آزمون­های صورت گرفته در این تحقیق شامل اندازگیری ویژگی­های مکانیکی، ویژگی­های فیزیکو شیمیایی (میزان جذب آب، محتوای رطوبت و حلالیت) ، نفوذپذیری به بخار آب، بررسی ایزوترم و بررسی خاصیت ضد میکروبی با تغییر غلظت های مختلف نانو میله­های اکسید روی بر فیلم­های قدومه شیرازی می­باشد.

3-5-1- ویژگی های مکانیکی

یک آزمون برای ارزیابی تغییر شکل (کششی) در سرعت ثابت در یک نمونه با ابعاد استاندارد برای اندازه ­گیری نیروی لازم برای پارگی مواد مورد استفاده قرار گرفت. منحنی نیرو در مقابل جابجایی این پارامترها را تعیین می­ کند.

تنش کششی (Tensil stress) (استحکام کششی نیز نامیده می­ شود) که در واحد MPa بیان می­ شود. نیروی لازم برای پارگی (گسیختگی) قسمتی از نمونه را اندازه ­گیری می­ کند.
بیشترین نیرویی که سبب گسیختگی جسم می­ شود تقسیم بر سطح مقطع نمونه، نشان دهنده قدرت کششی فیلم (مقاومت فیلم) است.
که در آن F نیرو بر حسب نیوتن و A مساحت قسمتی از فیلم که مورد آزمون قرار می­گیرد (ضخامت × عرض در mm²)
کشیدگی Elongation (Strain هم نامیده می­ شود) که واحد آن درصد است. که این نسبت جابجایی به طول اولیه نمونه است:
بیشترین تغییر طول به طول اولیه، انعطاف­پذیری فیلم را بررسی می­ کند (چند درصد طولش می ­تواند کش بیاید ولی پاره نشود).
که در آن L جابجایی (mm) و L0 طول اولیه (mm) کشیدگی در نقطه شکست به صورت درصد نسبی است که مقیاسی از انعطاف­پذبری فیلم­ها است.
مدول یانگ (Yang’s Modulus) این پارامتر برابر است با شیب در ناحیه خطی منحنی تنش-کرنش (نسبت stress به strain) بیانگر میزان سختی فیلم­ها است.
ویژگی­های مکانیکی در هر شکست مشخص می­ شود. در هر شکستن تنش و کرنش برای هر نمونه محاسبه شد. قسمتی از آزمون که متفاوت باشد در طول اندازه ­گیری خیلی قابل توجه نیست. شکل منحنی تنش -کرنش رفتار خاص مواد شکننده (شکستن در محدوده الاستیک) یا انعطاف­پذیر (شکست در پلاستیک) را تعریف کند.
ویژگی­های مکانیکی درهرپارگی مشخص شدند. استرس واسترین پارکنندگی (σ، ε) برای هرنمونه محاسبه شد. بخش آزمایش به طورچشمگیری درطی اندازه ­گیری تفاوتی نکرد. می­توان برای تعریف کردن رفتارخاص ماده به عنوان ترد (شکست درمحدوده الاستیک ) یاductile (شکست درپلاستیک)، از شکل منحنی­های stress strainاستفاده کرد. D882-10ASTM باتغییری (اصلاحی) برای تعیین کردن ویژگی­ها مکانیکی­درشرایط­استاندارد­مورداستفاده­قرارگرفت­ ( ASTM ، 2010).­ نوارهای­ فیلم ­به ­طول 100mmو عرض 20mm بریده شد و به مدت 48 ساعت در دمای℃ 23 و رطوبت نسبی 53 % تنظیم شد. آنالیز بافت مجهز شده با نرم افزارTexture Exponent 32 به منظوراندازه­گیری ویژگی­های مکانیکی فیلم به کارگرفته شد. جداسازی سرعت اولیه و سرعت crosshead به ترتیب 50mmو 30 بود. Elongation و قدرت کشش درنقطه پاره شدن از تغییرشکل و نیروی داده ثبت شده توسط نرم افزارمحاسبه شد. 8 تکرارهرنمونه مورد ارزیابی قرارگرفت.

3-5-2- نفوذ پذیری بخار آب (WVP)

از روش اصلاح شده کاپ گراومتریک به روش استاندارد ملی آمریکا ASTM E96-05 که برای تعیین میزان نفوذ پذیری در فیلم ها استفاده شده است( ASTM ,2005b). در این آزمون کاپ ها با آب پر شدند و هوا حدود 5/1 سانتیمتر بین سطح فیلم و آب بود. فیلم ها به اندازه دهانه کاپ بریده شدند و به کمک خمیر بازی بر روی کاپ نگه داشته شدند. در ابتدا وزن اولیه کاپ ها با ترازو با دقت 0001/0 اندازه گیری شد و سپس درون دسیکاتور که با سیلیکاژل(خشک کن) برای تولید رطوبت نسبی %0 پر شده بود قرار گرفتند. پس از آن هر 2 ساعت یک بار نمونه ها توزین شد تا 7 نقطه این روند ادامه داشت. سپس از نمودار وزن بدست آمده در مقابل زمان برای تعیین (WVTR) استفاده شد. شیب قسمت خطی این نمودار نشان دهنده مقدار حالت پایدار از نفوذ بخار آب در میان فیلم در هر واحد زمان (g/h) (WVTR) بر اساس gr بر m² در هر روز بیان شد. رگرسیون دامنه ضرایب %99/0 یا بالاتر بدست آمده. (WVP) فیلم توسط ضرب کردن (WVTR) در ضخامت متوسط فیلم و تقسیم آن بر فشار بخار آب در سطح فیلم محاسبه می شود.

3-5-3- حلالیت فیلم ها

حلایت فیلم­ها در آب بر طبق نظر مایزورا^[115] و دیگران (2007 ) و با قدری تغییرات تعیین شد پس از تعیین میزان رطوبت موجود در هر فیلم میزان مواد جامد موجود در آن قابل تعیین بود با توجه به این مسأله، تکه­های از فیلم (600 میلی گرم) بریده شده در یک دسیکاتور با ( (0% RH کلرید کلسیم به مدت 24 ساعت در دمای 40 درجه سانتیگراد حرارت داده شد. سپس درون بشر با 100 سی­سی آب دیونیزه قرار داده شد این نمونه­ها با تکان خوردن­های دائمی به مدت24 ساعت در دمای اتاق به همزده شدند. سپس مخلوط فیلم و آب بر روی یک کاغذ صافی که قبلا به وزن ثابت رسیده و دقیقا توزین شده بود صاف شد. کاغذ صافی به همراه نمونه تا رسیدن به وزن ثابت در دمای40 درجه سانتیگراد قرار داده ­شد. درصد حلالیت فیلم­ها در آب از رابطه زیر محاسبه گردید.
100= درصد حلالیت

3-5-4- ظرفیت جذب آب (WAC)

برای بررسی میزان ظرفیت جذب آب تکه هایی از فیلم (2×2 cm) بریده و در دسیکاتور که زیر آن کلرید کلسیم (برای صفر شدن رطوبت) قرار داشت به مدت 2 روز قرار داشت. نمونه ها با ترازویی با دقت 0001/0 توزین گردید، درون دسیکاتوری که زیر آن آب قرار دارد، قرار داده می­ شود. و بعد از 24 ساعت نمونه­ها توزین شدند، و از طریق فرمول زیر میزان جذب آب بدست آمد:
وزن خشک فیلم/وزن آب جذب شده =WAC

3-5-5- اندازه گیری میزان رطوبت فیلم ها

پس از آنکه فیلم ها به تعادل رطوبتی رسیدند، تکه های فیلم وزن شده و درون دسیکاتوری که قبلا به وزن ثابت رسیده بود، قرار داده شدند. سپس در آون با دمای ℃40 به مدت 24 ساعت تا رسیدن به وزن ثابت حرارت داده شدند. پس از روی میزان کاهش وزن نمونه ها نسبت به نمونه اولیه، درصد رطوبت تعیین شد (معینی،1388).
100 = درصد رطوبت

3-5-6- ایزوترم جذب

ایزوترم جذب رطوبت در℃25 براساس روشی که به وسیله برتوزی^[116] و همکاران در سال 2007، شرح داده شده است مشخص شد . موازنه آزمون جذب در 3 تکرار برای هر رطوبت نسبی اندازگیری شد و به صورت گرم جذب آب برگرم فیلم خشک گزارش شد. داده های تجربی جذب در معادلهG.A.B جایگزین شد .معادلهG.A.B به وسیله فرمول زیر تعریف می­ شود:
که در آنWm , C , Kپارامترهای معادلهG.A.B هستند،Wمحتوی­رطوبت (برمبنای خشک) وa_w فعالیت آبی است. برای ارزیابی دقت­وصحت معادله G.A.B داده ­های­ تجربی برای ایزوترم­ جذب به صورت درصد متوسط ضریب انحراف نسبی(E) برای فیلم­ها محاسبه شد. توسط فرمول زیر داده می­ شود:
که در آن Nمقدارداده­های تجربیmi, mip به ترتیب میزان آزمایشی پیش ­بینی شده بود (داده های تئوری).در مدل Eمیزان زیر%10نشان دهنده جایگزینی مناسب است ( چیوارک^[117] و همکاران، 2009).
همچنین مدل ایزوترم جذب تعادلی چند جمله ای با مرتبه 3 نیز در داده های تجربی براز گردید.
3-5-7- خاصیت ضد میکروبی
کارآیی ضد میکروبی فیلم آماده با بهره گرفتن از ارزیابی روش لرزش فلاسک توسط Appendini and Hotchkiss (2002) مورد بررسی قرار گرفت. برای روش لرزش فلاسک هشت نمونه ( cm 5 /1 2) از فیلم­های نانو کامپوزیت در ml 100 از محیط کشت استریل نوترینت براث برای باکتری 150 دور در دقیقه غوطه ور شد و سپس در انکوباتور دمای 37 درجه سانتی ­گراد قرار داده شدند. مدارک و شواهد حاکی از رشد میکروبی بود. مدارک و شواهد از رشد میکروبی با خواندن تغییرات جذب در 600 نانومتر با بهره گرفتن از دستگاه اسپکتروفتومتر در فواصل منظم (2 ساعت) به دست آمد ( هان و همکاران، 2007). جذب داده ­ها با بهره گرفتن از معادله گامپرتز که تغییر افت­هاست توسط 1990 Zwietering et al ارائه شده، مدل شد.
برای تخمین پارامتر­های سنتیک رشد میکروبی
X = غلظت سلولی میکروارگانیسم در محیط کشت
˳X= مقدار اولیه جذب t= زمان = فاز تاخیر
A= حداکثر غلظت باکتریایی بدست آمده در فاز ثابت و مقدار اولیه آن است
µ_max= حداکثر سرعت رشد ویژه (h-1).

3-6- تجزیه و تحلیل آماری

از آزمون های آنووا یک طرفه و توکی (یا دانکن) برای ویژگی های فیزیکی و مکانیکی، و پارامترهای مختلف در میان انواع مختلف فیلم در سطح معنی دار %5 به کار برده شد. تجزیه و تحلیل با بهره گرفتن از گراف پد پریزم 6، انجام شد. برای انجام مدل سازی از تکنیک کمینه کردن مجموع مربعات اختلاف داده های تئوری و عملی به کمک افزونه Solver در نرم افزار اکسل 2010 استفاده شد.

فصل چهارم: نتایج و بحث

4-1- ارزیابی کیفی فیلم زیست­تخریب­پذیر خوراکی

4-1-1- بررسی اثر نانو اکسید روی بر خواص ظاهری فیلم­های قدومه شیرازی

فیلم­های تهیه شده، فیلم­های کاملاً یکنواخت بودند که نانو ذرات اکسید روی به طور یکدست در آن پخش شده بودند. سطح روی فیلم ها براق بودند، فیلم­ها به راحتی و بدون هیچ ابزاری از سطح پلیت کاستینگ جدا شدند. ضخامت در نقاط مختلف تقریبا یکسان بوده و با افزایش درصد نانو ذرات تأثیری روی ضخامت فیلم ها مشاهده نشد در حالی که بر روی رنگ فیلم ها تأثیر واضحی داشت به طوری که فیلم شاهد قدومه شیرازی کمی کدر و زرد رنگ بوده و با افزایش نانو ذرات تا 5% فیلم کاملاً شیری رنگ بود.

شکل 4- 1: رنگ فیلم­های قدومه شیرازی با غلظت­های متفاوت ( %0، 5%) نانو اکسید روی.

4-1-2- بررسی اثر نانو اکسید روی بر ضخامت فیلم­های قدومه شیرازی

برای اندازه ­گیری ضخامت فیلم­ها از ریزسنج دستی استفاده شد که ضخامت کلی فیلم­های نانو کامپوزیتی بدست آمده، بدون تغییر با اضافه کردن نانو ذرات باقی ماند. مقادیر میانگین ضخامت کلی برای فیلم­های­ قدومه شیرازی ( 04/0 -05/0 میلی­متر می­باشد. و در (جدول 4-1)، نشان داده شده است.
جدول 4- 1: میانگین ضخامت فیلم­های شاهد قدومه شیرازی و نمونه­های حاوی نانو اکسید روی