مقاله کاربردهای فناوری نانودرصنعت غذا

بخشی از مقاله

چکیده:

یکی از مهمترین بخشهای صنعت کشورها صنعت غذایی است   که ارتباط تنگاتنگی با امنیت غذایی افراد جامعه دارد  . افزایش جمعیت و گسترش شهرنشینی و افزایش سطح درآمد سرانه نیازبه غذاهای فرآیندی راروز به روز افزایش داده است   . ازاین رو استفاده از فناوری های نوین از جمله نانو تکنولوژی در این صنعت مورد توجه محافل علمی و صنعتی جهان قرار گرفته است .

این روش به دلیل احتمال بهبود در کیفیت و مزه غذا همچنین به علت صرفه جویی در پخت و پزو بسته بندی آن و برتری در رعایت اصول ایمنی و حفظ غذا در دراز مدت مورد توجه جامعه صنایع غذایی جهان واقع شده است. لذادراین پژوهش سعی شده است به کاربرد این علم درصنایع غذایی پرداخته شود و جنبه های مختلف این تاثیرگذاری مورد بررسی قرار گیرد.

مقدمه:

یکی از نیازهای اصلی برای رشد تکنولوژی مدرن ، حرکت به سوی کوچک کردن ترکیبات است . همزمان با آن ، پیشرفت های علمی به ما این اجازه را می دهد که موادی در اندازه های بسیار کوچک را نیز مورد استفاده قرار دهیم . در طی پیشرفت های علمی جدید ، وسایل و امکاناتی تولید شده اند که توانایی ساخت و دستکاری کمپلکس های مولکولی را دارا می باشند .بنابراین ما بایستی تﻻش کنیم که کارهای ع لمی و مهندسی خود ر ا به مقیاس طولی نانومتر برسانیم. نانو از لغت یونانی » نانوس « به معنای » کوتوله « گرفته شده است و در اصل علمی است که درباره اجسام بسیار کوچ ک مطالعه می کند .

یک نانومتر یک میلیونیوم میلیمتر و ده مرتبه کوچکتر از اتم هیدروژن است . » تامسی کنی « محقق دانشگاه استنفورد آن را چنین تعریف می کند »: اندازه ای که ناخن شما در یک ثانیه رشد می کند « واژه فناوری نانو برای اولین بار در یک مقاله علمی در سال 1974 به کار رفت و » اریک درکسلر « مفاهیم فناوری نانومولکولی را در انستیتوی فناوری ماساچوست آمریکا - - 1977 معرفی کرد .

امروزه فناوری نانو کاربردهای مختلفی در مواد غذایی دارد . به طور کلی مزایای استفاده از این فناوری را در صنایع غذایی می توان در قالب سه عنوان کلیِ » افزایش عمر مفید مواد غذایی « ،» مزایای گسترده بهداشتی « و » تأثیر بر طعم غذا « تقسیم نمود . با توسعه جهانی سازی ، بسته بندی مواد غذایی نیازمند عمر مفید بیشتر توأم با کنترل ایمنی و کیفیت مواد غذایی با اتکا بر استانداردهای بین المللی است . برای رفع این نیازها ، فناوری نانو ، فناوری بسته بندی جدید در زمینه ی مواد غذایی و نوشیدنی ها را ممکن می سازد .

نتایج و بحث:

نانو فناوری یکی از جدیدترین علومی است که زندگی بشر را دگرگون    ساخته است . در یک نگاه کلی،  فناوری نانو ، فناوری است که به بررسی و دستکاری مواد و ساختارهای آن در ابعاد 1 تا 100 نانومتر می پردازد تا بتواند مواد جدیدی با خواص جدید بسا زد. از جمله کاربردهای نانو مواد در علوم غذا و صنایع غذایی، می توان به بسته بندی، تولید غذاهای ملکولی، برچسب گذاری و پایش، افزودنیهای غذایی، غذاهای دارای انتشار مخصوص در بدن و روکش کردن آنزیم ها اشاره نمود . جایگاه نانو فناوری در علوم غذا از دو جنبه سﻻمت غذا و تغذیه و نیز مبارزه با گرسنگی اشکار و پنهان قابل بررسی است.

حوزه های مختلف کاربردی فناوری نانو در غذا و صنایع غذایی را می تو ان به شش دسته زیر تقسیم بندی نمود:

1.    بهبود طعم و رنگ

2.    سﻻمت غذا

3.    بسته بندی

4.    تولید غذا

5.    فرآیندهای غذایی

6.    نگهداری غذا

بهبود طعم و رنگ غذا:

به کمک فناوری نانو توانسته اند در مواد غذایی مختلف خواصی ایجاد کنند که ایجاد احساس طعم و بوی خاص در مصرف کننده می کندمثﻻً. تولید سس کم چربی که مزه چربی می دهد در حالی که چربی ندارد.

سﻻمت غذا:

برای اطمینان از سﻻمت غذایی، پژوهش گران در پروژه ای از نانو حسگرهای قابل حمل برای یافتن مواد شیمیایی مضر، پاتوژن ها و سم ها د ر مواد غذایی استفاده کرده اند، با این کار، دیگر نیازی به فرستادن نمونه های موادغذایی به آزمایشگاه برای تشخیص سﻻمت و کیفیت محصول ها در کشتزارها و کشتارگاه ها نیست . هم چنین این پروژه، در حال توسعه به کارگیری زیست تراشه های DNA برای کشف پاتوژن هاست.

این روش می تواند در تشخیص باکتری های مضر و متفاوت موجود در گوشت یا ماهی و یا قارچ های میوه مؤثر باشد . این پروژه در نظر دارد با گسترش میکرو حسگرهای 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 به نام حسگرهای Good Food نامیده میشود.

تولید غذاهای ملکولی:

پژوهشگران بر این باور هستند، که در اینده مهندسی ملکولی امکان تهیه و رشد مقادیر زیاد غذا را بدون نیاز به خاک، بذر، مزرعه وکشاو     رز فراهم میکند و با ورود این فناوری، گرسنگی از جهان رخت بر خواهد بست. با این تفکر به جای کاشت غﻻت و پرورش گاو ها برای بدست اوردن کربوهیدرات ها و پروتئین، نانو ماشین ها با همان نانو بوت، استیک یا ارد مورد نظر ما را از اتم های کربن، هیدروژن و اکسیژن موجود در ترکیب اب    یا دی اکسید کربن هوا می سازند.

همچنین نانو بوت های موجود در غذا در دستگاه گردش خون به حرکت در می ایند و ان ر    ا از بقایای چربی و بیماری زای کشنده پاک می کنند.  تولید ملکولی غذا یکی از اهداف و ارزوهای نانو فناوری است و به نظر می رسد که چندان به سرعت    دست یافتنی نباشد. با استفاده غذا های ملکولی می توان گرسنگی را ریشه کن نمود، محتوای تغذیه ای مواد غذایی را افزایش داد و خطر مواد حساسیت زا را در مواد غذایی حذف کرد .

افزودنیهای غذایی در مقیاس نانو:

برای مثال شرکت باسف یک نوع کارتنوئید در مقیاس نانو تولید کرده است  . کارتنوئید ها یک نوع افزودنی غذایی هستند که به غذا ها رنگ نارنجی میدهند و به طور طبیعی در هویج و گوجه فرنگی  وجود دارند. بعضی از انواع کارتنویئد ها انتی اکسیدان می باشند و در بدن به ویتامین    A تبدیل میشوند. شرکت BASF این کاروتنوئید را در مقیاس نانو، به شرکت های بزرگ تولید کننده غذا و نوشابه در سراسر جهان می فروشد تا در لیموناد ها، ابمیوه ها، و مارگارین ها مورد استفاده قرار گیرد .    

فرمو ﻻسیون افزودنی ها در مقیاس نانو جذب انها را در بدن راحت تر کرده، همچنین زمان نگهداری انها را افزایش می  دهد. شرکت BASF همچنین کاروتنوئید صنعتی دیگری به نام لیکوپن به عنوان یک افزودنی غذایی تولید کرده است . لیکوپن به طور طبیعی در گوجه فرنگی وجود دارد. امروزه از دی اکسید تیتانیوم تولید شده در مقیا س نانو،در پوشش های شفاف پﻻستیکی مواد غذا یی به عنوان محافظت کننده از اشعه ماور    ای بنفش استفاده می شود.

این ماده در سال 1966 توسط FDA در مقیاس میکرون به عنوان یک رنگ افزودنی غذایی به شرط انکه در ی ک درصد ماده غذایی تجاوز ننماید تائید شده است و رنگ سفید درخشانی را به عنوان روکش بیسکوئیت ها و کیک ها ایجاد می کند. در مقیاس نانو این ذرات دیگر سفید نیستند بلکه شفاف می باشند. دی اکسید سیلیکون که به نام سیلسکا نیز شناخته می شود در مقیاس نانو به عنوان - - پوشش غیر آلی خوراکی - - برای جلوگیری از رسیدن اکسیژن و رطوبت به محصوﻻت غذایی زیر پوشش به کار می رود و بنابراین باعث افزایش مدت ماندگاری انها می شود. این پوشش از چسبیده شد ن آبنبا ت های سخت به یکدیگر، بیات شدن کلوچه ها و وارفتن غﻻت صحبانه ای در شیر و سایر موا رد مشابه جلوگیری می کند. ضخامت پوشش مناسب برای این نوع مواد غذایی 5/0 تا 20 نانومتر است.

غذاهای دارای انتشار مخصوص در بدن:

برای اینکه بدن ما بتواند از انتشار اجزای غذا در ان سود ببرد، چه جزء ویتامین C حاصل از یک سیب و یا لیکوپن صنایع داخل لیموناد با شد، م اده مغذی باید به محل خاصی از بدن رفته و وقتی به انجا رسید فعال شود . کنترل و مهندسی انتشار مواد مغذی در بدن یکی از زمینه های تحقیقا تی نانو فناوری است. این مواد غذایی که - - غذا و دارو نامیده می شوند اجزای فعالشان توسط نانو کپسول در بدن توزیع می گردد. زیرا یکی از را ه های حفظ یک جز ء فعال غذایی، قرار دادن ان در یک پوشش محافظ است .

این پوشش را می توان طوری طراحی کرد که با تحریک شدن توسط محرک مناسبی حل شده و ماده فعال داخل ان از طریق پوشش انتشار یابد . به عنوان مثال موسسه غذایی جورج وستون در استرالیا نوعی نان به نام نان - - تیپ تاپ اپ - - تولید کرده که حاوی روغنی از اسید چرب امگا 3 حاصل از ماهی تن می باشد. اما روغن ماهی تن در داخل میکرو کپسول قرار داده شده است و بنابراین مصرف کننده طعم روغن ماهی را حس نمی کند و فقط وقتی این روغن به معده رسید و کپسول هضم شد ازاد می شود. چنین فناوری، در مورد ماست و غذای کودک به کار گرفته شده است . با استفاده از نانوکپسول از جنس پلیمر خوارکی می توان مزه و بوی ملکو ل های غذا را از تخریب تدریجی حفظ نمود و با این روش مدت زمان ماندگاری محصول را، افزایش داد.

کنترل کیفیت و آزمون های مربوطه در فناوری نانو:

ایمنی مواد غذایی مهمترین جنبه تولیدی برای تولید کنندگان، مصرف کنندگان و دانشمندان می باشد . نانو حسگرها ممکن است به بهبود سﻻمت و ایمن بودن مواد غذایی با استفاده از کنترل کیفیت سریع و آزمایش کمک کنند . این نانوحسگرها می توانند در پروسه های تولید غذا و مواد غذایی یا در یخچال ها استفاده شوند.

نانوحسگرها شامل یک بخش فرآیندی محتوی داده های - اطﻻعات - الکترونیکی و یک ﻻیه حساس که قادر به ترجمه سیگنال هایی نظیر نور و روشنایی، حضور ذرات آلی یا گازها است ، می باشد .الکترودها یا ﻻیه های فعال قادر است در م قیاس نانو متر ساخته شود . نانوحسگرها می توانند به یک الکترود یا شبکه الکترونیکی یا بدون سیم متصل شوند آنها. مثﻻً می توانند درکنترل آفت های محصوﻻت در حال رشد در مزارع یا برای کنترل کیفیت شیر در طول فرآیند صنعتی به کار روند.

روکش کردن آنزیم ها:

یکی از دغدغه های شرکت های صنایع غذایی جهان، نگهداری غذا و مصون نگهداشتن ان از اسیب آنزیم ها است . اگر بتوان به روشی آنزیم ها را از محیط غذایی دور کرد فرایند فساد مواد غذایی به تاخی ر می افتد . با استفاده از نانو فناوری می توان با روکش کردن آنزیم ها، انها را از محیط فعالیت دور کرده، مانع از اثر انها شد . یکی از این روش ها، روکش کردن آنزیم توسط یک ساختار پلیمری است .

در این روش یک شبکه نانوکامپوزیتی را با فرایند پلیمریزاسیون در اطراف هر ملکول آنزیم ایجاد می کنند، تا از تخریب ان جلوگیری شود . این نانو ذرات حاوی آنزیم، در د مایی حدود 8 درجه سانتیگراد تا 5 ماه عمر می کنند. روکش کردن آنزیم در صنایع غذایی، یکی از فرایند های مهم برای حفظ کیفیت و بهبود نگهداری مواد غذایی است .

بسته بندی:

بسته بندی چهره کاﻻست و به همراه مواردی مانند: طرح و نام تجاری و کیفیت به نحوی با هم ترکیب می شوند تا کاﻻ به راحتی معرفی شود. بسته بندی در واقع اولین ارتباط مشتری با محصول است. بیشترین کاربردی که نانو در صنعت غذایی دارد مربوط به بسته بندی است چرا که:

·    بسته بندی، محصول را از صدمات فیزیکی و آلودگی ها حفظ می کند.

·    بسته بندی های نانویی با کارایی وسیع و مؤثر در برابر انواع ریزساختارهای زنده می توانند باعث افزایش عمر مفید و ماندگاری دراز مدت محصول ها شوند.

·    کیفیت ضدمیکروبی و خواص ممانعتی آن، بهداشت بهتر، کنترل بیشتر، ممانعت از بی رنگی و خسارت کمتر به ساختار آن را باعث می شود.

·    استحکام در مقابل حرارت. یعنی از فساد و پﻻسیدگی میوه ها و سبزی ها در دمای باﻻ جلوگیری می کند.

·    زمان ماندگاری محصوﻻت در بسته بندی های نانو از سه یا چهار روز به دو تا سه هفته در شرایط دمای محیط بیرون از یخچال افزایش می یابد.

بسته بندی های نانویی به دو دسته تقسیم می شود

·    بسته بندی کنترل کننده مواد غذایی با استفاده از نانو ذرات: اکسیژن مسئله سازترین عامل در بسته بندی مواد غذایی است زیرا این عنصر باعث فساد چربی مواد غذایی و هم چنین باعث تغییر در رنگ آن ها می شود. در این نوع بسته بندی ها، نانو ذرات به صورت زیگزاگ قرا رگرفته اند و مانند سدی ما نع از نفوذ اکسیژن می شوند. به بیان دیگر مسیری که گاز باید برای ورود به بسته طی کند طوﻻنی می شود. به همین خاطر مواد غذایی دراین بسته ها تازگی خود را بیشتر حفظ می کنند.

·    بسته بندی هوشمند: دراین نوع بسته بندی که برای افزایش عمرمفید محصول های غذایی است، سیستم های بسته بندی قادرخواهند بود پارگی ها و سوارخ های کوچک را با توجه به شرایط محیطی - مانند تغییرات دما و رطوبت - ترمیم و مصرف کننده را از فساد مواد غذایی آگاه سازند . در این نوع بسته بندی نانو حسگرهایی وجود دارد که نسبت به گازهایی که از مواد غذایی آزاد و موجب فساد می شوند به شدت حساس بوده و تغییر رنگ می دهند . این تغییر رنگ عﻻمت واضحی از سﻻمت یا فساد مواد غذایی است. این سیستم به مراتب دقیق تر و مطمئن تر از فروش با تاریخ مصرف است. کاربردهای نانو در صنعت بسته بندی به چند بخش تقسیم می گردد:

* تولید ظروف غذا و نوشیدنی خود سردکن  Self - Cooking

*    تولید پﻻستیک آنتی باکتریال برای ظروف نوشیدنی و مواد غذایی با استفاده از نانو پودرهای آنتی باکتریال

*    فیلم های مورد استفاده برای مواد غذایی که حداقال یک ﻻیه کوپلی آمیدی از 10 تا ppm 100 نانو مواد پخش شده باشد .

*    بسته بندی لمینیت برای مواد سیال مثل : شیر ، آبمیوه به همراه یک ﻻیه پلی الفین که از ذرات رسی در اندازه نانو با خاصیت مقاومت به گاز تشکیل شده است.