1-1- مقدمه واژه یا اصطلاح بسته­بندی به هر ماده، ظرف یا پوششی که جهت جلوگیری از آلودگی طی حمل­و­نقل و جابه­جایی، حفاظت، بهبود و بازار­یابی یا فروش هر فرآورده یا ماده به­کار می­رود اتلاق می­گردد ( لوپز- روبیو[1] و همکاران، 2004). هدف از بسته­بندی مواد غذایی حفاظت از ایمنی و کیفیت ماده­ی غذایی حاوی آن از زمان تولید تا زمان مصرف توسط مصرف­کننده می­باشد. یکی دیگر از کاربرد­های مهم بسته­بندی ماده­ی غذایی حفاظت از محصول در برابر آسیب­های فیزیکی شیمیایی و بیولوژیکی می­باشد. شناخته­ترین مواد بسته­بندی دارای خصوصیات ذکر شده مواد بسته­بندی پلاستیکی می­باشند ( دالین و شورتن[2]، 1998). توسعه­ی روز افزون صنایع پتروشیمی و پیشرفت سریع تکنولوژی­های مربوط به تولید پلاستیک­های صنعتی موجب کاربرد هر چه بیشتر پلیمرهای نفتی در صنایع بسته­بندی و به خصوص بسته­بندی­های ویژه­ی مواد غذایی شده است. دلیل این امر دسترسی آسان به ماده­ی اولیه، هزینه­ی نسبتا پایین، ویژگی­های مکانیکی مطلوب و بازدارندگی خوب می­باشد ( سیراکسا[3] و همکاران، 2008). با این حال بازیافت نشدن مواد بسته­بندی پلاستیکی یکی از محدودیت­های جدی این مواد می­باشد. اغلب پلیمرهای سنتزی با منشاء نفتی به تخریب بیولوژیکی مقاوم می­باشند و پیوندهای کربنی آن­ها توسط آنزیم­های میکروارگانیسم­ها شکسته نمی­شوند و زیست تخریب­پذیر[4] نمی­باشند. دومین مشکل مربوط به محدودیت مکانی به­ویژه در مکان­های پر جمعیت است، یافتن مکان مناسب برای دفع زباله­های تولیدی و صنعتی در آینده مشکل­تر از پیش می­باشد ( هاگارد[5] و همکاران، 2001). مشکل دیگر بسته بندی­های پلاستیکی مهاجرت ترکیبات استفاده شده در فرمولاسیون مانند نرم کننده­ها[6]، مونومرها و باقیمانده حلال به داخل ماده غذایی می­باشد که موجب کاهش ایمنی و ایجاد بد طعمی ­در ماده غذایی می­گردد ( مانهیم و پاسی[7]، 1990). فاکتور بعدی که باید مورد توجه قرار گیرد وابستگی مواد بسته­بندی پلاستیکی به مواد نفتی می­باشد. با توجه به محدودیت و افزایش قیمت این منابع یافتن روش­های مقرون به صرفه­ی تولید مواد بسته ­بندی مورد توجه قرار گرفته است. علاوه بر عوامل زیست محیطی ذکر شده بسته­ بندی مواد غذایی با تغییرات قابل توجهی در توزیع مواد غذایی شامل جهانی شدن زنجیره­ی غذایی، افزایش تمایل مصرف کنندگان به مصرف غذاها­ی تازه­تر و با کیفیت بهتر و ایمن­تر مواجه شده است ( لوپز- روبیو[8] و همکاران، 2004). به طور کلی مصرف کنندگان مواد بسته بندی را تقاضا می­کنند که طبیعی­تر، از بین رونده­تر و دارای پتانسیل تجزیه پذیری زیستی و نیز قابلیت برگشت پذیری داشته باشد. به همین دلیل علاقه به مطالعه و توسعه بیوپلیمرها با منابع تجدید شدنی که قادر به تجزیه توسط فرآیند کود شدن طبیعی می­باشند برای کاربرد بسته بندی افزایش یافته است. فیلم و پوشش خوراکی لایه نازکی از مواد خوراکی است که توسط فرآیندهای مناسب صنعت غذا ساخته شده و برای دستیابی به اهدافی از قبیل کنترل انتقال رطوبت، محدود کردن انتقال گازها، به تعویق انداختن مهاجرت روغن و چربی، حمل افزودنی های غذایی مانند عوامل ضد میکروبی و آنتی کسیدان ها، بهبود کیفیت و افزایش ماندگاری بر روی محصول غذایی قرار می­گیرد. زیست تخریب پذیر بودن و خوراکی بودن این ترکیبات سبب شده است که به طور وسیع مورد پژوهش و کاربرد قرار گیرند. از جمله کاربردهای فیلم­های خوراکی در ارتباط با مواد غذایی می توان به پوشش دادن آن­ها بر سطح فرآورده های قنادی، میوه ها و سبزی های تازه، برخی فرآورده­های گوشتی، برخی فرآورده های لبنی، شکلات، غلات صبحانه ای، طیور و ماهی، فرآورده­های منجمد، فرآورده­های خشک شده و نظایر این­ها اشاره داشت (ناکائو[9] و همکارانش، 2007 ). فیلم­های خوراکی لایه نازکی از بیوپلیمرها هستند که برای بهبود و نگه داری بهتر مواد غذایی بر روی سطح ماده غذایی کشیده می­شوند و یا بین اجزای مواد غذایی قرار داده می­شوند. البته عمدتا” فیلم­ها و پوشش­های خوراکی برای حذف بسته بندی غیر خوراکی استفاده نمی­شوند بلکه به همراه بسته بندی­های مرسوم به بهبود کیفیت و ماندگاری کمک می­کنند و تعداد لایه­های بسته بندی را کاهش می­دهند و بعد از این که بسته باز شد حفاظت از غذا را ادامه می­دهند. فیلم­های خوراکی همچنین ممکن است به عنوان لایه­ای از بسته بندی­های چند لایه مورد استفاده قرار گیرند (قنبر زاده و همکاران، 1388). پوشش مواد غذایی با فیلم های خوراکی دارای مزایای زیادی است از جمله سلامتی ویژگی های حسی و اقتصادی بودن و اینکه خود پوشش نیز دارای ارزش تغذیه ای است مانع فساد وآلودگی میکروبی میشوند و باعث استحکام و یکپارچگی مواد غذایی هستند ( دویتینک[10] و همکاران، 1998 ؛ نوسینوویچ[11]، 1997 ؛ اوتارا[12] و همکاران، 2002). 1-2- پیش زمینه بسته بندی های زیست تخریب پذیر که قابلیت خوراکی بودن و مصرف به همراه ماده غذایی را دارند شامل فیلم ها و پوشش­های خوراکی می­باشند. فیلم های خوراکی لایه هایی از مواد قابل هضم هستند که به عنوان پوشش مواد غذایی(پوشش های خوراکی) و یا به عنوان مانعی بین غذا و سایر مواد و یا محیط ها استفاده می­شوند. پوشش­های خوراکی قابل تجزیه به وسیله میکروارگانیسم ها مصرف شده و به ترکیبات ساده تبدیل می­شوند. ­پلی ساکارید هایی مانند کیتوزان، نشاسته و سلولز، پروتئین هایی مانند زئین و کلاژن و چربی هایی مانند تری گلیسیریدها و اسیدهای چرب می­توانند به عنوان فلیم های خوراکی استفاده شوند. فیلم­های پلی ساکاریدی قیمت پایینی دارند اما مانع مناسبی در برابر نفوذ رطوبت نیستند. فیلم­های پلی ساکاریدی دارای قابلیت های مفیدی مثل شکل پذیری در فرآیند، خاصیت ارتجاعی و ممانعت خوب در برابر نفوذ اکسیژن هستند. ­اما عبور­ناپذیری آن­ها در برابر نفوذ آب ضعیف است. اکسیژن بالا در بسته بندی غذا به رشد میکروب، حذف طعم و بوی ایجاد شده، تغییر رنگ و از بین رفتن غذا کمک می­کند و علت عمده کاهش زمان نگهداری غذاها به شمار می رود. بنابراین کنترل سطح اکسیژن در بسته بندی غذا ­­­امری مهم تلقی می­شود. بخار آب تشکیل شده در داخل بسته بندی باعث رشد میکرواگانیسم­ها و در نتیجه از بین رفتن کیفیت غذا و کاهش زمان ماندگاری می­گردد. یکی از راه های رفع این نقایص در فیلم­های پلیمری زیستی ایجاد ترکیب هایی از آن­ها با نانو ذرات است که موجب تحقیق و توسعه نانو کامپوزیت های زیستی شده است. استفاده از نانو تکنولوژی دراین پلیمرها ممکن است امکانات جدیدی را برای بهبود نه تنها ویژگی­ها بلکه به طور همزمان بهبود ارزش، قیمت و راندمان را سبب شود. اندازه نانو ذرات موجب پراکندگی و توزیع خوب آن­ها می­شود. این نانو کامپوزیت ها می­توانند به طور قابل توجهی ویژگی­های مکانیکی، حرارتی، ممانعتی و فیزیکوشیمیایی بهبود یافته ای در مقایسه با پلیمرهای اولیه و کامپوزیت های میکرو سایز مرسوم نشان دهند ( آل حسن[13] و همکاران، 2012). رشد میکروب ها روی سطح مواد غذایی دلیل اصلی فساد مواد غذایی و بیماریزایی در مصرف کننده می باشد. به این دلیل تلاش های زیادی برای تیمار این سطوح به روش های گوناگون مانند اسپری یا غوطه ور کردن در مواد نگهدارنده مختلف صورت گرفته است. فیلم­های خوراکی به تنهایی و یا همراه با مواد ضد میکروبی، موجب مهار رشد باکتری­ها در سطح مواد غذایی و در نتیجه فساد آن­ها می­شوند. فناوری نانو می­تواند در مواردی مانند افزایش مقاومت به نفوذ در پوشش ها، افز ایش ویژگی های ممانعتی، افزایش مقاومت در برابر گرما، گسترش ضد میکروب های فعال و سطوح ضد قارچ کارساز باشد ( آل حسن و همکاران، 2012). 1-3- بیان مسئله مشتری­ها غذاهایی ماندگار­تر و با کیفیت بالاتر را تقاضا می­کنند، در عین حالی که آسیب پذپری بسته بندی کمتر باشد و قابلیت بازیافت افزایش یابد. این گونه تقاضاها باعث افزایش علاقه به فیلم­های خوراکی و قابل تجزیه به لحاظ زیستی یا موادی شده­اند که برای گسترش عمر مواد غذایی و توسعه کیفیت به کار برده می­شوند. این گونه فیلم­ها دارای توانایی کاهش میزان مواد بسته بندی پلیمر سنتزی مرسوم غیر قابل تجدید هستند و نیز استفاده از ترکیبات محصولات کشاورزی فیلم­های خوراکی می­توانند از پروتئین، پلی ساکاریدها، لیپیدها یا ترکیبی از این مواد آماده شوند. فیلم­های نشاسته به علت خصوصیات هیدروفیلی پلیمرهای نشاسته، مانع کمی در برابر آن هستند. فیلم­های پروتئین یا پلی ساکاریدها خصوصیات مکانیکی و نوری خوبی دارند اما بسیار حساس به رطوبت هستند ( احمدا[14] و همکاران، 1999). در قرن نوزدهم ایده­های مربوط به صنعت بسته­بندی مواد غذایی و محافظت از مواد غذایی ابداع گردید. ایده­هایی که حتی تا به امروز در این صنعت مطرح هستند. اما اختراعاتی مثل ساخت بطری­های شیشه­ای، پوشش سلفون، فویل آلومینیومی و ظروف پلاستیکی که در قرن بیستم روی داد به شکل چشمگیری، انعطاف­پذیری صنعت مواد غذایی را بالاتر برد و آن را کاربردی­تر کرد. پیشرفت­های دیگری نظیر استفاده از مواد ضد میکروبی یا جاذب اکسیژن در ساخت ظروف مواد غذایی موجب شکل­گیری رویه جدیدی در افزایش ماندگاری مواد غذایی و حفاظت آن­ها در برابر تأثیرات محیطی شد. با این حال روند فعلی عرضه محصولات غذایی در سطح جهان مثل افزایش فرآوری صنعتی غذاها، حجم بالای صادرات و واردات محصولات غذایی و کوتاه­تر شدن زمان تهیه مواد غذایی تازه، صنعت بسته­بندی محصولات غذایی را وادار می­کند به دنبال راه کارهای جدیدتر و پیشرفته­تر بسته­بندی باشد. زمانی حفاظت و افزایش طول عمر مواد غذایی هدف اصلی صنعت بسته­بندی این محصولات بود اما هم اکنون سهولت در کاربرد و آسانی مصرف هم به همان اندازه اهمیت یافته است. در این عرصه اهمیت عوامل دیگری همچون امکان ردیابی، تجهیز به نشان­گرهای الکترونیکی و با دوام بودن نیز رو به افزایش است. بسیاری از پیشرفت­های جدید صنعت بسته­بندی مواد غذایی پاسخگوی این نیازها است. بسته­بندی هوشمند و فعال مواد غذایی علاوه بر به تأخیر انداختن عوامل محیطی مؤثر بر مواد غذایی، روشی پویاتر را برای حفظ نگهداری محصول به کار می­گیرد. به عنوان مثال دو مقوله مهم در حفظ کیفیت ماده غذایی بسته­بندی شده، کنترل میزان رطوبت و اکسیژن است. وجود اکسیژن در ظرف حاوی ماده غذایی موجب رشد میکروب­های هوازی و کپک­های قارچی می­شود. به علاوه فعالیت­های اکسیدی درون ظرف باعث ایجاد طعم و بوی ناخواسته و تغییر در رنگ و خصوصیات تغذیه­ای ماده غذایی می­شوند. به همین ترتیب وجود رطوبت در ظرف محتوی ماده غذایی ممکن است باعث ایجاد کلوخه در محصولات پودری شکل یا نرم شدن مواد غذایی ترد شود. به علاوه وجود رطوبت به رشد میکروب کمک می­کند. از سوی دیگر، خشکی بیش از حد فضای درون ظرف نیز باعث کم آب شدن ماده غذایی می­شود. در بسته­بندی فعال ظروف، شامل موادی هستند که این معضلات را بر طرف می­کند. برخی از مهیج­ترین پیشرفت‌های حاصل شده در صنعت بسته­بندی مواد غذایی مرتبط با فناوری نانو است. فناوری نانو که علم مطالعه نانو ذره­هاست، تأثیر بزرگی بر مواد مورد استفاده در صنعت بسته­بندی مواد غذایی داشته است. با بهره گرفتن از ابداعاتی که در مقیاس نانو صورت می‌گیرد می‌توان به ایده­های جدیدی در خواص فنی و قابلیت ممانعت کنندگی ظروف، ایده­های جدید در تشخیص عوامل بیماری­زا و راه‌ کارهای جدید بسته­بندی فعال و هوشمند دست یافت. نانوکامپوزیت­ها در رأس ابداعات فن‌آوری نانو مرتبط با صنعت بسته­بندی مواد غذایی قرار دارند. نانوکامپوزیت‌ها مواد هستند که از ترکیب نانو ذره­ها ساخته می‌شوند. فیلم­های پلاستیکی نانوکامپوزیتی این قابلیت را دارند که از نفوذ اکسیژن، دی­اکسید کربن و رطوبت به داخل ظرف جلوگیری کنند. به این ترتیب ظروفی که در ساختار آن­ها از فیلم­های نانوکامپوزیت استفاده شده است، باعث افزایش ماندگاری ماده غذایی می‌شوند. ظروف نانوکامپوزیت سبک، محکم و مقاوم به حرارت هستند. علاوه بر این تحقیقاتی در زمینه ساخت ظروف با استفاده از مواد نانوکامپوزیت زیست­ تجزیه­پذیر درحال انجام است. با این‌ که استفاده از نانوکامپوزیت‌ها در صنایع بسته­بندی مواد غذایی تضمین کننده سطح بالای ممانعت کنندگی ظرف است، نوع دیگری از مواد نانو توانایی بالایی در کنترل رشد میکروب‌ها دارد ( آل حسن[15] و همکاران، 2012). 1-4- اهمیت موضوع مواد استفاده شده برای بسته بندی که از سوخت های فسیلی تولید شده اند عملاً تجزیه ناپذیر می باشند. به همین دلیل مواد بسته بندی غذاها نیز مانند سایر مواد بسته بندی مشکلات جدی را از لحاظ محیط زیست ایجاد می­کنند. در نتیجه مطالعاتی جهت استفاده از بسته بندی های زیست پایه تخریب پذیر انجام گرفته است. حدود 125 میلیون تن سالانه در جهان پلاستیک تولید می شود که حدود 30 میلیون تن آن در بخش بسته بندی مصرف می­شود ( لین[16] و همکاران، 2005 ؛ مارینیلو[17] و همکاران، 2007 ). به منظور کاهش ضایعات بسته بندی پلاستیکی زیست تخریب ناپذیر استفاده از پلاستیک های زیست پایه تخریب پذیر مانند نشاسته، سلولز، PLA، ژلاتین و… ضروری می­باشد ( ویلهلم[18] و همکاران، 2003 ؛ الماسی[19] و همکاران 2009). به طور کلی مصرف کنندگان مواد بسته بندی را تقاضا می­کنند که طبیعی­تر، از بین رونده تر و دارای پتانسیل تجزیه پذیری زیستی و نیز قابلیت برگشت پذیری داشته باشد. به همین دلیل علاقه به مطالعه و توسعه بیوپلیمرها با منابع تجدید شدنی که قادر به تجزیه توسط فرآیند کود شدن طبیعی می باشند برای کاربرد بسته بندی افزایش یافته است. زیست تخریب پذیر بودن و خوراکی بودن فیلم و پوشش خوراکیف سبب شده است که به طور وسیع مورد پژوهش و کاربرد قرار گیرند. از جمله کاربردهای فیلم­های خوراکی در ارتباط با مواد غذایی می توان به پوشش دادن آن­ها بر سطح فرآورده­های قنادی، میوه­ها و سبزی­های تازه، برخی فرآورده­های گوشتی، برخی فرآورده های لبنی، شکلات، غلات صبحانه­ای، طیور و ماهی، فرآورده­های منجمد، فرآورده­های خشک شده و نظایر این­ها اشاره داشت. ( ناکائو[20] و همکاران، 2007). افزودن پرکننده­های با حداقل اندازه در مقیاس نانو به فیلم های خوراکی و تولید پلیمرهای زیست نانو کامپوزیت می­تواند راه حل جدیدی برای این مشکل ارائه نماید. نانو ذرات وقتی به پلیمر اضافه می شوند علاوه بر تقویت خواص پلیمر می توانند دارای فعالیت ضدمیکروبی نیز باشند ( لی[21] و همکاران، 2004). این نسل جدید کامپوزیت­ها بهبود چشمگیری در مقایسه با پلیمرهای اولیه نشان می­دهند. برخی از نانو مواد می توانند ویژگی­های نفوذ پذیری مواد بسته بندی را تغییر داده سبب بهبود ویژگی­های مکانیکی، شیمیایی، حرارتی و میکروبی شوند. نانو سایز کردن ذرات موجب افزایش سطح نانو فیلرها و در نتیجه افزایش سطح داخلی و واکنش میان فیلر و پلیمر و در نتیجه بهبود زیادی در خواص پلیمر می شود. به عنوان مثال نانو ذرات اکسید مس، منیزیم و نقره دارای خاصیت ضد میکروبی هستند. نانو ذرات نقره می توانند بیش از 650 نوع باکتری شناخته شده را از بین ببرند. ( آریو[22] و همکاران، 2011). از نانو کامپوزیت­های خاک رس نیز می­توان برای تولید مواد اولیه بطری های ماء الشعیر استفاده کرد. مهم­ترین خصوصیت این مواد بازدارندگی آن­ها از خروج گاز دی اکسید کربن از این نوشیدنی­هاست. سیلیکات کلسیم نانو ساختار برای بسته بندی مواد غذایی فسادپذیر استفاده شده­اند. نانو ذرات سیلیکات کلسیم دارای ساختار متخلخل و خاصیت جذب رطوبت هستند. یکی از اکسیدهای معدنی ای که در سال­های اخیر بیش از پیش در دنیای نانو به ویژه در پوشش دهی منسوجات و تولید کرم­های ضد آفتاب و بسته بندی مورد استفاده قرار گرفته دی اکسید تیتانیوم است ( چامورن[23] و همکاران، 2008). این ماده در صنعت رنگ سازی کاربردهای فراوان دارد ولی ذرات کوچک نانو متری آن به دلیل داشتن خواص فوق العاده و منحصر به فرد موارد استفاده زیادی پیدا کرده اند. از این ماده در تصفیه، گندزدایی، رنگ زدایی، بوزدایی،ساخت سرامیک های ویژه، از بین بردن سلول­های سرطانی، ساخت فتوکاتالیست ها، کاغذ سازی، تولد لوازم بهداشتی و آرایشی، تهیه پوشش­های محافظ در مقابل اشعه ماوراء بنفش و ایجاد درخشندگی استفاده می­شود. دی اکسید تیتانیوم در اندازه نانومتری یک فوتوکاتالیست ایده آل است که مهم­ترین دلیل وجود این خاصیت در این ماده قابلیت جذب اشعه فرابنفش است. فوتون­های فرابنفش بسیار پر انرژی هستند و در بیشتر موارد می توانند به سادگی باعث تخریب اجسام گردند. این پدیده معمولاً از طریق شکست پیوندهای شیمیایی در آن­ها صورت می­گیرد. بنابراین دی اکسید تیتانیوم با جذب اشعه فرابنفش و به واسطه خاصیت فوتوکاتالیستی خود می­تواند پوششی ضد باکتری روی سطوح ایجاد کند و هم چنین مانع از عبور اشعه گردد. واکنش فوتوکاتالیستی دی اکسید تیتانیوم برای غیرفعالسازی طیف وسیعی از میکروارگانیسم­ها استفاده شده است. TiO2 غیر سمی می­باشد و توسط اداره کل غذا و دارو امریکا (FDI) برای استفاده در غذای انسان، داروها، مواد در تماس با غذا و مواد آرایشی تأیید شده است. اثرات ضد باکتریایی و ضد قارچی دی اکسید تیتانیوم روی اشرشیا کلای، سالمونلا کلرئاسویس، ویبریو پاراهمولیتیکوس، لیستریا مونو سیتوژنز، سودو موناس آئروژنیوسا، استافیلوکوکوس اورئوس، دیاپورته اکتینیدیا، پنی سیلیوم اکسپنسوم گزارش شده است ( کیم[24] و همکاران، 2003 ؛ چو[25] و همکاران، 2004 ؛ مانرات[26] و همکاران، 2006 ؛ مانس[27] و همکاران، 1999). تلاش­هایی در مورد توسعه­ی بیو نانو کامپوزیت های دارای خواص حرارتی، مکانیکی و عملگراییِ بهبود یافته، صورت گرفته است که به دلیل ماتریکس یا پُر کننده های نانو ذره می 1-1- مقدمه واژه یا اصطلاح بسته­بندی به هر ماده، ظرف یا پوششی که جهت جلوگیری از آلودگی طی حمل­و­نقل و جابه­جایی، حفاظت، بهبود و بازار­یابی یا فروش هر فرآورده یا ماده به­کار می­رود اتلاق می­گردد ( لوپز- روبیو[1] و همکاران، 2004). هدف از بسته­بندی مواد غذایی حفاظت از ایمنی و کیفیت ماده­ی غذایی حاوی آن از زمان تولید تا زمان مصرف توسط مصرف­کننده می­باشد. یکی دیگر از کاربرد­های مهم بسته­بندی ماده­ی غذایی حفاظت از محصول در برابر آسیب­های فیزیکی شیمیایی و بیولوژیکی می­باشد. شناخته­ترین مواد بسته­بندی دارای خصوصیات ذکر شده مواد بسته­بندی پلاستیکی می­باشند ( دالین و شورتن[2]، 1998). توسعه­ی روز افزون صنایع پتروشیمی و پیشرفت سریع تکنولوژی­های مربوط به تولید پلاستیک­های صنعتی موجب کاربرد هر چه بیشتر پلیمرهای نفتی در صنایع بسته­بندی و به خصوص بسته­بندی­های ویژه­ی مواد غذایی شده است. دلیل این امر دسترسی آسان به ماده­ی اولیه، هزینه­ی نسبتا پایین، ویژگی­های مکانیکی مطلوب و بازدارندگی خوب می­باشد ( سیراکسا[3] و همکاران، 2008). با این حال بازیافت نشدن مواد بسته­بندی پلاستیکی یکی از محدودیت­های جدی این مواد می­باشد. اغلب پلیمرهای سنتزی با منشاء نفتی به تخریب بیولوژیکی مقاوم می­باشند و پیوندهای کربنی آن­ها توسط آنزیم­های میکروارگانیسم­ها شکسته نمی­شوند و زیست تخریب­پذیر[4] نمی­باشند. دومین مشکل مربوط به محدودیت مکانی به­ویژه در مکان­های پر جمعیت است، یافتن مکان مناسب برای دفع زباله­های تولیدی و صنعتی در آینده مشکل­تر از پیش می­باشد ( هاگارد[5] و همکاران، 2001). مشکل دیگر بسته بندی­های پلاستیکی مهاجرت ترکیبات استفاده شده در فرمولاسیون مانند نرم کننده­ها[6]، مونومرها و باقیمانده حلال به داخل ماده غذایی می­باشد که موجب کاهش ایمنی و ایجاد بد طعمی ­در ماده غذایی می­گردد ( مانهیم و پاسی[7]، 1990). فاکتور بعدی که باید مورد توجه قرار گیرد وابستگی مواد بسته­بندی پلاستیکی به مواد نفتی می­باشد. با توجه به محدودیت و افزایش قیمت این منابع یافتن روش­های مقرون به صرفه­ی تولید مواد بسته ­بندی مورد توجه قرار گرفته است. علاوه بر عوامل زیست محیطی ذکر شده بسته­ بندی مواد غذایی با تغییرات قابل توجهی در توزیع مواد غذایی شامل جهانی شدن زنجیره­ی غذایی، افزایش تمایل مصرف کنندگان به مصرف غذاها­ی تازه­تر و با کیفیت بهتر و ایمن­تر مواجه شده است ( لوپز- روبیو[8] و همکاران، 2004). به طور کلی مصرف کنندگان مواد بسته بندی را تقاضا می­کنند که طبیعی­تر، از بین رونده­تر و دارای پتانسیل تجزیه پذیری زیستی و نیز قابلیت برگشت پذیری داشته باشد. به همین دلیل علاقه به مطالعه و توسعه بیوپلیمرها با منابع تجدید شدنی که قادر به تجزیه توسط فرآیند کود شدن طبیعی می­باشند برای کاربرد بسته بندی افزایش یافته است. فیلم و پوشش خوراکی لایه نازکی از مواد خوراکی است که توسط فرآیندهای مناسب صنعت غذا ساخته شده و برای دستیابی به اهدافی از قبیل کنترل انتقال رطوبت، محدود کردن انتقال گازها، به تعویق انداختن مهاجرت روغن و چربی، حمل افزودنی های غذایی مانند عوامل ضد میکروبی و آنتی کسیدان ها، بهبود کیفیت و افزایش ماندگاری بر روی محصول غذایی قرار می­گیرد. زیست تخریب پذیر بودن و خوراکی بودن این ترکیبات سبب شده است که به طور وسیع مورد پژوهش و کاربرد قرار گیرند. از جمله کاربردهای فیلم­های خوراکی در ارتباط با مواد غذایی می توان به پوشش دادن آن­ها بر سطح فرآورده های قنادی، میوه ها و سبزی های تازه، برخی فرآورده­های گوشتی، برخی فرآورده های لبنی، شکلات، غلات صبحانه ای، طیور و ماهی، فرآورده­های منجمد، فرآورده­های خشک شده و نظایر این­ها اشاره داشت (ناکائو[9] و همکارانش، 2007 ). فیلم­های خوراکی لایه نازکی از بیوپلیمرها هستند که برای بهبود و نگه داری بهتر مواد غذایی بر روی سطح ماده غذایی کشیده می­شوند و یا بین اجزای مواد غذایی قرار داده می­شوند. البته عمدتا” فیلم­ها و پوشش­های خوراکی برای حذف بسته بندی غیر خوراکی استفاده نمی­شوند بلکه به همراه بسته بندی­های مرسوم به بهبود کیفیت و ماندگاری کمک می­کنند و تعداد لایه­های بسته بندی را کاهش می­دهند و بعد از این که بسته باز شد حفاظت از غذا را ادامه می­دهند. فیلم­های خوراکی همچنین ممکن است به عنوان لایه­ای از بسته بندی­های چند لایه مورد استفاده قرار گیرند (قنبر زاده و همکاران، 1388). پوشش مواد غذایی با فیلم های خوراکی دارای مزایای زیادی است از جمله سلامتی ویژگی های حسی و اقتصادی بودن و اینکه خود پوشش نیز دارای ارزش تغذیه ای است مانع فساد وآلودگی میکروبی میشوند و باعث استحکام و یکپارچگی مواد غذایی هستند ( دویتینک[10] و همکاران، 1998 ؛ نوسینوویچ[11]، 1997 ؛ اوتارا[12] و همکاران، 2002). 1-2- پیش زمینه بسته بندی های زیست تخریب پذیر که قابلیت خوراکی بودن و مصرف به همراه ماده غذایی را دارند شامل فیلم ها و پوشش­های خوراکی می­باشند. فیلم های خوراکی لایه هایی از مواد قابل هضم هستند که به عنوان پوشش مواد غذایی(پوشش های خوراکی) و یا به عنوان مانعی بین غذا و سایر مواد و یا محیط ها استفاده می­شوند. پوشش­های خوراکی قابل تجزیه به وسیله میکروارگانیسم ها مصرف شده و به ترکیبات ساده تبدیل می­شوند. ­پلی ساکارید هایی مانند کیتوزان، نشاسته و سلولز، پروتئین هایی مانند زئین و کلاژن و چربی هایی مانند تری گلیسیریدها و اسیدهای چرب می­توانند به عنوان فلیم های خوراکی استفاده شوند. فیلم­های پلی ساکاریدی قیمت پایینی دارند اما مانع مناسبی در برابر نفوذ رطوبت نیستند. فیلم­های پلی ساکاریدی دارای قابلیت های مفیدی مثل شکل پذیری در فرآیند، خاصیت ارتجاعی و ممانعت خوب در برابر نفوذ اکسیژن هستند. ­اما عبور­ناپذیری آن­ها در برابر نفوذ آب ضعیف است. اکسیژن بالا در بسته بندی غذا به رشد میکروب، حذف طعم و بوی ایجاد شده، تغییر رنگ و از بین رفتن غذا کمک می­کند و علت عمده کاهش زمان نگهداری غذاها به شمار می رود. بنابراین کنترل سطح اکسیژن در بسته بندی غذا ­­­امری مهم تلقی می­شود. بخار آب تشکیل شده در داخل بسته بندی باعث رشد میکرواگانیسم­ها و در نتیجه از بین رفتن کیفیت غذا و کاهش زمان ماندگاری می­گردد. یکی از راه های رفع این نقایص در فیلم­های پلیمری زیستی ایجاد ترکیب هایی از آن­ها با نانو ذرات است که موجب تحقیق و توسعه نانو کامپوزیت های زیستی شده است. استفاده از نانو تکنولوژی دراین پلیمرها ممکن است امکانات جدیدی را برای بهبود نه تنها ویژگی­ها بلکه به طور همزمان بهبود ارزش، قیمت و راندمان را سبب شود. اندازه نانو ذرات موجب پراکندگی و توزیع خوب آن­ها می­شود. این نانو کامپوزیت ها می­توانند به طور قابل توجهی ویژگی­های مکانیکی، حرارتی، ممانعتی و فیزیکوشیمیایی بهبود یافته ای در مقایسه با پلیمرهای اولیه و کامپوزیت های میکرو سایز مرسوم نشان دهند ( آل حسن[13] و همکاران، 2012). رشد میکروب ها روی سطح مواد غذایی دلیل اصلی فساد مواد غذایی و بیماریزایی در مصرف کننده می باشد. به این دلیل تلاش های زیادی برای تیمار این سطوح به روش های گوناگون مانند اسپری یا غوطه ور کردن در مواد نگهدارنده مختلف صورت گرفته است. فیلم­های خوراکی به تنهایی و یا همراه با مواد ضد میکروبی، موجب مهار رشد باکتری­ها در سطح مواد غذایی و در نتیجه فساد آن­ها می­شوند. فناوری نانو می­تواند در مواردی مانند افزایش مقاومت به نفوذ در پوشش ها، افز ایش ویژگی های ممانعتی، افزایش مقاومت در برابر گرما، گسترش ضد میکروب های فعال و سطوح ضد قارچ کارساز باشد ( آل حسن و همکاران، 2012). 1-3- بیان مسئله مشتری­ها غذاهایی ماندگار­تر و با کیفیت بالاتر را تقاضا می­کنند، در عین حالی که آسیب پذپری بسته بندی کمتر باشد و قابلیت بازیافت افزایش یابد. این گونه تقاضاها باعث افزایش علاقه به فیلم­های خوراکی و قابل تجزیه به لحاظ زیستی یا موادی شده­اند که برای گسترش عمر مواد غذایی و توسعه کیفیت به کار برده می­شوند. این گونه فیلم­ها دارای توانایی کاهش میزان مواد بسته بندی پلیمر سنتزی مرسوم غیر قابل تجدید هستند و نیز استفاده از ترکیبات محصولات کشاورزی فیلم­های خوراکی می­توانند از پروتئین، پلی ساکاریدها، لیپیدها یا ترکیبی از این مواد آماده شوند. فیلم­های نشاسته به علت خصوصیات هیدروفیلی پلیمرهای نشاسته، مانع کمی در برابر آن هستند. فیلم­های پروتئین یا پلی ساکاریدها خصوصیات مکانیکی و نوری خوبی دارند اما بسیار حساس به رطوبت هستند ( احمدا[14] و همکاران، 1999). در قرن نوزدهم ایده­های مربوط به صنعت بسته­بندی مواد غذایی و محافظت از مواد غذایی ابداع گردید. ایده­هایی که حتی تا به امروز در این صنعت مطرح هستند. اما اختراعاتی مثل ساخت بطری­های شیشه­ای، پوشش سلفون، فویل آلومینیومی و ظروف پلاستیکی که در قرن بیستم روی داد به شکل چشمگیری، انعطاف­پذیری صنعت مواد غذایی را بالاتر برد و آن را کاربردی­تر کرد. پیشرفت­های دیگری نظیر استفاده از مواد ضد میکروبی یا جاذب اکسیژن در ساخت ظروف مواد غذایی موجب شکل­گیری رویه جدیدی در افزایش ماندگاری مواد غذایی و حفاظت آن­ها در برابر تأثیرات محیطی شد. با این حال روند فعلی عرضه محصولات غذایی در سطح جهان مثل افزایش فرآوری صنعتی غذاها، حجم بالای صادرات و واردات محصولات غذایی و کوتاه­تر شدن زمان تهیه مواد غذایی تازه، صنعت بسته­بندی محصولات غذایی را وادار می­کند به دنبال راه کارهای جدیدتر و پیشرفته­تر بسته­بندی باشد. زمانی حفاظت و افزایش طول عمر مواد غذایی هدف اصلی صنعت بسته­بندی این محصولات بود اما هم اکنون سهولت در کاربرد و آسانی مصرف هم به همان اندازه اهمیت یافته است. در این عرصه اهمیت عوامل دیگری همچون امکان ردیابی، تجهیز به نشان­گرهای الکترونیکی و با دوام بودن نیز رو به افزایش است. بسیاری از پیشرفت­های جدید صنعت بسته­بندی مواد غذایی پاسخگوی این نیازها است. بسته­بندی هوشمند و فعال مواد غذایی علاوه بر به تأخیر انداختن عوامل محیطی مؤثر بر مواد غذایی، روشی پویاتر را برای حفظ نگهداری محصول به کار می­گیرد. به عنوان مثال دو مقوله مهم در حفظ کیفیت ماده غذایی بسته­بندی شده، کنترل میزان رطوبت و اکسیژن است. وجود اکسیژن در ظرف حاوی ماده غذایی موجب رشد میکروب­های هوازی و کپک­های قارچی می­شود. به علاوه فعالیت­های اکسیدی درون ظرف باعث ایجاد طعم و بوی ناخواسته و تغییر در رنگ و خصوصیات تغذیه­ای ماده غذایی می­شوند. به همین ترتیب وجود رطوبت در ظرف محتوی ماده غذایی ممکن است باعث ایجاد کلوخه در محصولات پودری شکل یا نرم شدن مواد غذایی ترد شود. به علاوه وجود رطوبت به رشد میکروب کمک می­کند. از سوی دیگر، خشکی بیش از حد فضای درون ظرف نیز باعث کم آب شدن ماده غذایی می­شود. در بسته­بندی فعال ظروف، شامل موادی هستند که این معضلات را بر طرف می­کند. برخی از مهیج­ترین پیشرفت‌های حاصل شده در صنعت بسته­بندی مواد غذایی مرتبط با فناوری نانو است. فناوری نانو که علم مطالعه نانو ذره­هاست، تأثیر بزرگی بر مواد مورد استفاده در صنعت بسته­بندی مواد غذایی داشته است. با بهره گرفتن از ابداعاتی که در مقیاس نانو صورت می‌گیرد می‌توان به ایده­های جدیدی در خواص فنی و قابلیت ممانعت کنندگی ظروف، ایده­های جدید در تشخیص عوامل بیماری­زا و راه‌ کارهای جدید بسته­بندی فعال و هوشمند دست یافت. نانوکامپوزیت­ها در رأس ابداعات فن‌آوری نانو مرتبط با صنعت بسته­بندی مواد غذایی قرار دارند. نانوکامپوزیت‌ها مواد هستند که از ترکیب نانو ذره­ها ساخته می‌شوند. فیلم­های پلاستیکی نانوکامپوزیتی این قابلیت را دارند که از نفوذ اکسیژن، دی­اکسید کربن و رطوبت به داخل ظرف جلوگیری کنند. به این ترتیب ظروفی که در ساختار آن­ها از فیلم­های نانوکامپوزیت استفاده شده است، باعث افزایش ماندگاری ماده غذایی می‌شوند. ظروف نانوکامپوزیت سبک، محکم و مقاوم به حرارت هستند. علاوه بر این تحقیقاتی در زمینه ساخت ظروف با استفاده از مواد نانوکامپوزیت زیست­ تجزیه­پذیر درحال انجام است. با این‌ که استفاده از نانوکامپوزیت‌ها در صنایع بسته­بندی مواد غذایی تضمین کننده سطح بالای ممانعت کنندگی ظرف است، نوع دیگری از مواد نانو توانایی بالایی در کنترل رشد میکروب‌ها دارد ( آل حسن[15] و همکاران، 2012). 1-4- اهمیت موضوع مواد استفاده شده برای بسته بندی که از سوخت های فسیلی تولید شده اند عملاً تجزیه ناپذیر می باشند. به همین دلیل مواد بسته بندی غذاها نیز مانند سایر مواد بسته بندی مشکلات جدی را از لحاظ محیط زیست ایجاد می­کنند. در نتیجه مطالعاتی جهت استفاده از بسته بندی های زیست پایه تخریب پذیر انجام گرفته است. حدود 125 میلیون تن سالانه در جهان پلاستیک تولید می شود که حدود 30 میلیون تن آن در بخش بسته بندی مصرف می­شود ( لین[16] و همکاران، 2005 ؛ مارینیلو[17] و همکاران، 2007 ). به منظور کاهش ضایعات بسته بندی پلاستیکی زیست تخریب ناپذیر استفاده از پلاستیک های زیست پایه تخریب پذیر مانند نشاسته، سلولز، PLA، ژلاتین و… ضروری می­باشد ( ویلهلم[18] و همکاران، 2003 ؛ الماسی[19] و همکاران 2009). به طور کلی مصرف کنندگان مواد بسته بندی را تقاضا می­کنند که طبیعی­تر، از بین رونده تر و دارای پتانسیل تجزیه پذیری زیستی و نیز قابلیت برگشت پذیری داشته باشد. به همین این مطلب را هم بخوانید : این مطلب را هم بخوانید : دلیل علاقه به مطالعه و توسعه بیوپلیمرها با منابع تجدید شدنی که قادر به تجزیه توسط فرآیند کود شدن طبیعی می باشند برای کاربرد بسته بندی افزایش یافته است. زیست تخریب پذیر بودن و خوراکی بودن فیلم و پوشش خوراکیف سبب شده است که به طور وسیع مورد پژوهش و کاربرد قرار گیرند. از جمله کاربردهای فیلم­های خوراکی در ارتباط با مواد غذایی می توان به پوشش دادن آن­ها بر سطح فرآورده­های قنادی، میوه­ها و سبزی­های تازه، برخی فرآورده­های گوشتی، برخی فرآورده های لبنی، شکلات، غلات صبحانه­ای، طیور و ماهی، فرآورده­های منجمد، فرآورده­های خشک شده و نظایر این­ها اشاره داشت. ( ناکائو[20] و همکاران، 2007). افزودن پرکننده­های با حداقل اندازه در مقیاس نانو به فیلم های خوراکی و تولید پلیمرهای زیست نانو کامپوزیت می­تواند راه حل جدیدی برای این مشکل ارائه نماید. نانو ذرات وقتی به پلیمر اضافه می شوند علاوه بر تقویت خواص پلیمر می توانند دارای فعالیت ضدمیکروبی نیز باشند ( لی[21] و همکاران، 2004). این نسل جدید کامپوزیت­ها بهبود چشمگیری در مقایسه با پلیمرهای اولیه نشان می­دهند. برخی از نانو مواد می توانند ویژگی­های نفوذ پذیری مواد بسته بندی را تغییر داده سبب بهبود ویژگی­های مکانیکی، شیمیایی، حرارتی و میکروبی شوند. نانو سایز کردن ذرات موجب افزایش سطح نانو فیلرها و در نتیجه افزایش سطح داخلی و واکنش میان فیلر و پلیمر و در نتیجه بهبود زیادی در خواص پلیمر می شود. به عنوان مثال نانو ذرات اکسید مس، منیزیم و نقره دارای خاصیت ضد میکروبی هستند. نانو ذرات نقره می توانند بیش از 650 نوع باکتری شناخته شده را از بین ببرند. ( آریو[22] و همکاران، 2011). از نانو کامپوزیت­های خاک رس نیز می­توان برای تولید مواد اولیه بطری های ماء الشعیر استفاده کرد. مهم­ترین خصوصیت این مواد بازدارندگی آن­ها از خروج گاز دی اکسید کربن از این نوشیدنی­هاست. سیلیکات کلسیم نانو ساختار برای بسته بندی مواد غذایی فسادپذیر استفاده شده­اند. نانو ذرات سیلیکات کلسیم دارای ساختار متخلخل و خاصیت جذب رطوبت هستند. یکی از اکسیدهای معدنی ای که در سال­های اخیر بیش از پیش در دنیای نانو به ویژه در پوشش دهی منسوجات و تولید کرم­های ضد آفتاب و بسته بندی مورد استفاده قرار گرفته دی اکسید تیتانیوم است ( چامورن[23] و همکاران، 2008). این ماده در صنعت رنگ سازی کاربردهای فراوان دارد ولی ذرات کوچک نانو متری آن به دلیل داشتن خواص فوق العاده و منحصر به فرد موارد استفاده زیادی پیدا کرده اند. از این ماده در تصفیه، گندزدایی، رنگ زدایی، بوزدایی،ساخت سرامیک های ویژه، از بین بردن سلول­های سرطانی، ساخت فتوکاتالیست ها، کاغذ سازی، تولد لوازم بهداشتی و آرایشی، تهیه پوشش­های محافظ در مقابل اشعه ماوراء بنفش و ایجاد درخشندگی استفاده می­شود. دی اکسید تیتانیوم در اندازه نانومتری یک فوتوکاتالیست ایده آل است که مهم­ترین دلیل وجود این خاصیت در این ماده قابلیت جذب اشعه فرابنفش است. فوتون­های فرابنفش بسیار پر انرژی هستند و در بیشتر موارد می توانند به سادگی باعث تخریب اجسام گردند. این پدیده معمولاً از طریق شکست پیوندهای شیمیایی در آن­ها صورت می­گیرد. بنابراین دی اکسید تیتانیوم با جذب اشعه فرابنفش و به واسطه خاصیت فوتوکاتالیستی خود می­تواند پوششی ضد باکتری روی سطوح ایجاد کند و هم چنین مانع از عبور اشعه گردد. واکنش فوتوکاتالیستی دی اکسید تیتانیوم برای غیرفعالسازی طیف وسیعی از میکروارگانیسم­ها استفاده شده است. TiO2 غیر سمی می­باشد و توسط اداره کل غذا و دارو امریکا (FDI) برای استفاده در غذای انسان، داروها، مواد در تماس با غذا و مواد آرایشی تأیید شده است. اثرات ضد باکتریایی و ضد قارچی دی اکسید تیتانیوم روی اشرشیا کلای، سالمونلا کلرئاسویس، ویبریو پاراهمولیتیکوس، لیستریا مونو سیتوژنز، سودو موناس آئروژنیوسا، استافیلوکوکوس اورئوس، دیاپورته اکتینیدیا، پنی سیلیوم اکسپنسوم گزارش شده است ( کیم[24] و همکاران، 2003 ؛ چو[25] و همکاران، 2004 ؛ مانرات[26] و همکاران، 2006 ؛ مانس[27] و همکاران، 1999). تلاش­هایی در مورد توسعه­ی بیو نانو کامپوزیت های دارای خواص حرارتی، مکانیکی و عملگراییِ بهبود یافته، صورت گرفته است که به دلیل ماتریکس یا پُر کننده های نانو ذره می باشد (جیا و همکاران[28]، ٢۰۰٦؛ چن و همکاران[29]، ٢۰۰٤). علاوه بر این، مواد بیوپلیمری، بعنوان تکنولوژی سبز[30] معروف هستند و زیست تخریب پذیر بوده و با محیط زیست سازگارند و در تکنولوژی های دارویی، بسته بندی غذایی و کشاورزی مورد استفاده قرار می گیرند (شاملی و همکاران[31]، ٢۰١۰؛ ما و همکاران[32]، ٢۰۰٩). پوشش­های خوراکی ممکن است از انواع پلی­ساکاریدها حاصل شود. این پوشش­ها برای جلوگیری از اتلاف رطوبت در برخی مواد غذایی در طول نگهداری کوتاه مدت به کار می­روند و طیف وسیعی از آن­ها، باشد (جیا و همکاران[28]، ٢۰۰٦؛ چن و همکاران[29]، ٢۰۰٤). علاوه بر این، مواد بیوپلیمری، بعنوان تکنولوژی سبز[30] معروف هستند و زیست تخریب پذیر بوده و با محیط زیست سازگارند و در تکنولوژی های دارویی، بسته بندی غذایی و کشاورزی مورد استفاده قرار می گیرند (شاملی و همکاران[31]، ٢۰١۰؛ ما و همکاران[32]، ٢۰۰٩). پوشش­های خوراکی ممکن است از انواع پلی­ساکاریدها حاصل شود. این پوشش­ها برای جلوگیری از اتلاف رطوبت در برخی مواد غذایی در طول نگهداری کوتاه مدت به کار می­روند و طیف وسیعی از آن­ها،