وبلاگ

گاو شیری از دیرباز نقش مهمی در تامین برخی مواد مغذی مورد نیاز انسان داشته است. ارزش غذایی بالای شیر برای انسان، قرن هاست كه شناخته شده و مورد تمجید قرار گرفته است. امروزه بخش اعظم شیر تولیدی در جهان از گاو حاصل می­ شود. افزایش تولید شیر هر گاو نتیجه­ اصلاح نژاد، تغذیه صحیح­تر و مدیریت بهینه است.

داشتن نمره‌ی وضعیت بدنی مناسب در موقع خشك كردن، زایمان و مراحل مختلف شیردهی منجر به افزایش تولید شیر خواهد شد. نمره وضعیت بدنی یک روش ذهنی و دیداری برای ارزیابی مقدار انرژی ذخیره شده به صورت چربی در بدن حیوان زنده می­باشد (بدون توجه به اندازه و وزن بدن).

با افزایش سطح تولید شیر، نمره‌ی وضعیت بدنی اهمیت بیشتری می‌یابد. موقعی كه گاوها تولید شیر بالایی دارند، باید خوراك بیشتری در اوایل شیردهی مصرف كنند تا كل انرژی مورد نیاز آن‌ ها تامین شود اما به دلیل كاهش مصرف ماده خشك در اوایل شیردهی، تامین این نیاز بالا از خوراك مصرفی ممكن نیست و بیان شده است كه نیازهای انرژی گاوهای شیری در طول اوایل شیردهی می ­تواند توسط مصرف خوراك و جا به ­جایی ذخایر بدن تامین گردد[85]. این ذخایر شامل چربی و پروتئین است كه به وسیله تجزیه آن­ها، چربی و پروتئین مورد

 نیاز برای سنتز شیر در دسترس دام قرار می‌گیرد. به خصوص بافت چربی نقش مهمی در تنظیم انرژی مورد نیاز دام ایفا می‌كند. در گاوهای شیری، قبل از زایمان بافت چربی به افزایش میزان تجزیه لیپید سازگار می‌شود[64]. و بعد از زایمان، تجزیه لیپید موجود در بافت چربی به صورت چشم­گیر افزایش می­یابد[67،64]. یک برنامه منظم ارزیابی نمره‌ی وضعیت بدنی می ­تواند به تشخیص مشكلات سلامتی بالقوه قبل از آن كه بتوانند به طور معنی­داری تولید شیر را كاهش دهند كمك كند. كاهش زیاد نمره‌ی وضعیت بدنی بعد از زایمان ممكن است با وقوع بیماری‌های متابولیكی ارتباط داشته باشد[41].

افزایش توانایی ژنتیكی گاوها برای تولید شیر در نتیجه بهبود تغذیه و مدیریت، علی رغم افزایش تولید شیر منجر به كاهش عملكرد تولیدمثلی شده است. كاهش عملكرد تولیدمثلی گاوهای شیری بیش از چند دهه است كه به مسئله­ جدی در صنعت پرورش گاوهای شیری تبدیل شده است[82،76،۱3]. تعدادی از مطالعات نشان داده‌اند كه بین نمره‌ی وضعیت بدنی در موقع زایمان و اوایل شیردهی با عملكرد تولیدمثلی ارتباط وجود دارد[63،58،54،42،41]. اهداف این طرح شامل بررسی اثر نمره‌ی وضعیت بدنی در زمان زایمان بر فاصله زایمان تا اولین تلقیح، میزان گیرایی از اولین تلقیح، روزهای باز، تعداد تلقیح منجر به ازای هر آبستنی و نسبت آبستنی، ارزیابی اثر اسكور بدنی بروز برخی بیماری‌های تولید­مثلی در گاوهای شیری، ارزیابی اثر اسكور بدنی بر میزان تولید شیر در گروه­های مذكور در زمان زایمان می‌باشد.

1-1- زمینه تحقیق

به سیستم‌هایی مانند شبکه­ های توزیع آب که در هنگام حوادث طبیعی مانند زلزله‌ دارای حساسیت و اهمیت زیادی می‌باشند و در واقع نجات جان انسان‌ها و كاهش خسارات مالی و برگشت به زندگی عادی و خدمت‌رسانی جامعه به آنها وابستگی شدیدی دارد، شریان حیاتی گفته می‌شود. بازگرداندن هر چه سریع‌تر شریانهای حیاتی به حالت عادی نیازمند برنامه‌ریزی دقیق است. برنامه‌ریزی دقیق در شرایط بحرانی مستلزم شناخت كافی از وضعیت سیستم، تحلیل سیستم، تعیین پارامترهای اجزاء سالم و یا آسیب دیده سیستم است. تعمیرات و بازسازی بر مبنای نتایج حاصل از تحلیل جامع سیستم و با رعایت اولویت‌ها می‌تواند انجام گیرد که در بازگشت سریع جامعه به حالت عادی بسیار حائز اهمیت می‌باشد. از این رو تعیین وضعیت کنونی شریان‌های حیاتی و بیان آن به صورت قابل لمس برای تصمیم‌گیرندگان کلان کشور از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است تا آنها بتوانند تصمیمی صحیح، سریع و اقتصادی بگیرند. شاخص قابلیت اعتماد یکی از بهترین ابزارها برای این منظور می‌باشد. اما محاسبه قابلیت اعتماد سیستم‌های بزرگ مقیاس مانند شریان‌های حیاتی کاری بسیار دشوار است بطوری که بسیاری از پژوهشگران به دنبال یافتن راهی برای ساده کردن این مسئله می‌باشند و یکی از این روش‌ها برای ارزیابی میزان ایمنی سیستم‌های شریان حیاتی شاخص نامعینی است. در ادبیات فنی برای بیان شاخص نامعینی از مفهومی ریاضی به نام آنتروپی اطلاعات استفاده می­ شود.
برای شبکه‌های توزیع آب معمولاً قابلیت اعتماد به دو شکل محاسبه می‌شود: قابلیت اعتماد مکانیکی و قابلیت اعتماد هیدرولیکی. در قابلیت اعتماد مکانیکی، احتمال متصل ماندن گره­های تقاضا  به گره چشمه بررسی می‌شود. در قابلیت اعتماد هیدرولیکی، این احتمال برآورد می‌‌شود که هر یک از گره‌های تقاضای موجود در شبکه، آب را با فشاری از قبل تعیین شده دریافت کند، حتی اگر تعدادی از خطوط لوله نیز از عملکرد خارج شده باشند. در ادبیات فنی کمتر قابلیت اعتماد هیدرولیکی و مکانیکی به طور همزمان مطالعه شده است. در این پروژه هدف تعیین میزان قابلیت اعتماد شبکه توزیع آب به کمک مفهوم تئوری آنتروپی اطلاعات می­باشد که بطور همزمان پارامترهای هیدرولیکی و مکانیکی لحاظ گردد.
یکی از مهم‌ترین شاخه‌های تحقیق بر روی شبکه‌های توزیع آب در دهه‌ های اخیر، کمّی نمودن میزان قابلیت اعتماد این شبکه‌ها در شرایط مختلف بوده است. یکی از روش‌های پذیرفته شده برای مطالعه میزان اطمینان به این شبکه‌ها، استفاده از تئوری آنتروپی اطلاعات و تعیین درجه افزونگی این شبکه­ ها می‌باشد. کارهای انجام شده در ادبیات فنی بر روی قابلیت اعتماد شبکه­ های توزیع آب معمولاً یا تنها به بررسی قابلیت اعتماد هیدرولیکی شبکه می ­پردازد و یا به بررسی قابلیت اعتماد مکانیکی سیستم می ­پردازد و به­ طور همزمان پارامترهای هیدرولیکی و مکانیکی لحاظ نمی­شوند. بررسی همزمان پارامترهای هیدرولیکی و مکانیکی برای تعیین میزان ریسک شبکه بعد از وقوع حادثه­ای مانند زلزله حائز اهمیت می­باشد. بررسی قابلیت اعتماد هیدرولیکی یک شبکه بدون در نظر گرفتن این نکته که بعضی از خطوط بعد از حادثه از سرویس­دهی خارج می­شوند و همچنین مقداری از آب آن‌ ها هدر می­رود، نمی ­تواند تصویری جامع از وضعیت شبکه به ما بدهد. از سوی دیگر بررسی قابلیت اعتماد شبکه به صورت مکانیکی بدون در نظر گرفتن میزان تقاضای هیدرولیکی گره­ها که مشخصاً قبل، هنگام و بعد از حادثه متفاوت می­باشد، نمی ­تواند دید مناسبی به تصمیم­گیرندگان برای مدیریت وضعیت بحرانی بدهد. تعیین قابلیت اعتماد شبکه با رویکرد مکانیکی- هیدرولیکی به ما این اجازه را می­دهد که قسمت‌های با ریسک بالا را در شبکه شناسایی و آنها را تقویت کنیم و در صورت نیاز حتی با اضافه کردن درجه افزونگی این نواحی از میزان ریسک شبکه برای حوادثی مانند زلزله بکاهیم.
از دستاوردهای مورد انتظار این پروژه می­توان به توسعه روشی جهت محاسبه قابلیت اعتماد شبکه توزیع آب با در نظر گرفتن اثرات پارامترهای هیدرولیکی و مکانیکی برای ارزیابی شبکه شهری تحت پوشش یک مخزن در وضعیت موجود و در وضعیت بعد از حادثه و همچنین استفاده از این روش جهت توسعه شبکه­ های جدید اشاره نمود.

1-2- بیان مسئله

گزارشات ناشی از وقوع حوادث غیرمترقبه نشان می‌دهند که شریان‌های حیاتی در معرض مخاطرات ناشی از پدیده‌های تحت‌الارضی و فوق‌الارضی قرار دارند. به علت گسترده بودن شریان‌های حیاتی و تأثیرگذاری آنها به مجموعه شهری دو معیار اساسی ایمن بودن و قابل اعتماد بودن آنها در برابر حوادث غیرمترقبه از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است.
سیستم‌های شریان حیاتی نه تنها باید در برابر هر عاملی مقاوم باشند، بلكه در شرایط اضطراری مانند زمان بعد از زلزله كه وظیفه دسترسی و كمك‌رسانی به آسیب‌دیدگان را نیز به عهده دارند باید قابل بهره‌برداری باقی بمانند. به علت وابستگی بین شریانهای حیاتی، در صورت آسیب‌دیدگی یكی از آنها، دیگر شریان‌های حیاتی وابسته و مرتبط نیز از كار افتاده و متعاقباً ممكن است باعث تشدید عوامل دیگر از قبیل قطع ارتباطات، اختلال در حمل و نقل، توسعه آتش‌سوزی‌ها و انفجارات و غیره گردد و در نتیجه فعالیت سیستم شهری مختل و فلج گردد. برای مثال در اثر خرابی سیستم حمل‌ و نقل، دسترسی به آسیب‌دیدگان و كمك‌رسانی با مشكل جدی مواجه می‌شود و یا در اثر آسیب‌دیدگی سیستم مخابرات، عدم اطلاع‌رسانی و ارتباطات به موقع و یا در اثر خرابی سیستم‌های انتقال گاز، گسترش غیر قابل كنترل آتش‌سوزی را در پی خواهد داشت.
كشورهای مختلف و به ویژه کشورهای پیشرفته توجه زیادی به شریان‌های حیاتی و برگشت سریع جامعه به حالت عادی و كاهش خسارات جانی و مالی دارند. بعضی تیم‌های پژوهشی در فكر تهیه نرم‌افزاری هستند كه پس از وقوع زلزله، برگشت به حالت عادی از چه شریانی و با چه الویتی شروع شود تا عملیات بهینه باشد. البته در سال‌های اخیر با توجه به اهمیت شریان‌های حیاتی مسئولین کشور ما نیز به مفهومی مانند پدافند غیرعامل اهمیت زیادی می‌دهند و در حقیقت آن را جزء اولیت‌های کاری خود قرار داده‌اند.
در مهندسی كلان لازم است با شناخت كافی از وضعیت تمام شریان‌های حیاتی هر شهر و میزان اهمیت هر کدام از آنها و وابستگی و ارتباطات و اثرات متقابل و اندركنشی آنها در مدیریت شهری و به ویژه در سطح مدیریت كلان استانی و كشوری، برنامه‌ریزی دقیقی صورت گیرد و قبل از وقوع حوادث تلخ و فاجعه‌بار آنها را مورد بررسی قرار داد. البته این موضوع باید بیشتر مورد توجه مسئولین كلیدی کشور قرار گیرد.
در دنیای امروز با گسترش نظام اجتماعی شهری و گسترش شهرها، مناطق مدرن شهری بسیار بیشتر از سابق بر شریان‌های حیاتی تكیه كرده‌اند وگسترش شریان‌های حیاتی تنها راه بالا بردن كارایی فعالیت افراد جامعه در فضا و زمان می‌باشد. تلاش‌های زیاد برای بالا بردن ایمنی ساختمان‌ها در برابر زلزله، مناطق شهری را نسبت به گذشته ایمن‌تر كرده است. حال اگر شریان‌های حیاتی یک شهر از هم گسیخته شوند، خسارات قابل توجهی ایجاد می‌كنند و فعالیت شهری با سازه‌های ایمن را فلج می‌نمایند. خرابی شریان‌های حیاتی در هنگام زلزله بحران‌های زیادی از جمله عدم دسترسی به آسیب‌دیدگان و كمك‌رسانی به آنها (خرابی سیستم حمل ‌و نقل)، عدم اطلاع‌رسانی و ارتباطات به موقع و درست (خرابی مخابرات)، همه‌گیر شدن بیماری‌های واگیردار (خرابی سیستم‌های جمع‌ آوری فاضلاب)، گسترش غیر قابل كنترل آتش‌سوزی (خرابی سیستم‌های آب) و عدم تأمین انرژی لازم برای خدمات مختلف (خرابی سیستم‌های تأمین انرژی) را باعث می‌شود. خرابی بعضی از شریان‌های حیاتی مانند خطوط انتقال گاز و نفت علاوه بر قطع خدمات‌رسانی در موقع نیاز، باعث ایجاد آتش‌سوزی‌های وسیع می‌شود، به طوری كه گاهی خسارات ناشی از این آتش‌سوزی‌ها چندین برابر خسارت ابتدایی زلزله می‌گردد.
بازگرداندن هر چه سریع‌تر شریان‌های حیاتی به حالت عادی نیازمند برنامه‌ریزی دقیق است. برنامه‌ریزی دقیق در شرایط بحرانی مستلزم شناخت كافی از وضعیت سیستم، تحلیل سیستم، پارامترهای سالم و آسیب دیده اجزا سیستم است. از گام‌های اساسی در سیستم‌ها، تعیین اولویت‌هاست  و این کار فقط زمانی محقق می‌شود که امتیاز فوریت کلیه سیستم‌ها مشخص شده و به ترتیب امتیاز بالاتر آنها اولویت‌بندی شوند. تحلیل سیستم در وضعیت بحرانی نیز مهم‌ترین مرحله عملیات است. تحلیل سیستم با مشخص کردن اولویت‌ها، بطور چشم‌گیری از هدر رفتن زمان، بی‌نظمی و هزینه‌های اضافی در انجام عملیات بازسازی جلوگیری می‌کند. تعمیرات و بازسازی بر مبنای نتایج حاصل از تحلیل جامع سیستم و با رعایت اولویت‌ها می‌تواند انجام گیرد که در بازگشت سریع جامعه به حالت عادی بسیار حائز اهمیت می‌باشد.
از این رو تعیین وضعیت کنونی شریان‌های حیاتی و بیان آن به صورت قابل لمس برای تصمیم‌گیرندگان کلان کشور از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است تا آنها بتوانند تصمیمی صحیح، سریع و اقتصادی بگیرند. بدون شک شاخص قابلیت اعتماد یکی از بهترین ابزارها برای این منظور می‌باشد. اما همان‌طور که می‌دانیم، با توجه به زیاد بودن تعداد متغیرها و پیچیدگی ساختار کلی شبکه­ ها، محاسبه قابلیت اعتماد سیستم‌های بزرگ مقیاس مانند شریان‌های حیاتی حتی با در دست داشتن اطلاعات کافی و فرض خطی بودن تابع عملکرد کاری بسیار دشوار است بطوری که بسیاری از پژوهشگران به دنبال یافتن راهی برای ساده کردن این مسئله می‌باشند. گزارشات ناشی از وقوع حوادث غیر مترقبه نشان می‌دهند که شریان‌های حیاتی در معرض مخاطرات ناشی از  پدیده‌های تحت‌الارضی و فوق‌الارضی قرار دارند. به علت گسترده بودن شریان‌های حیاتی و تأثیرگذاری آنها به مجموعه شهری دو معیار اساسی ایمن بودن و قابل اعتماد بودن آنها در برابر حوادث غیر مترقبه از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است.
سال‌ها از آمار و تئوری احتمالات به عنوان تنها راه برخورد با متغیرهای عدم قطعی و انجام تحلیل قابلیت اعتماد سازه‌ها یاد می‌شد. به کمک آمار می‌توان با بهره گرفتن از اطلاعات و اندازه‌گیری‌های موجود برای متغیرهایی که طبیعت تصادفی دارند، پارامترهایی را تعیین نمود که خصوصیات نحوه رخ دادن آن متغیرها را نشان دهد. احتمالات این اطلاعات را تبدیل به توابع رخداد (توابع چگالی احتمال Pdfs و توابع چگالی تجمعی CDFs می‌کند و چارچوب کلی تحلیل اعتمادپذیری را تعریف می‌کند. هدف اصلی در تحلیل اعتمادپذیری بدست آوردن احتمال‌های گسیختگی سیستم سازه‌ای است که با مقادیر حدی مقایسه می‌شوند تا قابلیت اعتماد سازه بدست آید. هر چه اهمیت سازه بیشتر باشد، نیاز به اطمینان بیشتری برای کوچک بودن احتمال گسیختگی است.
با این وجود، تنها زمانی می‌توان از احتمالات استفاده نمود که متغیرهای ورودی، طبیعتی رندوم داشته باشند و اطلاعات دقیقی از نحوه تغییرات آنها برای تعریف توابع  چگالی احتمال آنها وجود داشته باشد. از آنجا که ممکن است اطلاعات آماری برای بارها و مقاومت‌ها کم یا حتی وجود نداشته باشد، معمولاً این مطلب در مورد طراحی سیستم‌ها صادق نمی‌باشد. علاوه بر این، باید به عوامل دیگری مانند اندرکنش سیستم با محیط اطراف (مثل اندرکنش سازه با خاک یا اندرکنش شریان‌های حیاتی مختلف بر روی عملکرد یکدیگر) و نقش اساسی خطاهای انسانی اشاره نمود. این جنبه‌های عدم قطعیت اغلب دارای اهمیت زیادی می‌باشند ولی نمی‌توان آنها را در قالب احتمالات بیان نمود. بنابراین استفاده از الگوریتم‌های سنگین محاسباتی برای تحلیل قابلیت اعتماد احتمالاتی که برای مشخص کردن نقش متغیرهای رندوم بر روی پاسخ سازه در تحلیل‌های  پارامتری بسیار مفید می‌باشند، در موارد واقعی کارا نمی‌باشند. به خاطر این دلایل، در سال‌های اخیر خانواده‌های جدیدی از روش‌های غیر احتمالاتی گسترش یافته‌اند.
لذا در ادامه پس از بیان انواع روش‌های محاسبه قابلیت اعتماد، به بررسی دقیق آنتروپی اطلاعات به عنوان معیار جایگزین قابلیت اعتماد شبکه‌های آب و چالش‌های موجود در محاسبه آن می‌پردازیم .

امروزه پیشرفت و توسعه فن آوری در جهان بر همه ی فعالیت های انسان تأثیر گذار بوده و شیوه زندگی مردم نسبت به گذشته بسیار متفاوت شده است. این پیشرفت­ها منجر به تغییراتی در تهیه مواد غذایی و عادات مصرف گردیده و نتیجه مثبت آن در تکنولوژی مواد غذایی، سبب ایجاد فرآوری و تکنیک های بسته بندی گردیده است که این شیوه جهت کمک به حصول اطمینان از عرضه مواد غذایی و همچنین آماده سازی و مصرف آن، مورد استفاده قرار می­گیرد. در واقع بسته بندی یکی از حساس ترین و تعیین کننده ترین مراحل عرضه و مصرف کالا می باشد و می ­تواند عامل تمایز از رقبا و نوعی مزیت رقابتی باشد. بسته بندی به عنوان پوشش یا ظرف، جهت حفظ کیفیت غذا، به حداقل رساندن ضایعات مواد غذایی و کاهش استفاده از مواد نگهدارنده در ماده غذایی، مورد استفاده قرار می­گیرد. از مهمترین اهداف بسته بندی می توان به طراحی و تولید ظرف یا لفاف برای نگهداری و محافظت از محصول در فاصله تولید تا مصرف در برابر آسیب های فیزیکی و شیمیایی حین ارائه به بازار و مصرف کننده،اشاره نمود (کی منش، 1390). اخیراً به دلیل نگرانی‌های زیست محیطی در ارتباط با پسماند بسته‌بندی‌های پلاستیکی مصنوعی، تلاش‌های بسیاری برای تهیه مواد بسته‌بندی زیست تجزیه‌پذیر از پلیمرهای طبیعی است (مز استاکا[1] و همکاران، 2009). امروزه بخش بزرگی از مواد استفاده شده در صنعت بسته بندی از فرآوردهای نفتی و پتروشیمی به دست می­آیند که غیر قابل تجزیه در طبیعت بوده و مشکل زیست محیطی ایجاد می­ کنند. از این­ رو محققین همواره به دنبال راه حل­هایی برای این موضوع می­باشند. رشد روز افزون محصولات زیستی و توسعه تکنولوژی­های نوین سبب کاهش وابستگی به استفاده از سوخت­های فسیلی گردیده است. در چند دهه اخیر میزان توجه و علاقه افراد به استفاده از بیوپلی­مرها به دلیل افزایش بیشتر آگاهی مصرف کنندگان، افزایش قیمت نفت خام، افزایش آلودگی­های زیست محیطی و تجزیه ناپذیر بودن پلیمرهای نفتی و توجه به گرمای جهانی افزایش یافته است و سبب شده تلاش­ های فراوانی در جهت تولید مواد بسته­بندی با منشا طبیعی(پروتئین،چربی و کربوهیدرات) به صورت فیلم یا پوشش صورت گیرد. اینگونه بیوپلیمرها در مقایسه با بهره گرفتن از پلاستیک­ها اثرات مخرب کمتری بر محیط زیست دارند  ( پین[2] و همکاران، 1992). فیلم­های خوراکی که در ارتباط با مواد غذایی کاربرد دارند زیست­تخریب­پذیر هستند، یعنی قابلیت تجزیه شدن به عناصر سازنده را به وسیله­ موجودات ذره­بینی خاک دارند ( فیگویرو[3] و همکاران، 2004).

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 رااز لحاظ محیط زیست ایجاد می کنند. 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 می شود ( مارینیلو[4] و همکاران، 2003؛ لین[5] و همکاران، 2005). 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  ( الماسی[6] و همکاران، 2009؛ ویلهلم[7] و همکاران، 2003).

بسته یا پوشش غذا نقش منحصر به فردی در سلامت غذا و در نتیجه مصرف کننده ایفا می کند. مسلم است که بیشتر فرآورده های غذایی با نوعی روش بسته بندی به مصرف کننده می رسد و در نتیجه بسته بندی بخش مهمی در زنجیره غذایی می باشد ( کیم[8] و همکاران، 2003). اما مواد بسته بندی قدیمی که از مواد نفتی مشتق شده بودند هیچ یک زیست تخریب پذیر نبوده و از لحاظ زیست محیطی قابل تحمل نیستند و خطرات سلامتی را تحمیل می کنند؛ برای مثال مهاجرت افزودنی های مضر به غذا. زیست تخریب پذیری مواد پلاستیکی سنتزی حاصل از مشتقات نفتی بسیار کند بوده و تجزیه کامل آن­ها چندین سال به طول می انجامد و این امر باعث افزایش آلودگی های زیست محیطی می­گردد. لذا طی سال های اخیر یافتن جایگزینی مناسب برای پلاستیک های سنتزی به طوریکه زیست تخریب پذیری بالایی داشته و آلودگی زیست محیطی کمتری بر جای بگذارد توجه محققین را به خود را جلب کرده است. بیوپلیمرهای خوراکی با زیست تخریب پذیری بالا که از منابع قابل تجدید کشاورزی حاصل می­شوند گزینه ای مناسب در این زمینه به شمار می روند. با وجود مزایای مسلم زیست محیطی و پایداری پلیمرهای زیستی این قیمت رو به رشد نفت خام و گاز طبیعی است که عامل محرکه برای سرمایه گذاری اقتصادی در این زمینه است. این موضوع و دو عامل محرکه تلاش برای بازیافت بیشتر ضایعات و همچنین ثبات محیط زیست و مدیریت کشاورزی این ضرورت را ایجاد می­ کند که تغییری به سمت پلاستیک­های زیستی صورت گیرد.

1-2- پیش زمینه

بسته ­بندی پوششی است كه سلامت كالای محتوی خودرا­پس ازتولید تا مرحله­ مصرف حفظ می­نماید وبا ایجاد یک مانع فیزیكی بین محصولات غذایی ومحیط خارج بهداشت محصول راتضمین می­كند و عمر كالای فاسد شونده را افزایش می­دهد. درسا­ل­های اخیربه علت افزایش مصرف پلاستیک­ها و با توجه به طول عمربالای آن­ها و تقریبا زیست تخریب­پذیر1 نبودن آن­ها، سنتز پلیمر­های زیست ­تخریب ­پذیرافزایش یافته است (قنبرزاده و همکاران، 1388).

در بسته ­بندی مواد غذایی از مواد مختلفی نظیر شیشه، پلاستیک­های سخت و نیمه سخت، فلزات سخت (قوطی­ها) استفاده می­ شود این مواد در اکثر موارد توسط مصرف کننده دور ریخته می­شوند (بدیعی و همکاران، 1387). مواد بسته بندی پلیمری که کاربرد گسترده­ای در صنعت بسته­بندی دارند، غیر­قابل تجزیه و غیر قابل برگشت به محیط زیست هستند و به همین دلیل، از مهمترین آلاینده­های طبیعت محسوب می­شوند ( الماسی، 1388 و ایران منش، 1388). از ویژگی­های مطلوب برای هر بسته­بندی، بازیافت آسان آن و ایجاد كمترین خسارت به محیط زیست است. هرساله بالغ بر چند میلیون تن ضایعات پلاستیكی از جمله كیسه­ها، پاكت­های پلاستیكی و مواد بسته بندی وارد محیط زیست گردید و به علت عدم بازگشت به چرخه زیست محیطی باعث ایجاد مشكلات فراوان برای محیط زیست می­شوند. تولید فیلم­های تجزیه­پذیر طبیعی وجایگزین نمودن آن­ها به جای پلاستیك­های سنتزی راه حلی برای به حداقل رساندن آثار نامطلوب و زیان­آور زباله­های حاصل از مواد سنتزی است (دارائی وهمكاران، 1388).

بسته بندی های زیست تخریب پذیر که قابلیت خوراکی بودن و مصرف به همراه ماده غذایی را دارند شامل فیلم ها و پوشش های خوراکی می باشند. 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 می شوند. پوشش های خوراکی قابل تجزیه به وسیله میکروارگانیسم ها مصرف شده و به ترکیبات ساده تبدیل می شوند ( آل حسن و همکاران، 2012).

تولید بیوپلیمر­هایی که از منابع تجدیدپذیر بدست می­آیند بر خلاف پلیمر­های سنتزی که بیشتر منشا نفتی دارند در محیط طبیعی تجزیه پذیر هستند و موجب حفظ منابع تجدید ناپذیر می­گردد. این بیوپلیمر­ها که قابلیت برگشت به طبیعت را دارند از محصولات کشاورزی بدست آمده و موجب آلودگی محیط زیست نمی­شوند و در فرایند کمپوست توسط میکروارگانیسم ها به محصولات طبیعی مانند آب، متان، دی اکسید کربن، و توده زیستی تبدیل می­شوند. پلیمر­هایی که پس از فرایند تجزیه توسط میکروارگانیسم ها ­ کاملا به محصولات طبیعی تبدیل می­شوند زیست تخریب پذیر نامیده می­شوند (قنبرزاده و همکاران، 1388).

بسته بندی­های زیستی حاصل از بیوپلیمر­های خالص دارای سرعت زیست تخریب پذیری بالاتری نسبت به فیلم­های آلیاژ شده می­باشند ولی کیفیت مکانیکی و نفوذپذیری آن­ها به نسبت پایین تر است (قنبرزاده و همکاران، 1388).

دلایل استفاده از این نوع بسته بندی عبارتند از: جلوگیری از انتقال رطوبت، جلوگیری از خروج ترکیبات فرار موجود در ماده غذایی، کاهش دهنده سرعت تنفس، به تاخیر انداختن تغییرات در بافت ماده غذایی، مانعی بسیار عالی در برابر عبور چربیها  و روغن ها، عبوردهی بسیار انتخابی گازهایی نظیر اکسیژن و دی اکسیدکربن (ایران منش، 1388).

1-3- بیان مسئله

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 شیشه ­ای، 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 شکل­ گیری 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 می­ کند 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 می­ شود. 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 می­ کند. از سوی دیگر، خشکی بیش از حد فضای درون ظرف نیز باعث کم آب شدن ماده غذایی می­ شود. در بسته­بندی فعال ظروف، شامل موادی هستند که این معضلات را برطرف می­ کند. 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 نانوذره­ها 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 بهره گرفتن 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[9] و همکاران، 2012).

استفاده از نانو تکنولوژی در این 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 می­ شود. این نانو کامپوزیت­ها 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[10] 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 باکتری­ ها در سطح مواد غذایی و در نتیجه فساد آن­ها می­شوند. فناوری نانو می تواند 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). گروه تحقیقاتی دانشگاه انگلیسی لیدز دریافتند که نانو ذرات اکسید روی و اکسید منیزیم باعث از بین بردن میکروارگانیسم ها می شوند که می توانند کاربرد زیادی در بسته بندی مواد غذایی داشته باشند. این شیوه می تواند افزودن مقدار زیاد ضد میکروب ها به درون توده غذا را کاهش دهد. آزاد شدن کنترل شده ضد میکروب ها به سطح غذا امتیازات زیادی نسبت به روش های دیگر مانند فروبری و اسپری کردن دارد (محمدی[11] و همکاران، 2012). در این دو فرایند اخیر ماده ضد میکروبی به سرعت از سطح ماده غذایی به داخل آن نفوذ می کند (منتشر می شود) و در نتیجه خاصیت ضد میکروبی در سطح کاهش می­یابد. مواد ضد میکروبی باقی مانده، در تماس با مواد فعال موجود در سطح خنثی می شوند و میکروب های آسیب دیده ممکن است دوباره فعال گردند. برای مثال ثابت شده است که امولسیفایرها و اسیدهای چرب با نایسین واکنش داده و خواص آن را کاهش می­دهند.

بسته بندی فعال، یک روش بسته­بندی جدید غذا در پاسخ به تقاضای مصرف کننده برای سالم بودن است که فعالیت ترکیبات بیولوژیکی مانند عوامل آنتی میکروبی آنتی اکسیدانی، ویتامین­ها، عوامل طعم­دهنده در ترکیبات بسته­بندی زیست تخریب­پذیر ترکیب می­ شود ( کارمن[12] و همکاران، 2010). در واقع استفاده از بسته­بندی فعال، روش نوینی برای نگهداری این نوع ماده غذایی می­باشند. بسته­بندی فعال به صورت زیر تعریف شده است:

نوعی بسته­بندی که علاوه برداشتن خواص بازدارندگی اصلی بسته­بندی­های معمولی (بازدارندگی در مقابل گازها و بخار آب و خواص مکانیکی) با تغییر شرایط بسته­بندی، ایمنی، ماندگاری و یا ویژگی­های حسی ماده غذایی را بهبود می­بخشد و در عین حال کیفیت ماده غذایی حفظ می­گردد. تکنولوژی بسته­بندی فعال شامل بر هم کنش­هایی بین غذا، ماده بسته­بندی و اتمسفر گازی داخل بسته می­باشد که بایستی در عین حال که کیفیت و امنیت محصول را حفظ می­ کند، قادر به افزایش ماندگاری آن نیز باشد ( لابوزا و برن[13]، 1988)

خاصیت ضد میکروبی ترکیبات اکسید روی ازگذشته بسیار دور شناخته شده وکاربردهای فراوانی در ضدعفونی کردن وسایل پزشکی، تصفیه آب، لوسیون ها و پمادهای ضد باکتری دارد. مکانیسم ضد میکروبی نانو ذرات فلزی حاصل از این فلز  هنوز دقیقا مشخص نیست. براساس مطالعات محققان این مکانیسم ممکن است به صورت القای تنش اکسیداتیوبه غشای سلول میکروبی به دلیل آزادسازی گونه های اکسیژن فعال (ROS) یا آزاد سازی  یون از سطح ذره و اتصال به غشای سلول و انهدام آن باشد. فلز روی در بسیاری از فعل و انفعالات بدن شرکت داشته و برای حفظ سلامتی و طول عمر بدون امراض وجود آن لازم و ضروری است. فلز روی آنتی اکسیدانی است که در واکنش­های اکسیداتیو نقش مهمی ­دارد. همچنین در افزایش سطح این یون کارکرد صحیح دستگاه ایمنی نقش مهمی دارد. روی عوامل و فلزات سمی وارد شده به بدن را جذب و خنثی می­ کند. روی در ساختمان بیش از 200 آنزیم شرکت دارد و همچنین به عنوان کاتالیزور در واکنش های بدن عمل می کند. روی  در تکثیر سلولی هم مورد استفاده است. در ساختن دزاکسی ریبونوکلوئیک اسید یاDNA نیاز به روی می باشد.

 مهم­ترین علت کاهش میزان روی در بدن نقصان دریافت آن از طریق  مواد غذایی است. بكارگیری كامپوزیت‌ها به عنوان چالشی بزرگ در زمین­ها افزایش به كارگیری فیلم‌های خوراكی تجزیه‌­پذیر به شمار می‌رود این قبیل تركیبات سبب كاهش پسمانده‌های بسته‌بندی، حفظ تازگی ماده غذایی و افزایش دوره ماندگاری آن می‌شوند. پلیمر كامپوزیت آمیخته­‌ای از ساختار پلیمر به همراه افزودنی‌های آلی و غیرآلی می‌باشد. ظهور نسل جدیدی از كامپوزیت‌ها تحت نام (نانوكامپوزیت) منجر به بهبود برخی ویژگی‌ها، نظیر افزایش مقاومت در برابر صدمات مكانیكی، حرارتی، نفوذ حلال و گازها، كاهش وزن بسته، افزایش شفافیت و زمان ماندگاری در مقایسه با انواع تجاری در سطح میكرو می‌گردد (سوبرال و همکاران، 2001).

فیلم­ها و پوشش ­های خوراكی ای كه از تركیبات مختلف تهیه می­شوند  (فیلم­های مركب)، برای بهتر شدن ویژگی­های كاربردی فیلم هایی كه از یک نوع تركیب تولید شده و همچنین غلبه بر مشكلات فناوری مربوطه، توسعه یافته اند. بیشترین فیلم های مركبی كه مورد مطالعه قرار گرفته اند، آمیزه ای از تركیب لیپیدی و ساختار هایی بر پایه هیدروکلوئیدها می باشند ( کمپر و فنما[15]، 1984؛ گونتارد[16] و همکاران، 1994). استفاده رو به رشد هیدروکلوئیدها در صنایع غذایی سبب نیاز به منابع جدید از این محصولات شده است، چرا که هیدروکلوئیدها در سیستم های غذایی بطور گسترده ای برای اهداف متنوعی از قبیل قوام دهندگی، عامل ژل ساز، اصلاح کننده بافت و تثبیت کننده، استفاده می شوند. امروزه برای تأمین کیفیت در پایداری، بافت و ظاهر محصولات غذایی از هیدروکلوئیدها به عنوان ماده افزودنی استفاده می شود، البته سهم حجم مواد تشکیل دهنده بستگی به امنیت در عرضه، کیفیت و قیمت نیز دارد. صمغ دانه ها از افزودنی های مهم در صنعت غذا است ( گلیکسمن[17]، 1969).  قدومه گیاهی است علفی با برگ هایی با بریدگی های نامنظم و گل های کوچک و زرد رنگ (صابری و صداقت، 1384) به ارتفاع 36-6 سانتی متر که توسط بذر تکثیر می شود. میوه این گیاه خورجینک، مدور به قطر 5 تا 7 میلی متر، با سطحی زبر و پوشیده از کرک های ستاره ای است. بذرها به رنگ قهوه ای، گرد و به قطر 75/1 تا 5/2 میلی متر می باشند (راشد محصل و همکارن، 1388). این گیاه بیشتر در نواحی معتدله اروپا و آسیا می روید. قدومه دارویی است لعاب دار که خیس کرده یا جوشانده آن تنها یا مخلوط با داروهای دیگر برای نرم کردن سینه و روده ها بکار می رود (صابری و صداقت، 1384). علاوه بر این غذاهای غنی شده با صمغ دانه قدومه به خوبی مورد استقبال مصرف کنندگان قرار گرفته است و دانش استفاده از این دانه ها برای مصارف دارویی در حال گسترش است (کوچکی و همکاران، 2008). به همین علت در این پژوهش سعی بر آن شده تا با توجه به ارزش و مزایای فیلم های خوراکی تهیه شده تا به امروز و کاربرد دارویی صمغ به دست آمده از بذر دانه قدومه شیرازی، فیلمی بر پایۀ این صمغ تهیه شود.

1-4- اهمیت موضوع

بسته­بندی­های زیست سازگار بر پایه فیلم­های خوراكی، كه عمدتاً از پلی ساكاریدها، پروتئین­ها، چربی­ها و یا تركیبی از آن­ها ساخته می­شوند، به دلیل دارا بودن مواد طبیعی، قابلیت تجدیدپذیری و عدم ایجاد آلودگی­های زیست محیطی روز به روز از اهمیت خاصی برخوردار می­شوند (آهوناینن[18] و همکاران 2003). از دهه­های گذشته، علم نانو و دیگر تکنولوژی های مرتبط، تبدیل به تکنولوژی شده اند(نارایانامورتی[19]،٢۰۰٦). تکنولوژی- های کامپوزیت، با علم نانو ترکیب شدند و منجر به توسعه ی علم و تکنولوژی نانو گردیدند (هاسین و همکاران[20]، ٢۰۰٦). تلفیق نانو ذرات به داخل مواد کامپوزیت، توجهات زیادی را به سمت خود جلب نمود که به دلیل قابلیت آن، در بهبود خصوصیات پلیمر، مانند؛ خصوصیات حرارتی، مکانیکی و ممانعت کنندگی گازها می باشد (کوریان و همکاران[21]، ٢۰۰٦). اخیرا، مواد غیرآلی مانند فلز و اکسید فلزات، در پژوهش تکنولوژی نانو، مورد توجه قرار گرفته اند، که این به دلیل توانایی آن ها در مقاومت در شرایط ناملایم می باشد (فو و همکاران[22]، ٢۰۰٥). در بین اکسید فلزات ZnO، TiO2، MgO و CaO، بیشتر مورد توجه می باشد، زیرا برای انسان و حیوانات ایمن است (لین و همکاران[23]، b٢۰۰٩؛ استومیتاو و همکاران[24]، ٢۰۰٢).

بیونانوکامپوزیت ها، تولید جدید نانوکامپوزیت ها را به نمایش می گذارند و شامل ترکیب بیوپلیمرها و یک ماده ی غیرآلی می باشند که حداقل، یک بُعد نانو دارند. بیونانوکامپوزیت ها، یک گروه از مواد دو جزئی با ساختار نانو هستند که مابین تکنولوژی نانو، علم ماده و علم زندگی قرار دارند (اُزین و همکاران[25]، ٢۰۰٩؛ داردِر و همکاران[26]، ٢۰۰٧).

پُر کننده­ های نانو، واکنش های داخلی عالی ای با انشعابات پلیمری برقرار می­ کنند، که این به دلیل مساحت سطحی زیاد و سطح بالای انرژی آن­ها می­باشد. بنابراین، بطور معنا داری باعث بهبود خصوصیات پلیمری می­گردند (کوواسویک و همکاران، ٢۰۰٨).

از اکسید روی، بطور وسیعی بعنوان پُر کننده ی عملگرا در جاذب های UV ، برای کاربرد در مواد دارویی، بهداشتی، مواد پوشش دهی و پیگمنت ها استفاده شده است (لی و همکاران، ٢۰۰٩؛ کومار و سینگ، ٢۰۰٨؛ یو و همکاران، ٢۰۰٤). علاوه بر این، استفاده از نانو ذرات اکسید روی، یک روش ماندنی برای جلوگیری از بیماری های عفونی، از طریق اثرات ضد میکروبی اکسید روی می­باشد (لی و همکاران، ٢۰۰٩و٢۰١۰؛ راجندرا و همکاران، ٢۰١۰؛ ژانگ و همکاران، ٢۰۰٨).

اندازه، مورفولوژی، بلورینگی، ترکیب و شکل ذرات، پارامترهای بحرانی برای خصوصیات اصلی نانو ذرات می باشند (شهرام و عبداله، ٢۰۰٦؛ یاماموتو، ٢۰۰١). لین و همکارانش (a٢۰۰٩) گزارش کردند که نانومیله های اکسید روی، مانع فعالیت نوری جذب UV می شوند. با اینکه، گزارش شده است که تلفیق نانو ذرات به داخل فیلم نشاسته، باعث بهبود برخی خصوصیات می­گردد (ما و همکاران، ٢۰۰٩؛ یو و همکاران، ٢۰۰٩).

تلاش­ هایی در مورد توسعه­ بیونانوکامپوزیت 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[35]، ٢۰۰٦؛ چن و همکاران[36]، ٢۰۰٤). علاوه بر این، مواد بیوپلیمری، بعنوان تکنولوژی سبز[37] 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[38]، ٢۰١۰؛ ما و همکاران[39]، ٢۰۰٩).

1-5- اهداف پژوهش

1-5-1- هدف اصلی

هدف اصلی از این پژوهش، تهیه و ارزیابی فیلم خوراکی بر پایه هیدروکلوئید استخراج شده از صمغ قدومه شیرازی و پیشنهاد یک منبع جدید برای تهیه فیلم های خوراکی و همچنین  تهیه و ارزیابی فیلم خوراکی ترکیبی از این صمغ و نانو ذرات اکسید روی می باشد.

1-5-2- اهداف اختصاصی

• بررسی اثر نانو اکسید روی بر خواص مکانیکی فیلم­های قدومه شیرازی

• بررسی اثر نانو اکسید روی بر خواص فیزیکوشیمیایی فیلم­های قدومه شیرازی

• بررسی اثر نانو اکسید روی بر خواص ضد میکروبی فیلم­های قدومه شیرازی

• بررسی اثر نانو اکسید روی بر ایزوترم جذب تعادلی رطوبت فیلم­های قدومه شیرازی

1-6- پرسش­های تحقیق

• آیا نانو اکسید روی می ­تواند بر خواص مکانیکی فیلم قدومه شیرازی تاثیر داشته باشد؟

• آیا نانو اکسید روی می ­تواند بر خواص فیزیکوشیمیایی فیلم قدومه شیرازی تاثیر داشته باشد؟

• آیا نانو اکسید روی می ­تواند بر ایزوترم جذب تعادلی فیلم قدومه شیرازی تاثیر داشته باشد؟

• آیا نانو اکسید روی می ­تواند بر خواص ضد میکروبی فیلم قدومه شیرازی تاثیر داشته باشد؟

1-7- محدودیت های تحقیق

در این تحقیق حداکثر غلظت ترکیب نانو  اکسید روی به عنوان یک محدود کننده مطرح می­گردد. بیشتر از 5 % ترکیب نانو باعث هتروژن نمودن فیلم می­شد.

1-8- نمودار تحقیق

شکل 1-1 نمودار تحقیق را برای این پژوهش نشان می دهد.

آفلاتوکسین M1(AFM1) یکی از مایکوتوکسین‌های مهمی است که در شیر و محصولات لبنی یافت می‌گردد. امروزه این امکان فراهم شده است که مایکوتوکسین موجود در غذا یا خوراک دام را از طریق بکارگیری روش‌های فیزیکی، شیمیائی یا عوامل میکروبی حذف نمود. هدف از این پژوهش دستیابی به روشی سالم و بدون ضرر جهت حذف سم آفلاتوکسین در فرآورده پروبیوتیکی شیر است كه از نظر تغذیه هیچگونه خطری برای انسان نداشته باشد.

1-2– بیان مسئله

صنعت تولید لبنیات در دنیا از جمله صنایع گسترده ای است که با چالش‌های زیادی روبرو می‌باشد. تولید شیر در سال 2005 در دنیا برابر 644 میلیون تن تخمین زده شد که از این مقدار 541 میلیون تن  شیر گاو بوده است. با نگاهی به آمار فوق می توانیم به خوبی موضوع

 سلامتی شیر مصرفی و به تبع آن محصولات لبنی تولید شده از این مقدار شیر را درک کنیم. افزایش روز افزون مصرف مواد لبنی توسط افراد مختلف در سرتاسر جهان به موضوع چالش بر انگیز‌ی برای میکروب شناسان، مهندسین، و متخصصین فن آوری تبدیل شده است؛ زیرا بایستی بهترین روش برای جلوگیری از ورود میکروارگانیسم‌ها و تخریب بعضی از آن‌ ها را بیابند و از رشد و فعالیت‌های آن‌ ها جلوگیری نمایند. به هر حال موضوعی که بایستی مد نظر قرار گیرد این است که بسیاری از این میکروارگانیسم‌ها مانند لاکتوباسیلوس‌ها و بیفیدوباکتریوم‌ها  برای سلامتی انسان مفید هستند و عده ای دیگر مانند بعضی از قارچ‌ها مانند آسپرژیلوس که باعث تولید سم آفلاتوکسین می‌شوند می‌توانند برای سلامتی انسان مضر باشند. شیر حاوی مقدار زیادی آب و مواد غذائی می‌باشد ومحیطی تقریبا نزدیک به خنثی را فراهم می‌آورد بنابراین می‌توان شیر را به عنوان منبع ترکیبات سمی نظیر مایکو توکسین ها در نظر گرفت (مقصودی1390) .

همچنین ماهیت غذائی محصولات لبنی محیط مناسبی را برای رشد میکروارگانیسم‌ها فراهم می‌آورد. آفلاتوکسین M1 که به عنوان سم شیر شناخته می‌شود متابولیت اصلی تشکیل شونده از AFB1 است. 12ساعت پس از مصرف AFB1 می‌توان AFM1 را در بدن انسان یافت. به دلیل مصرف گسترده شیر و محصولات لبنی وجود آفلاتوکیسن M1 در این محصولات به یک نگرانی بزرگ تبدیل شده است بر همین اساس پی بردن به چگونگی آلوده شدن شیر به میکروارگانیسم‌های آلوده کننده یکی از مهمترین اقدامات در پرداختن به موضوع سلامت شیر و سپس  محصولات لبنی است.

نیترات، نیتریت و اسید آسکوربیک در طیف وسیعی از مواد غذایی وجود دارند. سبزیجات به عنوان منبع مهم جذب نیترات، نیتریت و اسید آسکوربیک در رژیم غذایی هستند. هدف از انجام این تحقیق بررسی تاثیر فرایند سرخ کردن و آب پزی بر میزان نیترات، نیتریت و اسید آسکوربیک سبزیجات پر مصرف است.در این تحقیق 6 نمونه سبزی از شهر سنندج بطور تصادفی انتخاب شد. این نمونه ها پس از این که به صورت آب پز و یا سرخ شده فرایند شدند تحت شرایط نگهداری در یخچال مورد بررسی قرار گرفتند. میزان نیترات و نیتریت با بهره گرفتن از روش دی آزو، و میزان اسید آسکوربیک نمونه ها با بهره گرفتن از روش D.pinot  اندازه گیری شد. تجزیه، تحلیل نتایج با بهره گرفتن از تجزیه تحلیل واریانس سه طرفه و آزمون دانکن به کمک نرم افزار  SPSS انجام شد. در طول زمان نتایج نشان داد که میزان اسید آسکوربیک به طور معنی داری کاهش یافته(p<0.05)  و تا حدودی نیترات و نیتریت افزایش پیدا کردند.میانگین اسید آسکوربیک در نمونه های سرخ شده کنمتر از نمونه های آب پز شده بود در حالی که  میانگین میزان نیترات و نیتریت در نمونه های آب پز شده بیشتر از سرخ شده بوده است. طی زمان نگهداری میزان نیترات و نیتریت افزایش و میزان اسید آسکوربیک کاهش یافته است. در مجموع بین دو روش بخار پزی و سرخ کردن برای حفظ اسید آسکوربیک بهتر است از روش آب پزی استفاده نمود ولی در صورتی که محتوای اولیه نیترات و نیتریت سبزیجات بالا باشد، بهتر است با سرخ کردن غلظت آنها را کاهش داد

1-1- پیش زمینه
با توجه به رشد روز افزون جمعیت در ایران، تقاضا برای مواد غذایی روز به روز افزایش می یابد . به همین دلیل در بسیاری از نقاط برای تولید بیشتر در واحد سطح استفاده بی رویه از كودهای شیمیایی و آلی بسیار رایج است .ازت پر مصرف ترین عنصر مورد نیاز گیاه است كه در كشاورزی از آن به مقدار زیاد استفاده می شود . استفاده بی رویه از كودهای ازته ممكن است باعث آلودگی آبهای زیرزمینی و جذب

 زیاد نیترات به وسیله گیاه شود(اردکانی و همکاران، 1384). مصرف این آبها و گیاهان باعث ورود مقادیر زیاد نیترات به بدن شده و مسبب بروز بیماری های متعددی در انسان می شود.

1-2- بیان مسأله
نیترات ونیتریت در دامنه ی گسترده ای از مواد غذایی وجود دارند. این ترکیبات به صورت طبیعی در گیاهان ونباتات سبز یافت می شوند. اما مقدار آنها می تواند در گیاهان به علت افزودن کودهای شیمیایی و حتی در مواد آلی که به گیاهان کاشته شده افزوده می شود، تا حد زیادی بالا برود. بعضی از گیاهان مانند اسفناج بزرگترین پاسخ به کودهای نیتروژنی داشته و می توانند مقادیر زیادی نیترات را به علت فاکتورهایی مانند روش کشت و زمان برداشت در خود تجمع نمایند (مروسی[1]، 2010). میزان نیترات و نیتریت در رژیم غذایی از یک منطقه تا منطقه دیگر به شدت متفاوت بوده و این موضوع تابع عواملی مانند تکرر کشت، وضعیت آب و هوایی،کیفیت خاک، فرایندهای تولید مواد غذایی، نوع و مقدار کود شیمیایی مصرفی و وضعیت قوانین آن منطقه است (سو[2] و همکاران، 2009). نیتریت و نیترات به صورت روتین به گوشت و محصولات گوشتی جهت نگهداری آنها در برابر میکروارگانیسم هایی مانند کلستریدیوم بوتولینوم که می توانند عامل مسمومیت غذایی باشند اضافه می شوند (سوان[3]، 1977). امروزه مشکلات آلودگی نیترات یکی از مهمترین مسائل کیفیت آب و مواد غذایی در بسیاری از مناطق دنیا به شمار می آید. واقعه وجود نیتریت و نیترات در مواد غذایی و اثرات سؤ آنها بر روی سلامتی موضوعی است که امروزه همچنان بر روی آن جدال و مباحثه وجود دارد (کاماک[4] و همکاران، 1999). سرطانهای دستگاه گوارش از سرطانهای شایع دنیا بوده و مسئول بسیاری از موارد مرگ و میر در سال می باشند. در این بین سرطان مری با میزان مرگ و میر بالا و سرطان معده به علت شیوع بسیار زیاد در دنیا از اهمیت خاصی برخوردارند. عوامل زمینه ساز متعددی از قبیل تغذیه، ژنتیک، عوامل محیطی و غیره در اتیولوژی این بیماریها مطرح می باشند. عوامل خطر متعددی در ایجاد سرطانهای مری و معده نقش دارند.مصرف تنباکو، نوشیدن مشروبات الکلی،کمبود ویتامینها و عناصر کمیاب، نوشیدن نوشیدنیهای داغ و بویژه آلودگی های خوراکی با مواد سرطان زا از قبیل نیتروزآمین ها وسموم قارچی در ایجاد سرطان مری بسیار مورد توجه قرار گرفته است. در سرطان معده نیز عواملی مانند رژیم غذایی، مواد شیمیایی برونزاد، عوامل سرطان زای تولید شده در دستگاه گوارش و عوامل ژنتیکی و عفونی دخیل شناخته شده اند (سان و روستگی[5]، 2003؛ سمنانی و همکاران، 2006). یکی از عوامل محیطی دخیل در ایجاد سرطانهای دستگاه گوارش فوقانی ، میزان نیتریت و نیترات موجود در آب آشامیدنی و مواد غذایی می باشد. دخالت انسان در چرخه نیتروژن طبیعت باعث شده که به تدریج بر میزان تجمع این ماده در محیط افزوده شود (وارد[6] و همکاران، 2006). بر اساس مطالعات کلینیکی و اپیدمیولوژیکی بالا بودن نیتریت و نیترات در رژیم غذایی عامل سرطان معده شناخته شده است (جوسن[7] و همکاران، 1996). نیترات می تواند در حفره دهانی و معده به نیتریت احیاء شود. این ترکیب در معده می تواند با آمین ها وآمیدها واکنش داده  مواد آلی حاوی نیتروژن   و ایجاد گروه های سرطانزا که ترکیبات N- نیتروزآمین نامیده می شوند، دهد (والتر[8]، 1980؛ دنیس[9] و همکاران، 1990).  قرار گرفتن در معرض ترکیبات N- نیتروزآمین شکل گرفته در داخل معده را با افزایش خطر سرطان معده، مری و کیسه صفرا مرتبط دانسته اند (بارتچ[10] و همکاران، 1990). مقدار بالای نیترات در رژیم غذایی را با سرطان معده در کشورهای انگلستان، کلمبیا، شیلی، ژاپن، دانمارک، مجارستان و ایتالیا مرتبط می دانند. نیتریت ممکن است در معده با ترکیبات قابل نیتروزه شده(از قبیل آمینهای ثانویه یا ثالثیه یا آمیدها در غذا) به شکل ترکیبات N- نیتروز واکنش دهد.-N نیتروز دی آلکیل آمینها در حیوانات آزمایشگاهی مورد آزمایش قرار گرفته اند و مشخص گردیده است که 85٪ از 209 نیتروزآمین و 92٪ از 86 نیتروزآمید شناخته شده دارای اثر سرطانزایی هستند (فورمان و شاکر[11]، 1997). بیشتر نیتروزآمین ها باعث سرطان کبد شده، اما تعدادی از آنها باعث ایجاد سرطان در عضو خاصی (مثانه، ریه، مری، حفره های بینی وغیره)می شوند(صادقی، 1379). تماس انسان با ترکیبات نیتروزآمین با خطر افزایش سرطان مری، معده و مثانه ارتباط داده شده است (ماتیو[12]، 1998). مطالعه مورد- شاهدی که در کانادا در رابطه با تماس انسان با نیتریت و نیترات مصرف شده جهت نگهداری فرآوردهای گوشتی انجام گرفت، به طور قابل توجهی خطرافزایش سرطان معده را نشان داد(اسپیجرز[13]، 1998).