فیلم­ها و پوشش ­های بیوپلیمری ممکن است خوراکی بوده و یا تنها زیست­تخریب­پذیر باشند که این به فرمولاسیون، روش تولید و تیمارهای اصلاح­کننده بستگی دارد. اگر بیوپلیمر از نوع خوراکی باشد و افزودنی­های خوراکی در ساختار فیلم و پوشش استفاده شود فیلم یا پوشش حاصله خوراکی خواهد بود. هنگامی­که بیوپلیمر با سایر مواد شیمیایی، قبل یا در طول تشکیل فیلم و پوشش وارد واکنش شود یا ترکیبات غیر خوراکی به فیلم یا پوشش اضافه شود، قابلیت خوراکی بودن را از دست می­دهد. فیلم­ها و پوشش ­های خوراکی که برای بسته­بندی مواد غذایی استفاده می­شوند باید ایمن و مطمئن بوده و بعد از پایان دوره­ مورد نظر زیست­تخرب­پذیرباشند. زیست­تخریب­پذیری، یعنی فیلم یا پوشش در فرایند کمپوست کردن به طور کامل توسط میکروارگانیسم­ها تجزیه شده و دی­اکسیدکربن، آب، متان و مقداری بیومس تولید شود ]۱۴[.

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 ]۳۷[.
۱-۲- اهمیت موضوع
هر ساله میلیون­ها تن ضایعات پلاستیکی از جمله کیسه­ها پاکت­های پلاستیکی و مواد بسته­بندی وارد محیط­زیست گردیده و به علت برگشت­ناپذیر بودن به چرخه محیط­زیست مشکل ایجاد می­نمایند و در نتیجه نیاز به پلاستیک­های قابل تجزیه در طبیعت روز به روز در حال افزایش است]۵۹[. ویژگی منحصر به فرد از پروتئین برای تشکیل شبکه و وادار کردن به انعطاف­پذیری و کشش مفید در تهیه مواد بسته­بندی مبتنی بر پلیمر­های زیستی در نظر گرفته می­شوند. در این راستا، ژلاتین­های ارزان گاو و ماهی می تواند به عنوان یک ماده خام اساسی برای توسعه فیلم­های بسته بندی مواد غذایی استفاده شود ]۸۰[.
استفاده از فیلم­های خوراکی در بسته­بندی مواد غذایی اولین بار در سال ۱۹۸۵ توسط موریس و پارکت انجام گرفت. آن­ها از فیلم­های ژلاتینی برای نگهداری گوشت استفاده کردند ]۷۶ و ۷۷[.
فیلم­های خوراکی می­توانند حاوی آنتی­اکسیدان و مواد ضد میکروبی باشند و این در حالی است که بسته بندی­های مرسوم قادر به رقابت در این زمینه با فیلم­های خوراکی نمی باشند ]۷۸[. امروزه آلودگی­های ناشی از پلیمر­های سنتزی توجه همگان را به استفاده از مواد اولیه زیست­تخریب­پذیر معطوف کرده است و در طی دو دهه­ اخیر مطالعه بر روی مواد زیست­تخریب­پذیر حاصل از پروتئین­ها و کربوهیدرات­ها گسترش وسیعی یافته­است.این ماکرو­مولوکول­ها به طور بالقوه می توانند جایگزینی مناسب برای پلیمر­های سنتزی حاصل از مشتقات نفتی بشمار روند ]۷۹[.
بر خلاف فیلم­ها و پوشش ­های خوراکی استفاده از فیلم­ها و پوشش ­های زیست­تخریب­پذیر با هدف جایگزینی کامل با مواد بسته بندی سنتزی صورت می­گیرد. فیلم­ها و پوشش ­های زیست­تخریب­پذیر نیز دارای قابلیت بازدارندگی مقابل رطوبت اکسیژن مواد طعمی آروما روغن بوده و کیفیت غذا یا دارو را حفظ می کنند. همچنین می توان به آن­ها مواد آنتی­اکسیدانی و ضد­میکروبی نیز افزود. فیلم­ها و پوشش ­های زیست­تخریب­پذیر ویژگی­های ظاهری مانند رنگ جلا و شفافیت محصول را بهبود می­بخشند ]۷۶[.
لایه های خوراکی پلیمر های طبیعی زیست تجربه پذیر هستند که از محصولات کشاورزی بدست می آیند. آن ها برای محیط زیست ایمن هستند و مازاد بسته بندی مربوط به محصولات بسته بندی شده را کاهش میدهند ]۶۰[.
لایه های خوراکی و زیست تجزیه پذیری که از منابع مختلف به دست می آیند توجه زیادی به خود جلب کرده اند.مصرف کنندگان و پردازشگرهای نظیر به کاهش مشکلات محیطی مربوط به ضایعات بسته بندی مصنوعی اقدام کرده اند.در دهه گذشته، درباره لایه های بسته بندی خوراکی و زیست تجزیه پذیر، به خاطر مزایای فراوانی که در مقایسه با لایه های بسته بندی مصنوعی دارند تحقیقات زیادی انجام شده است.گر چه جایگزینی کامل لایه های بسته بندی مصنوعی آناً ممکن نیست، لایه های خوراکی و زیست تجزیه پذیر پتانسیل کاهش و جایگزینی لایه های مصنوعی شیمیایی را در بعضی از کاربردهای آتی خواهند داشت.موادی که برای تشکیل لایه ها و روکش ها در دسترس هستند جزو دسته های پروتئینها، پلی ساکارید ها، لیپیدها و رزین ها هستند.از میان این مواد، پروتئین ها بعلت وفور نسبی، توانایی در شکل دهی لایه ها و کیفیت های تغذیه ای بطور گسترده ای مورد مطالعه قرار گرفتند ]۴۷[.
مشتری­ها غذاهایی ماندگار­تر و با کیفیت بالاتر را تقاضا می­ کنند، 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 شده ­اند 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 پروتئین یا پلی ساکاریدها خصوصیات مکانیکی و نوری خوبی دارند اما بسیار حساس به رطوبت هستند ]۲۴[.
توسعه مواد بیوپلیمری به چند دلیل اهمیت دارد: اول اینکه بخش عمده­ای از پلیمرهای طبیعی منشاء کشاورزی دارند و معمولاً از محصولات گیاهی و جانوری بدست می­آیند لذا این مواد برخلاف پلیمرهای سنتتیک که از مواد نفتی بدست می آیند زیست تجزیه پذیر هستند (در اثر تجزیه دی اکسید کربن، آب، متان و … تولید می‌کنند)، بنابراین مواد آلوده کننده محیط زیست به شمار نمی­آیند. از سوی دیگر مواد بیوپلیمری به وسیله موجودات زنده ساخته می­شوند و در نتیجه در چرخه ساخت و تجزیه مواد بیولوژیکی قرار می‌گیرند پس هیچ­گاه منابع آن­ها محدود و تمام شدنی نیست در حالی­که مواد پلیمری و پلاستیکی امروزی از سوخت­های فسیلی ساخته می­شوند که منابع آن محدود و تمام شدنی است. مزیت دیگر بیوپلیمرها اقتصادی بودن این مواد است زیرا تولید بیوپلیمر نیاز به کارخانه و صنعت پیشرفته ندارد و با حداقل امکانات می‌توان به تولید آن­ها مبادرت ورزید هم­چنین مواد اولیه آن­ها ارزان است زیرا از زباله­های مواد اولیه کشاورزی تجدید شونده یا صنایع فرآوری مواد غذایی دریایی بدست می­آیند ] ۱۴، ۴۵ و ۴۶[.
پوشش‌های فیلمی عمدتاً به عمل کردن به عنوان سدی در مقابل آب، نور و اکسیژن زمان و کیفیت نگهداری را بهبود می‌بخشند ]۵۳[.
سایرمزایای فیلم­های خوراکی نسبت به مواد بسته­بندی پلیمری مصنوعی را می­توان به صورت زیر خلاصه کرد :
۱- مصرف توام فیلم­ها با محصول بسته­بندی شده بدون اینکه باقیمانده­ای دور ریخته شود.
۲- فیلم­ها باعث افزایش خواص ارگانولپتیک مواد بسته­بندی می­شوند، بدین ترتیب، ترکیبات مختلف نظیر طعم­دهنده­ها، رنگ­ها و شیرین­کننده­ها، به همراه آن­ها منتقل می­شوند و می­توانند به عنوان انتقال دهنده مواد ضدمیکروبی و آنتی­اکسیدان به­کار روند.
۳- از مهاجرت آروما، طعم و رنگ ماده­ غذایی به محیط و بین اجزای موادغذایی جلوگیری می­ کنند.
۴- فیلم­ها می­توانند به عنوان مکمل ارزش تغذیه­ای مواد غذایی باشند.
۵- فیلم­ها باعث کاهش تبادل گازهای تنفسی بین محیط و ماده­ غذایی می­گردند.
۶- می­توانند به­منظور جلوگیری از حذف رطوبت و مهاجرت مواد محلول در مواد غذایی طراحی شوند.
۷- فیلم­ها می­توانند به­آسانی برای تولید میکروکپسول­های طعم دهنده مواد غذایی و عوامل تخمیر کننده بکار روند ]۶۲[.
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 ]۳۴، ۵۸ و ۵۹[.
ژلاتین یکی از رایج ترین پلیمرهای زیستی است که بیشتر به جهت فرآوانی و زیست تخریب پذیری آن، به عنوان فیلم های خوراکی مورد توجه قرار گرفته است ]۵۵[. ژلاتین گاوی عبارتست از یک پلی پپتید با وزن مولکولی بالا که از کلاژن بافت های پیوندی، پوست، استخوان و تاندون های گاو مشتق گرفته می شود ]۱۰۳[.
گیاه زیره سبز با نام علمی کومینوم سیمینوم، گیاهی کوچک، علفی و یک­ساله از خانواده آپیاسه می­باشد و میوه آن بسیار معطر است، منشأ آن مناطق شرقی مدیترانه است ]۲، ۸، ۱۶ و ۱۸[. زیره سبز به عنوان یکی از مهمترین گیاهان معطر و دارویی اهلی کشور ما شناخته شده است ]۱۶[. زیره دارای تانن، روغن زرین و اسانس است ]۱۰[. ترکیبات اصلی در زیره سبز، کومین آلدئید- گاما ترپن- سافرنال- پاراسمین است]۱۱[.
۱-۳- اهداف پژوهش
۱-۳-۱- هدف اصلی
هدف از این بررسی، امکان تهیه فیلم های تجزیه پذیر و زیست سازگار با محیط ژلاتین گاوی ترکیب شده با اسانس زیره سبز جهت استفاده در بسته بندی مواد غذایی به جای کاربرد اولیه شیمیایی غیر قابل تجزیه و بازیافت است. افزایش نگرانی­ها در مورد ماهیت غیر قابل تجزیه و مشکلات جدی دفع زباله در سراسر جهان منجر به افزایش میل جهان برای کشف یک جایگزین سازگار با محیط زیست بجای پلاستیک شده است.
۱-۳-۲- اهداف اختصاصی
بررسی ویژگی­های مکانیکی فیلم خوراکی ژلاتین گاوی ترکیب شده با اسانس زیره سبز.
بررسی ویژگی­های فیزیکوشیمیایی فیلم خوراکی ژلاتین گاوی ترکیب شده با اسانس زیره سبز.
بررسی ویژگی­های ممانعتی فیلم خوراکی ژلاتین گاوی ترکیب شده با اسانس زیره سبز.
بررسی اثر اسانس زیره سبز بر پارامتر­های رشد میکروبی باکتری استافیلو کوکوس در فیلم­های خوراکی ژلاتین گاوی.
پرسش­های تحقیق
آیا افزودن اسانس زیره سبز بر خواص فیزیکوشیمیایی فیلم­ ژلاتین گاوی تأثیری دارد؟
آیا افزودن اسانس زیره سبز بر خواص ممانعتی فیلم­ ژلاتین گاوی تأثیری دارد؟
آیا افزودن اسانس زیره سبز بر پارامتر­های رشد میکروبی باکتری استافیلو کوکوس در فیلم­ ژلاتین گاوی تأثیری دارد؟
آیا افزودن اسانس زیره سبز بر روی خواص مکانیکی فیلم­ ژلاتین گاوی تأثیری دارد؟
۱-۵- محدودیت­های تحقیق
همان طور که اشاره شد، در کنار خصوصیات مناسب فیلم­های ژلاتین گاوی همچون زیست تخریب پذیر بودن آن­ها امکان استفاده از غلظت های بالای اسانس در فیلم وجود ندارد. یکی از راهکار­های مهم برای دست یابی به خصوصیات ضد میکروبی، شیمیایی، مکانیکی و زیستی بهتر این فیلم­ها، بکار بردن اسانس ­های گیاهی در ساختار آن­ها می­باشد تا با ایجاد دسته­ای تغییرات شیمیایی و اصلاحات فیزیکی از جمله خاصیت ضد میکروبی بیشتر، ماندگاری بالاتر، نفوذ پذیری مناسبتر، افزایش شفافیت و بهبود میزان کشش، بتوان به خصوصیات مطلوب­تری دست یافت در این بین اسانس زیره سبز به دلیل دارا بودن ترکیبات فنلی از خود خاصیت ضد میکروبی^[۱] نشان می­دهد که بسیار حائز اهمیت می­باشد.
۱-۶- نمودار تحقیق
شکل ۱-۱ نمودار تحقیق را برای این پژوهش نشان می دهد.
شکل ۱- ۱: نمودار فرایند تحقیق
فصل دوم
مروری بر پژوهش­های پیشین
۲-۱- گیاهان دارویی
گیاهان دارویی میراث­های بومی هستند که از اهمیت فراگیر و جهانی بر خوردار می­باشند و در همین راستا نتایج بررسی­ها نشان داده است که در حدود ۷۰ هزار گونه گیاهی از گلسنگ­ها گرفته تا درختان و درختچه­ها حداقل یک بار در جهت اهداف پزشکی و درمان انسان­ها به کار گرفته شده ­اند. تعداد گونه­ های گیاهی دارویی حدود ۵۲۰۰۰ گونه برآورد شده است که ۸ درصد آن­ها یعنی چیزی حدود ۴۱۶۰ گونه دارویی در معرض خطر انقراض هستند ]۲ [.
۱۱ اقلیم از ۱۳ اقلیم شناخته شده جهان، برخورداری از ۳۰۰ روز آفتابی در سال و اختلاف دمای ۴۰ تا ۵۰ درجه سلسیوس میان سردترین و گرمترین نقطه در کشور، شرایط مساعدی برای کشور پهناور ایران به لحاظ بهره مندی از یک اکولوژیک منحصر به فرد فراهم کرده است، این شرایط زمینه رشد و نمو گیاهان وحشی و دارویی را در کشور مساعد کرده است، به طوری که هم اکنون بیش از ۹۰ درصد گونه های گیاهی جهان در ایران وجود دارد و همین امر کشورمان را در زمره مستعدترین کشورهای جهان برای تولید گیاهان دارویی قرار داده است ] ۵[.