توصيفگر ها :
آئروژل زيست فعال جاذب رطوبت , بسته بندي عايق , ريزپوشاني , نانوالياف سلولز , نوسانات دمايي
چكيده فارسي :
بهره‌برداري و ايجاد ارزش‌افزوده از انواع ضايعات كشاورزي داراي مزاياي اقتصادي بالقوه است به همين دليل در اين مطالعه از پوسته بادام‌زميني به‌عنوان ماده اوليه براي استخراج نانوالياف سلولز استفاده شد. نانوالياف سلولز استخراج شده از پوسته بادام زميني با استفاده از پيش تيمار اسيد سولفوريك در سه غلظت 4، 6 و 8 مولار در دماهاي 30، 45 و60 درجه سلسيوس به مدت زمان 45 دقيقه استخراج شد. بهترين شرايط استخراج، در غلظت 6 مولار اسيد سولفوريك و دماي 45 درجه سلسيوس براساس قطر نانوالياف سلولز (51 نانومتر) انتخاب شد. ويژگي‌هاي نانوالياف سلولز استخراج شده توسط ميكروسكوپ الكتروني، طيف سنجي مادون قرمز، پراش اشعه ايكس و وزن سنجي گرمايي آناليز شد. در اين مطالعه، دو كاربرد آئروژل‌ها به عنوان عايق در بسته گوشت به منظور كاهش نوسانات دمايي يخچال و استفاده از آئروژل حاوي كوركومين به عنوان جاذب رطوبت در بسته گوشت به طور جداگانه مورد بررسي قرار گرفت. در بخش اول، كامپوزيت آئروژلي با استفاده از نانوالياف سلولز (غلظت‌هاي 1، 5/1 و 2 درصد وزني/وزني) و پلي وينيل الكل (1 و 3 درصد وزني/وزني) با نسبت 2:1 توسط فرايند خشك‌كن انجمادي توليد شد. بهترين آئروژل بر اساس تاثير غلظت نانوالياف سلولز و پلي وينيل الكل بر تخلخل (89/98-74/96 درصد)، دانسيته ( kg/m317-24/10)، اندازه منافذ (um 26/79-13/1)، هدايت حرارتي (W/mK 042/029-0/0)، مقاومت به فشار دركرنش 50 درصد ( kPa91/50-18/3) و كرنش80 درصد (kPa 40-166/28) و بازيابي شكل در كرنش 50 درصد (66/84-06/51 درصد) و 80 درصد (71/65-12/42 درصد) انتخاب شد. در ادامه صفحات آئروژل در دولايه پلي اتيلن دوخت حرارتي شدند و گوشت در بسته قرار گرفت. به منظور بررسي توانايي آئروژل در حفظ زنجيره سرد، يخچال به مدت 12 ساعت خاموش شد. بسته حاوي آئروژل در مقايسه با بسته شاهد سبب كاهش نرخ گرمايش بيش از دو برابر شد. در نهايت بسته حاوي عايق توانست به طور موثري تغيير در خصوصيات كيفي گوشت طي نوسانات دمايي يخچال را به تاخير بياندازد. در بخش دوم، ابتدا كامپوزيت آئروژل با استفاده از غلظت‌هاي 1، 5/1 و 2 درصد (وزني/وزني) نانوالياف سلولز و پلي وينيل الكل 4،2 و6 درصد (وزني/وزني) و نسبت 1:1 توليد شد. بهترين آئروژل بر اساس تاثير غلظت نانوالياف سلولز و پلي وينيل الكل بر درصد تخلخل، دانسيته، اندازه منافذ، جذب آب، جذب بخار آب و خصوصيات مكانيكي انتخاب شد. در ادامه كوركومين در سه سطح 40،30 و 50 درصد (بر اساس وزن خشك) در ماتريكس آئروژل ريزپوشاني شد. سطح 40 درصد كوركومين بر اساس راندمان ريزپوشاني (29/0±57/80 درصد)، ظرفيت بارگذاري (22/0±0 85/22 درصد) و خصوصيت آنتي اكسيدان (31/0± 24/71 درصد) به عنوان بهترين نمونه انتخاب شد. آزمون طيف سنجي مادون قرمز بر همكنش فيزيكي بين كوركومين و كامپوزيت را نشان داد. مطابق نتايج وزن سنجي حرارتي تاخير در دماي تخريب كامپوزيت آئروژل حاوي كوركومين نشان دهنده سازگاري بسيار خوب كوركومين با ماتريكس آئروژل بود. كامپوزيت حاوي كوركومين خصوصيت ضد باكتريايي در برابر استافيلوكوكوس اورئوس به دليل قطر عدم هاله رشد (6 ميلي‌متر) نشان داد. نتايج رهايش آئروژل حاوي كوركومين در محيط شبيه سازي گوشت با توجه به رهايش 65 درصد به مدت 8 روز مبين بر رهايش پيوسته كوركومين از ماتريكس آئروژل بوده كه بسيار مناسب براي افزايش ماندگاري گوشت در طول نگهداري مي‌باشد. سنيتيك رهايش نشان داد كه براي محيط گوشت مدل‌هاي ريتگر- پپاس و پپاس - سهلين با توجه به ضريب تبيين بالا بهترين مدل‌ها مي‌باشند. نتايج انبار ماني نشان دادكه بسته بندي حاوي آئروژل با كوركومين در مقايسه با بسته داري آئروژل بدون كوركومين و بسته شاهد توانست انبار ماني گوشت را از 6 روز به 8 روز افزايش دهد. به طور كلي، اين پژوهش راهكارهاي مناسبي در زمينه بسته بندي مواد غذايي به منظور جلوگيري از ضايعات غذايي بر پايه استفاده از ضايعات كشاورزي زيست تخريب پذير ارائه داد.
چكيده انگليسي :
Abestract
The cellulose nanofibrils (CNFs) were extracted by a chemo-mechanical technique from peanut shells cellulose with an average diameter of 51 nm. Aerogels were successfully fabricated using a freeze-drying process with different concentrations of CNF. In this study, two applications of aerogels as insulation and the use of moisture absorbent bioactive aerogels in meat packaging were investigated. In the first part: optimum aerogels were selected based on average pore size, physical properties, thermal conductivity, and mechanical features. The chemical properties of cellulose, CNF, PVA, and CNF/PVA aerogel were characterized using Fourier Transform Infrared spectroscopy. X-ray diffraction pattern of the aerogel displayed a minor decrease in the crystallinity index after cross-linking of CNF with PVA. Cross-linking CNF with PVA increased the thermal stability of aerogel. Aerogels were used as insulator for meat packaging to control temperature fluctuation during the cold chain. The produced package using aerogels could keep meat temperature during temperature fluctuation two times better than conventional one. The use of aerogels for the meat packaging resulted in a better preservation of physicochemical (pH, color properties, hardness and total volatile basic nitrogen) and microbial properties. The results indicated that CNF/PVA aerogel with ultra-low density (16.39 kg/m3), highly porous (98.43%), low thermal conductivity (0.033 W/mK), and high compressive recoverability (84.66% at 50% strain and 65.71 % at 80% strain) can increase shelf life of meat during temperature fluctuations in cold storage and transportation. In the second part: Aerogels were fabricated with different concentrations of CNF (1%, 1.5% and 2%) and PVA (2,4% and 6%). Optimum aerogels (1.5 % CNF/4%PVA) were selected based on density and porosity, average pore size, water swelling, water vapour sorption and mechanical properties. The curcumin at concentrations of 30, 40 and 50% encapsulated in the composite aerogel. Based on encapsulation efficiency, loading capacity and antioxidant activity data treatment with 40% curcumin was selected as the best sample. The data showed that encapsulated curcumin had bactericidal effects against S. aureus. Release kinetics of curcumin were measured and mathematically modeled in gastric, intestinal and meat buffer media. The best models for gastric media were Ritger-Peppas and for intestinal media Ritger-Peppas and Kopcha and intestinal media were Ritger-Peppas and Peppas-Sahlin. The data showed that using encapsulated curcumin in aerogel had a positive effect on preserving physicochemical (pH, color properties, hardness and total volatile basic nitrogen) and microbial properties. The hybrid aerogels showed a great potential to be used as bioactive pads for food packaging.
Keywords: Cellulose nanofibril; Insulated packaging; Temperature fluctuation; Bioactive aerogel; Encapsulation; Absorbent.
