مقاله روش های تولید میکروبی و شیمیایی نانو نقره و کاربرد آن در صنایع غذایی

بخشی از مقاله

چکیده:

نانو ذرات نقره عمدتاً، به دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی ویژه ای که از خود نشان میدهند در مصارف اکلترونیکی، نوری، دارویی و بهداشتی و کاتالیتیکی کاربرد فراوان دارند. بنابراین سنتز این ذرات از اهمیت بسزایی بر خودار است. در واقع نانو ذرات نقره برای عوامل بیماری زا یک سم تلقی می شوند؛ درحالی که برای بدن انسان، غذاها و بافت بی ضررند. تاکنون دانشمندان مکانیسم های متفاوتی را برای تبیین اثرگذاری نقره بر میکروب ها یافته اند و در واقع به دلیل همین تعدد مکانیسم هاست که میکروب ها نمی توانند نسبت به نقره سازگار شوند یا مقاومت پیدا کنند . امروزه به مدد فناوری نانو ساخت ذرات نقره در ابعاد نانو میسر شده است . در این ابعاد، ذرات نانو نقره به ما این امکان را می دهند که با کمترین غلظت، خاصیت ضدمیکروبی بسیار قوی را از فلز نقره شاهد باشیم.در این تحقیق به بررسی کاربرد نانو ذرات نقره و به خصوص جایگاه آن در صنایع غذایی اشاره خواهیم نمود.

کلمات کلیدی: نانوذرات نقره، تکنولوژی نقره، فعالیت ضد میکروبی، الکترود نقره، هم افزایی

مقدمه

محققان و دانشمندان علم مواد و فیزیک بر این باورند که بسیاری از خواص فیزیکی مواد، ارتباط تنگاتنگی با زیر ساختار ماده به مفهوم گسترده آن، آرایش اتم ها - ساختار اتمی - ، ترکیب شیمیایی و اندازه یک جامد در یک، دو یا سه بعد دارد. بدیهیست که با پذیرفتن چنین اصلی، انتظار تغییر خواص فیزیکی یک جامد را در اثر یافتن یکی از پارامترهای فوق داشته باشیم. در ارتباط با نانو مواد گزارشهای متعددی در خصوص تغییرات خواص فیزیکی در اثر کاهش اندازه ذرات ارائه شده است که وقوع چنین پدیده هایی پرسش های بسیار زیادی را برای دانشمندان علوم مختلف طرح نموده است؛ لذا با توجه به کاربردهای بسیار جالبی که نانو مواد دارند، تلاشهای زیادی برای درک پدیده های نو ظهور حاصل از کاهش اندازه، در حال انجام است.
به طور کلی در یک تقسیم بندی عمومی، محصولات نانو مواد شامل موارد زیر است:

·    نانوذرات1

·    نانو سیم ها و نانو لوله ها2

·    نانو لایه ها.3

نانوذرات به ذراتی اطلاق میشود که قطر آنها یا میانگین ابعاد آنها بین یک تا صد نانومتر باشد. این ذرات به لحاظ ابعاد کوچک خود خواص فیزیکوشیمیایی منحصر به فردی دارند و به همین دلیل کاربرد روزافزونی یافته اند. برای مثال آزادانه وارد سلول شده و می توانند در روند طبیعی آن تداخل کنند - 14و. - 2 نانو ذرات نقره به دلیل اثرات شگرف ضد میکروبی و مصرف روزافزون در صنایع مختلف نظیر صنایع بهداشتی و آرایشی، اسپریهای ضدعفونی کننده، شویندهها، خمیردندانها و غیره در سالهای اخیر به پرکاربردترین این ذرات تبدیل شدهاند و این امر لزوم بررسی بیشتر در مورد سلامت استفاده از آنها را افزایش داده است . - 3 -

امروزه به علت اثرات باکتریوسایدی ویژه نانو ذرات نقره، نه تنها مصرف آنها در صنایع مختلف هر روز -در حال افزایش است بلکه نتایج مثبت بررسی در مورد سلامت این مواد کاربردشان را گسترش بیشتری هم خواهد داد.از نظر فراوانی نقره شصت و سومین عنصر پوسته زمین است و 10-6 درصد از قشر پوسته زمین را تشکیل میدهد. نقره به طور طبیعی در اغلب بافتهای بدن حضور دارد ولی نقش بیولوژیک آن دقیقا مشخص نیست . - 3 - از طرفی نقره در بدن - در کبد - متابولیزه نشده و از کلیه ها دفع نمی گردد لذا در اثر مصرف زیاد در بدن تجمع می یابد . - 2 - اثرات باکتریکشی نقره قرنهاست که توسط بشر مورد استفاده قرار می گیرد. تمدنهای قدیمی از ظروف نقرهای برای نگهداری طولانیتر شیر و آب و دیگر مواد غذائی استفاده میکردند. همچنین سربازان در جنگها از سکههای نقرهای برای بستن زخمها به منظور کنترل عفونت استفاده مینمودند. مصریها مومیائیهای خود را با لعاب نقرهای نقره اندود میکردند 14 - و. - 2

تا پیش از این محلولهای کلوئیدی - نمکی - نقره به صورت صنعتی تولید و عرضه میگردیدند، ولی در سالهای اخیر ومقارن با تولید محصولات با ابعاد نانو، شکل جدید این فلز به صورت محلولهای نانونقره با خواص و اثرات متفاوت وارد بازار مصرف شده است. محلول نانونقره شامل سوسپانسیون آب خالص دیونیزه با نقره که در آن حدود 80 نقره شکل ذرات نانونقره فلزی و مابقی نقره یونیزه دارد. علیرغم شباهت این محلول با کلوئید تفاوت آنها در آنست که ابعاد ذرات در محلول نانقره کمتر از 0.5nm ولی در کلوئید نقره بین 10nm - 1nm است . - 2 -
محلول نانونقره برتریهای متعددی بر کلوئید نقره دارد که به لحاظ ابعاد کوچک ذرات آنست. همچون:

1 به لحاظ ابعاد کوچک، نه تنها سطح تماس4 ذرات با محیط به نسبت ذرات کلوئید افزایش مییابد که اثرگذاری5 بیشتر آن را به دنبال دارد، بلکه جذب و نفوذ این ذرات در سلولها افزایش می یابد.

-2در محلولهای نانونقره، نقره ذرهای6 یا فلزی7 نسبت به شکل نقره یونی8  بیشتر است.

روش های ساخت نانو ذرات نقره:

سنتز فاز بخار در سنتز فاز بخار نانو ذرات، شرایط به گونهای ایجاد میشود که مخلوط فاز بخار به طور دینامیکی ناپایدار باشد تا مواد به صورت جامد در اندازه نانو تهیه شوند، بنابراین ایجاد بخار فوق اشباع در اینجا حائز اهمیت است که این مسئله به دانش شیمی بخار اشباع می گردد. مستقیمترین روش برای به دست آوردن بخار فوق اشباع این است که یک جامد را حرارت دهیم تا به صورت بخار در یک گاز پایه در آید، سپس با یک گاز سرد آن را مخلوط کنیم تا دمای آن کاهش یابد.این روش، جهت تولید نانو ذرات فلزی بسیار مناسب است، زیرا خیلی از فلزات با یک سرعت منطقی و در یک دمای مناسب بخار میشوند؛ اما به دلیل میل ترکیبی بخار فلزات با اکسیژن، عمدتاً برای سنتز نانو ذرات اکسید فلزی مناسبتر است. در این حالت،

زمانی که درجه اشباع شدن کافی است و در صورتی که نسبت سینتیکی انجام واکنش به متراکم شدن اجازه بدهد، ذرات به طور همگن هستهگذاری می-کنند و بعد از یک بار مرحله هستهگذاری، بخار فوق اشباع باقی مانده به وسیله متراکم شدن و با واکنش بر روی ذرات ایجاد شده، باعث رشد ذرهها شده، پس مرحله رشد ذره بیش از هسته گذاری اتفاق می افتد - . - 8 بنابراین، جهت تولید ذرات کوچک اقدامات زیر به ترتیب مورد نیاز است: اولین کار، تولید یک بخار فوق اشباع از ماده مذکور است که به موجب آن یک هسته گذاری مناسب صورت پذیرد. سپس بلافاصله باید سیستم را خاموش کرد که این کار با برداشتن منبع تولید بخار فوق اشباع یا با کاهش سینتیک واکنش، امکان پذیر است؛ بنابراین در اینجا از رشد ذرات جلوگیری میشود. در بسیاری از موارد، این مرحله بسیار سریع یعنی درحد میلی ثانیه صورت میگیرد.

فتولیز یاروش پتو کافت گاما سنتز نانو ذرات فلزی وکلاسترها به روش پرتو کافت بدین گونه است که در این روش، محلول آبی نمک فلزی مربوطه - نیترات نقره- را در معرض اشعه قرار میدهیم. طی این جریان، از رادیولیز آب الکترونهای هیدراته و اتمهای هیدروژن به وجود میآیند که این گونهها به صورت معرفهای کاهنده بسیار قوی هستند و باعث کاهش یون فلز شده وعدد اکسایش فلز را به صفر میرسانند. به منظور ممانعت از اکسیداسیون ذرات، باید یک رباینده رادیکال هیدروکسیل مانند پروپان-2 -اُل قبل از تابشدهی اضافه شود - . - 9 روش الکتروشیمی نانو ذرات فلزی را میتوان از طریق واکنشهای الکتروشیمایی نیز تهیه کرد. بیش از 70 سال است که از روشهای الکتروشیمی به منظور تولید پودرهای فلزی و یا آلیاژهای فلزی با قطر متوسط بزرگتر از یک میلیمتر استفاده شده است.

نمک های نقره درالکترولیتهای رایج چندان محلول نیست؛ اما بنا به مطالعات انجام شده، ذرات نقره به سهولت بر سطح کاتد مینشیند. تاکنون رسوب گذاری الکتروشیمیایی بر پایه سولفات، نیترات، کلرید، برمید و یدید نقره انجام شده است. در تمام موارد، لایه ای از نقره بر روی الکترود حاصل شد. یکی از روش های کاربردی در سنتز نانو ذرات فلزی طی روش الکتروشیمی، پالسی و شیمی صورت است و نیاز به تجهیزات بالایی دارد - . - 13 سنتز نانو ذرات نقره از طریق کاهش شیمیایی به طور کلی، به روش شیمیایی از طریق کاهش نمک های فلزات در حضور یک پایدار کننده که می تواند یک پلیمر باشد، میتوان نانو ذرات فلزات را با کنترل اثرات هم زدن، دما و pH در اندازههای متفاوت داشت که مطالعات گسترده ای بر مبنای کاهش نمک های گوناگون نقره جهت سنتز نانو ذرات نقره انجام شده است - 14و. - 15واکنش های کاهش شیمیایی با وجود سهولت دارای معایبی نیز هست. عمده ترین مسئله ای که در این واکنش ها مطرح است زمان انجام واکنش است که عموماً بسیار طولانی است. یکی از روش های که برای سنتز نانو ذرات فلزی بسیار کاربرد دارد، تولید نانو ذرات فلزی طی واکنش-های مایکروویو است - . - 12

سنتز نانو ذرات از طریق مایکروویو دارای مزیت های عمده زیر است:

·    سریع تر بودن واکنش؛

·    تمیز تر بودن سازوکار عمل؛

·    اقتصادی تربودن - به لحاظ انرژی، بسیار مقرون به صرفه است - .

اثرات مصرف خوراکی محلول نانونقره:

با توجه به آنکه هدف از مطالعه حاضر بررسی اثرات مصرف خوراکی محلول نانونقره در غالب افزودنی به محصولات غذائی به منظور کنترل آلودگی میکروبی آنهاست، به گروههای آزمون محلول آب و نانونقره با دوزهای مربوطه به جای آب خورانده و پس از سه و شش ماه از حیوانات جهت بررسی استفاده گردد. تعداد 36 عدد موش یک ماهه نژاد ویستار که از زاد و ولد در محل آزمایشگاه و پس از یک دوره دو هفته ای یکسان سازی حیوانات در محیط حیوان خانه در دمای 25 درجه سانتیگراد و دوره 12 ساعته نوردهی، بررسی با جایگزینی محلول نانو نقره به جای آب آغاز شد. گروههای آرمون در غالب 6 گروه شامل یک گروه شاهد و 5 گروه آزمون برای دوزهای مختلف به صورت زیر دسته بندی شدند.