مقادیر قابل توجه ضایعات تولیدی در کارخانه¬های مواد غذایی در کنار بسته‌بندی و زنجیره سرد نامناسب، سالانه خسارات جبران ناپذیری به صنعت غذا تحمیل می¬کند. استفاده از این ضایعات و بازگرداندن آن¬ها به چرخه تولید گامی مفید در جهت کاهش خسارات اقتصادی و زیست¬محیطی ناشی از دفع آن¬ است. از سوی دیگر استفاده از عایق‌های حرارتی و مواد تغییر فاز دهنده در بسته‌بندی مواد غذایی حساس به حرارت کاهش ضایعات در اثر نوسانات و قطع سیستم سرمایی را در پی دارد. با این حال عدم ثبات شکل و نشتی در حین تغییر فاز از موانع اصلی کاربرد تغییر فاز دهنده‌های دارای تغییر فاز جامد به مایع، به شمار می‌روند. بنابراین در این تحقیق، از دانه مصرف شده ماءالشعیرسازی که حجم قابل توجهی (بیش از 85 درصد) از ضایعات کارخانجات فرآوری ماءالشعیر را به خود اختصاص می¬دهد، به عنوان منبع اولیه استخراج نانوالیاف سلولز، تولید آئروژل به عنوان عایق حرارتی و تولید کامپوزیت آئروژل/تغییر فازدهنده استفاده شد. برای این منظور، از یک تیمار شیمیایی ملایم (تیمار قلیایی و رنگبری یک مرحله‌ای) نسبت به محدود پژوهش‌های انجام شده در این زمینه برای استخراج سلولز استفاده گردید. در ادامه با استفاده از میکروفلودایزر به تنهایی و یا با پیش تیمار اکسیداسیون تمپو، دو نوع نانوفیبر تولید شد. ویژگی‌های نانوفیبرهای تولید شده توسط میکروسکوپ‌های نوری، الکترونی، اتمی، طیف سنج مادون قرمز، پراش اشعه ایکس، آنالیز توزین حرارتی، زتاسایزر و رئومتر بررسی گردید. در ادامه، برای نخستین بار با استفاده از دو نوع نانوفیبر تولید شده در غلظت‌های 3-1 درصد وزنی و کاربرد دو روش انجماد یکسویه و تصادفی آئروژل‌ها تولید گردیدند. تاثیر نوع نانوفیبر و روش‌ انجماد بر ریزساختار، هدایت حرارتی و ویژگی‌های مکانیکی آئروژل‌های تولید شده مورد بررسی قرار گرفت. در مرحله بعد، کامپوزیت‌های پلی‌اتیلن‌گلایکول (PEG)/آئروژل با استفاده از دو روش مختلف، شامل افزودن PEG در مرحله سل (با و یا بدون پیوند عرضی فیزیکی) با غلظت‌های 80، 85، 90 درصد وزنی و افزودن در مرحله ژل تولید گردیدند. در ادامه ویژگی‌های ظاهری، حرارتی، مکانیکی و تنظیم حرارتی کامپوزیت‌های تولید شده بررسی شد. در مرحله پایانی، کارایی آئروژل و کامپوزیت تولید شده در بسته‌بندی گوشت منجمد و هنگام قطع سیستم سرمایی سنجیده شد. نتایج به دست آمده نشان داد، نانوفیبرهای تولید شده از طریق کاربرد اکسیداسیون تمپو از قطر کوچک‌تر (4/5 نانومتر) و توزیع اندازه یکنواخت‌تر برخوردار بودند. کلیه آئروژل‌های تولید شده دارای دانسیته پایین (009/0 تا g/cm3030/0)، هدایت حرارتی پایین (4/32 تا W/mK 037/0) و ضریب الاستیسیته kPa 4-311 بودند. انجماد یکسویه و اکسیداسیون تمپو سبب بهبود خواص عایق حرارتی و مکانیکی آئروژل‌ها شد. به طور خاص، آئروژل تولید شده با استفاده از انجماد یکسویه و غلظت 3 درصد وزنی، کمترین هدایت حرارتی (W/mK 032/0) و بالاترین ضریب الاستیسیته (kPa 311) را نشان داد. آزمون‌های FTIR و TGA انجام شده بر کامپوزیت‌ها، وجود برهمکنش فیزیکی بین PEG و نانوفیبر و بهبود پایداری حرارتی PEG پس از ادغام در آئروژل را نشان داد. آنتالپی ذوب و تبلور کامپوزیت‌ها به ترتیب بین 2/44 تا J/g 2/93 و 1/42 تا J/g 1/79 متغیر بود. کامپوزیت PEG/CNF تولید شده با افزودن PEG در مرحله ژل دارای بالاترین آنتالپی تغییر فاز (J/g 4/4 ± 2/93)، بالاترین نسبت آنتالپی موثر%3/86، بالاترین مقاومت فشاری و ضریب الاستیسیته (140 کیلو پاسکال) بود. بسته‌بندی حاوی این کامپوزیت توانست دمای گوشت منجمد را برای حدود 5137 ثانیه زیر صفر درجه سلسیوس حفظ کند، که به معنای کارآمدی 4 برابری بسته مذکور نسبت به بسته شاهد بود؛ ضمن آن که عدم تغییر شکل و امکان نشتی در حین تغییر فاز از جمله مزایای کاربرد کامپوزیت نسبت به PEG خالص بود. افزون براین، کامپوزیت به کار برده شده در بسته‌بندی توانست به طور موثری میزان تغییرات رنگ و خروج خونابه را در مقایسه با بسته شاهد کاهش دهد. به طورکلی، پژوهش حاضر چشم‌اندازی جدید در زمینه استفاده از ضایعات تولید ماءالشعیر در طراحی عایق حرارتی زیست‌تخریب‌پذیر ارائه داد.

کلمات کلیدی: آئروژل، نانوالیاف سلولزی، عایق حرارتی، تغییر فاز دهنده، بسته‌بندی.