تهیه و بررسی خواص فیزیکی مکانیکی نانو پوشش خوراکی از مخلوط کربوکسی متیل سلولز و صمغ گوار و نانوذرّات اکسید روی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیأت علمی دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب

2 کارشناسی ارشد مهندسی پلیمر، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب

چکیده

استفاده از فیلم ها و پوشش های خوراکی مشتق شده از بیوپلیمرهای  طبیعی در صنایع غذایی به دلایل زیست محیطی بسیار مورد توجّه است. این فیلم ها و پوشش های خوراکی، از طریق کاهش تبادل رطوبت و گازها بین محیط و مواد غذایی می توانند باعث کاهش جذب روغن در هنگام سرخ کردن و  بهبود کیفیت و ماندگاری مواد غذایی گردند. در این پژوهش، فیلم زیست تخریب پذیر خوراکی با کربوکسی متیل سلولز و صمغ گوار به همراه نانو ذرّه اکسید روی به روش ریخته گری تولید شد و اثر حضور نانو ذرّه اکسید روی در محصول پوشش دهی شده، به منظور بررسی خواص فیزیکی و مکانیکی فیلم ها، مورد مطالعه قرار گرفت. کربوکسی متیل سلولز و صمغ گوار با نسبت های 0:100، 30:70، 50:50، 70:30، 100:0 با یکدیگر ترکیب شدند. در ساخت این پوشش ها از گلیسرول به عنوان نرم کننده(پلاستی سایزر) استفاده شد. تأثیر هر کدام از این ترکیب درصدها بر روی ویژگی های مکانیکی، زبری، عبوردهی گازها، رطوبت و میزان جذب روغن و همچنین خواص ضد میکروبی مورد مطالعه قرار گرفت. آزمون خواص مکانیکی نشان داد با افزودن نانوذرّات، درصد ازدیاد طول، افزایش مقدار مدول و استحکام کششی، کاهش یافت. در تصاویر میکروسکوپ نیروی اتمی فیلم حاوی نانو ذرّه اکسید روی و میزان برآمدگی ها و زبری آن افزایش یافته و تجمع نانو ذرّات در فیلم بیوپلیمر بیشتر شده است. نتایج بررسی خواص ضد میکروبی فیلم خوراکی، حاکی از آن است که عدم حضور نانو ذرّه در پوشش خوراکی، نتیجة مثبت به رشد باکتری را نشان می دهد. با توجّه به مضرات بالا بودن روغن در محصولات سرخ شده و تأثیر پوشش خوراکی بر کاهش میزان جذب روغن، نتایج حاصل از اعمال پوشش خوراکی بر روی سیب زمینی و بادمجان نشان داد که رابطه مستقیمی بین میزان جذب روغن و افت رطوبت در سیب زمینی و بادمجان وجود دارد که نمایانگر کاهش جذب روغن در هنگام سرخ کردن می باشد . بیشترین میزان رطوبت و کمترین میزان جذب روغن مربوط به نمونة پوشش دهی شده با کربوکسی متیل سلولز 70 % و گوار 30 % می باشد . در نتیجة اعمال پوشش بر روی توت فرنگی فیلم کربوکسی متیل سلولز و گوار با نسبت 70:30 بهترین ماندگاری را تا روز پنجم به همراه داشته است. بنابراین نتیجه می گیریم پوشش دهی سبب ایجاد مانعی مناسب برای عبور گازها و رطوبت شده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Preparation and Evaluation of Physical and Mechanical Properties of Nano Coating of Carboxymethyl Cellulose and Guar Gum and Nanoparticles of Zinc Oxide

نویسندگان [English]

  • Abdolrasool Oromiahee 1
  • Fatemeh Sadat Mirlohi 2
1 Associate Professor, Polymer Chemistry Department, Azad University Tehran South Branch, Iran
2 Master of Polymer Engineering, Islamic Azad University, Tehran South Branch
چکیده [English]

The use of edible films and coatings derived from natural biopolymers in the food industry has gained great deals of attraction due to environmental reasons.These films and food coatings, by reducing the exchange of moisture and gases between the environment and food, can reduce the oil absorption during frying and improve the quality and durability of the food. In the present research, an edible, biodegradable film containing carboxymethyl cellulose (CMC) and guar gum containing zinc oxide nanoparticles was synthesized through casting method and the effect of the presence of zinc oxide nanoparticles on the coated product was investigated to investigate the physical and mechanical properties of the films. CMC and guar gum were mixed at different ratios, namely 0:100, 30:70, 50:50, 70:30, and 100:0. In the synthesis of the coatings, glycerol was used as a plasticizer. The effect of each of these percentages on mechanical properties, roughness, gas transmissibility, moisture content, the amount of oil absorption andantibacterial characteristics were studied. The mechanical properties test showed that, by adding the nanoparticles, the elongation percentage, increase of modulus value and tensile strength decreased. In atomic force microscopy (AFM) images captured from the film containing zinc oxide nanoparticles, roughness and bumps were observed to increase, and the accumulation of nanoparticles in the biopolymer film has increased. The results of the study of the antimicrobial characteristics of the edible film indicate that the absence of the nanoparticles in the edible coating positively contributes to bacterial growth. Considering the disadvantages of high oil content in fried products and the effect of edible coating on reducing oil absorption, results of applying the edible coating on potato and eggplant showed that there is a direct correlation between oil absorption and moisture loss in potatoes and eggplants. There is a marked decrease in oil absorption during frying.The highest moisture content and the lowest amount of oil absorption were observed in the sample coated with 70% CMC and 30% guar. Furthermore, trying to apply the coating on strawberry, the film containing CMC and guar at 70:30 ratio had the best durability up to day 5. As a result, the coating developed a suitable barrier to passage of gases and moisture.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Edible Film
  • Biodegradable
  • Physical Mechanical Properties
  • Zinc oxide Nanoparticles
  1. احمدی .ز، میردهقان .ح، حکم آبادی . ح، شمشیری. ح ، (1392) . «استفاده از بسته­بندی­های نانو و پوشش­دهی خوراکی در بهبود عمر انباری و کیفیت دانه­های پسته تازه»، نشریه علوم باغبانی (علوم و صنایع کشاورزی)، (شماره 4)، صفحات 367-374.
  2. دارائی گرمه خانی. ا ، میرزایی. ح ، کاشانی نژاد. م ، مقصودلو. ی .(1387). «استفاده از مواد هیدروکلوئیدی به عنوان پوشش­های خوراکی به منظور تولید چیپس کم چرب»، مجلّه علوم کشاورزی و منابع طبیعی، (شماره 6).
  3. قنبرزاده .ب، پزشکی .ا، الماسی .ه، (1390)، «فیلم­های خوراکی فعال در بسته­بندی مواد غذایی»، فصلنامه علوم و صنایع غذایی، (شماره 31)، صفحات 123-135.
  4. بهرامیان .ف، جوانمرد .م، (1388)، «ماندگاری برش­های خربزه پوشش داده شده با پروتئین آب پنیر در شرایط سرد»، مجلّه علوم تغذیه و صنایع غذایی ایران(شماره 2)، صفحات 53-62.
  5. جرجانی .س، همراهی .و، (1393)، «تأثیر هیدروکلوئیدهای گوار و زانتان بر کاهش جذب روغن در فرآیند سرخ کردن بادمجان»، نشریه پژوهش­های صنایع غذایی، (شماره 2)، صفحات 231-238.
  6. باباپور طاهر.ا ، (1389)، «اصلاح خواص فیلم­های خوراکی زیست تخریب­پذیر بر پایة نشاسته توسط صمغ­های گیاهی (کندر، کتیرا، زدو و سقز)»، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم تحقیقات.
  7. قنبرزاده.ب ، الماسی.ه ، (1388)، «بررسی ویژگی­های فیزیکی فیلم­های مرکب زیست تخریب­پذیر خوراکی کربوکسی متیل سلولز – اسید اولئیک»، فصلنامه علوم و صنایع غذایی،(شماره 2)، صفحات 35-42.
  8. شکرابی.آ ،(1387)، «بررسی تولید فیلم­های خوراکی از زئین و کیتوزان»، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم تحقیقات.
  9. شارقی.ب، شهدادنژاد.ک، محمدی.ه، (1394)، «مطالعه پایداری ساختاری آنزیم پپسین در حضور نانو ذرّات اکسید روی و اکسید آهن»، مجلّه پژوهش­های سلولی و مولکولی (مجله زیست شناسی ایران)، جلد 28(شماره 3) ، صفحات 344-351.
10. امامی فر.آ ،کدیور.م ،شاهدی .،م ، سلیمانیان زاد.ص ،(1389)، «ارزیابی اثر بسته­بندی­های نانو کامپوزیتی حاوی نقره و اکسید روی بر عمر نگهداری آب پرتغال تازه»، مجلّه علوم تغذیه و صنایع غذایی ایران، سال ششم(شماره 1)، صفحات 57-67.

11. حسین زاده.ا ، سمرقندی.م.ر ، علی خانی.م.ر، روشنایی.ق، عسگری.ق ،(1391)، «کارایی ضدمیکروبی سوسپانسیون نانو ذرّه اکسید روی علیه باکتری­های گرم مثبت و گرم منفی»، مجلّه سلامت و محیط، فصلنامه علمی پژوهشی انجمن علمی بهداشت محیط ایران، دوره پنجم(شماره4)، صفحات 474-463.

12. Milda E. Embuscado, Kerry C. Huber,(2009), “Edible Films and Coatings for Food Applications ,” Springer Science+Business Media. pages 57-59.
13. Nooshin Noshirvani, Babak Ghanbarzadeh, Reza Rezaei Mokarram, Mahdi Hashemi, V´eronique Coma .(2017). “Preparation and characterization of active emulsified films based on chitosan-carboxymethyl cellulose containing zinc oxide nano particles ,” International Journal of Biological Macromolecules ,2-5.
14. Xie.Y ,Yiping He,Irwin.P , Jin.T , Shi.X, ,(2011) “Antibacterial Activity and Mechanism of Action of Zinc Oxide Nanoparticles against Campylobacter jejuni ,” 77(7) , Pages 2325-2331.