كاربردهاي فناوري نانو در صنايع غذايي:
حوزه هاي كاربردي فناوري نانو درصنايع غذايي را مي تواند درحوزه هاي مختلف كاربردي به شش دستة زير تقسيم بندي نمود:
• نگهداري غذا
• بهبود طعم و رنگ
• سلامت غذا
• بسته بندي
• توليد غذاو فرآيندهاي غذايي
در ادامه به تشريح هر قسمت و نمونه هاي كاربردي مربوطه كه تا بحال وجود داشته است پرداخته مي شود.
• نگهداري
فناوري نانو از سه طريق ميتواند در نگهداري مواد غذايي مؤثر واقع شود: ضدعفوني و ضد ميكروب نمودن سطوح: فناوري نانو با جاب هجا كردن سطح پوشش مواد ميتواند تقريبا از ورود هر ميكرو ارگانسيم يا ميكروب به غذا جلوگيري كند. ميكروبكشها با نانو ذرات و نانو قطراتي مانند روغنهاي گياهي و الكها، دوستدار محيط زيست بوده و براي سلامت انسان بي ضرر هستند.
حفظ آنتي اكسيدانها:
نگهداري آنتي اكسيدانهاي حساس مانند ويتامينهاي ,A/D/E/Kاسيد چرب امگا 3 و بتاكاروتن همواره يك عامل كليدي در حفظ غذا بوده است. استفاده از نانو حفرهها و می تواند خراب شدن چنين مواد بي ثباتي در طول فرآيند ودرزمان انباربودن جلوگيري كند.
دستورزي و كنترل فعاليت آنزيمها:
یکی از دغدغه های شرکت های صنایع غذایی جهان ،نگهداری و معصون نگهداشتن آن از اسیب آنزیمی است. اگر بتوان به روشی آنزیم ها را از محیط غذایی دور کرد فساد ماده غذایی به تاخیر می افتد.
فناوري نانو در شناسايي و طراحي ساختمان آنزيمها كاربرد مهمي دارد. فناوري نانو توانايي كنترل متابوليسم آنزيمها توسط تغيير در ساختمان و افزودن ديگر ذرات فعال را دارد. بنابراين مي توان فعاليتهاي آنزيمها را از اين طريق تحت كنترل در آورد.مانند روکش کردن آنزیمها که بااستفاده از فناوري نانو می توان با روکش کردن آنزیمها ،آنها را از محیط فعالیت دور کرد ومانع از اثر آنها شد .یکی از روشهای روکش کردن آنزیم توسط یک ساختار پلیمری است. دراین روش یک شبکه نانو کامپوزیتی را با فرآیند پلیمریزاسیون دراطراف هر ملکول آنزیمی ایجاد می کند تا از تخریب آن جلوگیری شود.روکش کردن آنزیم درصنایع غذایی یکی ازفرایندهای مهم برای حفظ کیفیت نگهداری مواد غذایی است.
• بهبود طعم و رنگ
افزودني هاي شاخص نانو در نانو غذا:
امروزه فقط تعداد كمي از محصولات غذايي در Switzerland و جود دارد، كه با افزودني هاي شاخص نانو مستحكم مي شوند. اينها شامل عوامل anti-caking است كه فرآيند ضخيم شدن ادويه ها را متوقف مي كند. اين شامل Silicic acid (اكسيد سيليكون يا (E551) كه به مواد پودري شامل شاخص نانو ذرات تجزيه مي كنند. تركيبات نانو سنتزي هم چنين براي انكپسولاسيون استفاده مي شوند. براي مثال همراه كردن با كاروتنوييدها يا ويتامين ها به منظور محلول كردن در آب، نگهدارندگي بيشتر يا جذب بهتر به وسيله يون، مي باشد. همچنين اين افزودني ها بي ضرر بودن را بهبود مي بخشد.
• بهبود بسته بندي مواد غذايي:
محققان US راهي براي نگهداري مواد غذايي به صورت تازه تر و يا مدت زمان طولاني نگهداري و با استفاده كمتر از مواد بسته بندي يافتند. نانو تكنولوژي روشي است براي كنترل شاخص كه مواد منحصر به فرد توليد كند.با استفاده از يك ساختار نانو، گاز و بخار آب از پلاستيك مي توان براي نگهداري ميوه ها،سبزي ها، و نوشيدني ها و ديگر مواد غذايي مي توان طراحي كرد. با استفاده از ذرات نانو، بطري ها و بسته بندي ها مي توانند روشن تر و مستحكم تر و با كارايي حرارتي بهتر و جذب كمتر گاز شوند. اين خصوصيات مي تواند عمر نگهداري محصولات را با كمتر شدن هزينه حمل و نقل افزايش دهد.
نفوذپذيري نسبت به گاز در بسته بندي نانو:
متخصصين دريافتند كه پلي اتيلن اكسايد(PEO) هنگامي كه به عنوان يك لايه نانو محدود مي شود، كريستاله شده و به عنوان يك تك لايه، شباهت به تك كريستال نفوذناپذير دارد كه به اندازه 100 بار از ميزان نفوذپذيري گاز در اين پليمر مي كاهد. اين محققين همچنين اشاره كردن كه با استفاده از فرآيند كو اكستروژن يك لايه جديد تكثير مي يابد كه در پليمر ذوب شده وبا هم تركيب مي يابند. تكثير لايه ها به چهار يا چندين لايه ساختار جديدي را به وجود مي آورد كه به طور پيشرونده اي نازك تر است و به موجب آن در ماده ذخيره مي شود.
معجزه نانو در ماندگاری موادغذایی بسته بندی شده:
در تحقيقاتي که در مصر باستان انجام پذيرفت، مشخص شد که نوع رنگ به کار رفته بر روي ظروف سفالي يافته شده، از نوعي ذرات نانويي تشکيل شده است. در تحقيقاتي که در مصر باستان انجام پذيرفت، مشخص شد که نوع رنگ به کار رفته بر روي ظروف سفالي يافته شده، از نوعي ذرات نانويي تشکيل شده است اين نوع رنگ را بر روي شيشه هايي که در برخي از ساختمان هاي باستاني به کار رفته بود نيز پيدا کرده اند. فن آوري نانو را مي توان به عنوان ياري رسان آينده صنايع بسته بندي به خصوص در دو زمينه بسته بندي مواد غذايي و کشاورزي به حساب آورد. فن آوري نانو اين توانايي را به بشر بخشيده است تا عمق ذرات، تا حد مولکول، اتم و حتي ذرات کوچک تر از اتم را بشناسد و قادر باشد با انجام تغييراتي در اين ذرات غيرقابل دسترسي، آنها را به صورت دلخواه خود تغيير داده و مورد استفاده قرار دهد. نکته اي که اين فن آوري را براي دانشمندان امروزي جالب توجه کرده و آن را به عنوان مرکز جديد توجه دانشمندان مختلف درآورده است، کاربرد فوق العاده وسيع اين فن آوري در تمامي صنايع و حيطه هاي فعاليت خلق شده توسط بشر است. شايد باور اين موضوع کمي براي مردم عادي و حتي برخي از دست اندرکاران اين علم سخت و يا حتي غير ممکن باشد ولي از فن آوري نانو حتي مي توان در زمينه ساخت لوازم موسيقي نيز کمک گرفت. اخيرا دانشمندان اسپانيايي نانو موفق شده اند، گيتاري طراحي کرده و بسازند که در آن از فن آوري نانو کمک گرفته شده است تا اين نياز ملي اسپانيايي ها را به مجموعه توليدات اين فن آوري افزون نمايند. نانوکامپوزيت ها بسيار سبک هستند و به دليل خواص ممانعت کنندگي شان، براي بسته بندي ماءالشعير بسيار مناسب هستند. از نانوکامپوزيت هاي خاک رسي نيز مي توان براي توليد مواد اوليه بطري هاي ماءالشعير استفاده کرد. مهم ترين خصوصيت اين مواد، بازدارندگي آنان از خروج گاز CO2 در اين نوشيدني هاست. استفاده از فن آوري نانو خروج دي اکسيد کربن را دراين نوشيدني ها به حداقل مي رساند. قابل توجه است که توليدکنندگان ماءالشعير و نوشيدني هاي تخميري سال هاست به دنبال ممانعت کننده اي مي گردند که اين گاز را در داخل بطري ها براي مدت زمان طولاني نگهداري نمايد. يکي ديگر از موارد استفاده نانو در صنعت توليد نوشيدني ها که مي توان آن را يک معجزه بزرگ نام نهاد، تسترهاي نانو هستند که مي توان از آن ها در تست طعم و مزه انواع نوشيدني ها سود برد. در حقيقت اين وسيله يک زبان الکترونيکي است. البته نانو هداياي ديگري نيز براي صنعت بسته بندي مواد غذايي به همراه داشته است که شايد مهم ترين آنها فيلم هاي نانو باشد. اين فيلم ها قادرند باعث افزايش زمان ماندگاري محصول توليد شده شوند و به اين ترتيب به محيط زيست نيز کمک مي کنند چرا که محصول با زمان ماندگاري بيشتر يعني هدر رفت کمتر مواد. به علاوه به دليل ضخامت اندک اين فيلم ها، از انعطاف پذيري بالاتري نسبت به فيلم هاي معمولي برخوردارند. اين نازکي در شفافيت اين فيلم ها نيز موثر بوده و به زيبايي محصول نيز کمک مي کنند. البته نازکي فيلم هاي نانو، به اين معني نيست که آنها از مقاومت و استحکام مناسبي برخوردار نيستند بلکه از فيلم هاي معمولي نيز محکم تر هستند. اين فيلم هاي نانويي در برابر گرماي محيط ، مقاومت بالاتري داشته و براي پرکني داغ نيز بسيار مناسب هستند. از ديگر مزاياي اين فيلم ها مقاومت در برابر ضربه است. واضح است که همين فيلم ها به تنهايي موفق شده اند بسياري از خواسته هاي دست اندرکاران بسته بندي را يک جا برآورده سازند و حتي از آن نيز فراتر رفته و به نگراني هاي زيست محيطي نيز پاسخ داده است و در صرفه جويي در مصرف انرژي نيز نقش مهمي ايفا نموده است. يکي ديگر از موارد کاربرد نانو در ممانعت کنندگي استفاده از پوشش هاي اکسيد آلومينيوم در مقياس هاي نانو است که بسيار شبيه به اکسيد سيليس بوده اما از ممانعت کنندگي بهتري برخوردار است. از ديگر هداياي نانو، براي صنعت بسته بندي مي توان به انواع حس گرهاي توليدي اين صنعت اشاره نمود. يکي از معروف ترين و کارآمدترين اين حس گرها، حس گرهاي RFID هستند که کمک بسيار زيادي به جلوگيري از فاسد شدن مواد غذايي بر روي قفسه فروشگاه ها و داخل يخچال منازل مي کند. فيلم هاي متالايز از ديگر دست آوردهاي نانو است. اين فيلم ها با اين که از چند لايه مختلف و در نهايت از يک لايه فلز تشکيل شده اند، تنها 40 تا 50 نانومتر ضخامت دارند و به راحتي مي توان از آنها به عنوان جايگزين فيلم ها و ورقه هاي فويل آلومينيوم استفاده کرد. اين فيلم هاي متالايز از خواص ممانعت کنندگي بسيار مطلوبي برخوردارند و مي توان آنها را در بسته بندي موادي که به اکسيژن حساس هستند، به کار برد. يکي از دست آوردهاي نانو که پيش تر اشاره کوتاهي به آن داشتيم، Nanoclayها هستند. اين نوع خاک رس به راحتي در بخش هاي مختلف توليد فيلم قابل استفاده است و از آن مي توان به عنوان يک بازدارنده بسيار مطلوب در صنايع نوشيدني سودبرد. راندمان بالاي Nanoclayها شايد بارزترين ويژگي آن باشد. اگر تنها 10 درصد از مواد تشکيل دهنده يک فيلم از Nanoclayها باشد تا 75 درصد خاصيت بازدارندگي در آن محصول ايجاد مي نمايد. به علاوه از سختي مناسبي نيز برخوردار است. يکي از شاهکارهاي Nanoclayها ، خاصيت اشتعال ناپذيري آن مي باشد. همان طور که مي دانيم، پلاستيک از اشتعال پذيري بالايي برخوردار است که با استفاده از Nanoclay ها به عنوان يک لايه پوشش دهنده، مي توان اين خاصيت را از پلاستيک گرفت و ايمني آن را تا حد بسيار بالايي افزايش داد. از Nanoclayها مي توان حتي در توليد درب پوش ها نيز استفاده نمود چرا که اين مواد از EVOH ساخته شده اند و براي انواع مايعات نوشيدني و غير نوشيدني مناسب مي باشد. کاربرد نانو در بسته بندي هاي اکتيو (فعال) نيز کاملا مشهود است چرا که در اين بسته بندي ها، مهم ترين نگراني در مورد جذب و مصرف اکسيژن است. به علاوه خاصيت ضدميکروبي نيز براي اين نوع بسته بندي بسيار مهم است که محصولات نانو به خوبي به اين نياز پاسخ مي دهند. حتما به ياد داريد که پيش تر در همين مقاله، به انواع حس گرهاي نانو اشاره کرديم و مهم ترين آنها يعني RFID را مثال زديم.
چند نمونه ديگر از اين حس گرها:
همان طور که مي دانيم، مهم ترين نگراني موجود در صنعت بسته بندي، نگراني هاي زيست محيطي است. حس گرهاي دمايي و اکسيژن براي رفع چنين نگراني هايي طراحي شده اند. حس گرهايي نيز براي اعلام فساد باکتريايي و يا سمي، طراحي و توليد شده اند. اين حس گرها را مي توان مانند برچسب هاي RFID به صورت مجزا از بسته بندي توليد نمود و يا آنها را داخل فيلم هاي مختلف بسته بندي و به عنوان بخشي از فيلم توليد کرد. اين فيلم ها با تغييرات اسيدي رخ داده در غذا، تغيير رنگ داده و فساد محصول را اعلام مي نمايند. اين نوع حس گرها را مي توان بر روي انواع بسته بندي و حتي بسته بندي هاي کاغذي و فلزي چاپ نمود. رنگ، پس از فاسدشدن محتوي بسته بندي، قابل تغير است. از ديگر حس گرها که براي اعلام فساد از آنها استفاده نمي شود، حس گرهاي رسيدگي انواع ميوه جاتي است که به صورت نارس بسته بندي مي شوند تا وقتي به دست مصرف کننده مي رسد، رسيده باشد و زود فاسد نشود. حس گرهاي RFID دو نوع هستند. يک نوع از اين برچسب ها خود داراي باتري بوده و فرستنده امواج دارند که البته بسيار گران قيمت هستند و به نوع Active مشهور هستند ولي نوع Passive آنها انرژي را از محيط مي گيرد و نياز به باتري ندارد به همين دليل از قيمت پايين تري برخوردار است. مواد چسبي توليد شده با استفاده از فن آوري نانو از خاصيت خشک شوندگي سريعي برخوردارند و ثبات بيشتري در برابر مايعات دارند. ميزان چسب مورد استفاده بسيار ناچيز است و ضخامت چسب مصرفي در حدود 50 نانومتر است.
• توليد
كاربرد فناوري نانو در زمينه توليد غذا ميتواند از يك طرف در صنعت كشاورزي و از طرف ديگر در ابداع راههاي جديد براي توليد غذا كه ديگر به شرايط طبيعي وابسته نباشد، مورد اهميت قرار گيرد. عمده اين كاربردها عبارتند از:
آناليز و شناسايي محصولات كشاورزي:
چيپ ها يا نانوسنسورها مي توانند آفت، آنتي بيوتيك ها و ژنهاي مختلف را دقيقا تشخيص دهند.
توليد غذاهاي GM:
باكي بال هاي قالبريزي شده با اطلاعات ژنتيكي مي توانند ژنها و عناصر را به نقاط مطلوب حمل كنند.
توليد آفتكش / دارو و حمل آنها:
مانند زمينة دارويي در انسان ، نانو ذرات و نانوكپسولها در بهبود اثر دارو كمك خواهند كرد و اثرات جانبي را كاهش مي دهند
سنتز و توليد غذا :
آرايش بسيار ريز افزودني هاي غذايي مي تواند گروههاي جديد غذايي را با سنتز مواد تغذيه اي مورد نياز، طعم دهي تركيبات و پيوند آنزيمها با هم توليد كند. اين روش باعث كاهش زياد وابستگي صنايع غذايي به محيط زيست طبيعي شده و به عنوان يك ايدة متفاوت در اين زمينه بدون نياز به ملزومات غذاي طبيعي به خدمت درخواهد آمد