بخشی از مقاله
بسته بندی نانو در گوشت
چکیده:
فناوری نانو در بسته بندی غذا، یک پدیده در حال ظهور است که طی آن مواد بسته بندی برای بهبود ویژگی های حفاظتی، ممانعت کنندگی، مقاومت به حرارت و زیست تخریب پذیری در مقایسه با پلیمرهای معمول دستکاری می شوند. این مواد همچنین برای گسترش سطوح ضدقارچی و ضد میکروبی و نشان دادن تغییرات ضد میکروبی و بیوشیمیایی فعالیت می کنند. صنعت بسته بندی غذا این پتانسیل را دارد که بیش ترین سهم بازار فناوری نانو را جذب کند. یکی از وظایف آن بهبود کیفیت و عمر نگه داری محصولات گوشتی از طریق ویژگی های ممانعت کنندگی و نوع اجزای در اندازه نانو نانو کامپوزیت ) (1) زیست فعال داخل یا روی فیلم می باشد. نانو کامپوزیت یک نوع ماده جامد چند فازی است که با ذرات در مقیاس نانو، فیبرها با صفحات کوچک هستند که با ویژگی های مکانیکی و شیمیایی بهتری نسبت به کامپوزیت های معمول تهیه می شوند. در این مقاله کاربردهای بسته بندی نانو در صنایع گوشت(شامل نانو کامپوزیت ها در بسته بندی، بسته بندی فعال و ضد میکروب، بسته بندی هوشمند و زبان الکترونیکی، بسته بندی نانو و انتقال گازها، پوشش های خوراکی، بسته بندی زیست تخریب پذیر، بررسی ریسک ها و مخاطرات مربوط به بسته بندی نانو و بازار محصولات نانو) مورد بحث قرار می گیرد.
واژه های کلیدی:
بسته بندی، نانو، گوشت و کامپوزیت.
۱- مقدمه:
کلمه نانو از کلمه لاتیندوراف (۲) آمده است. نظریهی فناوری نانو برای اولین بار به وسیله ی نوبل لاریت(۳) در کالیفرنیای جنوبی در سال ۱۹۵۲ داده شد.[۱] اریک در کسلر (۴) واژه فناوری نانو را در سال ۱۹۸۰ رواج داد. در حال حاضر استفاده از فناوری نانو شامل آزمون ها و دستکاری ها روی نانو ذرات است. [۲] در سیست SI، نانو به معنی یک میلیاردم واحد آن مقیاس است. با توجه به اینکه یک سلول بدن بیش از صدها نانومتر است می توان به کوچکی این مقیاس پی برد. هر قدر بتوانیم این مواد را در ابعاد ریزتر و کنترل شده ای تولید کنیم، خواهیم توانست مواد جدیدی را با قابلیت و عملکرد بسیار عالی به دست آوریم. تاکنون تعاریف متعددی از مواد نانو ارائه شده است؛ اما در یک تعریف جامع می توان گفت موادی در این گروه قرار می گیرند که یکی از ابعاد اضلاع آن ها از ۱۰۰ نانومتر کوچک تر می باشد. یکی از این گروه ها، لایه ها هستند. لایه ها یک بعدی هستند که در دو بعد دیگر توسعه می یابند مانند فیلم های نازک و پوشش ها. گروه دیگر شامل موادی است که دارای دو بعد هستند و در یک بعد دیگر گسترش می یابند و شامل لوله ها و سیم ها می شوند. گروه مواد سه بعدی در نانو، شامل نقطه های کوانتمی می شوند. دو ویژگی مهم، مواد نانو را از دیگر گروه ها متمایز می سازد که عبارتند از افزایش سطح مواد و تأثیرات کوانتمی. این عوامل می توانند باعث ایجاد تغییرات و یا به وجود آمدن خواص ویژه ای مانند تأثیر در واکنش های مقاومت مکانیکی و مشخصه های ویژه الکتریکی در مواد نانو شوند. همانگونه که اندازه این مواد کاهش می یابد، تعداد بیش تری از اتم ها در سطح قرار خواهند گرفت. برای مثال، اتم های موادی به اندازه ۳۰ نانومتر به میزان ۵ درصد، ۱۰ نانومتر به میزان ۲۰ درصد و 3 نانومتر به میزان ۵۰ درصد در سطح قرار دارند، در نتیجه مواد نانو با ذرات کوچک تر در مقایسه با مواد نانو با ذرات بزرگ تر دارای سطح بیش تری در واحد جرم هستند. با توجه به ازدیاد سطح در این مواد، تماس ماده با سایر عناصر بیش تر شده و موجب افزایش واکنش با آن ها می شود. این عمل منجر به تغییرات عمده در شرایط مکانیکی و الکترونیکی این مواد خواهد شد. برای مثال فلز نیکل در مقیاس نانو، مقاومتی بیش تر از فولاد سخت شده دارد. فناوری نانو این پتانسیل را دارد که در سیستم غذای جهانی ایجاد انقلاب کند. یکی از کاربردهای تجاری فناوری نانو در بخش غذا، بسته بندی نانو است. [۳] بین ۳۰۰ تا ۴۰۰ محصول با بسته بندی نانو در حال استفاده تجاری تخمین زده شده است. در حالی که پیش بینی می شود. بسته بندی نانو در تولید % ۲۵ از بسته بندی همه ی غذاها در دهه ی بعدی مورد استفاده قرار گیرد. [۴] مزایای کلی بسته بندی نانو در گوشت، شامل پایداری حرارتی و شیمیایی، مقاومت حرارتی، سدی برای گاز اکسیژن و دیگر گازها، ثبات اندازه و پایداری، مقاومت مکانیکی بالا، دانسیته نوری خوب و ... است. [۳]
٢- کاربرد فناوری نانو در بسته بندی گوشت:
۱ - ۲ - فناوری نانو کامپوزیت ها:
نانو کامپوزیت ها، پلیمرهایی هستند که با نانو ذرات تشکیل باند را داده اند و موادی با فناوری برتر ایجاد می کنند. یک چنین ابتکاری را فناوری پلیمر نانو کامپوزیت گویند که کلید پیشرفت آینده را در بسته بندی انعطاف پذیر به وجود می آورد. نانو کامپوزیت ها ما را به هدف ایجاد سی قوی در حد شیشه و پلاستیک با ضوابط و مقرات نزدیک می کند. [۵] پلیمر نانو کامپوزیت به وسیله ی پخش کردن یک ماده پر کننده به داخل نانو ذرات(که ایجاد اجسام کوچک مسطح می کند و این صفحات کوچک داخل ماتریکس پلیمری توزیع شده که ایجاد پلیمرهای موازی چند لایه می کند به وجود می آید این فرایند ایجاد مسیری پیچیده می کند که به عنوان سدی مقابل عبور گازها، بخار آب و ... محسوب می شود. ضریب نفوذ پذیری (۵) فیلم پلیمر از دو عامل تشکیل شده است:
1- ضریب انتشار (۶)
۲- قابلیت حل (۷) P = DxS
انواع مختلفی از پرکننده ها در نانو کامپوزیت استفاده می شود که رایج ترین آن ها مواد نانورسی هستند و مونتموریلونیت (۸) نامیده می شوند. رس در حالت طبیعی آبدوست است در حالی که پلیمر، آبگریز است. برای این که دو قطب سازگار در رس ایجاد شود، باید اصلاح شده و آلی تر شود. یک راه برای اصلاح رس، تبادل کاتیون آلی آمونیوم یون مثبت) با کاتیون های غیر آلی از سطح مس می باشد. انواع مختلفی از پلاستیک های انعطاف پذیر و انعطاف ناپذیر برای ساختار نانو کامپوزیت ها استفاده شده است که شامل پلی پروپیلن، نایلون و پلی اتیلن ترفتالات (۹) می باشد. بایر جاینت چمیکال( ۱۰) تولید یک پلاستیک شفاف به نام دیورتان (۱۱) می کند که شامل نانو ذرات مس می باشد. نانو ذرات در سر تا سر پلاستیک پخش می شوند و از ورود اکسیژن، دی اکسید کربن و رطوبت ممانعت بسته بندی نانو در گوشت می کنند. نانو ذرات مس، همچنین پلاستیک را قوی تر، سبک تر و مقاومت حرارتی آن را بیش تر می کنند. نانو کامپوزیت نایلون به عنوان سدی برای ظروف پلی اتیلن ترفتالات چند لایه ای استفاده شده است که دو الى سه برابر بهتر از لایه های ممانعت کننده اتیلن وینیل الکل معمولی عمل می کنند، زیرا دمای ذوب نایلون غ ۵۰ بیش تر است. مزایای فیلم های نانو کامپوزیتی بی شمار است و امکانات آن برای صنعت بسته بندی پایان ناپذیر است. نانوکامپوزیت ها ویژگی های زیر را بهبود می دهند: ممانعت کنندگی در برابر عبور اکسیژن و دیگر گازهای مقاومت مکانیکی بالا، مقاومت شیمیایی، قابلیت بازیافت، ثبات اندازه، مقاومت حرارتی و بهبود وضوح نوری ( به خاطر ذراتی است که در اندازه نانو هستند). تخمین زده شده که صنعت بسته بندی انعطاف پذیر یا انعطاف ناپذیر از حدود پنج میلیون پوند مواد نانوکامپوزیتی در صنعت غذا و نوشیدنی استفاده خواهد کرد و در سال ۲۰۱۱ مصرف آن به صد میلیون پوند خواهد رسید. [۶] |
۲ - ۲- فناوری زبان الکترونیک و بسته بندی هوشمند:
بسته بندی هوشمند، نوعی بسته بندی است که می تواند به شرایط محیطی پاسخگو باشد و یا خودش را تعمیر کند یا در مورد آلودگی ها به مصرف کننده هشدار دهد و یا از حضور گونه های بیماری زا خبر دهد . دانشمندان در کرافت (۱۲) و دانشگاه روتگر (۱۳) و دانشگاه کانکتیکات (۱۴) در حال کار کردن روی نانو ذرات فیلم ها و همچنین جاسازی حسگرها در بسته بندی (که فناوری زبان الکترونیک می باشد) هستند. حسگرها می توانند اجزا را در هر قسمت در تریلیون تعیین کرده و ممکن است با تشخیص آلودگی، رنگ آزاد کنند.[۶]
شرکت سیر تکنولوژیز (۱۵) به همراه برت لاچ(۱۶) و ويليام الر (۱۷) بارکدهایی را ابداع کردند که به هنگام بروز آلودگی به رنگ قرمز در می آیند. آن ها در جوهر بارکد، پلیمری را به کار بردند که به طور غیر قابل برگشتی با تغییر درجه حرارت تغییر رنگ می دهد. این ها در حقیقت نشانگرهای ترموفیلیک (۱۸) هستند.[۱۴]
حسگرهای زیستی در بسته بندی هوشمند گوشت استفاده می شوند. این سیستم یک سیستم آنالیزی ترکیبی است که در آشکارسازی، ذخیره و تحلیل اطلاعات حاصل از یک واکنش زیستی نقش دارد. [۱۱]
این دستگاه ها شامل گیرنده های زیستی ویژه برای کاربرد آنالیز و تبدیل سیستم های زیستی (بیولوژیکی) به پاسخ های الکتریکی کمی است. این گیرنده های زیستی از جنس مواد آلی مثل آنزیم، آنتی ژن(۱۹)، میکروب، هورمون و اسیدهای نوکلوئیک (۲۰) می باشد.
مبدل ها نیز الکتروشیمیایی، نوری (اپتیکال)(۲۱) و گرماسنجی می باشند. سنسورهای زیستی از لحاظ اقتصادی هنوز به صرفه و قابل توجیه نیستند. [۱۳] زیست حسگرهایی ساخته شده است که می تواند سم نوع B باکتری استافیلوکوکوس (۲۲) و باکتری های اشرشیاکلی (۲۳)، گونه های سالمونلا (۲۶) و لیستریامونوسیتوژنز (۲۵) را تشخیص دهد. علاوه بر موارد ذکر شده نانوحسگرها می توانند پروتئین های حساسیت زا را تشخیص داده و به این ترتیب از تأثیرات نامطلوب آن ها بر مواد غذایی مانند بادام زمینی، آجیل و گلوتن (۲۹) جلوگیری کنند. در راهبرد مشابه، برای اطمینان از سلامت مواد غذایی، محققان اتحادیه اروپا در پروژه "غذای خوب "(۲۷) از نانوحسگرهای قابل حمل برای یافتن مواد شیمیایی مضر، پاتوژن ها(۲۸) و سم ها در مواد غذایی استفاده می کنند. با این کار، دیگر نیازی به فرستادن نمونه های مواد غذایی به آزمایشگاه برای تشخیص سلامت و کیفیت محصولات در کشتزارها و کشتارگاه ها نیست. همچنین این پروژه، در حال توسعه به کارگیری زیست تراشه های DNA (۲۹) برای کشف گونه های بیماری زا است. این روش می تواند در تشخیص باکتریهای مضر و متفاوت موجود در گوشت یا ماهی و یا قارچهای میوه مؤثر باشد. این پروژه در نظر دارد با گسترش میکروحسگرهای رشته ای، بتواند آفت کش های میوه و سبزیجات را به همان خوبی که شرایط محیطی کشتزارها را کنترل می کند تشخیص دهد. این نوآوری "حسگرهای غذای خوب نامیده می شود.
محققان در ناترلند(۳۱) یک مرحله پیش تر رفته اند، آنها می خواهند بسته بندی های هوشمندی بسازند که اگر گوشت شروع به فساد نماید، نگهدارنده ترشح کند. این ترشحات به وسیله ی یک نانو سوییچ عمل می کند. [۱۸]
برچسب های نشانگر امواج رادیویی (۳۲) نوع دیگری از بسته بندی های هوشمند است. با استفاده از سیستم شناساگرهای امواج رادیویی که متشکل از برچسب ها، دستگاه خواننده و سیستم رایانه ای است، می توان به شکل بی سیم و از راه دور، وضعیت ظروف مواد غذایی را تحت نظارت قرار داد. این محصول کاربردهای متعددی در صنایع غذایی دارد، از تسهیل امکان ردیابی محصول گرفته تا افزایش بهره وری در زنجیره تأمین محصول؛ اما شاید مهم ترین کاربرد این سیستم، تسریع در جابه جایی موجودی کالاها و امکان ردیابی آن ها باشد. سیستم شناساگرهای امواج رادیویی در بسیاری از مراحل عملیاتی زنجیره تأمین محصولات غذایی مفید واقع می شود. استفاده از سیستم شناساگرهای امواج رادیویی، امکان ردیابی و مشخص نمودن منابع تأمین ماده غذایی را به عرضه کنندگان می دهد. امری که ضامن کیفیت و سلامت محصول است. از این رو فروشندگان محصولات غذایی در پی راه های ادغام این فناوری در مدیریت زنجیره تأمین کالاهای خود هستند. [۱۸]
۳ - ۲- بسته بندی فعال و ضد میکروب گوشت:
بسته بندی فعال می تواند موجب ممانعت از رشد میکروبی و کنترل رطوبت و اکسیژن شود. مواد جاذب اکسیژن، در صورت استفاده، اکسیژن موجود در فضای ظرف را جذب کرده و به این ترتیب مانع رشد میکروب ها و حفظ طعم و کیفیت ماده غذایی می شوند. مواد منتشر کننده دی اکسید کربن می توانند رشد میکروب ها را در محصولاتی نظیر گوشت قرمز، گوشت مرغ و پنیر متوقف کنند. با استفاده از مواد جاذب رطوبت هم می توان مانع روان شدن و جمع شدن آب محصولات گوشتی درون ظرف شد. به علاوه هنگام بسته بندی محصول غذایی تازه، این مواد مانع از تشکیل قطرات ناشی از میعان بر جداره ظرف می شوند و می توانند میزان اکسیداسیون چربی ها را محدود نمایند. مواد کنترل کننده رطوبت نیز می توانند میزان رطوبت موجود در ظرف را در سطح مورد نظر حفظ کنند، به این ترتیب که اگر ماده غذایی خشک است، بخار آب ایجاد کنند یا اینکه نم اضافی در طول درزها و شکاف های ظرف را جذب نمایند. از جمله جذب کننده های دیگری که در روش بسته بندی فعال مورد استفاده قرار می گیرند مواد جاذب گاز اتیلن و ضد میکروب ها هستند. بسته های ترشح کننده مواد شیمیایی برای ترشح مواد کشنده زیستی در پاسخ به رشد جمعیت میکروبی، رطوبت و دیگر شرایط در حال تغییر است. این محصولات به طور رایج از نانو ذرات نقره استفاده می کنند، اگر چه بعضی دیگر نیز نانو ذرات اکسید روی یا نانو دی اکسید کلراید را به کار می برند. [۱۹] همچنین نانو منیزیم اکساید، نانو مس اکساید، نانو تیتانیوم دی اکسید و نانولوله های کربن برای استفاده در آینده به عنوان مواد ضد میکروبی پیش بینی شده است.[۸] لاتور (۳۳) و همکاران (۲۰۰۳) به این نتیجه رسیدند که نانو ذرات سنتز شده به طور غیر قابل برگشتی به باکتری های هدف متصل می شوند و از چسبیدن و عفونی کردن میزبانشان جلوگیری می کنند. این مکانیسم در جهت کاهش گونه های بیماری زا در محصولات ماکیان به طور مؤثری عمل می کند و از دو نوع نانو ذره در آن استفاده می شود که عبارتند از: یک نوع از پلیمرهای آلی مثل پلی استایرن و دیگری نانو ذرات غیر آلی با پلی ساکاریدها و پلی پپتیدها. درک واکنش بین سطح آلوده و میکروارگانیسم طرح موادی که به چسبندگی باکتری مقاومند را ممکن می سازد. محققان اکنون در حال طرح موادی هستند به نام خود پاک کننده که حاوی ترکیبات ضد میکروبی است و می توانند تحت شرایط محیطی خاصی ترشح شوند و بار میکروبی آلوده را از بین ببرند.[۲۰] باكر وكورکر (۳۴) از اختلاط با سرعت بالای چربی به عنوان فاز غیر پیوسته با فاز مداوم آبکی برای گسترش نانو امولسیون که یک محلول مناسب برای ضد عفونی کردن تجهیزات حساس است، استفاده کردند.[۲۱] نانو امولسیون شامل قطرات روغن با قطر ۸۰۰-۴۰۰ میکرومتر که قادر به ترکیب شدن هستند و غشای انواعی از گونه های بیماری زای مختلف مثل باکتری ها، اسپورها، ویروس های پیشرفته و اسپورهای قارچی را جدا می کنند. تحقیقات زیادی در حال بررسی قابلیت نفوذ ذرات به عنوان ترکیبات ضد میکروب برای فراهم کردن ایمنی غذا در دست می باشد. هزاران سال فلزات مختلف مثل نقره، طلا و مس برای ممانعت از فعالیت میکروبی و قارچی و ویروسی شناخته شده بود. نقره به عنوان یک مهاجم قوی به میکروب ها شناخته شده است نانوذره نقره یک ذره با اندازه ۲۰-۵ نانومتر می باشد که حجم بزرگی را در سطح کم می پوشاند و باعث می شود این نانوذره با سایر ذرات واکنش نشان دهد. باکتری ها در حد میکرومتر هستند. تفاوت بین نانو ذرات و باکتری باعث می شود که شماری از نانو ذرات نقره برای پیوند یا مبارزه با هر باکتری با قارچ در دسترس باشند. مقدار کمی در حد ۱۰۰ ذره از نانو نقره برای حمله به باکتری کافی است. مطالعات نشان داده که میکروارگانیسم ها وقتی که در معرض كلوئيد نقره به طور مستقیم قرار می گیرند نمی توانند جان سالم بدر ببرند.
