توصيفگر ها :
نانوكريستال سلولز , پوسته برنج , امولسيون پيكرينگ , پايداري امولسيون
چكيده فارسي :
استفاده از ضايعات كشاورزي و صنايع غذايي به عنوان ماده اوليه براي ساير صنايع علاوه بر محافظت از محيط زيست به جلوگيري از اتلاف منابع نيز كمك مي¬كند. صنعت آسياب برنج در فرآيند آسياب مقادير زيادي پوسته برنج توليد مي¬كند. پوسته برنج 20 درصد از 500 ميليون تن شلتوك(دانه برنج آسياب نشده) توليد شده در سراسر جهان را تشكيل مي¬دهد. استفاده از پوسته برنج در صنايع تبديلي و تكميلي منجر به كاهش زيان¬هاي اقتصادي و زيست¬محيطي خواهد شد و ارزش¬ افزوده آن را بالا خواهد برد. پوسته برنج مي¬تواند به عنوان يك منبع سلولزي براي توليد نانوكريستال¬هاي سلولز (CNC) مورد استفاده قرار گيرد. در اين پژوهش ابتدا سلولز توسط تيمار¬هاي قليايي و رنگ¬بري از پوسته برنج استخراج شد. راندمان توليد سلولز 48% بود. براي توليد نانوكريستال¬هاي سلولز، تيمار هيدروليز اسيدي توسط هيدروكلريك اسيد استفاده گرديد. به منظور توليد نانوكريستال¬هاي سلولز با بالاترين درصد كريستالي، بيشترين راندمان و كمترين اندازه، نمونه¬ها در دماي ºC 80 و در در زمان¬هاي مختلف ( 60، 120 و 180 دقيقه) و غلظت¬هاي مختلف اسيد ( 1، 2 و 3 مول بر ليتر) تحت هيدروليز اسيدي قرار گرفتند. با بررسي نتايج حاصل از آزمون¬هاي پراش اشعه ايكس، تفرق نور پويا و محاسبه راندمان توليد نانوكريستال¬هاي سلولز براي شرايط مختلف هيدروليز اسيدي، در نهايت HCl در غلظت 3 مولار و زمان 180 دقيقه به عنوان شرايط بهينه براي توليد نانوكريستال سلولز با درصد كريسنالي 79%، راندمان 2/76% و اندازه 9/147 نانومتر انتخاب شد. نتايج حاصل از ميكروسكوپ الكتروني عبوري نشان داد نانوكريستال¬هاي به دست آمده در اين پژوهش داراي مورفولوژِي كروي بودند. تصاوير حاصل از ميكروسكوپ الكتروني روبشي حذف ليگنين، همي سلولز و ساير ناخالصي ها و توليد الياف سلولز را پس از فرآيند خالص¬سازي از پوسته برنج تاييد كرد. نتايج طيف¬سنجي مادون قرمز تبديل فوريه حذف همي¬سلوز، ليگنين و ساير ناخالصي¬هاي غير سلولزي را پس از تيمار¬هاي شيميايي مختلف تاييد كرد و نتايج پراش اشعه ايكس نيز افزايش درصد كريستالي را نشان داد. نتايج وزن¬سنجي حرارتي نيز كاهش مقاومت حرارتي نانوكريستال¬هاي سلولز را پس از تيمار قليايي و هيدروليز اسيدي نشان داد. از نانوكريستال¬هاي سلولزي در غلظت¬هاي مختلف (5/0، 1، 5/1، 2و 3% ) به عنوان امولسيفاير براي پايداري امولسيون¬هاي روغن در آب استفاده شد و نتايج نشان دادكه با افزايش غلظت نانوكريستال سلولز پايداري امولسيون نسبت به حرارت، تنش و زمان نگه¬داري افزايش يافته و اندازه قطرات امولسيون كاهش يافت. با توجه به داده¬هاي حاصل از اين پژوهش مي¬توان بيان نمود كه نانوكريستال¬هاي سلولز مي¬تواند به عنوان جايگزين¬ امولسيفاير¬هاي سنتي براي توليد امولسيون¬هاي غذايي استفاده شوند.
چكيده انگليسي :
The use of agricultural and food waste as raw materials in other industries protects the environment, and helps keeping food resources. The rice milling industry produces large quantities of rice husks. Rice husk accounts for 20% of the 500 million tonnes of paddy produced worldwide. The use of rice husk in processing and complementary industries will reduce economic and environmental losses and increase its added value. Rice husk can be used as a source of cellulose to produce cellulose nanocrystals (CNC). In this study, cellulose was first extracted from rice husk by alkaline and bleaching treatments. The yield of cellulose extraction was 48%. Acid hydrolysis by hydrochloric acid was used to produce cellulose nanocrystals. In order to produce CNCs with high crystallinity, maximum yield and lowest size, samples were treated at 80 °C at different times (60, 120 and 180 minutes) and different acid concentrations (1, 2 and 3 M). Based on x-ray diffraction analysis (XRD), dynamic light scatternig (DLS) and calculating CNC production yield for different acid hydrolysis conditions, finally treated sample under 3 M concentration and reaction time of 180 minutes was selected as optimal conditions for CNC production with crystallinity 79%, yield of 76.2% and size 147.9 nm. Transmission electron microscopy showed that the obtained CNC had a spherical morphology. Scanning electron microscopy images confirmed the removal of lignin, hemicellulose and other impurities and the production of cellulose fibers after the purification process from the rice husk. The results of Fourier transform infrared spectroscopy confirmed the removal of hemicellulose, lignin and other non-cellulosic impurities after various chemical treatments and the results of X-ray diffraction showed an increase in crystallinity index. The results of TGA also showed a decrease in thermal stability of CNCs after alkaline treatment and acid hydrolysis. Cellulose nanocrystals in different concentrations (0.5, 1, 1.5, 2 and 3%) were used as emulsifiers for the stability of oil-in-water emulsions. The results showed that by increasing CNC concentration, emulsion stability to heat, stress, and long storage time increased, while emulsion droplet size decreased. According to the data obtained from this study, it can be stated that cellulose nanocrystals can be used as an alternative to traditional emulsifiers for the production of food emulsions.
