توصيفگر ها :
نانوكريستالهاي كيتين , نشاسته ذرت , فيلم خوراكي , قارچ
چكيده فارسي :
چكيده
در سال هاي اخير به دليل مشكلات زيست محيطي و تجديدناپذيري منابع نفتي در بسياري از كاربرد‌ها، پليمرهاي طبيعي جايگزين پليمرهاي مصنوعي شده‌اند. از بين خانواده عظيم پليمرهاي طبيعي، نشاسته به‌دليل فراواني، زيست تخريب‌پذيري و زيست‌سازگاري در زمينه‌هاي مختلف از جمله در صنايع بسته‌بندي مواد غذايي كاربرد دارد.كيتين يكي از متداول‌ترين پليمرهاي زيستي است كه در تهيه نانوكامپوزيت‌ها به عنوان تقويت‌كننده و پركننده استفاده مي‌شود. در اين پژوهش هدف استخراج و مشخصه‌يابي نانوكريستال‌كيتين از قارچ خوراكي و بررسي اثر افزودن آن به فيلم نشاسته ذرت بود. در ابتدا قارچ‌ها كاملاً شسته و در آون داراي جريان هوا در دماي 60 درجه سلسيوس به مدت 48 ساعت خشك شد. سپس كيتين توسط تيمارهاي اسيدي، قليايي و رنگبري از قارچ استخراج شد. راندمان استخراج كيتين 12% بود. براي توليد نانوكريستال‌كيتين، تيمار هيدروليز اسيدي توسط هيدروكلريك اسيد استفاده‌شد. به منظور توليد نانوكريستال كيتين با بالاترين درجه كريستالي، بيشترين راندمان و كمترين اندازه، نمونه‌‌ها در دماي 90 درجه سلسيوس و در زمان‌هاي مختلف (60، 120 و 180 دقيقه) و غلظت‌هاي مختلف اسيد (1، 2 و 3 مول بر ليتر) تحت هيدروليز اسيدي قرار گرفتند. با بررسي نتايج حاصل از آزمون‌هاي پراش اشعه ايكس، تفرق نور پويا و محاسبه راندمان توليد نانوكريستالهاي كيتين براي شرايط مختلف هيدروليز اسيدي، در نهايت HCL در غلظت 3 مولار و زمان 120 دقيقه به عنوان شرايط بهينه براي توليد نانوكريستال كيتين با درصد كريستالي 77%، راندمان 8/76 % و اندازه 6/157 نانومتر انتخاب شد. تصاوير حاصل از ميكروسكوپ الكتروني عبوري (TEM) نشان داد، نانوكريستالهاي بدست آمده در اين پژوهش داراي شكل كروي بودند. طيف‌سنجي مادون قرمز تبديل فوريه (FTIR) مبين حذف پروتئين، مواد معدني و ساير ناخالصي‌هاي غير كيتيني بود و نتايج پراش اشعه ايكس افزايش درصد كريستالي را نشان داد. داده¬هاي كالريمتري روبشي افتراقي نيز كاهش مقاومت حرارتي نانوكريستال هاي كيتين نسبت به كيتين خالص را نشان داد. از نانوكريستال هاي كيتين در غلظت‌هاي مختلف (1، 3، 5 و 7%) به منظور توليد فيلم نانوكامپوزيتي نشاسته ذرت با بالاترين استحكام كششي و كمترين ميزان نفوذپذيري به بخارآب، حلاليت در آب و كدورت استفاده شد. نتايج نشان داد كه با افزايش غلظت نانوكريستال كيتين تا 7% استحكام كششي و كدورت افزايش مي¬يابد. همچنين ميزان نفوذپذيري به بخارآب، حلاليت در آب وجذب رطوبت فيلم‌ها با افزايش غلظت نانوكريستال كيتين، كاهش يافت. در نهايت با آناليز ساير ويژگي‌‌‌‌ها نانوكريستال كيتين در غلظت 7% به عنوان تيمار بهينه انتخاب شد. براي بررسي گروه هاي عاملي و مورفولوژي سطح فيلم بهينه و فيلم شاهداز آناليزهاي طيف‌سنجي مادون قرمز تبديل فوريه و ميكروسكوپ الكتروني روبشي استفاده شد. تصاوير SEM گرفته شده از سطح فيلم‌ها نشان داد كه سطح فيلم شاهد كاملاً صاف و عاري از هر گونه ذره است. در حالي‌كه در سطح فيلم حاوي نانوذرات، نانوكريستالهاي كيتين به وضوح و بدون هيچ‌گونه تجمع و انباشتگي در سطح فيلم مشاهده شد. طيف FTIR بدست آمده براي فيلم نشاسته ذرت حاوي 7 % نانوكريستال كيتين، پيوند‌‌‌هاي هيدروژني بين نانوذرات كيتين و نشاسته را نشان داد. نتايج اين تحقيق مبين امكان استفاده از نانوكريستالهاي كيتين براي بهبود ويژگي‌هاي فيزيكي شيميايي فيلم خوراكي بود.
چكيده انگليسي :
Abstract
In recent years, due to environmental problems and the non- renewability of oil-based resources, natural polymers have replaced synthetic polymers in many applications. Among the huge family of natural polymers, starch is used in various field, including the packaging industry, due to its biodegradability and biocompatibility. Chitin is one of the most common biopolymers used in the preparation of nanocomposites as a reinforcer and filler. In this research, the aims were to extract and characterize chitin nanocrystals (CHNC) from edible mushroom and to investigate their application for starch film. At first, the mushrooms were thoroughly washed and dried in an oven. Then chitin wasextracted by acidic, alkaline and bleaching treatments. The yield of chitin extraction was 12%. Acid hydrolysis by hydrochloric acid was used to produce chitin nanocrystals. In order to produce CHNC with high crystallinity, maximum yield and lowest size, the samples were subjected to acid hydrolysis at 90 "℃" for different times (60,120 and 180 min) and different acid concentrations (1, 2 and 3 M). Based on X-ray diffraction analysis (XRD), dynamic light scattering (DLS) and calculating CHNC production yield for different acid hydrolysis conditions, finally HCL with 3 M concentration and reaction time of 120 minutes was selected as the optimal conditions for CHNC production with crystallinity 77%, yield of 76.8% and size 157.6 nm. Transmission electron microscopy showed that the obtained CHNC had a spherical morphology. The results of Fourier transform infrared spectroscopy confirmed the removal of protein, minerals and other non-chitin impurities after various chemical treatments. The results of X-ray diffraction showed an increase in crystallinity index. The result of DSC also showed a decrease in thermal stability of CHNC compared to pure chitin. Chitin nanocrystals in different concentrations (1, 3, 5 and 7%) used to produce a nanocomposite film from corn starch with the highest tensile strength and the lowest rate of vapor permeability, water solubility and turbidity. The results showed that by increasing CHNC concentration to 7%, tensile strength and turbidity increased. Also by increasing CHNC, water vapor permeability, water solubility and moisture absorption of films decreased. Finally by analyzing other properties, films contained chitin nanocrystals at a concentration of 7% were selected as the optimal treatment. Fourier transform infrared spectroscopy and scanning electron microscopy were used to investigate the functional groups and surface morphology of the optimum and control film. The SEM image taken from surface of the films showed that the surface of the control film was completely smooth and free of any particles, while over the surface of the film containing nanoparticles, chitin nanocrystals were clearly observed without any accumulation. The FTIR spectra obtained for the corn starch film containing 7% CHNC showed hydrogen bonds between the nanoparticles and the starch. The results of this study indicated the possibility of using chitin nanocrystals to improve the physicochemical properties of the edible film.
