دانلود مقاله فارسی –180- جدید

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.

Related posts: