۱-۵-۲- اهداف اختصاصی
بررسی اثر نانو دی اکسید تیتانیوم بر معادلات جذب تعادلی رطوبت فیلم ترکیبی ژلاتینی/SSPS
بررسی اثر نانو دی اکسید تیتانیوم بر خواص مکانیکی فیلم ترکیبی ژلاتینی/SSPS
بررسی اثر نانو دی اکسید تیتانیوم بر خواص فیزیکوشیمیایی فیلم ترکیبی ژلاتینی/SSPS
۱-۶- پرسش­های تحقیق
آیا دی اکسید تیتانیوم به صورت ذرات نانو می ­تواند میزان جذب آب را در پوشش ­های ترکیبی کاهش دهد؟
آیا ذرات نانو از جنس دی اکسید تیتانیوم باعث تغییر در پارامترهای معادله G.A.B می­شوند؟
آیا ذرات نانو از جنس دی اکسید تیتانیوم بر خواص فیزیکوشیمیایی فیلم­های ترکیبی ژلاتینی/SSPS تاثیر دارند؟
آیا استفاده از نانو دی اکسید تیتانیوم بر خواص ضد ­­میکروبی فیلم­های خوراکی فیلم­های ترکیبی ژلاتینی/SSPS تاثیردارد؟
۱-۷- محدودیت­های تحقیق
در این پژوهش حداکثر غلظت ترکیب نانو به عنوان یک محدود کننده مطرح می­گردد. بیشتر از ۵% ترکیب نانو باعث هتروژن نمودن فیلم می­شد.
۱-۸- نمودار روش تحقیق
شکل ۱-۱ نمودار فرایند پژوهش را به صورت شماتیک نشان می­دهد.
شکل ۱-۱: نمودار فرایند پژوهشی
فصل دوم: مروری بر پژوهش­های پیشین
۲-۱- ترکیبات اساسی بایوکامپوزیت
۲-۱-۱- نشاسته
نشاسته یک جزء غذایی عمده است و یک کربوهیدرات تجزیه پذیر که از هزاران واحد گلوکز ساخته شده است. نشاسته در برگیرنده زنجیره­های خطی و شاخه­دار مولکول­های گلوکز است که آمیلوز^[۳۹] و آمیلو پکتین^[۴۰] نامیده می­شوند. آمیلوز که یک حالت خطی نشاسته است مسئول شکل گیری فیلم­های قوی است. پیوندهای فیزیکی در شبکه ماکرو مولکولی نشاسته بیشتر براساس آمیلوز هستند و بر خصوصیات مکانیکی فیلم­ها تاثیر می­گذارند از سوی دیگر، ساختار شاخه­دار آمیلو پکتین عموماً باعث ایجاد فیلم­هایی می­ شود که شکننده هستند ( فازیلا^[۴۱] و همکاران، ۲۰۱۱).
نشاسته در طبیعت به شکل نیمه کریستالی وجود دارد با این توضیح که شکل کریستالی آن منحصرا مربوط به بخش آمیلو پکتین و حالت آمورفی آن نمایانگر بخش آمیلوز می­باشد (لویی^[۴۲] ،۲۰۰۳). نشاسته ترکیبی از دو پلیمر است آمیلوز، یک اتصال خطی (۴ ۱ ) از glucan – D – و آمیلوپکتین، یک مولکول پرشاخه که از شاخه های کوچک (۴ ۱ ) glucan – D – و پیوند (۶ ۱) در اتصالات تشکیل شده است. طول زنجیره آمیلوز حدود ۶۰۰۰ واحد D - گلوکو پیرانوز، با وزن مولکولی بین ۶۰۰۰۰۰ – ۱۵۰۰۰۰ دالتون است. آمیلو پکتین، بر عکس بسیار پر شاخه است به طور میانگین ۲۶- ۱۷ شاخه، با واحدهای D- گلوکوزیل جداشده از پیوندهای (۶ ۱ ) است. اندازه­ مولکولی آمیلو پکتین بزرگتر از آن است که به طور دقیق مشخص شود ولی مطالعات پراکنش نور حدود ۱۰^۶ D – گلوکوزیل در هر مولکول را نشان داد که آمیلو پکتین را یکی از بزرگترین ماکرو مولکول­های موجود در طبیعت می­ کنند. همه نشاسته­ها از این دو ترکیب ساخته شده ­اند. نسبت آن­ها در نمونه­های نشاسته معمولا ۲۰ به ۸۰ آمیلوز به آمیلو پکتین است (یقبانی و محمدزاده، ۱۳۸۴ ؛ قنبرزاده و همکاران، ۱۳۸۸). نشاسته پلی ساکاریدی با دو پلیمر خطی آمیلوز و شاخه دار آمیلو پکتین می­باشد. اغلب نشاسته­ها حاوی حدود ۲۵% آمیلوز و ۷۵% آمیلوپکتین می­باشند. برای نشاسته با آمیلوز بالا به دلیل قدرت تشکیل ژل خوب و ساختار پلیمر خطی مارپیچ، یکی از مواد بسیار عالی و مفید برای تشکیل فیلم محسوب می­گردد. (فورسل^[۴۳]،۲۰۰۲)

( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

شکل ۲- ۱: ساختمان شیمیایی نشاسته
نشاسته پلیمری از مولکول­های گلوکز است. این ماده در بافت های گیاهی به صورت دانه های جدا از هم یا گرانول وجود دارد که قطر آن­ها از۲ تا۱۰۰ میکرون متغیراست. گرانول­ها به لحاظ شکل ممکن است به صورت­های کروی، بیضی و یا چند وجهی باشند که با میکروسکوپ قابل بررسی هستند. این گرانول­ها اکثراً دارای یک مبدا مرکزی موسوم به هیلام می­باشند که اغلب توسط حلقه های متحد المرکزی احاطه شده اند. مهم ترین منبع تهیه نشاسته، ذرت است اما نشاسته گندم، برنج، سیب زمینی، کاساوا و ساگو نیز تولید و به بازار عرضه می­ شود. در این میان بزرگ ترین گرانول­ها مربوط به سیب زمینی و کوچک ترین آن­ها متعلق به برنج است. نشاسته از دو قسمت یا دو نوع مولکول پلیمری تشکیل شده است. یک قسمت به صورت خطی و فاقد انشعاب موسوم به آمیلوز است و قسمت دیگر که دارای انشعاب می­باشد آمیلو پکتین نام دارد (فاطمی، ۱۳۸۴).
نشاسته که به وفور در طبیعت یافت می­ شود، به دلیل قیمت پائین، قابلیت تجدید شوندگی و بازیافت زیستی، یکی از مواد خام جذاب و مورد علاقه برای استفاده در بسته بندی­های خوراکی محسوب می­گردد. علاوه بر این حساسیت زا نبوده و به دلیل دارا بودن ویژگی­های مکانیکی و مقاومت در برابر نفوذ گاز­ها، امکان به کارگیری و استفاده از آن در صنایع غذایی وجود دارد ( الماسی و همکاران، ۱۳۸۸ و جوانمرد و همکاران، ۱۳۸۵). نشاسته به دلیل ماهیت پلیمری قابلیت فیلم سازی دارد. به علاوه به دلیل قیمت مناسب و در دسترس بودن توجه زیادی به آن می­ شود ( بمیلر^[۴۴]، ۲۰۰۹). یکی از معایب فیلم های نشاسته، مقاومت پایین آن­ها به رطوبت است (آهویناینن^[۴۵]، ۲۰۰۳). برای حل این مشکل می توان از چربی­ها یا پلیمر­های زیست تخریب پذیر مقاوم به رطوبت استفاده کرد.(کاتر^[۴۶]، ۲۰۰۶)
علاقه به استفاده از نشاسته به عنوان پر کننده به منظور زیست تخریب کردن در صنایع بسته بندی از سال ۱۹۷۰ آغاز شد، گریفین^[۴۷] اولین کسی بود که از نشاسته به عنوان پر کننده در پلاستیک های سنتتیک استفاده کرد، او محصولی با بیش از ۵۰% نشاسته بدست آورد که در آن از پلیمر سنتزی LDPE وTPS استفاده شد. این فیلم مانع عبور مایع بود اما در برابر گاز ها نفوذ پذیری داشت (گیلبرت^[۴۸]،۲۰۰۰ ؛ مالی^[۴۹]، ۲۰۰۵). نشاسته به دلیل ماهیت پلیمری قابلیت فیلم سازی را دارد (بمیلر، ۲۰۰۹).
نشاسته فیلم­های شفاف، نیمه شفاف، بی طعم و بی مزه و بی­رنگ تولید می­ کند (میلارینن^[۵۰]، ۲۰۰۲). نشاسته به دلیل فراوانی در طبیعت (دومین بایو پلیمر فراوان در طبیعت است)، ارزان بودن و قابلیت ترمو پلاستیک شدن به عنوان ماده بسته بندی مورد توجه زیادی قرار دارد. هرچند نشاسته به تنهایی، دارای معایبی مانند آبدوستی بالا و ویژگی مکانیکی ضعیف (شکنندگی) می­باشد (قنبرزاده^[۵۱] و همکاران، ۲۰۰۷ ؛ جی.اچ.لی^[۵۲]، ۲۰۰۹)
عموما پلاستی سایزرها برای فیلم­های خوراکی بر پایه نشاسته برای غلبه بر شکنندگی فیلم مورد استفاده قرار می­گیرند. معمولا پلاستی سایزر­هایی که برای فیلم­های نشاسته ای استفاده می­ شود سوربیتول و گلیسرول است .یکی از معایب عمده فیلم های نشاسته مقاومت پائین آن­ها به رطوبت است ( مالی، ۲۰۰۵).
فیلم­هایی که بر پایه نشاسته تهیه می­گردند نسبت به رطوبت نسبی محیط پیرامون حساس می­باشند، به همین دلیل رطوبت نسبی محیط باعث تغییر ویژگی­های مکانیکی و مقاومت نسبت به نفوذ گاز ها می­گردد ( شی^[۵۳]، ۲۰۰۷).
۲-۱-۲- سویا
سویا یکی از بقولات است. نیام و دانه آن غذای میلیون‌ها نفر را فراهم می‌کنند و در تهیه مواد شیمیایی نقش عمده دارند. سویا احتمالاً حاصل اهلی‌سازی گیاهی وحشی در شرق آسیا است. روغن استخراج شده از دانه‌های سویا یکی از مهم‌ترین انواع روغن­ها است. این روغن حاوی اسید لینولئیک بسیار بالایی است و به همین دلیل از آن نمی‌توان برای تهیه روغن سرخ کردنی استفاده کرد. دانه سویا از لحاظ اسید آمینه میتونین نسبت به کنجد فقیر است اما از لحاظ اسید آمینه لیزین در سطح بالایی قرار دارد. سویا بیش از سایر دانه‌ها به پروتئین حیوانی شباهت دارد. روغن سویا ۴۹ درصد لینولئیک اسید و ۲۵ درصد اسیداولئیک دارد. میزان پروتئین دانه سویا بسیار بیشتر از سایر دانه‌های روغنی است. ارقام زیر نشان دهنده تفاوت عمده سویا با سایر دانه‌های روغنی به لحاظ میزان روغن و پروتئین است. میزان پروتئین سویا۳۰-۵۰ درصد، کلزا۱۸-۲۵ درصد، آفتابگردان ۱۵-۲۵ درصد، گلرنگ ۱۵-۲۵ درصد، کنجد ۱۹-۲۵ درصد، بادام زمینی ۲۵-۳۵ درصد می‌باشد. وجود پروتئین زیاد سبب شده است که کنجاله روغن کشیده شده آن برای تغذیه انسان بسیار مناسب باشد.
از دیدگاه گیاه شناسی لوبیا روغنی با نام علمی Glycine max گیاهی است از تیره نخود) لگومینوز) که به صورت بوته‌ای استوار و با شاخ بر گ زیاد رشد می‌کند. ریشه سویا مستقیم و با انشعاب زیاد است اما در شرایط ایران ریشه در عمق ۳۰ سانتی متر خاک پراکنده است. بر روی ریشه سویا نوعی باکتری همزیست Rhizobium japonicum مشاهده می‌شود. باکتری‌های ریزو بیوم، کربوهیدرات‌ها و سایر مواد غذایی را از آوند ابکشی گرفته و انرژی دریافتی را صرف تبدیل نیتروژن هوا به یون آمونیوم و در نهایت اسیدهای آمینه می‌کند. مقداری از نیتروژن تولید شده که مازاد مصرف باکتری است در اختیار گیاه قرار می‌گیرد و مقداری نیتروژن هم از تجزیه بافت گره‌های مرده (قطع در اثر پیری و رشد ثانویه ریشه) آزاد گردیده و در اختیار گیاه قرار می‌گیرد. سویا دارای دو فرم رشد محدود و نامحدود است. در گیاهان با فرم محدود گل‌ها در ابتدای گره‌های فوقانی به ظهور رسیده و به طرف پایین ادامه می‌یابد. در ارقام رشد نامحدود گل دهی در گره‌های پایینی آغاز گردیده و به طرف بالا پیش می‌رود. در سویا اشکال رشد نامحدود بزرگ ترین بر گ‌ها در وسط بوته قرار دارند و در بخش‌های بالایی و پایینی بوته از سطح برگ‌ها و طول دمبرگ کاسته می‌شود. در ارقام رشد محدود برگ‌ها ی قسمت انتهایی بوته دارای سطح برگ کمتر و دمبرگ کوتاهتر می‌باشند، ولی نزدیک شدن به طرف پایین بوته، سطح برگ­ها و طول دمبر گ افزایش می‌یابد ( تاجیک^[۵۴] و همکاران، ۲۰۱۳).
با افزایش محبوبیت گیاه خواری در دهه ۷٠ میلادی قرن بیستم و به اوج رسیدن آن در دهه ۹٠، سویا توسط حامیان آن بعنوان “ماده غذایی سالم” معرفی گردید و از مزایای آن می­توان موارد زیر را برشمرد: منبعی ایده آل از پروتئین، کاهنده کلسترول، محافظت کننده در برابر سرطان، کاهنده علائم یائسگی و خطر ابتلا پوکی استخوان، تاثیر بر سطوح تستسترون در مردان به دلیل محتوای فیتواسترون، کمک به هضم غذا و حفظ سلامت روده و معده، جلوگیری از ابتلا به بیماری های قلبی، تقویت سیستم ایمنی بدن، حفظ سلامت پوست و مو بدلیل وجود ویتامین E، کاهش خطر ابتلا به سرطان پروستات و طاسی در مردان، تقویت استخوانها، منبع آنتی اکسیدان، پیشگیری از ابتلا به آلزایمر به شرط استفاده متعادل از سویا، کمک به بازسازی ماهیچه ها با مصرف یک مشت سویا در روز.
۲-۱-۳- پلی ساکارید محلول در سویا
به تازگی یک پلی ساکارید از مواد دیواره سلولی لپه سویا استخراج شده است. SSPSاز خانواده پکتین مانند از بیوپلیمر اسیدی استخراج شده از محصول فرعی کربوهیدرات باقی مانده از تولید پروتئین سویا جدا شده (SPI) تولید می­ شود. مزایای SSPS برای سلامتی انسان، پایین آوردن کلسترول خون، بهبود رخوت و کاهش خطر ابتلا به دیابت گزارش شده است ( شوری^[۵۵] و همکاران، ۱۹۸۵). به غیر از ارزش غذایی آن، عملکردهای مختلفی از جمله پراکندگی، تثبیت کننده، امولسیون و چسبندگی، ویسکوزیته کم ، و قادر به تشکیل فیلم سطحی قوی با ضخامت ۱۷-۳۰ نانومتر نیز دارد ( ای سای^[۵۶] و همکاران، ۱۹۹۴). امروزه محبوبیت پروتئین سویا به عنوان امولسیفایر در حال افزایش است زیرا می ­تواند یک جایگزین vegetable-based به جای پروتئین­های روزانه باشد. نتایج حاصل از مطالعات گوناگون نشان داد که SSPS می ­تواند فیلم­های زیست تجزیه پذیر با ظاهر خوب و خواص مکانیکی رضایت بخش تولید کنند. ( سالار باش^[۵۷] و همکاران، ۲۰۱۳).
۲-۱-۳-۱ ساختار SSPS
پلی ساکارید محلول در سویاSSPS، دارای یک ساختار پکتین مانند است که متشکل از ستون اصلی نام برده در زیر می­باشد ( ناکامورا^[۵۸] و همکاران، ۲۰۰۲).
۱- Homogalacturonan
Rhamnogalacturonan
۲- (واحد های تکراری تشکیل شده از و )
۳- منشعب شده توسط و
galactan .

۲-۲- ژلاتین و ژلاتین گاوی
ژلاتین ترکیب پروتئینی مشتق شده از کلاژن است که حاوی ۱۸ نوع اسید آمینه می باشد. ژلاتین در واقع یک مولکول حیوانی سنگین وزن (۱۰ الی ۲۰ کیلو دالتن) و قابل حل در آب است که توسط هیدرولیز از دناتوراسیون حرارتی کلاژن به دست می آید. ژلاتین خالص بطور طبیعی وجود ندارد بلکه از هیدرولیز استخوان و غضروف های بدن خوک و گاو و به میزان کمتر پرندگان و ماهیان به دست می آید. ژلاتین دارای ۸۴% پروتئین، ۱۴%رطوبت و ۲% خاکستر است. ژلاتین در هوای خشک پایداری خوبی دارد اما در هوای مرطوب مورد حمله میکروب ها قرار می گیرد. در آب سرد نامحلول است و پس از غوطه وری در آب متورم و نرم شده ۵ الی ۱۰ برابر وزن خود آب جذب می کند. ژلاتین در آب داغ، الکل اتیلیک ۹۵%، کلروفرم، اتر، روغن فرار و غیر فرار محلول است. ژلاتین به دلیل ویژگی های منحصر به فرد در ایجاد ژل، قوام دهندگی، پایدار کنندگی، امولسیفایری، تشکیل کف و فیلم در صنایع غذایی به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد. فیلم های ژلاتین قوی و شفاف هستند و پس از خشک شدن ژل شکل می گیرد. ژلاتین ترکیبی از آمینو اسیدهاست که در دو دسته آ و ب طبقه بندی می شود. مقدار آمینو اسیدها سبب تفاوت این دو دسته از یکدیگر می شود. در میان هیدروکلوئیدهایی که امروز، در مواد غذایی استفاده می شوند یکی از بیشترین موارد مصرف مربوط به ژلاتین می باشد. از جمله محصولات ویژه ای که از ژلاتین تهیه می شود ژله شفاف ژلاتین است که طرفداران زیادی دارد و بافت منحصر به فرد و قابلیت ذوب در دهان آن، در هیچ پلی ساکاریدی مشاهده نشده است. میزان استفاده از ژلاتین در صنایع غذایی بیشتر از هر هیدروکلوئید ژل دهنده دیگری است و مواد اولیه آن به وفور در دسترس بوده و هزینه تولید صنعتی آن به طور نسبی پائین می­باشد. از آنجائیکه ژلاتین یک پروتئین می باشد و میزان بعضی از اسیدهای آمینه ضروری آن مثل لیزین بالاست بر اساس قوانین اتحادیه اروپا به عنوان یک ماده غذایی محسوب می شود و نیازی به داشتن شماره ثبت شده همانند سایر مواد افزودنی غذایی ندارد. ژلاتین نسبت به پلی ساکارید ها نقطه ذوب پایین تری دارد و در اغلب موارد در مواد غذایی به کار می رود که در یخچال و در دماهای پایین نگهداری می­شوند. از لحاظ تجاری ژلاتین از هیدرولیز کنترل شده اسیدی یا بازی کلاژن حاصل می شود. بنابراین منبع کلاژن نوع و خواص آن روی خواص ژلاتین حاصل تأثیر می­ گذارد. کلاژن حدود ۳۰% کل پروتئین بدن انسان را تشکیل می دهد و میزان آن در بدن بسیاری از حیوانات دیگر (مهره داران و بی مهرگان) در حدود همین مقدار است. مولکول کلاژن به صورت یک هلیکس سه تایی است که سه زنجیره آلفا ساختار سه بعدی آن را تشکیل می دهد. خواص یک ژل ژلاتین تحت تأثیر غلظت ژلاتین، PH محلول، زمان و دمای تشکیل ژل و نوع ژلاتین قرار می­گیرد. نقطه ذوب ژلاتین تحت تأثیر دما و زمان بستن ژل، نوع ژلاتین و غلظت ژلاتین در محلول می باشد. وجود قندهای ساده مثل گلوگز و فروکتوز در غلظت های بالای ۱۰% نیز می ­تواند در افزایش قدرت و بهبود خواص ژل و ژلاتین تأثیر مهمی داشته باشد. ژل­های برگشت پذیر حرارتی بوسیله حرارت دادن محلول­های ژلاتینی در محیط آبی با ایجاد اتصال بین گروه ­های آمین و کربوکسیل از گروه ­های جانبی اسید آمینه آزاد شکل می­گیرد. ژلاتین برای کپسوله کردن ترکیب غذایی و دارویی با رطوبت پایین یا فاز روغنی به کار می­رود. چنین کپسوله کردنی به خوبی میزان ترکیبات یا دز دارو را مشخص می­ کند و محافظت از آن­ها در برابر اکسیژن و نور را میسر می­سازد و میوه­ ها و سبزی­های خشک شده را از جذب رطوبت و اکسیداسیون محافظت می­ کند. فیلم­های ژلاتینی قوی و شفاف هستند و از خشک شدن ژل حاصل می­شوند، به منظور کاهش اکسیژن، رطوبت و انتقال روغن به عنوان پوشش روی محصولات گوشتی به کار می روند (داموداران^[۵۹] و همکاران، ۱۹۹۷).
ژلاتین یک پروتئین با دامنه گسترده‌ای از خواص کارکردی و کاربردها، مانند قابلیت تشکیل فیلم است، که به وسیله تجزیه آبی کلاژن بدست می‌آید. خواص و قابلیت تشکیل فیلم ژلاتین‌ها ارتباط مستقیمی با وزن مولکولی دارد، به عبارت دیگر، هر چه میانگین وزن مولکولی بیشتر باشد، کیفیت ژلاتین بهتر خواهد بود. توزیع وزن مولکولی عمدتاً به میزان اتصال عرضی کلاژن و رویه استخراج بستگی دارد. البته، خواص فیزیکی ژلاتین‌ها علاوه بر توزیع وزن مولکولی به ترکیب اسید آمینه نیز بستگی دارد. ژلاتین‌های پستاندارن معمولاً خواص فیزیکی بهتری نسبت ژلاتین‌های اکثر ماهی‌ها دارند. که این امر عمدتاً با مقدار بیشتر اسید آمینه آن­ها بستگی دارد. که باعث ایجا پیکربندی مارپیچ سه‌گانه در دمای پایین می‌شود. در بسیاری از تحقیقات به خواص فیزیکی و شیمیایی فیلم‌های ژلاتینی پستانداران پرداخته شده است. اخیراً توجه محققان بر خواص فیلم‌های بدست آمده از ژلاتین ماهی‌ها بوده است ( مز استاکا^[۶۰] و همکاران، ۲۰۰۹).
کیفیت یک ژلاتین خوراکی تا حد زیادی به خواص رئولوژیکی^[۶۱] آن (بیش از همه استحکام ژل و گرانروی آن) بستگی دارد، اما این امر، همچنین تابعی از سایر ویژگی‌های آن مانند شفافیت، عدم وجود رنگ و طعم و نیز حل‌پذیری آسان می‌باشد. به دلیل همین خواص، ژلاتین یکی از اولین موادی است که به عنوان ماتریس ترکیب‌های بیواکتیو مورد استفاده قرار گرفته است، که البته این بیوپلیمر (زیست بسپار) همچنان مود توجه است، که دلیل این امر فراوانی، قیمت نسبتاً پایین و خواص کارکردی بسیار عالی است. اخیراً نیز علاقه روزافزونی در رابطه با ظرفیت و کاربرد پذیری آن به عنوان ماده بسته‌بندی غذا به وجود آمده است ( مزگویله^[۶۲] و همکاران، ۲۰۰۷).
با قرار گرفتن کلاژن در محیط اسیدی و در معرض عملیات حرارتی متوسط، ژلاتین تشکیل می­ شود. ژلاتین شامل مقدار زیادی پرولین،هیدروکسی پرولین،لیزین و هیدروکسی لیزین است که در واکنش تغلیظ شرکت می کنند و اتصال ها و پیوندهای عرضی درون مولکولی و بین مولکولی در بین زنجیره های پروتئینی ایجاد می­نمایند. در صنایع غذایی از ژلاتین برای غذاهای دارای بافت ضخیم استفاده می شود زیرا ژلاتین دارای ویژگی های ژله ای ایده آلی می باشد.هم چنین ژله دارای بافت اسفنجی عالی است که بافت خوراکی مناسبی ایجاد می نماید. از ژلاتین به عنوان روکش در صنایع غذایی و دارو سازی استفاده شده است. غضروف ها، استخوان ها، تاندون­ها و پوست گاو، خوک و ماهی جزء منابع مهم ترکیبات ژلاتینی محسوب می­شوند. ژلاتین گاوی عبارت است از یک پلی پپتید با وزن مولکولی بالا که از کلاژن بافت های پیوندی، پوست، استخوان و تاندون های گاو مشتق گرفته می­ شود ( امبوسکادو^[۶۳] و همکاران، ۲۰۰۹).
۲-۲-۱- تولید ژلاتین
تفاوت روش­های تولید ژلاتین بستگی به روش بکارگرفته شده بر روی مواد خام اولیه دارد. بر حسب اینکه از چه پیش تیماری استفاده گردد چهار روش برای تولید ژلاتین وجود دارد که عبارتند از: روش اسیدی، روش قلیایی، روش پراکسید هیدروژن و روش آنزیمی.
پوست ابتدا شسته می­ شود و در یک محلول آب آهک و سولفید قرار می­گیرد تا چربی و پروتئین های غیر کلاژنی آن حذف شود سپس به قطعات کوچک خرد می­ شود. استخوان نیز حاوی مواد غیر کلاژنی یعنی مواد معدنی است که باید به طریقی آن­ها را حذف کرد. استخوان پس از تمیز شدن، خشک می­ شود و به قطعات ۱ الی ۲ سانتی متر خرد می­ شود. سپس در یک محلول رقیق اسید کلریدریک قرار می­گیرد تا مواد معدنی آن حذف شده به اوسئین تبدیل شود. از اوسئین هم به روش اسیدی و هم قلیایی می توان ژلاتین تولید کرد. اگر در آب شستشو از ترکیبات اکسید کننده ضعیف استفاده شود علاوه بر جلوگیری از رشد باکتری ها بازده تولید ژلاتین افزایش می یابد. این ترکیبات عبارتند از هیپوکلریت، سدیم، پتاسیم یا پراکسید هیدروژن که در غلظت ۵۰ الی ۱۰۰۰ppm به کار می روند سپس یک مرحله شستشو با آب انجام شده مواد در یک محلول قلیایی ضعیف قرار می­گیرند. پس از شستشو با آب خنثی مواد در یک محلول اسیدی سرد غوطه ور می شوند اسید به کار رفته می تواند معدنی باشد مثل اسید کلریدریک، اسید سولفوریک و اسید فسفریک با غلظت ۵/۰ الی ۳/۰ درصد و میزان ۲۰ الی ۳۰ لیتر به ازای هر تن پوست. و یا آلی باشد مثل اسید استیک و یا اسید لاکتیک که به همان میزان استفاده می­ شود. استفاده از اسید باعث می شود تا pH محلول سریعاً به حدود ۲ برسد مدت زمان فرایند اسیدی ۱ الی ۸ ساعت و ترجیحاً ۴ ساعت می­باشد. نقطه ایزویونیک بسته به شدت و مدت زمان فرایند بین ۷ الی ۹ است. اسید هیدرولیز آسپاراژین و گلوتامین را به اسید گلوتامیک و اسید آسپارتیک محدود می­ کند. در مدت تیمار مواد به آرامی هم زده می شود تا بو و ترکیبات نامطلوب از پوست خارج شود. پس از گذشت مدت زمان مورد نظر، پوست ها با آب خنثی شسته می­شوند و در یک محلول رقیق اسید سیتریک قرار می­گیرند. غلظت اسید سیتریک ۵/۰ الی ۶/۰% است و استفاده از آن باعث می­ شود ترکیبات مولد بو و طعم بدون نیاز به تیمار قلیایی حذف شوند پوست های تیمار شده با آب فاقد یون شسته می شود تا نمک های باقیمانده در آن از بین برود تمام این مراحل از ابتدا در دمای ۱۵ الی ۲۷ درجه انجام می­گیرد. تیمار قلیایی اوسئین با محلول آب آهک انجام می­ شود چنانکه در مورد پوست بیان شد بسته به نوع مواد (پوست یا استخوان) اندازه قطعات و مدت زمان تیمار قلیایی ۸ الی ۱۲ هفته به طول می انجامد. اوسئین نسبت به پوست به تیمار طولانی تری نیاز دارد. تیمار از طریق تنظیم میزان قلیایی بودن آب آهک کنترل می شود سپس مواد با آب سرد شسته می­شوند تا آب آهک حذف شود. با بهره گرفتن از اسید pH تنظیم می شود و مواد وارد مرحله استخراج با آب داغ می گردند تا ژلاتین قابل حل از کلاژن استخراج شود. در تیمار ایزویونیک ۸/۴ الی ۲/۵ می­باشد که در صورت کوتاه شدن مدت زمان تیمار به ۶افزایش می­یابد. همچینن قلیا باعث تسریع تبدیل آسپاراژین و گلوتامین به اسید آسپارتیک و اسید گلوتامیک می­گردد. دمای استخراج بالاتر از ۵۰ درجه سانتیگراد می­باشد. تعداد مراحل استخراج از ۳ الی ۶ مرحله متفاوت است در روش استخراج چند مرحله­ ای از دمای پایین استفاده می­ شود و درنتیجه کیفیت ژلاتین مرغوب تر و افت کیفیت آن کمتر می شود. اولین مرحله استخراج در دمای ۵۰ الی ۶۰ درجه رخ می­دهد که مولکول های سنگین وزن با ویسکوزیته بالا، کشش ژل مطلوب و رنگ روشن تولید می کند. در استخراج های بعدی دما به اندازه ۵ الی ۱۰ درجه افزایش پیدا می­ کند. به دلیل دمای بالاتر، مولکول های تولید شده کم وزن، کشش ژل کمتر و رنگ آن پررنگ تر خواهد بود. بیشترین مقدار ژلاتین محلول در دومین مرحله بدست می ­آید. حین استخراج مواد در تانک به آرامی هم زده می شوند تا قابلیت بازیافت ژلاتین در مدت زمان کمتر و دمای پایین تر امکان پذیر شود. هر مرحله استخراج کمتر از ۲ ساعت به طول می­انجامد. آخرین مرحله در دمای نزدیک نقطه جوش آب انجام می شود. محصولات به دست آمده از هر مرحله با هم مخلوط می­شوند. زمانی که غلظت ژلاتین در محلول استخراج شده از کلاژن به ۴ الی ۵ درصد رسید فرایند استخراج متوقف می­گردد. محلول ژلاتین و پسماند جامد از طریق دکانتاسیون از هم جدا می شوند. محلول در حضور یک کمک فیلتر مثل خاک دیاتومه از صفحات فیلتر عبور می کند مقادیر کم چربی باقیمانده در ژلاتین روی صفحات فیلتر جدا شده ژلاتین شفاف می­ شود. pH محلول در رنج ۵ الی ۷ تنظیم می­ شود و محلول به منظور حذف ترکیبات مخربی چون آمین و مشتقات آن از رزین تبادل یون عبور می کند. محلول تحت خلاء تغلیظ می شود تا بوهای فرار آن خارج شود. پس از خنک شدن در اثر جریان هوا خشک می شود. به این صورت که محلول تغلیظ شده به یک تسمه استیل ضدزنگ هدایت می شود که این تسمه از درون یک اتاقک خشک کن عبور می کند. ژلاتین حاصله خشک کن را با رطوبت ۱۰% ترک می کند و در آسیاب های خاص به اندازه دلخواه خرد می­ شود (داموداران^[۶۴] و همکاران، ۱۹۹۷).
۲-۲-۲- کاربردهای ژلاتین
مهم­ترین مصارف ژلاتین در صنایع غذایی، داروئی و شیمیایی است. به ویژه در صنایع غذایی در تهیه مارمالادها و ژله­ها، شیرینی­جات و بستنی­ها کاربرد داشته، به آسانی در بدن جذب شده و حتی به هضم سایر مواد غذایی از طریق تشکیل امولسیون کمک می­نماید. در صنایع غذایی از ژلاتین به عنوان ایجاد کننده ارزش پروتئینی، قوام دهنده مایعات غذایی، پایدارکننده بعضی از محصولات غذایی در صنایع عکاسی و در صنایع داروسازی جهت تولید کپسول­های ژلاتینی و … استفاده می­ شود ( توآن چو^[۶۵] و همکاران، ۲۰۱۲).
۲-۳- نانوتکنولوژی
مقیاس نانو، ابعادی کمتر ازnm 100 (معمولا nm 1/0 تا nm 100) را شامل می شود، که شامل موادی یا سطوح خارجی بسیار زیاد و ناهمگونی کم که پدیده ­های کوانتومی بروز می­ دهند می­باشد. علم نانو، مطالعه پدیده ­ها و خواص نوین مواد، در این مقیاس (در حد اتم ها و مولکول­ها ) می­باشد. فناوری نانو، کاربرد دانش، مهندسی و فناوری در مقیاس نانو در جهت تولید مواد و سیستم­هایی است که وظایف خاص الکتریکی، مکانیکی، بیولوژیکی، شیمیایی یا محاسباتی را انجام می­ دهند. نانو تکنولوژی بر اساس ارائه خواص و عملکردهای نوینی از نانو ساختارها، دستگاه ها و سیستم ها به علت ساختار بسیار کوچک آن­هاست. این دستگاه ها عموما کاربردهای بیولوژیکی و پزشکی دارند به طور کلی نانوتکنولوژی، فن آوری تغییر در خواص مولکول­های تشکیل دهنده مواد است. و به همین دلیل مقیاس نانو بهترین تعریف برای تکنولوژی می­باشد. به عقیده مدیر اجرایی مؤسسه نانو تکنولوژی انگلستان فناوری نانو ادامه و گسترش روند مینیاتوریزه کردن است و به این طریق تولید مواد، تجهیزات و سامانه هایی با ابعاد نانو انجام می شود. در حقیقت فناوری نانو به ما امکان ساخت و طراحی موادی را می دهند که کاملاً دارای خواص و اختصاصات جدید هستند. نانو تکنولوژی نیاز بشر را به مواد کمیاب کمتر کرده و با کاستن آلاینده ها محیط زیستی سالمتر را فراهم می­ کند.
آینده تعلق به فرآیندهای جدید با هدف افزایش کارایی محصولات، طول عمر مواد و بهبود ایمنی و کیفیت غذا خواهد داشت. نانو تکنولوژی توانایی آن را دارد تا انقلابی در صنعت غذایی ایجاد کند. نانو تکنولوژی را می توان در توسعه مواد در مقیاس نانو، سیستم های رهایش کنترل شده، تشخیص آلودگی و … به کاربرد. در چند سال اخیر صنایع غذایی جهان میلیون ها دلار در راه تحقیق و توسعه نانو تکنیک سرمایه گذاری نموده و تعدادی از بزرگترین کارخانجات محصولات غذایی مانند نستله و آلتریا و اچ جی هانیز و یونیلور از پیشگامان تحقق بخشیدن به این رویه تهیه مواد غذایی می باشند و صدها کارخانه کوچکتر دیگر نیز از آن­ها پیروی می کنند. پیشرفت در بسته بندی هوشمند برای افزایش عمر مفید محصولات غذایی هدف بسیاری از شرکت هاست. این سیستم های بسته بندی قادر خواهند بود پارگی ها و سوراخ های کوچک را با توجه به شرایط محیطی (مانند تغییرات دما و رطوبت) ترمیم و مصرف کننده را از فساد ماده غذایی آگاه سازند. ( ساکسلو^[۶۶] ، ۲۰۰۳).
۲-۴- بایو نانو تکنولوژی