اندازه گیری ضریب های نفوذ مولکولی اکسیژن و بخار آب در فیلم های بسته بندی تولید شده از کیتوزان قارچی و میگویی

STUDENT

DEGREE

YEAR

The application of edible films which are produced on the basis of biopolymers by mechanical properties and desirable barrier permeability has been increased a lot in packaging industries. Because of low permeability of edible films against moisture, oxygen, carbon dioxide, perfume and fats, they are used in food packaging industries. Among these films, chitosan is one of the interesting films because it has an efficient film-forming property and it is biodegradable, biocompatible, and nontoxic. In this project chitosan of shrimp and Mucor indicuss fungi cell wall as the source of chitosan were used to produce the film. In order to produce the cell wall film we utilized acetic acid, lactic acid as the solvent and glycerol as the plasticizer. At first, acetic acid was used but this film had not desirable quality. In order to compare the properties of this film with other edible films, we produced films by chitosan (CH) and carboxymethyl chitosan (CMCH) and mixture of CH and CMCH. They were made by acetic acid 0.1M as the solvent and glycerol as the plasticizer. Another solvent that used for CMCH film was water. The result indicated that CH film had higher tensile than CMCH film by water (60%) and acid (49%). By increasing the plasticizer tensile strength was decreased in all the films. Carboxymethyle chitosan film which made by acid had higher tensile and permeability than CMCH with water. CH film had higher tensile and permeability of Oxygen (OP) than other films but it had lower Water Vapor Transmission Rate (WVTR). In mixture of the films, by increasing concentration of carboxymethyl chitosan, Oxygen permeability was decreased. Film made by 50% CMCH by having 4.9019×10 -3 g/cm 2 .h permeability had the lowest WVTR. The highest tensile and lowest Water Vapor Transmission Rate related to film mixture film with 75% carboxymethyl chitosan. The cell wall film had 3.63 MPa Tensile strength and 6% Elongation at break. Oxygen permeability of this film was 20.4867×10 -3 cco 2 /m.day.atm and Water Vapor Transmission Rate wa 9.0445×10 -3 g/cm 2 .h. SEM micrograph of CH and carboxymethyl chitosan films indicated that the surface of films were smooth, but the micrographs that were taken from cross section of films were different. Chitosan and carboxymethyl chitosan films with acid had some holes and they had not uniform surface. On the other hand, CMCH film with water had flat surface. In mixture films, carboxymethyle chitosan with 75% concentration had the flattest film and so it had a high tensile and low permeability. In addition, it can be realized from the images that pretreating the cell wall film caused the better quality of that. In spite of many efforts that have been done to improve the quality and property of call wall film, its property is weaker that chitosan and carboxymethyl chitosan film. Key words edible film, Mucor indicuss fungi , cell wall film, carboxymethyl chitosan, chitosan, permeability

کاربرد فیلم های خوراکی بر پایه بیوپلیمرهای مختلف با خواص مکانیکی و ممانعت در برابر نفوذ در صنایع بسته بندی در سالهای اخیر به طور ویژه مورد توجه قرار گرفته است. فیلم های خوراکی از طریق جلوگیری از نفوذ رطوبت، اکسیژن، دی اکسید کربن، عطر و چربی ها به افزایش ماندگاری مواد غذایی و حفظ کیفیت آنها کمک می کنند .یکی از مهم ترین پلی ساکارید های مورد استفاده در تولید فیلم های خوراکی زیست تخریب پذیر کیتوزان است. این بیوپلیمر از طریق واکنش داستیلاسیون کیتین موجود در بدن سخت پوستان و یا به طور مستقیم از دیواره سلولی قارچهای خانواده زیگومایست بدست می آید. در این پروژه کیتوزان میگویی، مشتق کربوکسی متیله شده آن و نیز دیواره سلولی قارچ رشته ای موکور ایندیکوس به عنوان منبع کیتوزان قارچی، به منظور تولید فیلم بسته بندی مورد استفاده قرار گرفتند. برای ساخت فیلم کیتوزان قارچی ابتدا دیواره سلولی با استفاده از اسید لاکتیک 1/0 مولار پیش فرآوری شد تا خاصیت ژل مانند پیدا کند. در ادامه این مشتق دیواره سلولی به طور مستقیم در ساخت فیلم بروش قالبگیری و در دردمای °C 35 مورد استفاده قرار گرفت. ساخت فیلم های کیتوزانی (میگو) نیز بروش قالبگیری و با حلال اسید استیک 1/0 مولار در دمای مشابه انجام شد. همچنین برای فیلم از کربوکسی متیل کیتوزان (میگویی) علاوه بر اسید استیک از آب نیز به عنوان حلال استفاده شد تا مقایسه ای بین خواص فیلم های تولید شده با استفاده از دو حلال انجام گیرد. در کنار فیلم های کیتوزان و کربوکسی متیل کیتوزان از ترکیبی از این دو بیوپلیمر نیز در ساخت فیلم بروش قالبگیری و با حلال اسید استیک استفاده شد (فیلم های ترکیبی). در ساخت کلیه فیلم ها از گلیسرول به عنوان نرم کننده در غلظت های مختلف استفاده شد. نتایج نشان داد فیلم کیتوزانی دارای استحکام بیشتری نسبت به فیلمهای کربوکسی متیل کیتوزانی با حلال اسید(49%) و آب (60%) است. در همه فیلم های تولیدی در اثر افزایش نرم کننده میزان استحکام و افزایش طول کاهش پیدا کرد. از میان فیلم های ترکیبی تولید شده از کیتوزان و کربوکسی متیل کیتوزان فیلمی که دارای 75% کربوکسی متیل کیتوزان بود، بیشترین استحکام (MPa120) و افزایش طول تا پارگی (50% ) را نسبت به فیلم های خالص تولید شده از این دو ماده نشان داد. فیلم تولیدی از کربوکسی متیل کیتوزان با اسید از استحکام بالاتری در مقایسه با حلال آب برخوردار بود (23%). همچنین مشخص شد که فیلم کیتوزانی دارای پایین ترین میزان نفوذ در برابر بخار آب در مقایسه با فیلم کربوکسی متیل کیتوزان با حلالهای اسید وآب (به ترتیب 37% و 3%) بود. در فیلم کیتوزانی اضافه کردن نرم کننده به کاهش نفوذ پذیری در برا بر بخار آب منجر شد، به طوریکه با افزایش 20% نرم کننده میزان نفوذ پذیری در این فیلم 23% کاهش یافت. در میان فیلم های ترکیبی، فیلم حاوی 50% کربوکسی متیل کیتوزان دارای پایین ترین نفوذ پذیری بخار آب نسبت به فیلم های خالص تولید شده از این دو ماده بود ( ×10 -3 g/cm 2 .h9019/4). فیلم کربوکسی متیل کیتوزانی تولید شده با حلال با اسید دارای 79% نفوذپذیری بالاتری نسبت به فیلم تولید شده با حلال آب بود. بر خلاف میزان نفوذ پذیری در برابر بخار آب، فیلم کیتوزانی بیش ترین میزان نفوذ را در برابر اکسیژن در مقایسه با فیلمهای کربوکسی متیل کیتوزان از خود نشان داد. در فیلم کیتوزانی در اثر افزایش نرم کننده (از صفر به 20%) میزان نفوذ پذیری اکسیژن 64% افزایش یافت. در فیلم های ترکیبی با افزایش غلظت کربوکسی متیل کیتوزان میزان نفوذ پذیری اکسیژن کاهش یافت به طوریکه فیلم حاوی 75% کربوکسی متیل کیتوزان دارای پایین ترین نفوذ پذیری نسبت به فیلم های خالص تولید شده از این دو ماده بود. ( 10 -3 cco 2 /m.day.atm×0719/3). فیلم تولید شده از دیواره سلولی قارچ موکور (حاوی کیتوزان قارچی) دارای استحکامMPa 63/3 و 6% افزایش طول تا نقطه پارگی بود. میزان نفوذ پذیری این فیلم در برابر اکسیژن 10 -3 cco 2 /m.day.atm×4867/20 و در برابر بخار آب 10 -3 g/cm 2 .h × 0445/9 محاسبه شد. تصاویر میکروسکوپ الکترونی نشان داد که فیلم های کیتوزان و کربوکسی متیل کیتوزانی دارای سطوح صاف نسبتا مشابهی هستند. با این حال تصویر برداری از سطح مقطع این فیلم ها تفاوت های قابل ملاحظه ای را در این فیلم ها نشان داد که از مهمترین آنها می توان به وجود تخلخل بیشتر در فیلم های کیتوزان و کربوکسی متیل کیتوزانی با حلال اسید در مقایسه با فیلم کربوکسی متیل کیتوزانی با حلال آب و همچنین وجود تخلخل بسیار کم در فیلم ترکیبی دارای 75 درصدکربوکسی متیل کیتوزان اشاره کرد. تصاویر میکروسکوپ الکترونی از سطح دیواره سلولی و فیلم حاصل از پیش فرآوری دیواره سلولی با لاکتیک اسید نشان داد که این پیش فرآوری اثر قابل توجهی را در ایجاد یک فیلم با سطح صاف و تخلخل پایین دارد. کلید واژه: کیتوزان، کربوکسی متیل کیتوزان، قارچ موکور ایندیکوس، نفوذ پذیری، دیواره سلولی