توصيفگر ها :
بستهبندي مواد غذايي , فيلم خودترميمشونده , پليمرهاي طبيعي , نانوذرههاي سيليكا
چكيده فارسي :
بستهبندي مواد غذايي از گذشته تا به امروز دچار دگرگونيهاي فراواني شده كه اين مهم، نتيجه پژوهشهاي انجام شده در اين زمينه ميباشد. بستهبندي خودترميمشونده ازجمله پژوهشهاي نوين در عرصه بستهبندي مواد غذايي به شمار ميرود كه هدف از اين بررسيها، دستيابي به بستهبندي با قابليت ترميم خودكار آسيبهاي احتمالي است؛ كه افزايش ماندگاري و كاهش اتلاف فرآوردههاي غذايي را به دنبال خواهد داشت. در اين پژوهش از ژلاتين، وانيلين و تانيك اسيد بهعنوان مواد با خاستگاه طبيعي، همراه با نانوذرههاي سيليكا در تهيه فيلم با قابليت خودترميمشوندگي استفاده شد. همچنين در اين پژوهش، اثر افزودن نانوذرههاي سيليكا بر ويژگيهاي فيلم تهيه شده مورد ارزيابي قرار گرفت؛ به همين منظور، دو نوع فيلم ژلاتين/وانيلين/تانيك اسيد (G) و ژلاتين/وانيلين/تانيك اسيد/نانوذرههاي سيليكا (SG) تهيه شد. در ابتدا، با توجه به هدف اصلي پژوهش، ويژگي خودترميمشوندگي فيلمهاي ساخته شده، مورد ارزيابي قرار گرفت. بهمنظور حصول اطمينان از ويژگي خودترميمشوندگي فيلمهاي تهيه شده از ميكروسكوپ نوري استفاده شد و پس از تأييد اين ويژگي، آزمونهاي مورد نياز براي بررسي ساير ويژگيهاي فيلمها انجام شد. تصاوير تهيه شده از ميكروسكوپ الكتروني روبشي نشان دادند كه ناحيه خراش خورده به طور كامل ترميم شده بود. ساختار شيميايي فيلمهاي تهيه شده، بهوسيله آزمون طيفسنجي مادونقرمز تبديل فوريه-بازتاب كلي تضعيف شده (FTIR-ATR) مورد بررسي قرار گرفت و نشاندهنده نقش پيوند هيدروژني در ترميم فيلمها بود. در بررسي ساختار بلوري فيلمهاي تهيه شده، مشخص شد كه فيلمهاي تهيه شده داراي ساختار بيشكل هستند. در فيلم حاوي نانوذرههاي سيليكا، ميزان شكاف انرژي محاسبه شد كه مقدار آن برابر با 2/66 الكترونولت بهدست آمد. اندازهگيري كارايي خودترميمشوندگي با استفاده از آزمون مكانيكي براي فيلمهاي G و SG به ترتيب 52/30 و 90/51درصد محاسبه شد. در بررسي قابليت مسدودسازي پرتو فرابنفش بهوسيله فيلمها، مشخص شد كه فيلمهاي سالم و ترميمشده توانايي بالايي در مسدود كردن پرتو فرابنفش در ناحيه UV-C و UV-B دارند؛ اما اين توانايي در ناحيه UV-A كاهش يافت. شفافيت/كدورت فيلمها بهوسيله طيفسنجي UV-Vis مورد ارزيابي قرار گرفت و مشخص شد فيلمهاي ترميمشده، شفافيت كمتري نسبت به فيلمهاي سالم داشتند. در بررسي ويژگيهاي ممانعت در برابر نفوذ بخار آب و اكسيژن فيلمهاي سالم و ترميمشده، مشخص شد كه افزودن نانوذرههاي سيليكا و فرآيند ترميم باعث كاهش نفوذپذيري به اكسيژن شدند، درحاليكه فرآيند ترميم و افزودن نانوذرههاي سيليكا بر نفوذپذيري به بخار آب تأثير معناداري نداشتند. در ارزيابي ميزان رطوبت، مشخص شد كه ميزان رطوبت فيلمهاي ترميمشده بيشتر از فيلمهاي سالم هستند. در بررسي زاويه تماس فيلمهاي سالم و ترميمشده، مشخص شد كه همه فيلمها داراي ويژگي آبدوستي هستند. ويژگي ضد مه بودن فيلمهاي تهيه شده مورد بررسي قرار گرفت و مشخص شد فيلمهاي سالم و ترميمشده داراي اين ويژگي هستند. ارزيابي تخريبپذيري فيلمها در محيطزيست، تخريب كامل فيلمها پس از گذشت 14 روز را نشان داد. ويژگيهاي ضدميكروبي و آنتياكسيداني فيلمها نيز مورد ارزيابي قرار گرفتند و ويژگي ضدميكروبي و آنتياكسيداني فيلمهاي G و SG تأييد شد. فيلمهاي بستهبندي ساخته شده در اين پژوهش، علاوه بر داشتن ويژگي خودترميمشوندگي، توانستند ويژگيهاي فيزيكي، مكانيكي و عملكردي مطلوبي را از خود نشان دهند؛ بهطوريكه حتي پس از ترميم، اين ويژگيها حفظ شدند.
چكيده انگليسي :
Food packaging has undergone extensive transformation over time, largely driven by research developments in the field. Among these innovations, self-healing packaging has emerged as a novel concept aimed at automatically repairing potential damage, thereby enhancing shelf life and reducing food waste. In this study, gelatin, vanillin, and tannic acid—naturally derived materials—were combined with silica nanoparticles to develop a composite film with self-healing properties. The effect of incorporating silica nanoparticles on the structural and functional characteristics of the resulting film was systematically evaluated. For this purpose, two formulations were prepared: gelatin/vanillin/tannic acid (G) and gelatin/vanillin/tannic acid/silica nanoparticles (SG). Initially, the self-healing capacity of the fabricated films was assessed using optical microscopy, which confirmed the restoration of damaged regions. Scanning electron microscopy images revealed complete recovery of scratched areas. FTIR-ATR spectroscopy analysis suggested that hydrogen bonding played a key role in the healing process. X-ray diffraction indicated an amorphous structure for both film types. In SG films, the calculated band gap energy was approximately 2.66 eV. Mechanical self-healing efficiency was determined to be 52.30% for G films and 90.51% for SG films. UV-blocking analysis demonstrated strong absorption in the UV-C and UV-B regions, whereas reduced performance was observed in the UV-A range. UV-Vis spectroscopy revealed lower transparency in healed films compared to their intact counterparts. Barrier assessments showed that silica nanoparticle incorporation and the healing process significantly reduced oxygen permeability, while having no statistically meaningful impact on water vapor transmission. Moisture content in healed films was found to be higher than that of intact ones. Contact angle measurements confirmed hydrophilicity in all films. Anti-fogging tests validated that both intact and healed films possessed this property. Biodegradability analysis indicated complete degradation within 14 days of environmental exposure. Antimicrobial and antioxidant assays further confirmed functional efficacy in both film types. Overall, the developed packaging films exhibited favorable self-healing, physicochemical, mechanical, and functional properties, which were well-maintained even after healing.
