بررسی تاثیر نانو بلورسلولز بر خصوصیات فیزیکی فیلم بیو نانو کامپوزیتی ایزوله پروتئین آب پنیر

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی اصفهان

2 استاد، دانشگاه صنعتی اصفهان

چکیده

امروزه، اکثر مواد مورد استفاده برای بسته بندی مواد غذایی، مواد زیست تخریب ناپذیرند که سبب ایجاد مشکلات محیطی جدی شده اند. بنابراین، فیلم های خوراکی بر پایه مواد طبیعی به دلیل زیست تخریب پذیر بودنشان می توانند راه حل امیدوارکننده ای برای حل مشکلات محیطی ناشی از بسپارهای سنتزی باشد. این فیلم ها علاوه بر زیست تخریب پذیری و خصوصیات ممانعتی خوب در برابر گازها، از خواص مکانیکی و نفوذ پذیری به بخار آب ضعیفی برخوردارند. لذا هدف از این پژوهش، استخراج نانو بلورهای سلولز از پوسته یولاف و افزودن آن به بیو فیلم ایزوله پروتئین آب پنیر به عنوان عامل تقویت کننده خواص آن بود. به همین منظور، از روش هیدرولیز اسیدی جهت استخراج نانوبلورهای سلولز از پوسته یولاف استفاده شد و در ادامه فیلم های بیونانوکامپوزیتی بر پایه ایزوله پروتئین آب پنیر با مقادیر 0، 2.5، 5 و 7.5% نانوبلورهای سلولز به روش قالب ریزی محلول تهیه شدند و اثرات نانوبلورهای سلولز بر خصوصیات سطحی، شفافیت، خصوصیات مکانیکی و نفوذپذیری فیلم ها نسبت به بخارآب مورد بررسی قرارگرفت. نتایج نشان داد افزودن نانوبلورهای سلولز سبب بهبود خواص مکانیکی کامپوزیت ها شده است، که در این رابطه فیلم های تهیه شده از 5% نانوبلورسلولز بالاترین استحکام کششی و مدول الاستیسیته و کمترین کشش پذیری را نشان دادند. افزودن نانوبلورهای سلولز سبب کاهش تراوایی فیلم ها به بخار آب شد که تا 36 % توانست نفوذپذیری به بخار آب را کاهش دهد و همچنین سبب کاهش شفافیت و تراکم فیلم ها و زبر و ناصاف شدن سطح فیلم ها گردید. در مجموع، نتایج به دست آمده نشان داد که نانوبلورهای سلولز استخراجی از پوسته یولاف می تواند اثرات مثبتی بر خصوصیات فیزیکی فیلم ایزوله پروتئین آب پنیر داشته باشد و به بهبود خواص آن کمک کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigation of the effect of cellulose nanocrystal on physical properties of whey protein isolate bionanocomposite films

نویسندگان [English]

  • Zeinab Qazanfarzadeh 1
  • Mehdi Kadivar 2
1 M.Sc. Graduated, Faculty of Agriculture, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran
2 Professor, Department of Food Science and Technology, Faculty of Agriculture, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran
چکیده [English]

Nowadays, most materials used for food packaging are practically non-degradable, representing a serious global environmental concern. Accordingly, edible films based on natural materials are receiving much attention as potential packaging materials, principally due to their biodegradability which is considered to be a promising solution to environmental impacts of synthetic polymer packaging. However, biopolymer films are limited in their ability due to disadvantages related to performance such as brittleness, poor moisture barrier and mechanical properties. The main goal of this study was the isolation and incoporation of cellulose nanocrystal (CNC) prepared from oat husk to whey protein biofilm to improve its mechanical properties. In this regard, acid hydrolysis was used in order to isolate of nanocrystalline cellulose from the oat husk. Consequently, bionanocomposite film based on whey protein isolate and CNC in percentages of 0, 2.5, 5 and 7.5 (w/w) were prepared by casting sollution method and then the reinforcing effects of cellulose nanocrystalline on surface properties, mechanical properties, water vapor permeability (WVP) and transparency on the film were studied. Results indicateed all of the composite were suitable for evelation mechanical and tensile properties. The films prepared of 5% CNC showed the highest tensile strenght and modulus of elasticity and the lowest elongation at break. Addition of CNC caused lower WVP that could decrease the WVP up to 36%. The transparency of films were decreased with increasing of CNC concentration and the surface of film was rough. In total the result showed that isolation of CNC from the oat husk have positive effects on physical properties of whey protein isolate biofilm and help in improving its properties.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Bionanocomposite
  • Cellulose Nanocrystal
  • Whey protein isolate
  • Physical Properties

 

[1]        Gennadios, A. (2002(. Protein-Based Films and Coatings, 1th ed., CRC Press, Florida, pp 773.

[2]         مطلبی، ع.؛ حسن ذاتی رستمی، آ.؛ خانی پور، ع.؛ سلطانی، م. (1391) اثر پوشش خوراکی پروتئین آب پنیر بر رطوبت و ویژگی‌های حسی ماهی کلیکای شکم خالی. علوم غذایی و تغذیه، جلد9، شماره4، ص 48-39.

[3]        Han, J.H. (2000). Antimicrobial Food Packaging. The University of Manitoba, Canada, pp 50–70.

[4]        Gennadios, A., Mchugh, T., weller, C.L. (1994). Edible Coating and Films Based on Proteins, In: Edible Coating and Films to Improve Food Quality, Technomic Publishing, Lancaster, pp 201-278.

[5]        Kester, J.J., Fennema, O. (1986). Edible films and coatings: A review. J. Food Sci., 40, 47-59.

[6]        Siro, I., Plackett, D. (2010). Micro fibrillated cellulose and new nanocomposite materials. Cellulose., 17, 459-494.

[7]         حاتمی، ا.؛ باریکانی، م.؛ سیدمحقق، س.م. (1390) نانوکریستال‌های سلولز؛ بررسی ساختار، خواص و کاربرد. ماهنامه فناوری نانو، شماره9، ص 29-25.

[8]        Johar, N., Ahmad, I., Dufresne, A. (2012). Extraction, preparation and characterization of cellulose fibres and nanocrystals from rice husk. Ind. Crop. Prod., 37, 93–99.

[9]        Chen, D., Lawton, D., Thompson, M.R., Liu, Q. (2012). Biocomposites reinforced with cellulose nanocrystals derived from potato peel waste. Carbohydr. Polym., 90, 709– 716.

[10]    Huq, T., Salmieri, S., Khan, A., Khan, R.A., Tien, C.L., Riedl, B., Fraschini, C., Bouchard, J., Uribe-Calderon, J., Kamal, M.R., Lacroix, M. (2012). Nanocrystalline cellulose (NCC) reinforced alginate based biodegradable nanocomposite film. Carbohydr. Polym., 90, 1757-1763.

[11]    Khan, A., Khan, R.A., Salmieri, S., Tien, C.L., Riedl, B., Bouchardc, J., Chauvec, G., Tand, V., Kamal, M.R., Lacroixa, M. (2012). Mechanical and barrier properties of nanocrystalline cellulose reinforced chitosan based nanocomposite films. Carbohydr. Polym., 90, 1601–1608.

[12]    Pereda, M., Amica, G., Racez, I., Marcovich, N.E. (2011). Structure and properties of nanocomposite films based on sodium caseinate and nanocellulose fibers. J. Food Eng., 103, 76-83.

[13]    Abdollahi, M., Alboofetileh, M., Behrooz, R., Rezaei, M., Miraki, R. (2013). Reducing water sensitivity of alginate bio-nanocomposite film using cellulose nanoparticles. Int. J. Biol. Macromol., 45, 166-173.

[14]    Lu, P., Hsieh, Y.L. (2012). Preparation and characterization of cellulose nanocrystals from rice straw. Carbohydr.Polym., 87, 564–573.

[15]    Roman, M., Gray, D.G. (2005). Parabolic focal conics in self-assembled solid films of cellulose nanocrystals. Langmuir., 21(12), 5555–5561.

[16]    Fan, G., Wang, M., Liao, C., Fang, T., Li, J., Zhou, R. (2013). Isolation of cellulose from rice straw and its conversion into cellulose acetatecatalyzed by phosphotungstic acid. Carbohydr. Polym., 94, 71–76.

[17]    Bamdad, F., Goli, A.H., kadivar, M. (2006). Preparation and characterization of proteinous film from lentil (Lens culinaris) Edible from lentil (Lens culinaris). Food Res. Int., 39, 106-111.

[18]    Guilbert, S., Cuq, J.L. (1992). Edible wheat gluten films: Influence of the main process variables on film properties using response surface methodology. J. Food Sci., 57(1), 190-196.

[19]    ASTM. (1996). Standard Test Method for Tensile Properties of Thin Plastic Sheeting. D822-91. Annual book of ASTM, Philadelphia, PA: American Society for Testing and Materials.

[20]    ASTM. (2000). Standard Test Methods for Water Vapor Transmission of Materials. E 96-00. Annual Book of AST, Philadelphia, PA: American Society for Testing and Materials.

[21]    Sothornvit, R., Rhim, J.W., Hong, S.I. (2009). Effect of nano-clay type on the physical and antimicrobial properties of whey protein isolate/clay composite films. J. Food Eng., 91, 468-473.

[22]    Abdollahi, M., Alboofetileh, M., Rezaei, M., Behrooz, R. (2013). Comparing physico-mechanical and thermal properties of alginate nanocomposite films reinforced with organic and/or inorganic nanofillers. Food Hydrocolloid., 32, 416- 424.

[23]    Kowalczyk, D., Baraniak, B. (2011). Effect of plasticizers, pH and heating of film-forming solution on the properties of pea protein isolate films. J. Food Eng., 105, 295-305.

[24]    Song, N.B., Jo, W.S., Song, H.Y., Chung, K.S., Won, M., Song, K.B. (2013). Effect of plasticizers and nano-clay content on physical properties of chicken feather protein composite films. Food Hydrocolloid., 31, 340-345.