ارزیابی خواص فیلم نشاسته حاوی نانوالیاف سلولز و لیگنوسلولز جهت بسته بندی مواد غذایی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته دکترای صنایع خمیر و کاغذ، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، ایران

2 دانشیار دانشکده مهندسی چوب و کاغذ، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، ایران

3 استادیار دانشکده مهندسی چوب و کاغذ، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، ایران

چکیده

این تحقیق با هدف ارزیابی خواص فیلم‌های نشاسته حاوی نانوالیاف سلولز و لیگنوسلولز حاصل از ضایعات کارتن کنگره‌ای کهنه (OCC) به روش مکانیکی و با استفاده از دستگاه سوپر آسیاب دیسکی برای دستیابی به ویژگی‌های مطلوب مقاومتی، انحلال‌پذیری و زیست تخریب‌پذیری جهت کاربرد در بسته‌بندی مواد غذایی انجام گرفت. خواص نانوفیبرها شامل ویژگی‌های ریخت‌شناسی (میانگین قطری و توزیع قطری) با میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدان (FE-SEM) بررسی شد. فیلم‌های مورد نیاز برپایه نشاسته با مقادیر 5، 10 و 15 درصد نانوفیبرسلولز و نانوفیبرلیگنوسلولز به‌عنوان تقویت‌کننده با استفاده از روش قالب‌گیری محلول تهیه شدند و اثرات نانوالیاف بر خواص فیزیکی، پایداری در برابر آب، اسید و قلیایی ضعیف، مقاومت‌های مکانیکی و همچنین زیست‌تخریب‌پذیری فیلم‌ها تحت شرایط هوازی (با استفاده از خاک) مطالعه شد. نتایج نشان داد متوسط قطری نانولیگنوسلولز، 10±69 نانومتر و نانوسلولز 10±28 نانومتر است. نتایج بررسی خواص فیزیکی و ممانعتی نشان داد با افزایش درصد نانوالیاف، روند جذب روغن کاهش یافت. با افزایش مقدار نانوسلولز، انحلال‌پذیری فیلم در آب، اسید و قلیا کاهش یافت؛ ولی در مورد نانولیگنوسلولز روند معکوس مشاهده شد. همچنین، بررسی مقاومت‌های مکانیکی نشان داد با افزایش سهم نانوسلولز و نانولیگنوسلولز، مقاومت به ترکیدن و پارگی در نمونه‌ها بهبود یافت، ولی میزان بهبود برای فیلم حاوی نانولیگنوسلولز کمتر از فیلم دارای نانوسلولز بود. با افزایش درصد نانوالیاف سلولزی، میزان تخریب زیستی نمونه‌های فیلم نشاسته در شرایط هوازی، 20-15 درصد افزایش یافت. می‌توان نتیجه گرفت بکاربردن نانوالیاف سلولز و لیگنوسلولز منجر به افزایش مقاومت‌های مکانیکی و کاهش انحلال‌پذیری در برابر حلال‌های مختلف (آب، اسید و قلیا) می‌شود. همچنین با استفاده از این نوع نانوالیاف، خواص زیست‌تخریب‌پذیری بهبود یافته و در نتیجه کاربردی‌تر شد. بنابراین فیلم‌های تولیدی فوق می‌توانند با رعایت شرایط تولید به‌عنوان یک بسته‌بندی موادغذایی مورد استفاده قرار بگیرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Azeredo, H.M.C., 2013. Antimicrobial nanostructures in food packaging. Trends in Food Science & Technology, 30:56-69.

[2] Kalia, S., Dufresne, A., Cherian, B.M., Kaith, B. S., Averous, L., Njuguna, J. and Nassiopoulos, E., 2011. Cellulose-based bio-and nanocomposites: A review. International Journal of Polymer Science, 10: 1-35.

[3] Laxmeshwar, S.S., Viveka, S., Madhu Kumar, D.J. and Nagaraja, G.K., 2012. Preparation and properties of composite films from modified cellulose fibre-reinforced with PLA. Der Pharma Chemica, 4(1):159-168.

[4] Dufresne, A. 2013. Nanocellulose: a new ageless bionanomaterial. Materials Today, 16(6):220-227.

[5] Jonoobi, M., Saraeian, A.R., Hamzeh, Y. and Karimi, A.N., 2014. Comparison between the chemical-physical characteristics of Kenaf bast and stem Nanofibers. Journal of forest and wood product, 66(4):507-518. (In Persian).

[6] Klemm, D., Kramer, F., Moritz, S., Lindstrom, T., Ankerfors, M., Gray, D. and Dorris, A., 2011. Nanocelluloses: A new family of nature-based materials. Angewandte Chemie International Edition, 50:5438- 5466.

[7] Lavoine, N., Desloges, I., Dufresne, A.and Bras, J., 2012. Microfibrillated cellulose – its barrier properties and applications in cellulose materials: A review. Carbohydrate Polymers, 90:735-764.

[8] Osong, S.H., Norgren, S., Engstrand, P., Lundberg, M. and Hansen, P., 2014. Crill: A novel technique to characterize nano-ligno-cellulose. Nordic Pulp & Paper Research Journal, 29(2):190-194.

[9] Sjöö, M.and Nilsson, L., 2017. Starch in Food: Structure, Function and Applications (Woodhead Publishing Series in Food Science, Technology and Nutrition) 2nd Edition, Kindle Edition. Woodhead Publishing; 2 edition (November 25, 2017) press.876 pages.

[10] Ghanbarzadeh, B., Almasi, H. and Entezami, A.A., 2010. Physical properties of edible modified starch/carboxymethyl cellulose films. Innovative Food Science & Emerging Technologies, 11(4):697-702.

[11] Hosseini, F., Habibi Najafi, M.B., Oromiehie, A.R., Nasiri Mahalati, M. and Yavarmanesh, M., 2013. Production of biodegradable food films of corn-based products and their physical and mechanical properties. Iranian journal of food research, 23(2):223-235. (In Persian).

[12] Lu, D.R., Xiao, C.M. and Xu, S.J., 2009. Starch-based completely biodegradable polymer materials. eXPRESS Polymer Letters, 3(6):366-375.

[13] Ekhtera , M. H., Rezayati charani , P ., Ramezani ,O. and Azadfallah, M., 2008. Effects of poly-aluminum chloride, starch, alum, and rosin on the rosin sizing, strength, and microscopic appearance of paper prepared from old corrugated container (OCC) pulp. Bioresources Technology, 4(2):291-318.

[14] Kraak, A., 1992. Industrial applications of potato starch products. Industrial Crops and Products.1(2-4):107-112.

[15] Long, X., Xu, C., Du, J. and Fu, S., 2013. The TAED/H2O2/NaHCO3 system as an approach to low-temperature and near-neutral pH bleaching of cotton. Carbohydrate polymers, 95(1):107-113.

[16] Shao, J., Huang, Y., Wang, Z. and Liu, J., 2010. Cold pad–batch bleaching of cotton fabrics with a TAED/H2O2 activating system. Coloration technology, 126:103-108.

[17] Yousefi, H., Azari, V. and Khazaeian, A., 2018. Direct mechanical production of wood nanofibers from raw wood microparticles with no chemical treatment, Industrial crops & products, 115:26-31.

[18] Ghaderi, M., Mousavi, M., Yousefi, H. and Labbafi, M., 2014. All-cellulose nanocomposite film made from bagasse cellulose nanofibers for food packaging application. Carbohydrate polymers, 104:59-65.

[19] Hu, G., Chen, J. and Gao, J., 2009. Preparation and characteristics of oxidized potato starch films. Carbohydrate Polymers, 76:291–298.

[20] ASTM D5988-03, Standard Test Method for determining aerobic biodegradation in soil of plastic materials or residual plastic materials after composting, Annual book of ASTM: American Society for Testing and Materials, Philadelphia, PA, 2003.

[21] Souza, A.G., Kano, F.S., Bonvent, J.J. and Rosa, D., 2017. Cellulose nanostructures obtained from waste paper industry: A comparison of acid and mechanical isolation methods. Materials research,  DOI: http://dx.doi.org/10.1590/1980-5373-MR-2016-0863.

[22] Danial, W.H., Majid, Z.A., Muhid, M.N.M., Triwahyono, S., Bakar, M.B. and Ramli, Z., 2015. The reuse of wastepaper for the extraction of cellulose nanocrystals. Carbohydrate Polymer, 118:165–169.

[23] Wang, H., Li, D. and Zhang, R., 2013. Preparation of ultralong cellulose nanofibers and optically transparent nanopapers derived from waste corrugated paper pulp. BioResources, 8(1):1374-1384.

[24] Hadilam, M.M., Afra, E., Ghasemian, A.  and Yousefi, H., 2014. Preparation and properties of ground cellulose nanofibers. Journal of wood and forest science and technology, 20(2):139-149. (In Persian).

[25] Yousefi, H., Faezipour, M., Hedhazi, S., Mazhari Mousavi, M., Azusa, Y. and Heidari, A.H., 2013. Comparative study of paper and nanopaper properties prepared from bacterial cellulose nanofibers and fibers/ground cellulose nanofibers of canola straw. Industrial Crops and Products, 43:732-737.

[26] Lv, S., Zhang, Y., Gu, J. and Tan, H., 2017. Biodegradation behavior and modelling of soil burial effect on degradation rate of PLA blended with starch and wood flour. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 159:800-808.

[27] Lv, S., Zhang, Y., Gu, J. and Tan, H., 2018. Soil burial-induced chemical and thermal changes in starch/poly (lactic acid) composites. International Journal of Biological Macromolecules, 113:338-344.

[28] Ibrahim, H., Mehanny, S., Darwish, L.and Farag, M., 2017. A Comparative study on the mechanical and biodegradation characteristics of starch-based composites reinforced with different lignocellulosic fibers. Journal of Polymers and the Environment, 26(6):2434-2447.