مقايسه تأثير نانوپركننده‌هاي آلي و معدني بر خواص مكانيكي و ممانعتي فيلم نانوكامپوزيتي ايزوله پروتئين آب‌پنير

Comparison of the Effect of Organic and Inorganic Nano Fillers on the Mechanical and Barrier Properties of Whey Protein Isolate Bionanocomposite Films

سابقه و هدف: فیلم‌های بر پایه پلیمرهای طبیعی به دلیل معایبی از جمله خصوصیات مكانیكی و ممانعتی ضعیف، كاربردشان در بسته‌بندی محدود شده است. یكی از راه حل‌ها جهت غلبه بر این مشكل، تولید نانوكامپوزیت‌ها می‌باشد. در این رابطه، می‌توان از نانوذرات معدنی و آلی بهره گرفت. هدف از انجام این پژوهش مقایسه تأثیر نانوذرات آلی سلولز و معدنی نانورس بر خواص فیلم ایزوله پروتئین آب‌پنیر بود. مواد و روش‌ها: نانوبلور سلولز از پوسته یولاف و نانورس سپیولایت از معادن یزد استخراج و به مخلوط سازنده فیلم پروتئین آب‌پنیر در غلظت‌های مختلف (2، 4 و 6% وزنی) افزوده شدند و تأثیر آن‌ها روی ضخامت، خواص مكانیكی، نفوذپذیری به بخار آب، حلالیت و شفافیت فیلم‌ها بررسی شد. یافته‌ها‌: هر دوی این نانوذرات نفوذپذیری به بخار آب فیلم‌ها را كاهش دادند اما در این رابطه نانوبلورسلولز عملكرد بهتر و معنی‌داری نشان داد. نانوبلور سلولز به دلیل ماهیت آبدوستی حلالیت فیلم‌ها را افزایش ولی نانوذرات رس به دلیل ساختار صفحه‌ای حلالیت را كاهش دادند. استحكام كششی و مدول الاستیسیته فیلم‌های دارای نانوبلور سلولز افزایش یافت، اما نانوذرات رس تأثیر معنی‌داری روی استحكام كششی نداشتند و تنها در غلظت 4% افزایش معنی‌داری روی مدول الاستیسیته داشتند. كشش‌پذیری و شفافیت فیلم‌ها توسط هر دو نانو ذره كاهش‌‌ و ضخامت فیلم‌ها افزایش ‌‌‌یافت. نتیجه گیری: نانوبلور آلی سلولز علاوه بر توانایی ایجاد نانوكامپوزیت‌های كاملاً زیستی و نوشونده، می‌توانند خواص مكانیكی و ممانعتی پلیمرهای پروتئینی را در مقایسه با پركننده معدنی نانو رس بهتر بهبود بخشند. واژگان كلیدی: فیلم ایزوله پروتئین آب پنیر، نانوبلور سلولز، نانورس، نانوكامپوزیت، بسته‌بندی

Background and Objectives: Application of biopolymers-based films because of disadvantages such as poor mechanical and barreir properties han been limited in the packaging. One of the solutions to overcome this problem is production of nanocomposites. In this way, inorganic and organic fillers can be used. The aim of this study was to compare the effect of organic celloluse nanocrystal (CNC) and inorganic nanoclay (NC) on the properties of the whey protein isolate (WPI) film. Materials & Methods: CNC and NC (sepiolite) were extracted from oat husk and mines in Yazd, respectively, and incorporated to the WPI film forming blend in various loading contenets (2, 4 and 6 wt%). Then their effect on mechanical properties, water vapor permeability (WVP), solubility and transparency of the films was investigated. Results: Both of these nano-particles decreased the WVP of the films, but in this case, CNC showed better performance. The CNC increased solubility in water of the fimls due to the hydrophilic nature, but addition of NC decreased solubility in water due to disc structure. The tensile strength (TS) and modulus of elasticity (E) of the nanocomposite films containing CNC increased. However, NC had no significant effect on TS, and only in concentration of 4% increased significantly on E. Elongation at break and transpareny of films were decreased by both of CNC and NC. Conclusion: Organic CNC, in addition to its ability to make a fully renewable and natural nanocomposites, may also improve the mecanical and barreir properties of protein-based polymers compared to inorganic NC fillers. Keywords: Whey protein isolated film, Cellulose nanocrystal, Nanoclay, Nanocomposite, Packaging