توليد آئروژل سلولز و استفاده از آن به همراه ماده تغيير فاز دهنده در بسته‌بندي گوشت به منظور جلوگيري از نوسانات دمايي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي علوم و صنايع غذايي

دكتري

مقادير قابل توجه ضايعات توليدي در كارخانه¬هاي مواد غذايي در كنار بسته‌بندي و زنجيره سرد نامناسب، سالانه خسارات جبران ناپذيري به صنعت غذا تحميل مي¬كند. استفاده از اين ضايعات و بازگرداندن آن¬ها به چرخه توليد گامي مفيد در جهت كاهش خسارات اقتصادي و زيست¬محيطي ناشي از دفع آن¬ است. از سوي ديگر استفاده از عايق‌هاي حرارتي و مواد تغيير فاز دهنده در بسته‌بندي مواد غذايي حساس به حرارت كاهش ضايعات در اثر نوسانات و قطع سيستم سرمايي را در پي دارد. با اين حال عدم ثبات شكل و نشتي در حين تغيير فاز از موانع اصلي كاربرد تغيير فاز دهنده‌هاي داراي تغيير فاز جامد به مايع، به شمار مي‌روند. بنابراين در اين تحقيق، از دانه مصرف شده ماءالشعيرسازي كه حجم قابل توجهي (بيش از 85 درصد) از ضايعات كارخانجات فرآوري ماءالشعير را به خود اختصاص مي¬دهد، به عنوان منبع اوليه استخراج نانوالياف سلولز، توليد آئروژل به عنوان عايق حرارتي و توليد كامپوزيت آئروژل/تغيير فازدهنده استفاده شد. براي اين منظور، از يك تيمار شيميايي ملايم (تيمار قليايي و رنگبري يك مرحله‌اي) نسبت به محدود پژوهش‌هاي انجام شده در اين زمينه براي استخراج سلولز استفاده گرديد. در ادامه با استفاده از ميكروفلودايزر به تنهايي و يا با پيش تيمار اكسيداسيون تمپو، دو نوع نانوفيبر توليد شد. ويژگي‌هاي نانوفيبرهاي توليد شده توسط ميكروسكوپ‌هاي نوري، الكتروني، اتمي، طيف سنج مادون قرمز، پراش اشعه ايكس، آناليز توزين حرارتي، زتاسايزر و رئومتر بررسي گرديد. در ادامه، براي نخستين بار با استفاده از دو نوع نانوفيبر توليد شده در غلظت‌هاي 3-1 درصد وزني و كاربرد دو روش انجماد يكسويه و تصادفي آئروژل‌ها توليد گرديدند. تاثير نوع نانوفيبر و روش‌ انجماد بر ريزساختار، هدايت حرارتي و ويژگي‌هاي مكانيكي آئروژل‌هاي توليد شده مورد بررسي قرار گرفت. در مرحله بعد، كامپوزيت‌هاي پلي‌اتيلن‌گلايكول (PEG)/آئروژل با استفاده از دو روش مختلف، شامل افزودن PEG در مرحله سل (با و يا بدون پيوند عرضي فيزيكي) با غلظت‌هاي 80، 85، 90 درصد وزني و افزودن در مرحله ژل توليد گرديدند. در ادامه ويژگي‌هاي ظاهري، حرارتي، مكانيكي و تنظيم حرارتي كامپوزيت‌هاي توليد شده بررسي شد. در مرحله پاياني، كارايي آئروژل و كامپوزيت توليد شده در بسته‌بندي گوشت منجمد و هنگام قطع سيستم سرمايي سنجيده شد. نتايج به دست آمده نشان داد، نانوفيبرهاي توليد شده از طريق كاربرد اكسيداسيون تمپو از قطر كوچك‌تر (4/5 نانومتر) و توزيع اندازه يكنواخت‌تر برخوردار بودند. كليه آئروژل‌هاي توليد شده داراي دانسيته پايين (009/0 تا g/cm3030/0)، هدايت حرارتي پايين (4/32 تا W/mK 037/0) و ضريب الاستيسيته kPa 4-311 بودند. انجماد يكسويه و اكسيداسيون تمپو سبب بهبود خواص عايق حرارتي و مكانيكي آئروژل‌ها شد. به طور خاص، آئروژل توليد شده با استفاده از انجماد يكسويه و غلظت 3 درصد وزني، كمترين هدايت حرارتي (W/mK 032/0) و بالاترين ضريب الاستيسيته (kPa 311) را نشان داد. آزمون‌هاي FTIR و TGA انجام شده بر كامپوزيت‌ها، وجود برهمكنش فيزيكي بين PEG و نانوفيبر و بهبود پايداري حرارتي PEG پس از ادغام در آئروژل را نشان داد. آنتالپي ذوب و تبلور كامپوزيت‌ها به ترتيب بين 2/44 تا J/g 2/93 و 1/42 تا J/g 1/79 متغير بود. كامپوزيت PEG/CNF توليد شده با افزودن PEG در مرحله ژل داراي بالاترين آنتالپي تغيير فاز (J/g 4/4 ± 2/93)، بالاترين نسبت آنتالپي موثر%3/86، بالاترين مقاومت فشاري و ضريب الاستيسيته (140 كيلو پاسكال) بود. بسته‌بندي حاوي اين كامپوزيت توانست دماي گوشت منجمد را براي حدود 5137 ثانيه زير صفر درجه سلسيوس حفظ كند، كه به معناي كارآمدي 4 برابري بسته مذكور نسبت به بسته شاهد بود؛ ضمن آن كه عدم تغيير شكل و امكان نشتي در حين تغيير فاز از جمله مزاياي كاربرد كامپوزيت نسبت به PEG خالص بود. افزون براين، كامپوزيت به كار برده شده در بسته‌بندي توانست به طور موثري ميزان تغييرات رنگ و خروج خونابه را در مقايسه با بسته شاهد كاهش دهد. به طوركلي، پژوهش حاضر چشم‌اندازي جديد در زمينه استفاده از ضايعات توليد ماءالشعير در طراحي عايق حرارتي زيست‌تخريب‌پذير ارائه داد.

222866

مهندسي صنايع غذايي

مهندسي كشاورزي

دانشگاه صنعتي اصفهان