بخشی از مقاله
چکیده
چالش هاي علمی و مهندسی در صنعت هاي مواد غذایی و فرآوري زیستی به منظور تولید مواد غذایی ایمن و با کیفیت بالا از طریق نانوتکنولوژي قابل حل می باشد. پیش بینی می شود که نانو ذرات بدلیل دارا بودن سطح بزرگتر به ازاي واحد جرم، از نظر بیولوژیکی نسبت به ذرات بزرگتر با ترکیب شیمیایی مشابه فعال تر می باشند.
شناسایی باکتریها و حفظ کیفیت مواد غذایی با استفاده از بیوسنسورها، سیستم هاي بسته بندي فعال و هوشمند و نانواینکپسولاسیون ترکیبات فعال زیستی مواد غذایی، چندین مثال از کاربردهاي آشکار شده نانوتکنولوژي در صنعت غذا می باشد. این مقاله روي استفاده از نانوتکنولوژي در فرآیند و بسته بندي مواد غذایی با توجه به انعکاسش روي کیفیت و ایمنی مواد غذایی تمرکز می کند. البته خطرات بالقوه نانو مواد براي سلامتی انسان و محیط زیست شناخته نشده است و نیاز به تفکر و رسیدگی دارد.
مقدمه
یک نانومتر، یک هزارم میکرومتر - ʽm - ، یک میلیونیوم میلی متر - mm - و یک بیلیونیوم متر - m - است. امروزه نانوتکنولوژي به عنوان یک تکنولوژي پایه، کاربردهاي زیاد و وسیعی در فرآیند و بسته بندي مواد غذایی و همچنین در بخش هاي کشاورزي براي آزاد کردن کنترل شده علف کش ها و کودهاي شیمیایی دارند. علاوه بر این، نانوتکنولوژي در بخش هاي مختلفی مانند آفت کش ها، داروها، داروهاي دامپزشکی، مواد غذایی حیوانی، بهداشت مواد غذایی و بیوتکنولوژي استفاده می شود.
صنعت غذا در حال روبرو شدن با چالش هاي زیادي براي توسعه و تکمیل سیستم هایی در خصوص تولید مواد غذایی ایمن و با کیفیت بالا در حالیکه موثر، مناسب و سازگار با محیط زیست می باشند، است. براي جواب دادن به این چالش هاي علمی و مهندسی پیچیده، یک نوآوري جدید براي فرآیندها ، محصولات و دستگاهها در صنعت غذا نیاز می باشد. نانوتکنولوژي به طور احتمالی می تواند فرآیندهاي تولید را در جهت ایجاد محصولاتی با مشخصات بهتر و عملکردهاي جدید، بهبود دهد.
نانو تکنولوژي معمولاً براي طراحی، تولید و کاربرد ساختارها، دستگاهها و سیستم ها بواسطه کنترل اندازه و شکل مواد در مقیاس 10-9 متر تعریف می شود. وقتی که اندازه ذرات در مقیاس نانو کاهش می یابد، افزایش زیادي در نسبت سطح به حجم اتفاق می افتد که باعث افزایش واکنش پذیري و تغییر خصوصیات مکانیکی، الکتریکی و بصري ذرات می گردد.
خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی ساختارها و سیستم ها در مقیاس نانو به طور اساسی با معادل هاي در مقیاس ماکرو، به دلیل واکنش اتم ها و مولکولهاي منحصر به فرد، تفاوت دارد چون این اتم ها و مولکولها، کاربردهاي عملکردي جدید و منحصر به فردي را ارائه می دهند. کاربردهاي نانوتکنولوژي در صنعت غذا از بسته بندي هوشمند تا موادغذایی بر طبق تقاضا، به مصرف کننده اجازه می دهد که مواد غذایی را بر اساس نیازهاي تغذیه اي و طعم و مزه اصلاح کنند.
نانو مواد زیادي وجود دارند که در مقیاس صنعتی براي کاربردهاي مختلف مواد غذایی، استفاده می شود. تیتانیوم دي اکساید، با اندازه ذره کمتر از 100 نانومتر به طور وسیعی به عنوان افزودنی مواد غذایی و عامل ضد میکروبی براي بسته بندي و کانتینرهاي نگهداري مواد غذایی استفاده می شود. نانو ذرات نقره به عنوان عامل ضد میکروبی در بسته بندي، کانتینرهاي نگهداري و یخچالهاي مواد غذایی و همچنین به عنوان مکمل سلامتی استفاده می شود. روي و اکسید روي به عنوان افزودنی هاي تغذیه اي و همچنین به عنوان عامل ضد میکروبی در بسته بندي مواد غذایی استفاده می شود. دي اکساید سیلیکون و کربن به عنوان افزودنی هاي مواد غذایی و براي بسته بندي مواد غذایی استفاده می شوند. پلاتینیوم و طلا به عنوان بیوسنسورها براي بهبود آنالیز موادغذایی استفاده می شوند.
کاربرد نانوتکنولوژي در فرآیند مواد غذایی
نانوفود، به عنوان غذایی که با استفاده از تکنیکها یا ابزارهاي نانوتکنولوژي کشت، تولید، فرآوري یا بسته بندي و یا اینکه مواد نانو به ماده غذایی اضافه می شود، تعریف می شود. نانوتکنولوژي کاربردهاي بالقوه اي در تمام جنبه هاي زنجیره موادغذایی شامل فرآوري ، بسته بندي، ذخیره سازي و کنترل کیفیت مواد غذایی دارد. . اندازه و ساختار ماده غذایی، عملکرد مواد غذایی را از طریق ایجاد بافت، طعم و مزه و ثباتی که مصرف کننده می خواهد، تحت تاثیر قرار می دهد.
ذرات کوچکتر باعث بهبود قابلیت پراکندگی و ثبات مواد غذایی و ایجاد محصولات غذایی سالمتر و کم چرب می شود. تولید غذاهاي کاربردي نظیر نوشیدنی هاي سبک، بستنی، شکلات و چیپس به عنوان غذاهاي سالم بوسیله کاهش چربی، کربوهیدرات یا میزان کالري یا بوسیله افزایش پروتئین، فیبر یا میزان ویتامین به بازار عرضه می شود.
گسترش قابلیت اصلاح ویژگی هاي رنگ، عطر و طعم و تغذیه اي مواد غذایی بر طبق نیازهاي رژیمی شخص، آلرژیها، یا اولویت هاي طعم و مزه، تولید افزودنی هاي عطر و طعم، رنگ و تغذیه اي قوي تر و کاهش هزینه اجزاء و فرآیند امکان پذیر می باشد امولیسیونهاي چند گانه نظیر آب در روغن - روغن در آب بوسیله توزیع یکنواخت تر لیپید باعث کاهش استفاده از استابلیزرها و غلیظ کننده ها براي رسیدن به بافت مطلوب می شود. نانو مواد براي مواد غذایی و کاربردهاي فرآوري زیستی، از طریق گیاهان مهندسی شده یا میکروبها و فرآوري مواد زائد نظیر مواد سلولزي تهیه می شوند. نانوسیلیکاهاي تولید شده از گیاهان می توانند براي اینکپسوله کردن آنزیم ها استفاده شوند.
کاربردهاي نانوتکنولوژي براي مواد غذایی بطور گسترده در طبقه بندیهاي ذیل قرار می گیرد:
• فرآوري یا فرموله شدن اجزاء مواد غذایی به فرم نانو ساختار
• استفاده از افزودنی هاي نانو اندازه، نانو اینکپسوله شده یا نانو ذرات مهندسی شده در مواد غذایی
• نانو ذرات ترکیب می شوند براي ایجاد مواد بهبود یافته، فعال و یا هوشمند براي بسته بندي مواد غذایی
• استفاده از ابزارها و مواد با مبناي نانو تکنولوژي نظیر نانوفیلتراسیون و نانو سنسورها - براي ایمنی و قابلیت ردیابی مواد غذایی -
نانو ذرات به مواد غذایی زیادي براي بهبود دادن خصوصیات جریان، رنگ و پایداري در طول فرآوري یا براي افزایش دادن مدت ماندگاري، اضافه می شوند. به عنوان مثال، مواد آلومینوسیلیکات به طور متداول به عنوان عناصر ضد کیکی شدن در مواد غذایی فرآوري شده پودر شده استفاده می شوند در حالیکه آناتازتیتانیوم دي اکساید به عنوان یک افزودنی شفاف و سفید کننده متداول موادغذایی در شیرینی سازي، برخی پنیرها و سوسیس ها استفاده می شود. افزودنی هاي تغذیه اي، منبع در حال رشد دیگري براي استفاده نانو ذرات در مواد غذایی هستند.
انستیتو پزشکی ایالات متحده، مواد غذایی کاربردي را به عنوان مواد غذایی که منفعت سلامت برتري نسبت به موادغذایی سنتی دارند، تعریف می کنند. شرکت هاي زیادي در صنایع غذایی وجود دارند که در حال استفاده از نانوتکنولوژي هستند. شرکت Nutralease Ltd، حامل هاي جدیدي را در ترکیب با لیکوپن، بتاکاروتن ها و فیتواسترولها ایجاد کرده اند که این محصولات در مواد غذایی سالم مخصوصاً براي جلوگیري از تجمع کلسترول استفاده می شوند.
نانو اینکپسولاسیون
نانو اینکپسولاسیون شامل یک جزء فعال در یک کپسول به اندازه نانو میباشد. محصولات لبنی، غلات، نانها، نوشیدنی ها امروزه با ویتامین ها، املاح، پروبیوتیک ها، پپتیدهاي فعال زیستی، آنتی اکسیدانها و استرولهاي گیاهی، غنی سازي می شوند. برخی از این اجزاء فعال امروزه به صورت ذرات نانو به مواد غذایی اضافه می شوند. اجزاء فعال اینکپسوله شده نانو یا اندازه نانو، دسترسی زیستی بیشتر، قابلیت حلالیت بهبود یافته و توانایی بیشتري در مقایسه با مواد در مقیاس بزرگتر یا میکرو دارند.
تعداد زیادي از بزرگترین شرکتها نظیر Heniz، Kraft foods و Nestle در حال سرمایه گذاري در نانوتکنولوژي و تجاري کردن محصولات هستند. به عنوان مثال، آنها نانوتکنولوژي را براي تغییر دادن ساختار مواد غذایی نظیر بستنی با امولسیونهاي نانو ذرات براي بهبود دادن بافت، به کار برده اند. اجزاء فعال اینکپسوله شده نانو شامل ویتامین ها و اسیدهاي چرب، در حال حاضر به طور تجاري براي استفاده در فرآوري و نگهداري نوشیدنی ها، گوشت، پنیر و غذاهاي دیگر فروخته می شود.
به عنوان مثال، تولید گوشت عمل آوري شده و سوسیس به جهت تسریع فرآیند، ثبات رنگ و بهبود دادن طعم و مزه به افزودن افزودنی هاي زیادي نیاز دارد. Aquanova، یک شرکت آلمانی، نانوتکنولوژیی بر اساس سیستم حامل با استفاده از میسل هاي سی نانومتري براي اینکپسوله کردن اجزاء فعال نظیر ویتامین C و E و اسیدهاي چرب که می توانند به عنوان نگهدارنده استفاده شوند، ایجاد کرده است. Aquanova ، این میسلها را به نام NovaSol می فروشد. نشریه صنعت آلمان Fleischwirtschaft،ادعا کرده است که NovaSol مزایاي قابل توجهی شامل فرآوري سریع تر گوشت، اجزاء ارزانتر و پایداري بیشتر رنگ را ارائه می دهد. Shefer ، یک سیستم چند جزیی ایجاد کرده است. این سیستم اجزاء فعال چند گانه را که خوب با هم مخلوط نمی شوند نظیر اجزاء محلول در آب و محلول در چربی، به طور یکنواخت و متوالی منتشر می سازد
