بخشی از مقاله
چکیده:
سیستم های بسته بندی هوشمند - Intelligent Packaging - این امکان را فراهم می آورد که از طریق درک و حس کردن ویژگیهای مربوط به غذایی که در آن بسته بندی شده و یا ویژگی های محیطی که غذا در آن نگهداری می شود، مصرف کننده را از وضعیت غذا، مطلع ساخته و آنها هشدار دهد. فناوری نانو میتواند در مواردی مانند افزایش مقاومت به نفوذ در پوششها، افزایش مقاومت در برابر گرما، گسترش ضد میکروبهای فعال و سطوح ضد قارچ کارساز باشد.
پروژه زبان الکترونیکی - electronic tongue - که می تواند وضع کنونی غذا را به صورت آلارم یا گزارش موزیکال به مصرف کننده هشدار دهد. بسته بندی های تغیر رنگ دهنده که این نوع بستهبندی شامل رشتهای از نانوحسگرهاست که نسبت به گازهایی که از مواد غذایی آزاد و موجب فساد آنها میشود، به شدت حساس بوده و تغییر رنگ میدهد که این تغییر رنگ، علامت واضحی از سلامت یا فساد ماده غذایی است.
مقدمه:
مهم ترین هدفی که در بسته بندی محصولات غذایی مدنظر است افزایش طول عمر نگهداری محصول یا Shelf Life آن می باشد. ماده بسته بندی از طریق تنظیم فضای مناسب در داخل بسته با توجه به ویژگی های نگهداری محصول زمان ماندگاری آن را افزایش می دهد. در این مورد به خصوص هماهنگی بین ویژگی های ماده بسته بندی و نیازهای نگهداری محصول می باید فراهم گردد.
هدف دیگری که در استفاده از بسته بندی محصولات مدنظر است، بهبود حمل و نقل، انبارداری و عرضه محصول می باشد. ارایه اطلاعات ممکن است به صورت مستقیم یا غیر مستقیم انجام گیرد. درج اطلاعاتی نظیر دستورالعمل مصرف کالا، ترکیبات سازنده و ارزش غذایی آن، تاریخ مصرف، تاریخ انقضاء کالا، به طور مستقیم انجام می شود.
در حالی که برخی اطلاعات به طور مستقیم با استفاده از رنگی مه در طراحی های بسته به کار رفته و یا علائم اختصاری که به طور بین المللی پذیرفته شده به مصرف کننده منتقل می گردد. به عنوان مثال، رنگ سبز نشان دهنده بی ضرر بودن محصول است. این موضوع ممکن است به منشا طبیعی و یا گیاهی محصول مربوط گردد و یا به فراوری اضافه ای که جهت استخراج برخی ترکیبات مضر در آن محصول به کار رفته مربوط می گردد.
استفاده از کیت های هیبریدی DNA-DNA جهت تشخیص و تعیین انتروتوکسین های استافیلو کوکوس اورئوس به عنوان شاخص عمومی فساد در مواد غذایی می تواند در بسته بندی های با تغییر رنگ و حساسیت به این انتروتوکسین بکار گرفته شود تا مصرف کننده در اولین مشاهده با بررسی لیبیل تغییر یافته این محصول به فساذ آن پی ببرد.
سنسورهای هوشمند تشخیص فرایند تخمیر در لبنیات
با توجه به این که کیفیت انواع ماست وابسته به فرایند تخمیر و کنترل شرایط آن است لذا این محصول کیفیت یکنواختی نداشته و چندان ثابت نیست و به دلیل این است که فرایند تخمیر هنوز اتوماتیک نشده و تحت شرایط مختلف دچار تغییر می شود. مطالعاتی در این خصوص انجام شده است که می توان سنسور های کنترل کنترل آنلاین خط تولید را که بدون دستخوش قرار دادن محصول در بسته بندی، محصول را ارزیابی می کنند، به شرح ذیل نام برد:
-1 سنسور های تمام اتوماتیک هوشمند اندازه گیری pH و مقاوم در برابر عملیات CIP
-2 سنسور های الکترودی آنزیمی اندازه گیری اسید لاتیک ماست که با استفاده از کانداکتیویته کار می کنند و می توانند ایزومرهای نوری اسید لاکتیک را نیز اندازه گیری کرده و همچنین قادر به اندازه گیری سایر اسید های عالی هستند.
-3 سیستم های سنسور ویبراتور غیر تخریبی ارزیابی بافت ماست که از طریق بررسی فرکانس لرزش بافت نرمال با بافت نمونه مورد بررسی، به آنالیز بافت ژل ماست کمک می کند.
-4 روش اندازه گیری تعداد باکتری های زنده از طریق اندازه گیری مقدار ATP سیستم در مدت بسیار کوتاه پوشش جدید غنی از نانوذرات سیلیکات که تا حد زیادی از نفوذ اکسیژن، گازهای دیگر و رطوبت جلوگیری کرده و فساد مواد غذایی را به تعویق می اندازد. افشانه تشخیص دهنده نانوبیولومینسانس که شامل پروتئین لومینسانت است که سطح میکروبهایی مانند Salmonella و E.coli را پوشانده، و با ساطع کردن نور فساد مواد غذایی تشخیص داده می شود.
همچنین به کارگیری زیست تراشه های DNA برای کشف پاتوژنها میتواند در تشخیص باکتریهای مضر و متفاوت موجود در گوشت یا ماهی و یا قارچهای میوه مؤثر باشد. امروزه بسیاری از کشورهای جهان به استفاده فناوری نانو در صنایع غذایی معتقدند و سرمایه گذاری قابل توجهی در این راه شده است. بسته بندی مبتنی بر فناوری نانو یکی از کاربردهایی فناوری نانو می باشد که همچنین می تواند نظر مشتریان را در مورد خود جلب نماید و همچنین ریسک استفاده از غذاهای مسموم و آلوده را بدون نیاز به تشخیص آزمایشگاه، کاهش دهد.
بسته بندی های هوشمند از تکنولوژی های نوین بسته بندی هستند که در سال های اخیر، گرایش روزافزون به آنها از جنبه های تحقیقاتی و کاربردی برای مواد غذایی مختلف از جمله گوشت و فرآورده های گوشتی را شاهد بوده ایم. سیستم های بسته بندی هوشمند، سیستم هایی هستند که می توانند درک کننده، نشانگر و هشدار دهنده تغییرات کیفی محصول - غذا - طی نگهداری و انبارداری باشند.
حسگرها مثلا حسگر های اکسیژن و شناساگرها، - مثلا شناساگرهای بی عیب بودن بسته، شناساگرهای زمان- دما - TTI - و سیستم های تشخیص با فرکانس رادیویی - RFID - از جمله ابزارهای مورد استفاده در بسته بندی های هوشمند به حساب می آیند که قابلیت استفاده برای بسته بندی گوشت و فرآورده های گوشتی را دارند. به منظور توسعه کاربرد تجاری این تکنولوژی ها، شناخت و آگاهی دست اندرکاران صنایع از مزایای آنها، افزایش کارآمدی تکنولوژی های مذکور، توجه به جنبه های اقتصادی کاربرد آنها و افزایش پذیرش مصرف کنندگان ضروری به نظر می رسد.
در این مقاله، با هدف آشنایی بیشتر نسبت به بسته بندی های هوشمند، نتایج برخی از تحقیقات و مقالات مرتبط با این تکنولوژی های نوین و کاربردهای آنها برای بسته بندی گوشت و محصولات گوشتی آورده شده است. بسته بندی هوشمند - Intelligent Packaging - که برخی منابع برای آن واژه بسته بندی با هوش - Packaging Smart - را به کار می برند، نوعی بسته بندی است که از طریق درک و حس کردن بعضی از ویژگیهای مربوط به غذایی که در آن بسته بندی شده و یا ویژگی های محیطی که غذا در آن نگهداری می شود، قادرند که تولید کننده، فروشنده و یا مصرف کننده را از وضعیت این ویژگی ها، مطلع ساخته یا به آنها هشدار دهند. گر چه در مفهوم بسته بندی های فعال و بسته بندی های هوشمند، تفاوت وجود دارد.
منظور از بسته بندی فعال، بسته بندی هایی است که در طول زمان نگهداری محصول، فعال بوده و با توجه به وضعیت محصول، با ایجاد تغییرات و با وارد کردن یا حذف موادی از فضای بسته، موجب حفظ یا بهبود کیفیت و یا افزایش عمر ماندگاری محصول - فرآورده های گوشتی - می شوند، در حالی که بسته بندی های هوشمند این توانایی را دارند که مؤثر بودن و بی عیب بودن سیستم های بسته بندی فعال را کنترل کرده و در مورد آن اطلاع رسانی کنند. این بسته بندی ها شرایط و وضعیت غذای بسته بندی شده را بررسی کرده و اطلاعاتی را در مورد کیفیت غذای بسته بندی شده در ضمن انبارداری و توزیع و فروش در دسترس قرار می دهند.
پیشرفت در بسته بندی هوشمند برای افزایش عمر مفید محصولات غذایی، هدف بسیاری از شرکتهاست. این سیستمهای بستهبندی قادر خواهند بود پارگیها و سوراخهای کوچک را با توجه به شرایط محیطی - مانند تغییرات دما و رطوبت - ترمیم و مصرف کننده را از فساد ماده غذایی آگاه سازند. فناوری نانو میتواند در مواردی مانند افزایش مقاومت به نفوذ در پوشش ها، افزایش مقاومت در برابر گرما، گسترش ضد میکروبهای فعال و سطوح ضد قارچ کارساز باشد.
تحقیقات سازمان مالی Frost and Sullivan نشان داد که علاقه مشتریان به مواد غذایی سالم و تازه در بستهبندیهای مناسب، موجب پیشرفت این صنعت شده است .سازمان های زیادی وجود دارند که در زمینه سیستمهای بسته بندی هوشمند فعالیت میکنند، ازجمله شرکت تولیدکننده مواد غذایی Kraft که با همکاری دانشگاه راتگرز در حال فعالیت روی پروژه زبان الکترونیکی - electronic tongue - است تا آن را به بستهبندیها اضافه کند. این نوع بستهبندی شامل رشتهای از نانوحسگرهاست که نسبت به گازهایی که از مواد غذایی آزاد و موجب فساد آنها میشوند، به شدت حساس بوده و تغییر رنگ میدهند که این تغییر رنگ، علامت واضحی از سلامت یا فساد ماده غذایی است.
شرکت Bayer Polymer کیسهای پلاستیکی با نام Durethan KU2-2601 تولید کرده است که از محصولات موجود در بازار سبک تر و محکم تر است، همچنین مقاومت بیشتری در برابر گرما از خود نشان میدهد. هدف اولیه از تولید پلاستیکهای بستهبندی مواد غذایی، جلوگیری از خشک شدن محتویات آنها و محافظت در مقابل رطوبت و اکسیژن است.
پوشش جدید غنی از نانوذرات سیلیکات است. این نانوذرات تا حد زیادی از نفوذ اکسیژن، گازهای دیگر و رطوبت جلوگیری میکنند و فساد مواد غذایی را به تعویق می اندازند. سازمانهای دیگر به کمک فناورینانو در حال یافتن راهی برای تشخیص فساد مواد غذایی هستند. به عنوان مثال شرکتAgroMicron ، افشانه تشخیص دهنده نانوبیولومینسانس را ساخته که شامل پروتئین لومینسانت است.
در این طرح، افشانه سطح میکروبهایی مانند Salmonella و E.coli را پوشانده، و از خود نوری ساطع میکند و به این روش فساد مواد غذایی تشخیص داده میشود .این شرکت امیدوار است بتواند محصول مورد نظر را با نام BioMark وارد بازار کند. در حال حاضر این شرکت در حال ساخت افشانههایی با روشهای جدید است تا بتواند از آنها در حمل و نقل دریایی استفاده کند.
در راهبرد مشابه، برای اطمینان از سلامت مواد غذایی، محققان اتحادیه اروپا در پروژه Good Food از نانوحسگرهای قابل حمل برای یافتن مواد شیمیایی مضر، پاتوژنها و سمها در مواد غذایی استفاده میکنند. با این کار، دیگر نیازی به فرستادن نمونههای مواد غذایی به آزمایشگاه برای تشخیص سلامت و کیفیت محصولات در کشتزارها و کشتارگاهها نیست. همچنین این پروژه، در حال توسعه به کارگیری زیست تراشههای DNA برای کشف پاتوژنهاست.
این روش میتواند 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 رشتهای، بتواند آفتکشهای میوه و سبزیجات را به همان خوبی که شرایط محیطی کشتزارها را کنترل میکند تشخیص دهد. این نوآوری به نام حسگرهای Good Foodنامیده می شود.
پروژه سرمایهگذاری شده اتحادیه اروپا به نام BioFinger که هدف آن، ساخت ابزارهای ارزان با توان تشخیص آسان در سلامت محیط زیست است، فعالیت دیگری در زمینه آنالیز مواد غذایی دارد. در ابزارهایی که از حامل - cantilever - استفاده میکنند، روش بدین صورت است که تیرک - Tip - با ماده شیمیایی پوشانده شده و در برخورد با مولکولهای خاصی، سیگنال ایجاد میکنند BioFinger با استفاده از این حاملها که به یک میکروتراشه متصل است کوچکتر و قابل حمل می شود.
ارتش آمریکا در حال ساخت حسگرهای فوقالعادهای است که از آنها در مقابل حملهکنندهها به مواد غذایی استفاده میشود. در سیستم های کنونی چندین روز طول میکشد تا وجود پاتوژنها در مواد غذایی تشخیص داده شود. تشخیص سریع پاتوژنها به وسیله این حسگرها به زودی باعث فراگیر شدن این فناوری در صنعت مواد غذایی خواهد شد.
محققان دانشگاه بُن در حال ساخت پوششهای دفع کننده آلودگی برای بستهبندیها با استفاده از اثر لوتوس - نیلوفر آبی - - قطره آب از سطح برگهای نیلوفر آبی می لغزد و در نتیجه هرمهای موم مانند نانومقیاس، سطح برگ را میپوشاند - هستند. کشتارگاهها و محلهای فرآوری گوشت نیز میتوانند از این فناوری استفاده کنند. گروه تحقیقاتی دانشگاه انگلیسی لیدز دریافتند که نانوذرات اکسید منیزیم و اکسید روی باعث از بین بردن میکروارگانیزمها می شوند. استفاده از این مواد بسیار ارزانتر از نانوذرات نقره است و میتوانند کاربرد زیادی در بستهبندی مواد غذایی داشته باشند.
فناوری شناخت فرکانسهای رادیوی - RFID - ، که نیم قرن از آختراع آن می گذرد امروزه این فناوری راه خود را برای کنترل مواد غذایی در مغازهها پیدا کرده است .در این فناوری با استفاده از میکروپردازشگرها میتوان دادهها را به گیرندههای بیسیم ارسال کرد. امروزه میتوان از این روش برای کنترل اقلام غذایی از انبار تا دست مصرفکننده بهره گرفت.
برخلاف بارکدها که نیاز به اسکن دستی و خواندن یک به یک دارند، برچسبهای RFID نیازی به خوانده شدن خطی نداشته و امکان خواندن تعداد زیادی از آنها در یک ثانیه وجود دارد. فروشگاههای زنجیره ای مانند وال مارت، هومدیپوت، گروه مترو و Tsco در حال آزمایش این فناوری هستند. ضعف اصلی این روش، افزایش هزینه تولید است که نتیجه ساخت سیلیکونی آن میباشد. با ترکیب فناوری نانو و الکترونیک این برچسبها ارزانتر و کاراتر شده، همچنین پیادهسازی آنها آسانتر میشود.
مشکلات بسته بندی هوشمند از جنس پت
در خصوص برخی از مواد بسته بندی می توان ذکر نمود که این مواد موجب جذب مواد آروماتیک و آلدئیدی در ماده غذای شده و همچنین نگهداری آن ها در دماهای مختلف - از 4 درجه سانتی گراد تا 40 درجه سانتی گراد - سبب افزایش جذب این مواد می شود. شکل 2 نشان می دهد که چگونه افزایش دما بر بسته های پت میتواند سبب افزایش جذب مواد آروماتیک گردد.
