایل تکنیکی و اقتصادی پیچیده است (Kirwan and Strawbridge, 2003).
بنابراین، فیلمهای زیست تخریب پذیر جدید تهیه شده از پلیمرهای زیستی خوراکی حاصل از منابع تجدید پذیر میتوانند شاخصی مهم در کاهش اثر محیطی پسماند پلاستیکی محسوب شوند (Siracusa, Rocculi et al. 2008).
پروتئینها، لیپیدها، و پلیساکاریدها پلیمرهای زیستی اصلی به کارگرفته شده جهت تولید فیلمها و پوششهای خوراکی میباشند. اینکه کدام ترکیبات به چه نسبتی استفاده شوند، تعیینکننده ویژگیهای ماده بهعنوان سدّی برای بخار آب، اکسیژن، دی اکسید کربن و انتقال لیپیدی در سامانههای غذایی میباشد.
فیلمهایی که اساساً از پروتئینها یا پلیساکاریدها تشکیل شدهاند خواص مکانیکی و نوری مناسبی دارند اما بسیار به رطوبت حساس بوده و سد تبخیر آب ضعیفی را در اختیار ما قرار میدهند. این امر میتواند زمانی که آنها برای محصولات غذایی با میزان رطوبت بالا استفاده میشوند یک اشکال محسوب شود، زیرا فیلمهای مذکور باد کرده، حل شده یا در اثر تماس با آب تجزیه میشوند. فیلمهای لیپیدی به رطوبت مقاومتر هستند ولی آنها معمولاً مات، تقریباً سفت، و بیشتر مستعد اکسیداسیون میباشند. بدین دلایل، رویه کنونی در طراحی مواد زیست تخریبپذیر برای بستهبندی مواد غذایی به سمت ترکیب پلیمرهای زیستی، نرم کنندهها، واکنش دهندهها و حتّی ذرّات غیر آلی به جهت برآوردهسازی تعدادی از موارد مقتضی عملی خاص (سد رطوبتی و سد گازی، قابلیت حل در آب یا لیپید، رنگ و ظاهر و نیز ویژگیهای مکانیکی و رئولوژیکی) و نیز حصول ویژگیهایی خاص تا حد امکان مشابه پلاستیکهای تجزیه ناپذیر میباشد. به علاوه، غنیسازی این فیلمها با افزودنیهای کاربردی اجازه بهبود کیفیت تغذیهای و طبیعی را به منظور ارتقا بدون تأثیر بر کیفیت محصول غذایی میدهد. در این رابطه، تعدادی از مطالعات اخیر به بررسی گسترش خصوصیات کاربردی فیلمهای زیست تخریبپذیر از طریق اضافهسازی مواد طبیعی با فعالیتهای آنتی اکسیدانی یا ضدمیکروبی به منظور تولید یک ماده زیستی بستهبندی فعال پرداختند (هاشمی طباطبایی، 1391).
1-1-1-13-3 بستهبندی فعالتکنولوژی جدید در بستهبندی مواد غذایی در پاسخ به نیازهای مشتریان در راستای تولید صنعتی محصولات غذایی محافظت شده با روشهای ملایمتر، تازه، لذیذ و راحت با عمر انباری زیاد و کیفیت کنترل شده توسعه یافته است. علاوه بر این تغییرات در نحوه توزیع (مثل جهانیسازی بازار در نتیجه توزیع غذا در مسافتهای طولانی) یا روش زندگی مصرفکنندگان (به دلیل صرف زمان کمتر برای خرید غذای تازه از بازار و پخت و پز) مهمترین چالشها در زمینه صنعت بستهبندی میباشد و به عنوان نیروی پیش برنده در جهت توسعه مفاهیم جدید بستهبندی میباشند که میزان مدت زمان نگهداری را افزایش داده در حالیکه موجب حفظ ایمنی و کیفیت مواد غذایی شده و آن را تحت نظارت دارد. در بستهبندی فعال به بستهبندی اجازه داده میشود تا با غذا و محیط اطرافش واکنش متقابل داشته باشد و نقش دینامیکی در نگهداری ماده غذایی بازی نماید (Payan and Hamedi, 2013).
بستهبندی فعال به صورت زیر تعریف می‌شود:
“بستهبندی فعال شرایط حاکم بر غذای بستهبندی شده را به نحوی تغییر میدهد تا مدت زمان نگهداری آن را افزایش داده و ایمنی و خصوصیات حسی غذا را بهبود بخشیده در حالیکه کیفیت غذای بستهبندی شده را حفظ می‌نماید”. در تعریفی دیگر “بستهبندی فعال به عنوان زیر مجموعهای از بستهبندی هوشمند طبقهبندی میشود و به شرکت افزودنیهای خاص در فیلمهای بستهبندی یا در داخل بسته با فرض نگهداری و افزایش عمر انبار مانی اطلاق میشود”. بستهبندی فعال میتواند نقشهای متعددی را داشته باشد که در بستهبندیهای رایج وجود ندارد. این نقشها عبارتند از : فعالیت ضدمیکروبی، گرفتن اکسیژن، رطوبت و رها کردن مواد طعمی و یا اتیلن (Payan and Hamedi, 2013).
1-1-1-13-4 بستهبندی ترکیبی1-1-1-13-4-1 کامپوزیتمعمولاً یک ماده کامپوزیت را به صورت یک مخلوط فیزیکی در مقیاس ماکروسکوپیک از دو یا چند ماده مختلف تعریف میکنند که این مواد خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خود را حفظ کرده و مرز مشخصی را با یکدیگر تشکیل میدهند. این مخلوط در مجموع و با توجه به برخی معیارها خواص بهتری از هر یک از اجزای تشکیل دهنده خود را دارا میباشد. در کامپوزیت عموماً دو ناحیه متمایز وجود دارد:
فاز پیوسته (ماتریس)
فاز ناپیوسته (تقویت کننده)
تعریف انجمن متالورژی آمریکا: به ترکیب ماکروسکوپی دو یا چند ماده مجزا که سطح مشترک مشخصی بین آنها وجود داشته باشد، کامپوزیت گفته می‌شود.
کامپوزیتها، ترکیبات ساخته شده از پلیمر و پرکننده آلی یا غیرآلی هستند. استفاده از پر کنندهای غیرآلی در ماتریس پلیمر، استحکام و سفتی پلیمر را افزایش میدهد و تولید آنها به صورت بالقوه میتواند باعث بهبود ویژگیهای مکانیکی مواد بستهبندی و ظروف نشاستهای گردد (Sorrentino, Gorrasi et al. 2007).
1-1-1-13-4-1-1 دسته‌بندی کامپوزیت‌ها از دیدگاههای مختلفاز لحاظ زیستی:
کامپوزیت‌های طبیعی. مانند استخوان، ماهیچه، چوب و …
کامپوزیت‌های مصنوعی(مهندسی)
از لحاظ فاز زمینه:
کامپوزیت‌های با زمینه سرامیکی
کامپوزیت‌های با زمینه پلیمری
کامپوزیت با زمینه فلزی
از لحاظ نوع تقویت کننده:
کامپوزیت‌های تقویت شده با فیبر
کامپوزیتهای تقویت شده توسط ذرات
1-1-1-13-4-1-2 کامپوزیت‌های سبز(کامپوزیت‌های زیست‌تجزیه‌پذیر)در اینگونه کامپوزیت‌ها، فاز زمینه و تقویت کننده، از موادی که در طبیعت تجزیه می‌شوند، ساخته می‌شوند. در کامپوزیت‌های سبز، معمولاً فاز زمینه از پلیمرهای سنتزی قابل جذب بیولوژیکی و تقویت کننده‌ها از فیبرهای گیاهی ساخته می‌شوند.
1-1-1-13-4-2 نانوکامپوزیتمقیاس نانو، ابعادی کمتر از nm 100 (معمولا nm 1/0 تا nm 100) را شامل میشود، که شامل موادی با سطوح خارجی بسیار زیاد و ناهمگونی کم که پدیدههای کوانتومی بروز میدهند، میباشد. علم نانو، مطالعه پدیدهها و خواص نوین مواد، دراین مقیاس (در حد اتمها و مولکولها) میباشد. فناوری نانو، کاربرد دانش، مهندسی و فناوری در مقیاس نانو در جهت تولید مواد و سیستمهایی است که وظایف خاص الکتریکی، مکانیکی، بیولوژیکی، شیمیایی یا محاسباتی را انجام میدهند. نانوتکنولوژی بر اساس ارائه خواص و عملکردهای نوینی از نانو ساختارها، دستگاهها و سیستمها به علت ساختار بسیار کوچک آنهاست. این دستگاهها عموماً کاربردهای بیولوژیکی و پزشکی دارند. تفاوت اصلی فناوری نانو با فناوری‌های دیگر در مقیاس مواد و ساختارهایی است که در این فناوری مورد استفاده قرار می‌گیرند. البته تنها کوچک بودن اندازه مد نظر نیست. بلکه زمانیکه اندازه مواد در این مقیاس قرار می‌گیرد، خصوصیات ذاتی آنها از جمله رنگ، استحکام، مقاومت خوردگی و … تغییر می‌یابد. در حقیقت اگر بخواهیم تفاوت این فناوری را با فناوری‌های دیگر به صورت قابل ارزیابی بیان نماییم، می‌توانیم وجود “عناصر پایه” را به عنوان یک معیار ذکر کنیم. عناصر پایه در حقیقت همان عناصر نانو مقیاسی هستند که خواص آنها در این مقیاس با خواص‌شان در مقیاس بزرگتر تفاوت دارد (هاشمی طباطبایی، 1391).
کامپوزیت ترکیبی از یک ماده زمینه و مادهای به عنوان پرکننده است و به سه دسته ماکرو، میکرو، نانو تقسیم میشود. اگر یکی از مواد تقویت کننده مورد استفاده، در مقیاس 1 تا 100 نانومتر باشند، به آنها نانوکامپوزیت اطلاق میشود. به طور عام تقویت کننده میتواند به شکلهای صفحهای، رشتهای یا ذرهای باشد. با نازک کردن لایهها، کوچک کردن قطر رشتهها و ریزتر کردن ذرات در حد نانو، به ترتیب در هریک از تقویت کننده ذکر شده، میتوان نانوکامپوزیت را ایجاد نمود. در سالهای اخیر کاربرد فناوری نانو در تولید مواد پلاستیکی با کارایی بالا توسعه زیادی یافته است (Chivrac, Pollet et al. 2009).
نانوکامپوزیت‌ها پلیمرهایی هستند که در آنها از ترکیبات آلی یا غیرآلی مختلفی که دارای اشکال مختلف صفحهای، کروی و یا به صورت ذرات ریز بوده و اندازهای در حد ابعاد نانو دارند به عنوان پرکننده استفاده میشود. فیلمهای حاصل از ترکیب نانو مواد و بیوپلیمرها و یا به اصطلاح نانوکامپوزیتهای بیوپلیمری خواص کاربردی مطلوبتری از خود نشان میدهند که مهمترین آنها افزایش مقاومت مکانیکی و کاهش نفوذپذیری نسبت به بخارآب میباشد. افزایش بازدارندگی در برابر نفوذ گازها، افزایش کارایی فیلم دراستفاده به عنوان بستهبندی فعال، افزایش مقاومت حرارتی ماده بستهبندی و ایجاد شفافیت و بهبود خواص ظاهری فیلم از دیگر مزایای نانوکامپوزیت‌های بیوپلیمری است (Ghanbarzadeh, Almasi et al. 2009).
استفاده از نانو پرکنندهها در تولید کامپوزیتها بسیار رایج شده و نانوکامپوزیتهای حاصل، ویژگیهای مکانیکی و بازدارندگی بهتر و منحصر به فردی را نسبت به پلیمر خالص، نشان میدهند. قابل ذکر است که نانوکامپوزیتها این ویژگی را در مقادیر کم نانو پرکننده (معمولاً کمتر از %5) نشان میدهند (Sorrentino, Gorrasi et al. 2007).
یکی از کاربردهای تجاری نانوتکنولوژی در بخش غذایی بستهبندی است. پیشگوئی شده است که در %25 بستهبندیهای غذایی در دهه آینده از نانوتکنولوژی استفاده میشود. هدف اصلی در بستهبندی نانو افزایش عمر ماندگاری به وسیله بهبود عملکرد مانع در کاهش گاز، تبادل رطوبت و پرتو نور UV است. بالغ بر 90 درصد بستهبندی نانو بر اساس نانوکامپوزیت است که بهبود دهنده عوامل حامل در لفافهای پلاستیکی برای مواد غذایی و بطریهای پلاستیکی برای نوشیدنیهای غیر الکلی و آبمیوه است. بستهبندی نانو میتواند خصوصیات ضدمیکروبی، آنتیاکسیدانی و گسترش مدت ماندگاری و غیره داشته باشد. به طور کلی کاربردهای فناوری نانو در بستهبندی و حفاظت از محصولات را میتوان به صورت زیر خلاصه کرد:
نانوکامپوزیتهای مغناطیسی مورد استفاده در حسگرهای برچسبی.
نانوکامپوزیتهای پلیمری کلی (خاک رس) برای بهبود ویژگیهای عایقی.
پلاستیکهای جدید برای استفاده در بطریها با خواص عایق در برابراشعه UV و نفوذ گازها.
برچسبهای RFID.
نانوذرات پرکننده پلیمرها.
نانو بارکدها و برچسبها جهت بستهبندی و محافظت مقادیر کم.
ارتقای دوام و قابلیت استفاده و بستهبندی پلاستیکها.
روکشها با نانوکامپوزیتهای پلیمری و نانو الیافی.
نانو مواد افزودنی برای بهبود عملکرد (استحکام، مقاوم به آب، جذب، رسانایی و …).
کاغذ و یا پلاستیکهای با قابلیت حسگرها.
نانوکدهای ساخته شده از مواد کاغذی و یا پلاستیکها برای شناسایی و تأیید اهداف بستهبندی هوشمند.
امروزه مواردی چون ارزش افزوده فناوریها، بحث جهانی شدن و پذیرش نظریه رقابت از اهمیت ویژهای برخوردار است. از طرفی در این عرصه، برای پیروز شدن باید اهداف بلند پروازانه و با زمان بازده بسیار کوتاه طراحی شوند. بهگونهای که نیازهای ما را در زمان بسیار کوتاه تأمین کنند. چرا که با قدرتهای تکنولوژیک برابر، برتری با کسی است که در مدت زمان کوتاهتری به نتیجه مورد نظر دست یابد. به همین دلیل است که فناوری نانو، فناوری برتر قرن بیست و یکم قلمداد میشود. به دلیل عقب افتادن ما از پیشرفتهای جهانی در فناوری کلاسیک، کارشناسان معتقدند در صورتی که در فناوری نانو پیشتاز باشیم، از این طریق میتوانیم در توسعه فناوریهای جهانی شرکت کرده و از این موقعیت ایجاد شده، برای جبران سایر عقب ماندگیها کمک بگیریم. اینجاست که فناوری نانو قابلیتهای نهفته خود را یکی پس از دیگری به بشر عرضه نموده و به یکی از مهمترین و جذابترین زمینههای تحقیقاتی بشر در سالهای اخیر تبدیل شده است (هاشمی طباطبایی، 1391).
1-1-1-13-4-3 بایونانوکامپوزیتبایونانوتکنولوژی حوزه نوظهور علمی و فنی است که گرایش چند رشتهای از علوم (شیمی، زیستشناسی، فیزیک، علم مواد) است. این حوزه از یک سو، به فعالیتهای همگام علم مواد و بیولوژی اشاره دارد و از سوی دیگر حد فاصل علم فیزیک و بیولوژی است. نانوبایوتکنولوژی با سیستمهایی در مقیاس نانو که با راهکار بالا به پائین ساخته شدهاند (خرد کردن واحدهای بزرگتر به اجزای کوچکتر ) یا از روش پائین به بالا برای سامان دادن اجزا بهره میبرند، سر کار دارند. بایونانوتکنولوژی بیش از آنکه شاخهای از بایوتکنولوژی باشد، شاخهای از نانوتکنولوژی است. بایوتکنولوژی استفاده از سازوارههای زنده در کاربردهای صنعتی مختلف است، ولی نانوبایوتکنولوژی استفاده از قابلیتهای نانوتکنولوژی در کاربردهای زیستی است. بنابراین واژه نانوبایوتکنولوژی نیز مانند واژههایی چون بیومکانیک و بیومتریال به استفاده از تکنولوژیهای مختلف، در کاربردهای زیستی اشاره دارد و نه به استفاده از قابلیتهای ارگانیزمهای حیاتی در کاربردهای مختلف صنعتی. نانوکامپوزیتها جایگزین خوبی برای بطریهای پلاستیکی نوشیدنیها هستند. استفاده از پلاستیک برای ساخت بطری باعث فساد و تغییر طعم نوشیدنی میشود، نانوکامپوزیتها میتوانند به عنوان مواد بستهبندی جدید استفاده شوند، یک مثال نانوکامپوزیتهای تشکیل شده از نشاسته سیبزمینی و کلسیمکربنات است، این فوم مقاومت خوبی به حرارت دارد، سبک و زیست تخریبپذیر است و می‌تواند برای بستهبندی مواد غذایی به کار رود. افزودن 5-3 درصد از نانو خاک رس به ماده پلاستیک آن را سبکتر، قویتر و مقاومتر به حرارت میکند و خواص ممانعت کنندگی بهتر در برابر اکسیژن، دیاکسید کربن، رطوبت و مواد فرار دارد (Lo, Chen et al. 2009).
در طول چند سال اخیر “بایونانوکامپوزیت” تبدیل به یک اصطلاح رایج برای تعیین نانوکامپوزیت‌ها که شامل پلیمرهای طبیعی (بایوپلیمرها) در ترکیب با مواد معدنی هستند و نشان دهنده حداقل یک بعد در مقیاس نانومتر هستند میباشد. قسمت قابل توجهای از تلاشها در حال حاضر متمرکز است بر گسترش نانوکامپوزیتها بر مبنای بایو پلیمر که ویژگی آنها در مقایسه با نانوکامپوزیتهای مشتق شده از پلیمرهای سنتزی به خوبی شناخته شده است (بهبود خواص مکانیکی، پایداری حرارتی بالاتر، مانع گازها).
علاوه بر این ویژگیها، بایونانوکامپوزیتها مزیت قابل توجهای از زیست سازگاری، زیست تخریبپذیری و برخی موارد بهبود ویژگیهای عملکردی را نشان دادند. موجودات زنده تولید کننده نانوکامپوزیتهای طبیعی هستند، که آرایش سلسه مراتبی شگفت انگیز از ترکیبات آلی و معدنی از مقیاس نانو تا مقیاس میکرو را نشان می دهند (Darder, Aranda et al. 2007).

این نوشته در مقالات ارسال شده است. افزودن پیوند یکتا به علاقه‌مندی‌ها.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *