عنوان پایان‌نامه
بررسی تولید فیلم نانوکامپوزیت شبکه ای رنگی برپایه پلی وینیل الکل با استفاده از نانو کریستال های سلولز و رنگ کانتاگزانتین
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی شماره ثبت: 7210;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 78618;کتابخانه مرکزی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی شماره ثبت: 7210;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 78618
- تاریخ دفاع
- ۱۸ دی ۱۳۹۵
- دانشجو
- میلاد روحی لنگرودی
- استاد راهنما
- سیدهادی رضوی, سیدمحمدعلی ابراهیم زاده موسوی
- چکیده
- فیلم خوراکی نانوکامپوزیت شبکه‌ای رنگی بر پایه پلی وینیل الکل و رنگ کانتاگزانتین (از باکتری دایتزیا ناترونولیمنائه HS-1) با استفاده از مقادیر مختلف گلیسرول (عامل پلاستیسایزر؛ 50-0 % بر حسب پلی وینیل الکل)، نانوکریستال سلولز باکتریایی (5-0 %) و اسید بوریک (عامل شبکه‌ای‌کننده؛ 15-0 %) تولید شد. فیلم‌ها به روش قالب‌ریزی محلول تولید شدند. مدل‌سازی و بهینه‌یابی روابط بین متغیرها از نظر ویژگی‌های مقاومت به رطوبت، جذب نوری، رنگی و مقاومت مکانیکی با استفاده از روش سطح پاسخ و طرح مرکب مرکزی انجام شد. فیلم بهینه از نظر ویژگی‌های آنتی‌اکسیدانی (بازدارندگی رادیکال آزاد DPPH)، محلولیت رنگ فیلم در آّب و الکل (اسپکترومتری)، ضد میکروبی (پراکندگی دیسک)، زیسست‌تخریب‌پذیری (تدفین در خاک)، مورفولوژی (SEM)، پایداری حرارتی (DSC)، کریستالی (XRD) و ساختاری (FTIR) مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان دادند که پاسخ‌های تورم درآب، max? در محدوده مرئی، شفافیت در 560 و 600 نانومتر و زاویه رنگ مدل مناسبی تشکیل ندادند. مقایسه مدل‌های مختلف نشان داد که مدل خطی برای پاسخ‌های درصد رطوبت، محلولیت در آب، درصد عبور نور در 560 نانومتر و a* و همچنین مدل درجه دوم برای سایر پاسخ‌ها معنادار بوده (05/0 > p) و هیچ عدم سازگاری معناداری وجود نداشت (05/0 < p). ترکیب فیلم بهینه در غلظت‌های 50/14 % گلیسرول، 88/4 % نانوکریستال سلولز باکتریایی و 17/1 % اسید بوریک تعیین شد. مقادیر پاسخ برای نفوذپذیری به بخارآب، کروما، مقاومت کششی و کشش‌پذیری تحت این شرایط بهینه به ترتیب g.mm/h.m2.kPa 89/5، 04/52، MPa 55/70 و 21/279 % پیش‌بینی شدند. گلیسرول اثری مثبت، ولی نانوکریستال سلولز باکتریایی اثری منفی بر محلولیت رنگ کانتاگزانتین موجود در فیلم در الکل و در نتیجه، ظهور خاصیت آنتی‌اکسیدانی فیلم بهینه داشتند. فیلم بهینه هیچ اثر ضد میکروبی روی باسیلوس سابتیلیس نشان نداد. با این وجود، اثر ضد میکروبی ضعیفی روی باکتری سودوموناس آئروجینوزا و اثر ضد میکروبی مناسبی روی اشریشیا کلی، استافیلوکوکوس اورئوس و کاندیدا آلبیکنز داشت. زیست‌تخریب‌پذیری فیلم بهینه پس از شش ماه 69/31 % بود. نتایج FTIR نشان داد که واکنش شبکه‌ای شدن بین اسید بوریک با پلی وینیل الکل و/یا نانوسلولز از طریق ایجاد پیوندهای هیدروژنی داخل و بین مولکولی و تعدادی پیوند اتری (B-O-C) اتفاق افتاد. نتایج XRD نشان داد که نانوکریستال‌های سلولز در حضور اسید بوریک بطور ضعیفی با سایر ترکیبات ناهمگن شدند. پایداری حرارتی فیلم بهینه با افزودن نانوکریستال سلولز باکتریایی و اسید بوریک افزایش یافته ولی با افزودن گلیسرول، کاهش یافت. نتایج SEM نشان داد که افزودن گلیسرول و اسید بوریک به فیلم بهینه باعث یکنواختی و صافی فیلم شده ولی با افزودن نانوسلولز، ناهمواری‌هایی پرزمانند ظاهر شد. بطور کلی، فیلم خوراکی شبکه‌ای رنگی بر پایه پلی وینیل الکل و کانتاگزانتین یا غلظت‌های معین گلیسرول، نانوکریستال سلولز باکتریایی و اسید بوریک تولید شد که دارای خواص مناسب کاربردی شامل مقاومت به آب، رنگ مناسب، مقاومت مکانیکی، آنتی‌اکسیدانی، زیست‌تخریب‌پذیری، ضدمیکروبی و پایداری حرارتی بود. واژه‌های کلیدی: پلی وینیل الکل، روش سطح پاسخ، شبکه‌ای کردن، فیلم خوراکی، کانتاگزانتین
- Abstract
- Novel Edible colored crosslinked nanocomposite film based on poly(vinyl alcohol) and canthaxanthin (derived from Dietzia natronolimnaea HS-1) with different concentrations of glycerol (plasticizer agent; 0-50% based on polyvinyl alcohol), bacterial cellulose nanocrystal (BCNC; 0-5%) and boric acid (crosslinking agent; 0-15%) were produced using film solution casting method. The relationships between independent variables and responses including water resistance, spectroscopy, color and mechanical properties were modeled and optimized using response surface method and central composite design (RSM-CCD). The antioxidant (DPPH radical scavenging), solubility of film color in water and alcohol (spectrometry), antimicrobial (Disk diffusion), biodegradability (burial test), morphology (SEM), thermal stability (DSC), crystalline (XRD) and structural (FTIR) properties of the optimum film were studied. The results showed that the water swelling ?max in the visible region, transparency at 560 and 600 nm and hue angle were not fitted to the suitable models. The linear model for moisture content, solubility in water, light transmittance at 560 nm and a*, and the quadratic model for the other responses were significant (p < 0.05) and there was no significant lack of fit (p > 0.05). The overall optimum region was optained at concentrations of 14.50% glycerol, 4.88% BCNC and 1.17% boric acid. The corresponding response values for water wapor permeability (WVP), chroma, tensile strenght and elongation at break predicted under the recommended optimum condition were 5.89 g.mm/h.m2.kPa, 52.04, 70.55 MPa and 279.21%, respectively. Glycerol and BCNC had positive and negative effects on the solubility of film canthaxanthin in alcohol. Optimized film showed no antibacterial activity against Bacillus subtilis. However, it had a weak antimicrobial effect on the Pseudomonas aeruginosa and appropriate effect on Escherichia coli, Staphylococcus aureus and Candida albicans. Biodegradability of optimum film was 31.69% at the end of six months. The FTIR analysis showed that a crosslinking reaction of boric acid and PVA and/or BCNC occurred via new intramolecular and intermolecular hydrogen bonds and some ether (B-O-C) bonds. XRD results showed that BCNC was to some extent incompatibe with other film ingredients in the presence of boric acid. Thermal stability of optimum film increased with the addition of BCNC and boric acid, but decreased with glycerol. SEM results showed that the addition of glycerol and boric acid improved the uniformity and smoothness of optimum film, but fuzzy unevenness appeared with the addition of BCNC. It could be concluded that the colored crosslinked edible film based on poly(vinyl alcohol) and canthaxanthin with determined concentrations of glycerol, BCNC and boric acid possessed suitable properties such as water resistance, good chroma, mechanical strength, antioxidant, biodegradability, antimicrobial and the thermal stability. Key words: Canthaxanthin, Crosslinking, Edible film, Poly(vinyl alcohol), Response surface methodology
