برخی از مواد در سایز نانو می توانند ویژگی های نفوذپذیری مواد بسته بندی را تغییر داده و سبب بهبود ویژگی های مکانیکی، شیمیایی، حرارتی و میکروبی شوند. ترکیبات نانویی که دارای خواص ضد میکروبی هستند موجب ایفای نقش بسته بندی به عنوان یک عامل ضدمیکروب می شوند. از جمله پرکاربردترین ترکیبات نانو که در این بسته بندی ها استفاده می شود می توان به نانو ذرات نقره، نانواکسید روی، نانودی اکسید کلرین اشاره کرد ( لیاقتی و همکاران،۱۳۹۱).
بررسی­ها نشان داده است که هرچه اندازه نانو ذرات کوچکتر باشد، خصوصیات و فعالیت­های جدید و متفاوت­تری از خود نشان می­ دهند. این ویژگی­ها باعث شده که امروزه سرعت استفاده از نانو مواد بسیار سریع گسترش پیدا کند بطوری که در تمام ابعاد زندگی همچون سیستم­های الکتریکی، مبارزه با میکروب­ها، تشخیص و درمان بیماری­ها کاربرد آن­ها شناخته شود.
۲-۷-۲- کاربرد فناوری نانو در صنعت بسته بندی مواد غذایی
نانوتکنولوژی دارای کاربردهای بسیاری در زمینه های مختلف از جمله صنایع غذایی می باشد. اولین عرصه در صنعت صنایع غذایی که نانو تکنولوژی بر آن موثر است، صنعت بسته بندی مواد غذایی می باشد.
ورود تکنولوژی نانو به حوزه بسته بندی سبب ایجاد انقلابی بزرگ در این حوزه شد همچنین، موجب عرضه محصولاتی با قیمت کمتر، کارایی بالاتر و کاهش در اتلاف وقت، انرژی و مواد گردید (سورنتینو و همکاران، ۲۰۰۶ ؛ مرتضوی، ۱۳۸۷). ظهور فناوری نانو در صنعت بسته بندی مواد غذایی، راه حل های کاربردی در ارتباط با افزایش مدت زمان ماندگاری مواد غذایی پیش روی بشر قرار داده است. استفاده از دانش نانو سبب بهبود کیفیت و کارایی مواد بسته بندی و در نتیجه اطمینان از امنیت مواد غذایی می گردد.
بسته بندی های حاوی نانو ذرات می توانند هوشمندانه به شرایط محیطی (دما و رطوبت) پاسخ دهند و یا مصرف کننده را در زمینه آلودگی ها و یا حضور مواد سمی آگاه سازند. برخی نانو مواد می توانند موجب تغییر ویژگی های نفوذ پذیری مواد بسته بندی و بهبود ویژگی های مکانیکی، شیمیایی، حرارتی و میکروبی شوند ( فتحی و محبی، ۱۳۸۹).
این نوع بسته بندی ها با تغییر خصوصیات بسته نسبت به تغییرات درونی و بیرونی محیط بسته عکس العمل مناسب نشان می دهند و به این ترتیب، در حفظ تازگی مواد غذایی تازه اهمیت ویژه ای دارند ( امامی فر، ۲۰۱۰).
همانطور که گفته شد فناوری نانو در صنعت بسته بندی مواد غذایی می تواند در بسیاری از موارد از جمله افزایش مقاومت به نفوذ در پوشش ها، افزایش ویژگی های دیواره (مکانیکی، حرارتی، شیمیایی و میکروبی)، افزایش مقاومت در برابر گرما، گسترش ضد میکروب های فعال و سطوح ضد قارچ کارساز باشد.
۲-۸- کامپوزیت، نانو کامپوزیت و بایو نانو کامپوزیت
برخی خصوصیات ضعیف و یا نامطلوب در پلیمرها منجر به تولید محصولی ترکیب از چند ماده اصلاح کننده و مکمل می شود. به عنوان مثال خصوصیات مکانیکی و ممانعتی ضعیف فیلم های قابل تجزیه زیستی را می توان محدودیت جدی این بسته بندی ها بحساب آورد. از این رو پلیمرهای طبیعی با دیگر پلیمرهای سنتزی ترکیب شده و تولید کامپوزیت می کنند تا ویژگی های نامطلوبشان را بهبود بخشند.
در نانوکامپوزیت های پلیمری نسبت به کامپوزیت های معمولی برهم کنش بهتری بین ماتریس پلیمر و پرکننده وجود دارد. توزیع یکنواخت نانو ذرات در ماتریس پلیمری موجب افزایش سطح تماس ماتریس و نانو ذرات می شود که این اتفاق بهبود خواص مکانیکی، گرمایی و ممانعتی را در پی دارد (کودالاکیس و گوتسیس^[۴۲]، ۲۰۰۹).
افزایش مقاومت حرارتی، مقاومت به آتش گرفتن پلیمرها و بهبود خصوصیات ممانعتی پلیمرها از نتایج استفاده از نانوکامپوزیت ها است. همچنین بعلت مجاورت بیشتر اکسیژن با ترکیبات فیلم و به تله افتاده اکسیژن در ماتریکس پلیمر، سرعت زیست تخریب پذیری پلیمرهای حاوی نانوکامپوزیت بیشتر از پلیمرهای مرسوم است (کودالاکیس و گوتسیس، ۲۰۰۹).
بایو نانوکامپوزیت به ترکیبی مشتق شده از پلیمرهای زیست تخریب پذیر طبیعی و مصنوعی و پرکننده های آلی و معدنی با حداقل یک بعد در مقیاس نانو گفته می شود ( بین احمد و همکاران، ۲۰۱۱).
با توجه به پژوهش های متعددی که در زمینه تهیه و خواص بایو نانوکامپوزیت های زیست تخریب پذیر صورت گرفته است، نشاسته و مشتقات پلی لاکتیک اسید ( (PLA، پلی بوتیلن سوکسینات (PBS)، پلی هیدروکسی بوترات(PHB) و پلی استر آلفاتیک(PCL)، برای کاربردهای بسته بندی مناسب در نظر گرفته شده اند. همچنین نانو ذرات فلزی را می توان به عنوان شاخص ترین گروه نانو مواد یاد کرد که در کاربردهای مختلفی از جمله کاتالیزر، حسگر های نوری و فعالیت های ضد باکتریایی استفاده می شوند.

۲-۹- نقره
تاثیر ضد میکروبی نمک های نقره از روزگاران قدیم مورد توجه بوده است. نقره از جمله فلزاتی است که به عنوان ماده ضد باکتری بی خطر و موثر مطرح شده است که توانایی از بین بردن بیش از ۶۵۰ نوع میکروارگانیسم را از قبیل ویروس، باکتری های گرم مثبت و گرم منفی ( از جمله گونه های مقاوم به آنتی بیوتیک) و انواع قارچ ها را دارد. این خاصیت ضد میکروبی با افزایش نسبت سطح به حجم نقره و در نتیجه افزایش سطح تماس نقره با میکروارگانیسم ها افزایش می یابد (جوجویی و همکاران^[۴۳]، ۲۰۰۶؛ خولود^[۴۴]، ۲۰۰۸).
همچنین در میان کاتیون های فلزی، یون نقره بسیار شناخته شده است و دارای فراریت و سمیت کم در برابر سلول های یوکاریوتی است. همچنین بزرگترین ظرفیت ضد میکروبی را در برابر طیف گسترده ای از میکروارگانیسم های گرم منفی و مثبت دارد ( لورنس و همکاران^[۴۵]، ۲۰۱۱) آنچنان که در غلظت های بسیار کم کارایی بالایی دارد.
نانو ذرات نقره به علت خواص منحصر بفردشان همچون استحکام حرارتی بالا، فعالیت کاتالیزوری، خواص نوری و بویژه فعالیت ضد میکروبی قوی و طیف گسترده سمیت نسبت به میکروارگانیسم ها بهترین گزینه برای بکارگیری در بسته بندی می باشد ( جوکار و همکاران، ۲۰۱۰).
استفاده از نانو ذرات نقره در ظروف بسته بندی به علت غیرقابل نفوذ بودن نسبت به اکسیژن و رطوبت، می تواند از رشد باکتری ها و کپک ها در بسته جلوگیری کند و در نتیجه سبب افزایش ماندگاری محصول و تغییر نکردن ویژگی های ظاهری و فیزیکی آن شود.
در گذشته نقره در دندانسازی و درمان جراحت های ناشی از سوختگی ( جوجویی و همکاران، ۲۰۰۶؛ کیم و همکاران، ۲۰۰۶؛ خولود و همکاران، ۲۰۰۸) ضدعفونی کردن وسایل پزشکی، تصفیه آب و بهبود زخم ها، کرم ها، لوسیون ها و پمادها و… کاربرد داشته است ( گاجار و همکاران^[۴۶]، ۲۰۰۹).
مجوز استفاده از ترکیب ضد میکروبی نقره توسط سازمان غذا و دارو آمریکا (FDA) تا غلظت مشخصی صادر شده است، غلظت بالاتر از ۱۰ میلی گرم بر لیتر آن ممکن است آثار سمی بر سلولهای انسان داشته باشد. البته در ابعاد نانو و غلظت های پائین این مخاطرات بی معنی است.
۲-۹-۱- مکانیسم عملکرد نقره در برابر باکتری
مکانیسم تاثیرات ممانعت کنندگی یون نقره بر رشد میکروارگانیسم ها به اتصال ویژه با سطح و متابولیسم عوامل در داخل میکروارگانیسم بستگی دارد که بطور کامل شناخته نشده است، برخی مطالعات حاکی از پیوند الکترواستاتیک بین شار مثبت یون نقره با شار منفی غشای سلولی میکروارگانیسم است که منجر به تجزیه لیپوپلی ساکارید دیواره، ورود به سلول و افزایش نفوذپذیری غشا می شود و نهایتا مرگ سلول را به همراه دارد ( کیم و همکاران، ۲۰۰۶ ؛ رای و یاداو^[۴۷]، ۲۰۰۹).
در دیگر مطالعات به این مطلب اشاره شده است که نانو ذرات با چسبیدن به سطح غشا سلول و تجزیه مولکول های لیپو پلی ساکارید، در عملکرد صحیح آن از جمله تنفس و نفوذپذیری اختلال ایجاد می کنند. ورود نانو ذرات به داخل سلول باکتری منجر به ایجاد پیوند با گوگرد و ترکیبات حاوی فسفر مانند DNA می شود و موجب آسیب هرچه بیشتر به آن شده که نهایتا مرگ باکتری را در پی دارد ( ولی پور مطلق و همکاران، ۱۳۸۷؛ بینش و همکاران، ۱۳۸۸).
در فرضیه ای دیگر یون های نقره به پیوند دی سولفیدی (S-S) آنزیم های زنجیره تنفسی باکتری ها حمله می کند و پیوند (Ag-S) را بوجود می آورد که پس از آن دناتوره شدن آنزیم و نهایتا مرگ ارگانیسم اتفاق می افتد ( رای و یاداو، ۲۰۰۹).
ﺑﻪ ﻫﺮ ﺣﺎل ﻣﻜﺎﻧﻴﺴﻢ دﻗﻴﻘﻲ ﻛﻪ ﺑﻪ وﺳﻴﻠﻪ آن ﻧﺎﻧﻮﻣﻮاد رﺷﺪ ﻣﻴﻜﺮوﺑﻲ را ﻣﻬﺎر ﻣﻲ ﻛﻨﻨﺪ، ﻛﺎﻣﻼ درک ﻧﺸﺪه اﺳﺖ. ﺑﻪ ﻃﻮر ﻛﻠﻲ در ﻣﻮرد ﻣﻜﺎﻧﻴﺴﻢ ﻫﺎی اﺣﺘﻤﺎﻟﻲ واﻛﻨﺶ و ﻓﻌل و اﻧﻔﻌﺎل ﻫﺎی ﻧﺎﻧﻮ ﻣﻮاد ﺑﺎ ﻣﺎﻛﺮوﻣﻮﻟﻜﻮل ﻫﺎی ﺑﻴﻮﻟﻮژﻳﻜﻲ، اﻋﺘﻘﺎد ﺑﺮ اﻳﻦ اﺳﺖ ﻛﻪ ﻧﺎﻧﻮ ﻣﻮاد ﻳﻮن ﻫﺎﻳﻲ را آزاد ﻣﻲ ﻛﻨﻨﺪ ﻛﻪ ﺑﺎ ﮔﺮوه ﺗﻴﻮل (-SH) ﭘﺮوﺗﺌﻴﻦ ﻫﺎی ﻣﻮﺟﻮد ﺑﺮ ﺳﻄﺢ ﺳﻠﻮل ﺑﺎﻛﺘﺮی ﻫﺎ واﻛﻨﺶ ﻣﻲ دﻫﻨﺪ. اﻳﻦ ﻗﺒﻴﻞ ﭘﺮوﺗﺌﻴﻦ ﻫﺎ از ﻏﺸﺎء ﺳﻠﻮﻟﻲ ﺑﺎﻛﺘﺮی ﺑﻪ ﺳﻤﺖ ﺑﻴﺮون ﺑﺮآﻣﺪﮔﻲ داﺷﺘﻪ و ﻣﻮﺟﺐ اﻧﺘﻘﺎل ﻣﻮاد ﻏﺬاﻳﻲ از دﻳﻮاره ﺳﻠﻮل ﻣﻲ ﺷﻮﻧﺪ. ﻧﺎﻧﻮ ﻣﻮاد اﻳﻦ ﭘﺮوﺗﺌﻴﻦ ﻫﺎ را ﻏﻴﺮﻓﻌﺎل ﻛﺮده، ﻧﻔﻮذ ﭘﺬﻳﺮی ﻏﺸﺎء را ﻛﺎﻫﺶ داده، توانایی تکثیر میکروارگانیسم را از بین برده و ﺳﺮاﻧﺠﺎم ﺑﺎﻋﺚ ﻣﺮگ ﺳﻠﻮﻟﻲ ﻣﻲ ﺷﻮد ( فنگ و همکاران^[۴۸]، ۲۰۰۰ ؛ استویمنو و همکاران^[۴۹]، ۲۰۰۲ ؛ سوندی و سالوپک سوندی^[۵۰]، ۲۰۰۴).
شکل(۲-۱) : مکانیسم اثر نانو ذرات نقره بر سلول باکتری (دام و همکاران ^[۵۱]، ۲۰۰۸)
به تازگی گزارش شده است که فعالیت ضد میکروبی نانوذرات نقره مربوط به تشکیل رادیکال های آزاد است که موجب آسیب به غشای سلولی باکتری می شود. برخی محققان گزارش کرده اند که ROS می تواند به طور طبیعی در مکانی داخل سلولی و خارج سلولی وجود داشته باشد. تحت شرایط خاصی، سطح بالایی از ROS می تواند استرس اکسیداتیو در سلول را افزایش دهد. استرس اکسیداتیو می تواند نه تنها باعث آسیب به غشای سلولی، بلکه موجب آسیب به پروتئین، DNA و سیستم داخلی گردد، همچنین از طریق کاهش فعالیت زنجیره ای آنزیم لاکتات دهیدروژناز (LDH) سلول های تنفسی باکتری موجب آسیب به سیستم تنفسی باکتری می شود (کیم و همکارانش، ۲۰۱۰).
۲-۱۰- اشرشیا کلی
اولین بار تئودور اشریخ در سال ۱۸۸۵ باکتری اشرشیا کلی را در مدفوع افراد سالم پیدا کرد و آن را Bacterium coli commune نامید. سپس در سال ۱۸۹۵ توسط میگولا‏، “باسیلوس کلی” نامیده شد و بعدها به افتخار کاشف آن در جنس اشریشیا طبقه بندی شد.
اشرشیا کلی که به طور اختصار E.coli نامیده می شود، نوعی باسیل گرم منفی از گروه کلیفرم و خانواده انتروباکتریاسه است. E.coli فلور طبیعی روده انسان و جانوران خونگرم محسوب می شود ( فریزر و وستهوف، ۱۳۸۶). اشرشیا کلی برخلاف باسیل های گرم منفی خمیده مانند جنس های کمپیلوباکتر، هلیکوباکتر و ویبریو یک باکتری گرم منفی صاف می باشد. این باکتری لاکتوز را تخمیر می کند و فراوان ترین بی هوازی اختیاری موجود در مدفوع می باشد (لوینسون، ۱۳۹۱).
۲-۱۰-۱- بیماریزایی اشرشیا کلی
اشرشیا کلی توانایی تولید سمی شبیه شیگلا را دارد و تاکنون دو نوع از این سم تشخیص داده شده است که وروتوکسین ۱ و ۲ نامیده می شوند. این سموم به باکتری امکان بیماریزایی را می دهند. قابل به ذکر است که تمام سروتیپ های این باکتری توانایی تولید هر دو نوع سم را ندارند ( کاپلناز و کانارک^[۵۲]، ۱۹۸۴).
E.coli شایعترین علت عفونت ادراری و به عنوان یک میکروارگانیسم فرصت طلب در عفونت های زخم و مننژیت شرکت می کند همچنین برخی از گونه های آن عامل عفونت های اسهالی است. اشرشیا کلی که عامل گونه ای اسهال آبکی به نام “اسهال مسافران” می باشد از طریق مصرف غذا و یا آب آلوده به مدفوع انسان ایجاد می گردد (لوینسون، ۱۳۹۱).
بیشتر سویه های اشرشیا کلی بی آزار هستند و در تولید ویتامینK₂ و جلوگیری از استقرار باکتری های بیماریزا در روده نقش دارند. اما برخی از سروتیپ ها مانند O157:H7 موجب مسمومیت غذایی و اسهال می شوند. یکی از سویه های مهم اشرشیا کلی که به عنوان یکی از عمده ترین سویه های بیماری زای انسان شناخته شده است از طریق مواد غذایی خصوصا مواد غذایی با منشا دامی از جمله گوشت چرخ کرده، همبرگر، شیر و فرآورده های آن به انسان منتقل شده است و سالانه منجر به چندین مورد مرگ می شود ( کاپلناز و کانارک، ۱۹۸۴).
۲-۱۰-۲- عفونت های ناشی از اشرشیا کلی
باکتری E.coli گروه متنوعی از میکروارگانیسم ها را شامل می شود که می تواند در هر سیستم میزبان عفونت ایجاد کنند. اشرشیا کلی عامل عفونت های بیمارستانی مهم دستگاه ادراری است همچنین می تواند سبب عفونت های دستگاه تنفسی شود و در بعضی جوامع عامل %۲۰ از ذات الریه های بیمارستانی است. E.coli عامل مهم مننژیت در نوزادان بوده و بندرت در بزرگسالان ایجاد مننژیت می کند. میزان مرگ و میر در این بیماران بین ۴۰% تا ۸۰% است و در افراد بهبود یافته عوارض عصبی را نشان می دهند. این باکتری می تواند از عفونت های زخمی بویژه در ناحیه شکم جدا شود و مانند سایر پاتوژن های فرصت طلب می تواند جریان خون را از محل های عفونت اولیه آلوده کند و در بیشتر بیمارستان ها عامل اصلی گندخونی گرم منفی است. ۵ پاتوتیپ از E.coli که می تواند در انسان سبب عفونت گاستروآنتریت شود عبارتند از ETEC^[53]، EAggEc^[54]، EPEC^[55]، EHEC^[56]، EIEC^[57] (آموزگار و اکبری، ۱۳۸۹).
با توجه به آن که در سال های اخیر افزایش بیماری های عفونی همچون اسهال و وبا سلامت انسان و بهداشت عمومی را تهدید می کند و جلوگیری از فساد و نگهداری بهداشتی مواد غذایی مستلزم هزینه های بسیار است، نقره به عنوان یک ضد باکتری گزینه مناسبی برای پوشش های بسته بندی جهت به تاخیر انداختن رشد میکروب ها و همچنین تازه نگهداشتن مواد غذایی در مدت طولانی است. همچنین با توجه به افزایش خواص مواد بسته بندی در سایز نانو، بکارگیری بسته بندی های مواد غذایی از جنس نانو ذرات نقره بسیار ﻣﻮﺭﺩ ﺗﻮﺟﻪ ﭘﮋﻭﻫﺸﮕﺮﺍﻥ ﻗﺮﺍﺭ ﮔﺮﻓﺘﻪ ﺍﺳﺖ. از این رو در این بررسی به تولید فیلم های پلی لاکتیک اسید و بایونانو کامپوزیت های پلی لاکتیک اسید حاوی نانو ذرات نقره پرداخته شد و خاصیت ضد میکروبی آن ها در برابر باکتری اشرشیا کلی مورد بررسی قرار گرفت.
۲-۱۱- تهیه و آماده­ سازی فیلم
بطور معمول فیلم­ها، از یک محلول یا دیسپرسیون ترکیبات تشکیل دهنده فیلم ساخته شده که توسط روش­هایی نظیر: ریختن، اسپری کردن، غوطه وری، اکسترود کردن و پوشش دهی نزولی تشکیل می شوند.
عوامل موثر بر خصوصیات فیلم عبارتند از: حلال مورد استفاده، شرایط محیطی در طول تشکیل فیلم (دمای حین خشک شدن، رطوبت نسبی و…) و جنس ظرف حاوی فیلم.

1. 1. حلال مورد استفاده جهت تشکیل فیلم نیز در تعیین خصوصیات آن بسیار موثر است و معمولا از آب، اتانول و یا سایر ترکیبات استفاده می شود.

1. 1. شرایط محیطی در طول تشکیل فیلم نیز از عوامل تاثیر گذار بر خصوصیات فیلم است که از مهمترین آن ها می توان به دما و رطوبت نسبی اشاره کرد.

• • دما نیز در سرعت تبخیر حلال موثر است. از این رو در صورت بالا بودن دما در طول خشک شدن فیلم، سرعت تبخیر حلال بالا رفته و ممکن است بطور ناگهانی سبب تثبیت و از حرکت افتادن مولکول های بسپار قبل از اینکه آن ها فرصت یکی شدن و تشکیل فیلم منسجم را داشته باشند، شود. بنابراین دماهای بالا می ­تواند سبب ترد و شکننده شدن فیلم و ایجاد معایبی نظیر سوراخ­های ریز و یا ضخامت های غیر یکنواخت در فیلم گردند که منجر به افزایش نفوذپذیری به بخار آب و گازها می شود (کستر و فنما^[۵۸]، ۱۹۸۶).

• • رطوبت نسبی از دیگر عوامل مهم در تهیه فیلم است. در صورت پایین بودن رطوبت نسبی در طول خشک کردن فیلم­ها افزایش سرعت تبخیر حلال گشته و ترد و شکننده شدن فیلم را در پی دارد، در حالی که رطوبت نسبی بالا، زمان خشک کردن را به تاخیر می­ اندازد.