بخشی از مقاله
چکیده
تقاضای مصرف کننده برای غذاهای طبیعی و حداقل فرآیندشده، صنعت غذا را مجبور به کاهش استفاده از نگهدارندههای سنتزی و جایگزینی آنها با ترکیبات طبیعی کردهاست. موادضدِمیکروب، ترکیبات زیستفعالی می باشند که از رشد میکروارگانیسمهای فاسدکننده یا بیماریزای مواد غذایی، ممانعت میکنند. پایداری این ترکیبات زیستفعال با گذشت زمان، کاهش و دچار تجزیه و افت فعالیت میشوند.
نانوانکپسولاسیون از عواملضدِمیکروبی در مقابل شرایط نامطلوب محیطی محافظت میکند. انکپسولاسیون ترکیبات طبیعیضدِمیکروب سبب کنترل آزادسازی این ترکیبات، امکان بهکارگیری غلظتهای بیشتری از ترکیباتضدِمیکروبی در نواحی ویژه و بهبود مکانیسمهای جذب در سلولهای میکروبی میشود. نانوحاملها میتوانند محافظت، آزاد سازی و پایداری ترکیبات ضدِمیکروبی را بهبود دهند و سبب هدایت آنها به محل عمل شوند در این مقاله، مروری بر نانوساختارهای مورد استفاده بهعنوان حاملهای ضدِمیکروبی غذایی شامل نانوامولسیونها، نانولیپوزومها، نانوذرات و نانوفیبرها خواهد شد.
.1 مقدمه
تقاضای مصرف کننده برای غذاهای طبیعی و حداقل فرایندشده، صنعت غذا را مجبور به کاهش استفاده از نگهدارندههای سنتزی و جایگزینی آنها با ترکیبات طبیعی کرده است. با این وجود خیلی از این ترکیبات طبیعی کارایی پایین و هزینه بالاتری را نسبت به ترکیبات سنتزی دارند و همچنین ممکن است با ترکیبات غذا واکنشهای ناخاسته انجام دهند. از این رو، انکپسولاسیون از ترکیباتضدِمیکروب در برابر واکنشهای شیمیایی و واکنشهای ناخواسته با سایر ترکیبات غذا محافظت کرده و انحلال پذیری و پایداری ترکیبات زیستفعال1 را طی فراوری و انبار مانی بهبود می بخشد. بعلاوه، انکپسولاسیون ترکیبات زیستفعال آزاد سازی آنها را کنترل کرده و سبب بهبود جذب و دسترسی زیستی آنها می شود.
نانوانکپسولاسیون - Nanoencapsulation - بجز محفاظت از ترکیباتضدِمیکروبی در مقابل تجزیه یا تبخیر، سبب افزایش نسبت سطح به حجم سیستمهای نانوانکپسولاسیون - سیستمهایی در مقیاس نانو، کوچکتر از 100نانومتر - می شود. این افزایش نسبت سطح به حجم می تواند غلظت ترکیباتضدِمیکروبی را در محلهایی که میکروبها به آنجا تمایل بیشتری دارند را افزایش دهد و همچنین می تواند مکانیسمهای جذب سلولی که موجب افزایش فعالیت ضدِ میکروبی می شود را بهبود دهد3]و.[2 نانوحاملها - Nanovehicles - میتوانند محافظت، آزاد سازی و پایداری ترکیباتضدِمیکروبی را بهبود دهند و سبب هدایت آنها به محل عمل شوند
خیلی از ترکیبات انکپسوله شدهاند؛ برخی از این ترکیبات شامل آنتی اکسیدانها[5]، طعم دهندهها [6] و ترکیبات ضدِ میکروب [7] می باشند. این مقاله بر سیستمهای نانوانکپسولاسیون برای ترکیبات ضدِمیکروبی در مواد غذایی تمرکز دارد.
.2 نانوذرات
عبارت نانوذرات1 برای نانوسفرها - nanospheres - و نانوکپسولها - nanocapsules - مورد استفاده قرار گرفته است. نانوسفر، یک ماتریکس پلیمری است که ترکیبات فعال میتوانند جذب سطح آن شوند و یا درون آن کپسوله گردند. یک نانوکپسول سیستمی وزیکولی - system Vesicular - است که ترکیب فعال در هسته مایعی آن محبوس شده است.[8] عملکرد نانوذرات بستگی به ویژگیهای فیزیکوشیمیایی - از جمله جمله اندازه، ریخت شناسی، بار الکتریکی و حالت فیزیکی - آنها دارد.
خروج با نمک2، امولسیفیکاسیون/ انتشار خودبخودی، تبخیر حلال، پلیمریزاسیون، نانوترسیب نمودن3 و الکتروافشانی4 مثالهایی از روشهای مناسب برای تولید نانوذرات با کاربردهای غذایی می باشند.[10] نانوذرات لیپیدی جامد - SLN - 5 ذراتی شامل یک ماتریکس با دیواره لیپیدی جامد می باشند. از برتریهای SLN نسبت به نانوامولسیونها و نانوسفرها میتوان به نیازمند نبودن نسبت به حلالهای آلی هنگام تهیه، بازده بالاتر انکپسولاسیون و همچنین نشان دادن زمانهای طولانیتر رهاسازی اشاره نمود. برای فرایندهای غذایی روشهای هموژنیزاسیون گرم و سرد برای تولید نانوذرات توصیه شده اند.
.3 نانوامولسیونها
نانوامولسیونها - Nanoemulsions - ، سیستمهای کلوئیدی پایدار با اندازهی ذرات در حد نانو - کمتر از 100 نانومتر - می باشند؛ که از پراکنده نمودن یک مایع در مایع نامحلول دیگر با استفاده از امولسیفایرهای مناسب تهیه میشوند
در مقایسه با میکروامولسیونها، نانوامولسیون شفافترند و پایداری بهتری دارند .[11] در میان نانوامولسیونهای پرکاربرد میتوان به امولسیونهای زیر اشاره کرد: - 1 - نانوامولسیون روغن در آب - O/W - ، - 2 - امولسیونهای چندگانه - - Multiple emulsions روغن-در-آب-در-روغن - O/W/O - و آب-در-روغن-در-آب - 3 - - W/O/W - امولسیونهای چند لایه که شامل قطرات احاطه شده با لایههایی از پلی الکترولیتهای مختلف در اندازه نانو، می باشند
نانوامولسیونهای روغن در آب میتوانند ترکیبات ضدِمیکروبی با انحلال پذیری پایین در آب را کپسوله و رهاسازی نمایند؛ و بدین طریق سبب بهبود پایداری فیزیکی و افزایش توزیع ترکیب فعال در ماتریسهای غذایی شوند.
نانومتر بودن اندازه قطرات باعث افزایش واکنش بین ترکیب فعال و غشای سلول باکتری می شود و درنتیجه سبب کاهش پایداری غشای لیپیدی و متعاقب آن نشت مواد درون سلولی باکتری می گردد 30]و.[29 روغنهای ضروری بهطور کلی بهعنوان افزودنیهای ایمن - GRAS - غذایی طبق قوانین سازمان غذا و داروی آمریکا - FDA - شناخته شدهاند. این ترکیبات در مقابل میکروارگانیسمهای عامل فساد موادغذایی و میکروارگانیسمهای بیماریزا از خود فعالیتضدِمیکروبی نشان دادهاند. با این وجود، انحلالپذیری اندک در آب، تبخیر و ویژگیهای حسی این ترکیبات، کاربرد آنها را در فرآوردههای غذایی محدود کردهاست.
.4 نانولیپوزومها
نانولیپوزومها - Nanoliposomes - ، ساختارهایی در مقیاس نانو می باشند، که در آنها دنبالههای هیدروکربنی هیدروفوبیک فسفولیپیدها در تشکیل یک دیواره دولایهای شرکت می کنند، بهصورتی که سرهای قطبی این فسفولیپیدها از هر طرف - محیط خارج و داخل لیپوزوم - بهطرف فاز آبی میباشند. لیپوزومها قادر به انکپسوله کردن، تحویل و آزادسازی مواد محلول در آب، غیر محلول در آب و ترکیبات آمفیفیلیک می باشند. برای کاربرد در صنایع غذایی، نانولیپوزومها را میتوان با استفاده از منابع طبیعی، از جمله تخم مرغ، سویا یا شیر که دارای فسفولیپیدهایی با فعالیت بیولوژیکی هستند، تهیه کرد. روشهای تولید نانولیپوزومها، بدون بکارگیری حلالهای سمی، میکروفلوئیدیزاسیون و گرمادهی است
برهمکنش ساختارهای لیپوزوم با سلولهای هدف ممکن است بهوسیلهی جذب سطحی لیپوزومها بر روی سطح سلول، همجوشی با غشاء سلولی و آزادسازی ترکیب فعال بوسیله میکروپینوسیتوز1 و به دلیل یک اندوسیتوز2 اختصاصی یا غیراختصاصی، صورت پذیرد
.5 نانوفیبرها
نانوفیبرها - Nanofibers - ، ساختارهای اولترانازکی با قطر ذرات کمتر از 100 نانومترهستند که اغلب توسط چرخش الکتریکی3 تولید میشوند. چرخش الکتریکی فرآیندی است که بطور پیوسته فیبرهای پلیمری را از طریق عمل یک میدان الکتریکی خارجی اعمال شده بر روی یک محلول پلیمری، تولید میکند. موادی همچون کربوهیدراتها، پروتئینها و لیپیدها میتوانند در تولید این نانوذرات مورد استفاده قرار گیرند. اغلب کارهای انجام گرفته با نانوفیبرها در زمینه بستهبندی مواد غذایی بوده است. مشتقات کاتیونی سلولز خصلت آبدوستی، زیست تخریبپذیری و ویژگیهای ضدِمیکروبی خوبی را نشان می دهند. این ویژگیها به این ترکیبات امکان استفاده در منسوجات، موادغذایی، مواد آرایشی بهداشتی و صنایع دارویی را دادهاست
