ผลของเซลลูโลสนาโนคริสตัลดัดแปรด้วยสารลดแรงตึงผิวและการบ่มด้วยยูวีต่อสมบัติของฟิล์มคอมพอสิตฐานโปรตีนถั่วเหลือง

Abstract

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาผลของของเสริมเซลลูโลสดัดแปรด้วยสารลดแรงตึงผิวและการบ่มด้วยรังสียูวีต่อสมบัติของฟิล์มคอมพอสิตฐานโปรตีนถั่วเหลือง การทดลองส่วนแรกเป็นการดัดแปรเซลลูโลสนาโนคริสตัลด้วยสารลดแรงตึงผิวและการพัฒนาฟิล์มคอมพอสิต ในการดัดแปรเซลลูโลสนาโนคริสตัล แปรชนิดของสารลดแรงตึงผิวเป็น 2 ชนิด ได้แก่ กลีเซอรอลโมโสเทียเรต (glycerol monostearate, GMS) และ โซเดียมสเทียโรอิลแลกทิเลต (sodium stearoyl lactylate, SSL) และแปรความเข้มข้นของสารลดแรงตึงผิวเป็น 3 ระดับ ได้แก่ 1, 5 และ 10% โดยน้ำหนักของของแข็งโดยรวม พบว่าเซลลูโลสนาโนคริสตัลดัดแปรด้วยสารลดแรงตึงผิวมีขนาดอนุภาคเฉลี่ย (z-average) อยู่ในช่วง 67.4-605.0 นาโนเมตร ส่วนศักย์ซีต้ามีค่าเพิ่มขึ้นเมื่อความเข้มข้นของสารลดแรงตึงผิวเพิ่มขึ้น โดยตัวอย่างที่มีศักย์ซีต้าสูงสุด ได้แก่ เซลลูโลสนาโนคริสตัลดัดแปรด้วย GMS และ SSL เข้มข้น 10% ซึ่งมีศักย์ซีต้าเท่ากับ -69.9 และ -84.5 มิลลิโวลต์ ตามลำดับ ซึ่งแสดงให้เห็นว่าอนุภาคนาโนมีเสถียรภาพสูงมาก จึงคัดเลือกมาเพื่อใช้ในการเตรียมฟิล์มคอมพอสิตฐานโปรตีนถั่วเหลือง โดยแปรปริมาณเซลลูโลสนาโนคริสตัลดัดแปรด้วยสารลดแรงตึงผิวเป็น 3 ระดับ ได้แก่ 5, 10 และ 15% โดยน้ำหนักของสารละลายฟิล์ม พบว่าฟิล์มที่เสริมเซลลูโลสนาโนคริสตัลดัดแปรด้วย SSL ในปริมาณ 15% มีความต้านทานแรงดึงขาดสูงสุดเท่ากับ 2.84 เมกะพาสคาล ซึ่งสูงกว่าตัวอย่างควบคุมที่ไม่เสริมเซลลูโลสนาโนคริสตัลดัดแปรถึง 68.0% ในขณะที่การยืดตัวถึงจุดขาดมีแนวโน้มลดลงเมื่อปริมาณเซลลูโลสนาโนคริสตัลดัดแปรเพิ่มสูงขึ้น นอกจากนี้ยังพบว่าความสว่าง (L*) และความโปร่งใสของฟิล์มมีค่าลดลงด้วย มุมสีของของฟิล์มทุกตัวอย่างอยู่ในช่วงมุมสีเหลืองและความเข้มสีมีแนวโน้มเพิ่มขึ้นเล็กน้อยเมื่อปริมาณเซลลูโลสนาโนคริสตัลดัดแปรเพิ่มสูงขึ้น สภาพให้ซึมผ่านได้ของไอน้ำและความสามารถในการละลายน้ำมีค่าลดลง และมุมสัมผัสระหว่างหยดน้ำกับผิวฟิล์มมีค่าสูงขึ้น เมื่อปริมาณเซลลูโลสนาโนคริสตัลดัดแปรเพิ่มสูงขึ้น จากการศึกษาโครงสร้างภาคตัดขวางด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด พบว่าการเสริมเซลลูโลสนาโนคริสตัลดัดแปรทำให้เมทริกซ์ของฟิล์มมีความเป็นเนื้อเดียวกันลดลงและมีช่องทางคดเคี้ยวมากขึ้น สำหรับการทดลองในส่วนที่สองเป็นการศึกษาผลของการบ่มแผ่นฟิล์มด้วยรังสียูวีซี โดยคัดเลือกฟิล์มที่มีความต้านทานแรงดึงขาดสูงสุด ได้แก่ ฟิล์มที่เสริมเซลลูโลสนาโนคริสตัลดัดแปรด้วย SSL ในปริมาณ 15% มาบ่มด้วยยูวี แปรปริมาณรังสีดูดกลืนเป็น 6 ระดับ ได้แก่ 0.06, 0.19, 0.32, 0.45, 0.65 และ 1.56 จูล/ตารางเซนติเมตร พบว่าการบ่มด้วยรังสียูวีส่งผลให้ความต้านทานแรงดึงขาดเพิ่มขึ้นและการยืดตัวถึงจุดขาดลดลง โดยฟิล์มที่บ่มด้วยรังสียูวีปริมาณ 1.56 จูล/ตารางเซนติเมตร มีความต้านทานแรงดึงขาดสูงกว่าตัวอย่างควบคุมที่ไม่ผ่านการบ่มด้วยรังสียูวีถึง 2.2 เท่า การบ่มด้วยรังสียูวีส่งผลให้ความโปร่งใสของฟิล์มลดลง ค่าสีเหลือง (+b*) และความเข้มสีมีค่าเพิ่มขึ้นเมื่อปริมาณรังสีดูดกลืนเพิ่มขึ้น การบ่มด้วยรังสียูวีไม่มีผลต่อสภาพให้ซึมผ่านได้ของไอน้ำ (p>0.05) ในขณะที่มุมสัมผัสระหว่างหยดน้ำกับผิวฟิล์มมีแนวโน้มเพิ่มมากขึ้นและความสามารถในการละลายน้ำของฟิล์มมีแนวโน้มลดต่ำลง การเชื่อมข้ามของโปรตีนที่เป็นผลจากการบ่มด้วยรังสียูวีสามารถยืนยันได้จากการเพิ่มขึ้นของไดไทโรซีนที่ติดตามโดยเทคนิคฟลูออเรสเซนส์สเปกโทรสโกปีและการเปลี่ยนแปลงของความเข้มของแถบโปรตีนที่ติดตามโดย SDS-PAGE