بخشی از مقاله
چکیده
در سالهای اخیر نانوذرات کاربردهای مختلفی را در صنایع گوناگون چون الکترونیک، صنایع دارویی، محیط زیست، صنایع غذایی و بسته بندی و ... پیدا کرده اند. این مواد به دو دسته آلی و غیر آلی دسته بندی میشوند. مواد ضدمیکروبی آلی پایداری کمتری خصوصا در دماها و فشارهای بالا در مقایسه با مواد غیرآلی دارند. بنابراین مواد غیرآلی خصوصا نانوذرات فلزی یا اکسید فلزی به دلیل مقاومت در برابر شرایط فرایندی ناملایم بیشتر مورد توجه هستند .
از میان مواد غیرآلی اکسیدهای فلزی مانند TiO2، ZnO ، MgO و CaO اهمیت بیشتری در صنایع غذایی دارند، زیرا نه تنها این مواد مقاومت بالایی در شرایط مختلف از خود نشان می دهند بلکه برای انسانها و حیوانات بی خطر شناخته شدهاند. علاوه بر این نانوذرات فلزی چون نقره و قلع نیز خاصیت ضدمیکروبی دارند، ولی مستقیما نمیتوان آنها را به مواد غذایی اضافه کرد.
فناوری نانو در نگهداری مواد غذایی میتواند با اثرات ضد میکروبی موثر واقع شود که با ضدعفونی و ضد میکروب نمودن سطوح ، حفاظت آنتی اکسیدانها و دستور زی وکنترل فعالیت آنزیم ها میتواند اثرات میکروبی را کنترل کند . در این مقاله هدف بررسی کاربرد نانوذرات و نانوساختارها در نگهداری مواد غذایی و اثرات ضد میکروبی آنها می باشد.
.1 مقدمه
نانو فناوری تحقیق و توسعه تکنولوژی در سطح اتمی، مولکولی و ماکرومولکولی در ابعاد تقریبی بین1-100 نانومتر است. به عبارت دیگر نانوفناوری تولید و استفاده از مواد و ابزارهایی است که اندازهی آنها در ابعاد نانومتر میباشد. نانو ذرات رایج ترین عناصر در علم و فناوری بوده و خواص جالب توجه انها باعث گردیده است کاربردهای بسیار متنوعی درصنایع شیمیایی , پزشکی,دارویی, الکترونیکی و کشاورزی داشته باشند.
یکی از مهم ترین بخش های صنعت تمام کشورها که با امنیت غذایی در ارتباط است صنایع غذایی می باشد . با کمبود منابع غذایی و افزایش جمعیت، توسعه این بخش از صنعت ضروری به نظر می رسد .استفاده از فناوری های نوین در این بخش رویکردی جدید است که می تواند مورد توجه قرار گیرد.کشور ما یکی از بزرگترین وار دکننده های محصولات غذایی است و اگر امروز به فکر تولید و فرآوری غذا نباشیم، هر روز بر میزان واردات محصولات غذایی افزوده می شود .
حال بایستی توسعه پایدار در این صنعت را دنبال کرد و با کمک این فناوری به توسعه بهر ه وری در آن باشیم. همگرایی فناوری نانو و علم غذا منجر به بروز قابلیت های فراوانی می شود که همین امر باعث شده است که حدود 200شرکت بزرگ در سراسر دنیا در این زمینه سرمایه گذاری های کلان نموده و محصولاتی نیز به بازار عرضه کنند .گذشته از محصولات ارائه شده با توجه به پتانسیل فوق العاده کاربرد فناوری نانو در صنایع غذایی انتظار می رود طی دو دهه آینده انقلاب بزرگی در زمینه صنایع غذایی و کشاورزی پدید آید به گونه ای که اثرات آن بسیار فراتر از کشاورزی مکانیزه و انقلاب سبز - - Green Revolution خواهد بود.
فناوری نانو درصنایع غذایی در حوزه های مختلف مانند نگهداری مواد غذایی کاربرد دارد که می تواند با اثرات ضد میکروبی موثر واقع شود و شکی نیست که روی آوردن به فناوری های نو از جمله فناوری نانو میتواند در نگهداری مواد غذایی موثر باشد
2. اثرات ضد میکروبی نانو مواد در نگهداری مواد غذایی
فناوری نانو از سه طریق میتواند در نگهداری مواد غذایی مؤثر واقع شود: ضد عفونی و ضد میکروب نمودن
سطوح :
فناوری نانو با جابه جا کردن سطح پوشش مواد میتواند تقریبا از ورود هر میکرو ارگانسیم یا میکروب به غذا جلوگیری کند .میکروب کشها با نانو ذرات و نانو قطراتی مانند روغنهای گیاهی و الکها، دوستدار محیط زیست بوده و برای سلامت انسان بی ضرر هستند.
حفاظت آنتی اکسیدانها :
نگهداری آنتی اکسیدانهای حساس مانند ویتامینهای،K/E/D/Aاسید چرب امگا3 و -Bکاروتن همواره یک عامل کلیدی در حفظ غذا بوده است .استفاده از نانو حفره ها میتواند از خراب شدن چنین مواد بی ثباتی در طول فرآیند ودر زمان انباربودن جلوگیری کند.
دستورزی و کنترل فعالیت آنزیمها :
فناوری نانو در شناسایی و طراحی ساختمان آنزیم ها کاربرد مهمی دارد .فناوری نانو توانایی کنترل متابولیسم آنزیمها توسط تغییر در ساختمان و افزودن دیگر ذرات فعال را دارد .بنابراین میتوان فعالیتهای آنزیمها را از این طریق تحت کنترل در آورد
در سال های اخیر نانوذرات در چند کاربرد صنعتی از قبیل الکترونیک، محیط زیست، منسوجات سنتزی، بسته بندی، صنایع دارویی، مراقبت بهداشتی، و همچنین ساختمان و دکوراسیون مورد مطالعه قرار گرفته اند. آنها را می توان به دو نوع دسته بندی کرد: ارگانیک و غیر اراگانیک. مواد آنتی باکتریال ارگانیک به خصوص در دماهای بالا و یا فشار در مقایسه با مواد آنتی باکتریال غیر ارگانیک پایداری کمتری دارند.
این واقعیت می تواند مانعی بر سر راه پیش نیازهای تولید باشد. در نتیجه مواد غیر ارگانیک مانند فلزات و اکسیدهای فلزی به دلیل توانایی شان برای تحمل شرایط تولید دشوار توجه زیادی را به خود جلب کرده اند. از دسته ی مواد غیر ارگانیک، اکسیدهای فلزی مانند TiO2, ZnO, MgO و CaOتوجه زیادی را به خود جلب کرده اند چون نه تنها در طی شرایط تولید دشوار استحکام زیادی از خود نشان می دهند، بلکه به طور کلی به عنوان مواد ایمنی برای بشر و حیوانات محسوب می شوند. به علاوه، فعالیت ضد میکربی ZnO توجه ما را برای کاربرد بالقوه اش در صنایع غذایی جلب کرده است. ما تلاش کرده و دانشی واقعی در مورد ZnO برای حمایت از نظر محققان در مورد به دست آوردن مواد جدید برای صنابع غذایی کسب کرده ایم.
امروزه، توجه محققان معطوف به مطالعه ی اکسیدهای فلزی TiO2, MgO, CaO - و - ZnO به عنوان عوامل ضد میکربی به خاطر ایمنی و پایداری آنها شده است .نانو ساختارهای اکسید روی به دلیل خصوصیت منحصربه فردی کاربردهای وسیعشان هم اکنون یکی از موضوعات اصلی تحقیقات امروزین هستند. نانوذرات ZnO پایدار هستند و در ترکیب با عوامل ضد قارچ سنتی بر حاصل خیزی خاک تاثیر نمی گذارند.ZnO به دسته ی اکسیدهای فلزی تعلق دارد و بر حسب خاصیت فوتوولتاییک و فوتواکسایشی از گونه های شیمیایی و میکروبیولوژیکی متمایز می شود.
از آنجا که ZnO یک کریستال قطبی با فاز شش گوشه است، خصوصیات ZnO ارتباط قوی با نوع فرایند سنتز و تامین شرایط آن در طی فرآوری نانوذرات دارد - دمای واکنش، غلظت واکنشگرها، و نوع عوامل پوشش مورد استفاده - . ZnO یک نیمه رسانای نوع n با شکاف پهنای مستقیم وسیع 3,37 - الکترون ولت - انرژی تحریک بالا 60 - مگا الکترون ولت - در دمای اتاق است که امکان عملکرد به صورت یک نیمه رسانای موثر و ماده ی پیزوالکتریک را فراهم می سازد.
این نانو ذرات به صورت حسگرهای زیستی عمل می کنند چون سینتیک و سازگاری زیستی سریعی دارند. مزیای استفاده از ZnO به عنوان نانوذرات ضدقارچی بودن و ضد باکتری بودن در غلظت های پایین است. به علاوه مطالعات مختلف در آزمایشگاه های متفاوت به ما نشان داده است که فعالیت ضد میکربی نه تنها تحت تاثیر غلضت نانوذرات است بلکه اندازه ی ذرات ZnO نیزدر این امر دخیل است.
نانوذرات فلزی هم اینک به عنوان افزودنی،مکمل غذایی، موادبسته بندی ،ذخیره سازی، یخچال ها، محفظه های ذخیره سازی، تصفیه ی آب و اسپری های ضد باکتری مورد استفاده قرار می گیرد.
3. جزئیات آزمایشی
در سال 2006 یک تیم از محققان - Lingling Zhang, Yunhong Jiang, Yulong Ding, Malcolm Povey and David - - York تحقیقاتی در مورد رفتار ضد باکتری سوسپانسیون های نانوذرات انجام دادند - نانوسیال های . - ZnO آنها به طور خاص رفتار سوسپانسیون های نانوذرات اکسید روی - نانوسیال های - ZnO علیه نانوذرات اشرشیا کولی را از دو منبع مورد استفاده برای نانوسیال ها فرمول بندی کردند تاثیر اندازه ی ذره ، غلظت و استفاده از دیسپرسانت ها بر رفتار ضد میکروبی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان دادند که نانوسیال های ZnO فعالیت ضد میکروبی بر علیه اشرشیا کولی دارند. فعالیت ضد میکربی با افزایش غلظت نانوذرات افزایش یافته و با کاهش اندازه ی ذره افزایش می یابد
شکل .1 سازوکارهای مختلف فعالیت های ضد میکروبی اعمال شده توسط نانو مواد.
غلظت ذرات مورد مشاهده مهم تر از اندازه ی آنها در شرایط این تحقیق بوده است. نتایج همچنین نشان می دهد که استفاده از دو نوع دیسپرسانت - پلی اتیلن گلیکول - PEG - و پلی وینیل پیرولیدین - PVP - تاثیری بر اندازه ی فعالیت نانوسیال های ZnO نداشته است اما موجب بهبود پایداری سوسپانسیون ها شده است . تحلیل SEM باکتری ها پیش و پس از وجود نانوذرات ZnO نشان می دهد که وجود نانوذرات ZnO موجب آسیب به دیواره ی غشایی باکتری ها می شود. اندازه گیری های الکتروشیمیایی با استفاده از یک مدل تک لایه ی DOPC نشان دهنده ی نوعی تعامل مستقیم بین نانوذرات ZnO و غشای باکتری در غلظت های بالایی است .
این مطالعه به تحقیق در مورد رفتار مکانیستیکی سوسپانسیون های نانوذرات ر در برابر اشرشیا کولی پرداخته است و در سال های 2008 و 2009 توسط وبقیه همکارانشان انجام یافته است. آنها دریافتند که سوسپانسیون آبی حاوی 4,45×10-5 تا 1,25×10- 3 مول ذرات ZnO است که فعالیت ضد باکتری شدیدی علیه اشرشیا کولی در شرایط تاریکی انجام می دهند. سازوکارهای غالب این رفتار ضد باکتری هم دارای تعامل های شیمایی بین پراکسید هیدروژن است و هم بین پروتئین های غشایی و تعامل های شیمیایی تولید شده به دلیل وجود ذرات ZnO توسط لایه ی دوگانه ی لیپید است. تاثیر تعامل های فیزیکی مستقیم وسلول های زیست شناختی نقش نسبتا کمی در شرایط این تحقیق داشته است.
Dong Li and PedroJ .J.Alvare و همکارانشان , در سال 2008 تحقیقی با عنوان »نانومواد ضد باکتری برای تصفیه ی آب و کنترل میکروبی ،کاربردها و تاثیر ات بالقوه« منتشر ساختند . با فرض این که نتایج آنها صحیح باشد ما دریافتم که چالش بر سر راه دستیابی به گندزدایی مناسب بدون شکل گیری گندزدایی آسیب رسان از طریق محصولات تولید شده به وسیله ی گندزدایهای مرسوم شیمیایی و همچنین رشد تقاضا برای تصفیه ی آب نامتمرکز یا در محل مصرف کننده و سیستم های بازیابی نیازمند فناوری هایی برای ضدعفونی سازی موثر و کنترل میکروبی هستند.
چند نانوماده ی طبیعی و مهندسی شده خصوصیات ضد میکروبی قوی از طریق سازوکار های مختلف شامل تولید فوتوولتاییک گونه های اکسیژن واکنشی داشته اند که به اجزای سلول و ویروس ها آسیب می رساند - مانند TiO2, ZnO و - fullerol که پوشش سلول باکتری را تشکیل می دهد - مانند پپتید ها ، چیتوسان، کربوکسیل فولرن، نانولوله های کربنی، ZnO و نانو ذرات نقره nAg - متوقف کردن انتقال انرژی - مانند nAg و نانوذرات فولرن آبی nC60 و مهار فعالیت آنزیم سنتز کننده ی DNA - مانند چیتوسان - .
گرچه برخی نانومواد به عنوان عوامل ضد میکروبی در محصولات مصرف کنندگان استفاده شده اند ولی قابلیت آنها برای گندزدایی یا کنترل میکروبی در سطح سیستم تصفیه ی آب به دقت مورد ارزیابی قرار نگرفته است. مقابله های بررسی آنها به تحقیق درمورد سازوکارهای ضد میکروبی چند نانوماده و بررسی مزایا، محدودیت ها و کاربردپذیری ضد عفونی سازی آب و کنترل میکروبی پرداخته اند
