بخشی از مقاله
چکیده
نانو ذرات نقره فعالیت ضدمیکروبی بی نظیری علیه دسته وسیعی از میکروارگانیسم ها نشان داده واخیراً مورد توجه بسیاری از پژوهشگران قرار گرفته اند. لذا نتایج آزمایشات فراوان، آنها را بر آن داشت که از این تکنیک در بسته بندی بسیاری از موادغذایی استفاده داشته باشند. از مزایای کلی فناوری نانو در بسته بندی موادغذایی میتوان به پایداری شیمیایی و حرارتی، انعطاف پذیری بسته و استفاده از مواد ضدمیکروبی اشاره کرد. باوجود این مزایا، مضراتی از جمله احتمال بروز اثرات سمی بر ماده ی غذایی محتمل است.
همچنین به دلیل آنکه نانو ذرات به صورت طبیعی هضم و یا استنشاق نمی شوند، اثرات بر فلور میکروبی دهانی و روده ای از محتمل ترین فرضیات است. برای جلوگیری از تاثیرات نانویی بر بدن خواصی همچون اندازه ی ذرات، جرم، ترکیبات شیمیایی، خواص سطحی و اینکه چگونه نانو ذرات خاص در کنار یکدیگر جمع میشوند، را باید مورد توجه قرار داد.
مقدمه
تکنولوژی نانو در واقع استفاده از مواد و ساختارها در مقیاس نانومتر است. در این ساختارها حداقل یک بعد از آنها دارای طول 1-100 نانومتر است. ساختار های نانو خاصیت های فیزیکی و شیمیایی متفاوتی نسبت به ساختار های مشابه اما در مقیاس بزرگتر ازخود نشان می دهند. مواد نانو در بسته بندی فعال و ضدمیکروبی کاربردهای متنوعی دارند.
همچنین فناوری نانو در بسته بندی گوشت کاربرد های بسیاری دارد. از مزایای کلی فناوری نانو در بسته بندی گوشت میتوان به پایداری شیمیایی و حرارتی، انعطاف پذیری بسته و استفاده از مواد ضدمیکروبی اشاره کرد. گوشت های بسته بندی شده با فناوری نانو، در عین حال که ماندگاری بیشتری دارند، بسته بندی آنها وزن کمتر و قابلیت بازیافت بهتری نیز دارند .
تاریخچه نانو
اولین جرقه ی فناوری نانو در سال 1959زده شد که در این سال ریچارد فایتمن این ایده را مطرح ساخت. و واژه ی فناوری نانو در سال 1947 توسط استاد دانشگاه توکیو به رباتها جاری شد. تلاش های اولیه ی موفقیت آمیز در تهیه ی نانو کامپوزیتها به دهه ی شصت و هفتاد قرن بیستم میلادی باز میگردد. اما در سال 1980 با تهیه ی نانو کامپوزیتها بر پایه ی نایلون -6 خاک رس به صورت تجاری سرعت بیشتری پیدا کردکه عمده ترین کاربرد آن در خودرو سازی و صنایع بسته بندی بود.
نانو ذرات نقره
نانو ذرات نقره یکی از متداول ترین نانو ذرات قابل استفاده در بسته بندی فعال است و از آن به عنوان عامل های ضدمیکروبی استفاده می شود. از طریق پوشاندن مواد با نانوذرات نقره و یا قراردادن یون های مثبت نقره - کاتیون نقره - در نانو کامپوزیت ها امکان ایجاد بسته بندی ضدمیکروبی مؤثر و امن فراهم می شوداخیراً. بعضی از ترکیبات نقره از سوی سازمان امنیت موادغذایی اروپا ارزیابی و به عنوان افزودنی های ضدمیکروبی برای مواد بسته بندی اعلام شده اند. این تکنولوژی در برخی از نقاط جهان مثل کره جنوبی، چین و آمریکا استفاده شده است. یکی از مشکلات مطرح در استفاده از نانوذرات نقره هزینه ی زیاد آن است و این موضوع باعث شده است در برخی از تحقیقات از نانو ذره های دیگری مثل روی و کلسیم و... در بسته بندی ضدمیکروبی استفاده شود.
نحوه عملکرد نانو ذرات نقره
خاصیت ضد میکروبی ترکیبات نقره و اکسید روی ازگذشته بسیار دور شناخته شده و کاربرد های فراوانی درضدعفونی کردن وسایل پزشکی، تصفیه آب و بهبود زخم ها، کرم ها، لوسیون ها و پماد های ضدباکتری دارند - . - 3 مکانیسم ضد میکروبی نانوذرات فلزی حاصل از این فلزات هنوزدقیقاً مشخص نیست. بر اساس مطالعات محققان، این مکانیسم ممکن است به صورت القای تنش اکسیداتیو به غشای سلول میکروبی به دلیل آزاد سازی گونه های اکسیژن فعال - ROS - یا آزاد سازی یون از سطح ذره و اتصال به غشای سلول وانهدام آن میباشد.
مقدار مجاز نانو ذرات
به دلیل ویژگی ضد میکروبی فوق العاده ی نقره و سمیت اندک یون های نقره ی آزاد برای سلول های پستانداران، علاقه برای استفاده از این نانو ذرات جهت کاربردهای غذایی در حال افزایش است. با این حال قوانین اتحادیه ی اروپا حد مجاز یون های نقره در مواد غذایی را به /0 5 میلی گرم نقره در کیلوگرم محدود کرده است.
فعالیت ضدمیکروبی نانوذرات نقره
Kumar وMünstedt در سال 2005آزادسازی یو ن نقره ازکامپوزیت پلی آمید/ نقره را بررسی کردند. آن ها به این نتیجه رسیدند که عوامل مختلفی از قبیل غلظت نقره، سطح ویژه و پراکندگی نقره در پلی آمید در میزان آزاد شدن نقره از پلیمر موثرند. تأثیر کامپوزیت در کاهش دو باکتری استافیلوکوکوس اورئو س و اشرشیاکلی پس از 14،7،1و28روز بررسی شد. نتایج نشان داد پلی آمید حاوی %8 نقره قادر به کاهش این باکتری ها به ویژه پس از 28 روز است.
Damm و همکارانش در سال 2007ترکیب مشابه ی از پلی آمید و نقره تهیه نمودند با این تفاوت که به جای ترکیبات یونی نقره از نانوذرات نقره استفاده کردند. آن ها طی فرآوری مذاب مخلوط پلی آمید 6 استات نقره، نانوذرات نقره را از طریق احیای حرارتی یون های نقره ایجاد کرده و سپس آزاد سازی یون نقره از پلی آمید 6 حاوی%2 وزنی نانوذره نقره را موردبررسی قرار دادند. نتایج پایش نشان داد از هر سانتی متر مربع پلی آمید 6 در هر روز حدود 17 Jنقره به یک لیتر مایع و ارد می شود، در حالی که آزاد سازی ترکیبات یونی نقره بسیار شدیدتر و سریع تر است.
پلی آمید حاوی %8 وزنی نقره پس از 28 روز باکتری های استافیلوکوکوس اورئو س واشرشیاکلی را به ترتیب به میزان 3 و 2 سیکل لگاریتمی کاهش داد، اما نانوکامپوزیت حاوی %2 نانوذرات نقره رشد اشرشیا کلی را تا 6 سیکل لگاریتمی کم تر کرد و اثر ضدباکتریایی آن حتی پس از 100 روز قرارگیری در آب به همان میزان باقی ماند. این تفاوت بیان گر این است که نانوذرات نقره نسبت به ترکیبات معمولی نقره به دلیل سرعت آزاد شدن آهسته تر و نسبت سطح به حجم بیش تر می توانند اثر بهتری در مقابله با میکروارگانیسم ها حتی در، زمان طولانی تر داشته باشند.
Jiang و همکاران در سال 2004 لایه های نازکی از نانوذرات نقره را روی سطوح رزین های سیلیکونی، فولاد ضد زنگ وکاغذ که همگی از نوع قابل استفاده جهت مواد غذایی بودند قرار داده و اثر ضدمیکروبی آن را روی باکتری لیستریا مونوسیتوژنز بررسی کردند. شمار باکتری ها در حضورنانوذرات نقره پس از 6 ساعت شروع به کاهش کرد و بعد از12 ساعت رشد باکتری هاکاملاً متوقف شد. مطالعات محققان نشان می دهد که استفاده از نانو ذرات نقره در بسته بندی مواد غذایی دارای خاصیت ضد میکروبی بالایی در برابر طیف وسیعی از کپک ها، مخمر ها و باکتری هادارند - . - 7
Tankhiwale و همکارش فیلتر کاغذی را در محلول نیترات نقره به تعادل رسانده و سپس از طریق احیای سیترات نانوذرات نقره درون فیلتر کاغذی ایجاد شدند. فعالیت ضد میکروبی علیه باکتری اشرشیاکلی به صورت کیفی و به روش سنجش انتشار آگار - - Agar Diffusion Assay مورد ارزیابی قرارگرفت. ایجاد ناحیه شفاف در اطراف دیسک ها پس از 2 روزگرمخانه گذاری در دمای 37 درجه سانتی گراد بررسی شد. در اطراف دیسک های حاوی نانوذرات نقره ناحیه شفاف که نشان دهنده ی عدم رشد باکتری بود ایجاد شد، در حالی که درمورد دیسک های شاهد تراکم زیادی از کلنی ها مشاهده شد - . - 9
پوشش دهی نمونه های کاغذ با نانوذرات نقره به وسیله ی تابش اولتراسونیک نیز انجام شده است. نمونه های کاغذ درون محلول 25 یا 100 میلی مولار نیترات نقره غوطه ور شده و سپس محلول ها به مدت 30 یا 60 دقیقه تحت تابش امواج اولتراسوند با شدت زیاد قرار گرفتند. هر دو سری نمونه و 60 min /100Mm 30min /20Mm در داخل کشت های حاوی اشرشیاکلی و استافیلوکوکوس اورئو س معلق شده و تا 4 ساعت در دمای 37درجه سانتی گراد تحت لرزش گرمخانه گذاری شدند. هر دو نمونه علیه هر دو باکتری اثرضد میکروبی قوی نشان دادند. علت تأثیر مشابه هر دو تیمار احتمالا به اندازه کوچک تر نانو ذرات نقره در تیمار 30min / 20Mm مربوط می شود - . - 4
Jokar و همکارانش نانوذرات نقره را به روش فرآوری مذاب وارد پلی اتیلن با دانسیته ی پایین کرده و اثر ضدمیکروبی نانوکامپوزیت به دست آمده را روی میکروارگانیسم های اشرشیاکلی، استافیلوکوکوس اورئو س وکاندیدا آلبیکانس بررسی کردند. نمونه های نانوکامپوزیت حاوی بیش از6/69 نانوذره نقره به خوبی علیه این میکروارگانیسم ها موثر بودند. در غلظت های بالاتر نانوذره اثرضد میکروبی قوی تری مشاهده اما و یژگی های مکانیکی فیلم تضعیف شد.
هم چنین فیلم نانوکامپوزیت پلی اتیلن با دانسیته پایین حاوی نانوذرات نقره به و سیله ی اکسترودر دو مارپیچ تهیه شده و برای بسته بندی و نگهداری آب پرتقال در دمای 4درجه سانتی گرادبه کار رفت. نگهداری 56 روز به طول انجامید و شمارش کلی باکتری ها و شمارش کلی کپک و مخمر انجام شد. در نمونه های بسته بندی شده دربسته بندی نانوکامپوزیت حاوی نانوذرات نقره هم تعداد باکتری و هم تعداد کپک و مخمر نسبت به نمونه های شاهدکم تر بود.
غلظت یون های نقره در آب پرتقال با استفاده از اسپکتروفتومتر جذب اتمی کم تر از ppm10 تعیین شد که نشان دهنده ی مهاجرت بسیار اندک یون های نقره ازبسته بندی به درون آب پرتقال است. به علاوه فیلم نانوکامپوزیت حاوی نانو ذرات نقره به طور معنی داری قادر به کاهش لاکتوباسیلوس پلانتاروم در آب پرتقال می باشد. کیتوزان به عنوان یک ماده ی ضدباکتریایی که علیه گروه وسیعی از میکروارگانیسم ها موثر است شناخته شده است.
