اهمیت نانوتکنولوژی در صنایع غذایی

فهرست مطالب

اهمیت نانوتکنولوژی در صنایع غذایی

طلسم جادویی این توانایی را دارد که هر چیزی را که لمس می شود به طلا تبدیل کند، در سناریوی واقعی یکی از این طلسم ها “نانو فناوری” است که قدرت اسرارآمیزی دارد تا هر زمینه ای را که با آن لمس می شود متحول کند. نانوتکنولوژی در حال نفوذ به حوزه صنایع غذایی و ایجاد پتانسیل های بزرگ است. کاربردهای نانوتکنولوژی در صنایع غذایی عبارتند از: کپسوله‌سازی و تحویل مواد در مکان‌های هدف، افزایش طعم، وارد کردن نانوذرات ضد باکتری به مواد غذایی، افزایش ماندگاری، تشخیص آلودگی، بهبود ذخیره‌سازی مواد غذایی، ردیابی، و حفاظت از برند. فرآوری نانو مواد غذایی و محصولات می تواند رنگ، طعم یا ویژگی های حسی را تغییر دهد. آنها همچنین عملکرد تغذیه ای را تغییر می دهند، مواد شیمیایی یا پاتوژن ها را از غذا حذف می کنند. مواد بسته بندی نانو مواد غذایی ممکن است فوایدی داشته باشد از جمله افزایش عمر مواد غذایی به دلیل بسته بندی با مانع بالا، بهبود ایمنی مواد غذایی، هشدار به مصرف کنندگان، برای آلوده شدن یا فاسد شدن مواد غذایی، ترمیم پارگی بسته بندی، و حتی آزاد کردن مواد نگهدارنده برای افزایش عمر مواد غذایی در بسته بندی. از نانوبارکدها برای برچسب زدن ایمنی و نظارت بر توزیع محصولات غذایی استفاده می شود. نانومکمل‌ها را می‌توان به‌راحتی با تکنیک‌های کپسوله‌سازی برای سیستم‌های تغذیه و دارورسانی به‌طور مؤثر ترکیب کرد. از آنجایی که سلامت نقش مهمی در مواد غذایی ایفا می کند، مزایای فناوری نانو باید مورد توجه قرار گیرد.

 

فرآوری مواد غذایی

فرآوری مواد غذایی عبارت است از تبدیل مواد خام به غذا و سایر اشکال آن از طریق بازارپسندی و ماندگاری طولانی. فرآوری شامل ادغام مواد مغذی، غنی‌سازی مواد معدنی و ویتامین‌ها، عوامل ژل‌سازی و ویسکوزکننده، تحویل مواد مغذی، حذف سموم، پیشگیری از عوامل بیماری زا، نگهداری و بهبود قوام غذا که برای بازاریابی و توزیع بهتر است. غذاهای فرآوری شده معمولاً نسبت به غذاهای تازه کمتر در معرض فساد زودرس هستند و برای حمل و نقل طولانی از منبع به طرف مصرف کننده مناسب تر هستند. همه اینها امروزه با ادغام فناوری نانو موثرتر شده است. نانوذرات به بسیاری از غذاها اضافه می‌شوند تا خواص جریان، رنگ و پایداری در طول فرآوری را بهبود بخشند یا ماندگاری را افزایش دهند. سیستم های تحویل کپسول نانو نقش مهمی در بخش فرآوری ایفا می کند و ویژگی های رفتاری با کپسوله کردن محلول های ساده، کلوئیدها، امولسیون ها، پلیمرهای زیستی و غیره درون غذا حفظ می شود. لیپیدهای ساختاری خود سامان در اندازه نانو به عنوان یک حامل مایع از اجزای سالم نامحلول در آب و چربی ها به نام نانو قطره عمل می کنند. آنها برای جلوگیری از انتقال کلسترول از دستگاه گوارش به جریان خون استفاده می‏شوند.

نانوکپسوله سازی

کپسولاسیون تکنیکی است که به وسیله آن مواد حساس درون یک پوشش بسته بندی می شوند. مواد پوششی از مواد حساس در برابر واکنش های نامطلوب محافظت می کند و رهاسازی مواد را کنترل می کند. علاوه بر این، فرآیند کپسوله‌سازی می‌تواند مایعات را به پودر تبدیل کند که کار با آن‌ها آسان است. نانوکپسوله سازی مزایای متعددی از جمله افزایش پایداری، سهولت در حمل و نقل، حفظ مواد فرار، محافظت در برابر اکسیداسیون،pH  و رهاسازی کنترل شده توسط رطوبت، ایجاد طعم، تحویل متوالی چندین ماده فعال، تغییر در طعم، و افزایش فراهمی زیستی و کارایی دارند. نانوکپسوله‌ها اساساً به شش روش به نام‌های نانو رسوب، انتشار امولسیونی، امولسیون دوگانه، انقباض امولسیونی، پوشش پلیمری و لایه به لایه تهیه می‌شوند. از نانوکپسوله ها برای چربی دوست کردن مکمل‌های بهداشتی مانند ویتامین‌ها و مواد معدنی موجود در غذا، اسیدهای چرب و هورمون‌های رشد، افزایش محتوای مواد مغذی غذا استفاده می شود.

نانوکپسوله سازی برای حفظ مواد زیست فعال حساسی مانند اسیدهای چرب امگا 3، کاروتن ها، ویتامین ها، کوآنزیمQ10، پلی فنول ها و غیره در برابر شرایط محیطی مخرب در حین فرآیند و تحویل می تواند مورد استفاده قرار گیرد. از جمله نانوحاملهایی که میتواند به عنوان پوشش با مزایای بی شمار مورد استفاده قرار گیرد نانوفیبر ها و نانوهیدورژل ها می باشند. نانوذرات سیلیس بعنوان مثال، به عنوان عوامل ضد انعقاد در غذاهای فرآوری شده دانه ای یا پودری (مانند پودر گوجه فرنگی، نمک خوراکی و ادویه جات) استفاده می شود. این نانومواد، از انباشته شدن جلوگیری کرده و خاصیت ریزش را حفظ می کنند. همچنین نانوذرات سیلیس به علت زیست سازگاری بالا و فرمولاسیون راحت با دارو برای انتقال و رهاسازی هدفمند دارو مورد استفاده قرار می گیرد.

نانو امولسیون

نانوامولسیون برای تحویل عملکرد ترکیبات یکی از حوزه های نوظهور فناوری نانو است که در صنایع غذایی کاربرد دارد. نانوامولسیون‌ از قطرات روغن در اندازه‌های نانومتری، بین 10 تا 100 نانومتر تشکیل شده‌اند که در یک فاز پیوسته آبی، پراکنده شده‌اند. قطره احاطه شده توسط مولکول های سورفکتانت نانوامولسیون می توانند از ترکیبات طعم دهنده در برابر شرایط تولید و در طول عمر مفید نوشیدنی محافظت کنند. ادعا می شود که نانوامولسیون ها می توانند طعم را جذب کرده و از آن در برابر دما، اکسیداسیون، واکنش های آنزیمی و هیدرولیز محافظت کنند و از نظر ترمودینامیکی در محدوده وسیعی از مقادیر pH  پایدار هستند. کاربرد نانوامولسیون در بستنی موجب شده بتوان بستنی با محتوای چربی کمتر از 16% واقعی به 1%  بدون لطمه زدن به طعم و مزه تولید کرد. امولسیون آب در روغن با اندازه 10 تا 500 نانومتر با هدف دستیابی به ذوب سریعتر و ساده تر از طریق افزودن پلی سوربات ها و غیره مورد استفاده قرار گرفته است. ادعا شده است که میسل به ذوب شدن یکنواخت غذاهای منجمد در مایکروویو کمک می کند.

بسته بندی غذا

نیاز به حفاظت، مقاومت در برابر دستکاری و نیازهای فیزیکی، شیمیایی یا بیولوژیکی خاص مواد غذایی با بسته بندی مواد غذایی برطرف می شود. همچنین با برچسب روی بسته مواد غذایی می توان هرگونه اطلاعات تغذیه ای در مورد غذای مصرف شده را بدست آورد. بسته بندی اهمیت زیادی در حفظ مواد غذایی دارد تا آن را به بازار عرضه کند. نوآوری ها در بسته بندی منجر به بسته بندی با کیفیت و رویکرد مشتری پسند با ماندگاری بالا، زیست تخریب پذیری و بسیاری موارد دیگر شده است. فناوری نانو در بسته بندی بر اساس هدف کاربرد دسته بندی می شود.

بسته بندی مواد غذایی با کمک فناوری نانو می تواند به طور کلی به سه دسته اصلی زیر تقسیم بندی شود.

بسته بندی بهبود یافته: به موجب آن، نانومواد در ماتریس پلیمری مخلوط می‌شوند تا خواص مانع گاز، و همچنین مقاومت در برابر دما و رطوبت بسته‌بندی را بهبود بخشند.

  • بسته بندی فعال: با استفاده از نانومواد برای تعامل مستقیم با غذا یا محیط زیست برای محافظت بهتر از محصول نشان داده شده است. به عنوان مثال، نانوذرات نقره و پوشش‌های نقره می‌توانند خواص ضد میکروبی داشته باشند، و از مواد دیگر به عنوان جاذب اکسیژن یا فرابنفش استفاده می‌شود.
  • بسته بندی هوشمند/هوشمند: این نوع بسته بندی برای تشخیص تغییرات بیوشیمیایی یا میکروبی در غذا، به عنوان مثال شناسایی پاتوژن های خاص در حال رشد در غذا، یا گازهای خاص ناشی از فاسد شدن غذا طراحی شده است. بنابراین برخی از بسته بندی های”هوشمند” نیز برای استفاده به عنوان دستگاه ردیابی برای ایمنی مواد غذایی یا جلوگیری از تقلب ساخته شده است. نانوتکنولوژی های مورد استفاده در بسته بندی مواد غذایی در سراسر جهان در حال افزایش است و بسیاری از شرکت های بین المللی مواد غذایی در حال بررسی کاربردهای بالقوه آنها هستند. در میان کاربردهای نانوتکنولوژی برای بخش مواد غذایی، مواد غذایی مشتق شده از فناوری نانو بیشترین سهم را از بازار پیش‌بینی‌شده فعلی و کوتاه‌مدت تشکیل می‌دهند. برخی از نمونه‌ها عبارتند از آنزیم‌های ترکیب شده با نانو ذرات طلا برای تشخیص میکروب‌ها، سنجش گاز مربوط به شرایط محصولات غذایی مانند نانوفیبریل‌های فلوروفورهای مبتنی بر پریلن با شناسایی آمین‌های گازی، فاسد شدن ماهی و گوشت را نشان می‌دهند. سایر موارد شامل نانوکامپوزیت‌های اکسید روی و اکسید تیتانیوم برای تشخیص ترکیبات آلی فرار است. نانوبارکدها برای برچسب گذاری و همچنین برای امنیت استفاده می شوند. بنابراین استفاده از حسگرهای هوشمند برای مصرف کنندگان از نظر شناسایی با کیفیت بهتر و تولیدکنندگان برای توزیع سریع و احراز هویت محصولات غذایی مفید است.
  • بسته بندی ضد میکروبی

موانع شامل نانوذرات طبیعی برای کنترل رشد میکروبی است که منجر به پاتوژن ها یا فساد می شود. نانو ذرات نقره در همه اشکال از جمله بیوتکسیل، لوازم الکتریکی، یخچال، ظروف آشپزخانه استفاده می شود. نانوذرات نقره به صورت توده ای عمل لازم را نشان می دهند و یون های آن توانایی مهار طیف وسیعی از فرآیندهای بیولوژیکی در باکتری ها را دارند. ماهیت ضد باکتریایی اکسید روی با کاهش اندازه ذرات افزایش می‌یابد، می‌توان آن را با نور مرئی تحریک کرد و در تعدادی پلیمر از جمله پلی پروپیلن ترکیب می‌شوند. چیتوسان،یک پلیمر زیستی مشتق شده از کیتین است که اخیراً خواص ضد میکروبی آن گزارش شده است.  بسته بندی ضد میکروبی محصولی بسیار سالم و مشتری پسند خواهد بود.

  • بسته بندی زیست تجزیه پذیر

آلودگی مهمترین عاملی است که بر خصوصیات محیطی تأثیر می گذارد. اثر پلاستیک های تجزیه ناپذیر طبیعت خاک را تغییر می دهد و تجمع گازهای سمی در جو منجر به گرم شدن کره زمین می شود، از این رو پلاستیک های زیست تخریب پذیر وارد عمل شدند اما فاقد استحکام مکانیکی و نفوذپذیر در برابر آب و گاز هستند. مواد بسته بندی ترکیب شده با فناوری نانو (ساخته شده از نانوذرات طبیعی یا مصنوعی) بر این معایب (کمی استحکام و نفوذپذیری) غالب است و دارای ترکیب خواص زیست تخریب پذیر و تجدیدپذیر با استحکام مکانیکی بالا هستند. نانوذرات به صورت پروتئین، کربوهیدرات، لیپید از حیوانات و از مواد گیاهی، همچنین اکسیدهای فلزی نانوذرات و نانولوله های کربنی استفاده می شود. علاوه بر این، کلاژن، زین، سلولز از ذرت به صورت نانوالیاف سنتز می شود و طبیعت آن بسیار متخلخل است. این نانو مواد به نانورس ها اضافه شده و برای بسته بندی راحت استفاده می شوند. آنها همچنین دارای خواص جدید اضافی مانند حسگری، عملکرد ضد باکتریایی هستند و بعنوان بیوکاتالیست مورد استفاده قرار می گیرند.

در نتیجه، فناوری نانو به عنوان ابزار مهمی برای غلبه بر چالش‌های موجود مرتبط با مواد بسته‌بندی عمل خواهد کرد. این پیشرفت تأثیر مثبتی بر ماندگاری، کیفیت، ایمنی و امنیت مواد غذایی خواهد داشت که در نهایت به نفع مصرف کنندگان و تولیدکنندگان خواهد بود. با این حال، اصول احتیاطی باید اعمال شود و تحقیقات بیشتری به ویژه در مورد رفتارهای مهاجرت نانومواد در غذا و اثرات بالقوه آنها بر سلامت/ایمنی و همچنین محیط زیست مورد نیاز است. یک راه حل بسته بندی پایدار تنها در صورتی می تواند به دست آید که از نظر اجتماعی مسئولیت پذیر، از نظر اقتصادی مقرون به صرفه و از نظر زیست محیطی مناسب باشد.

 

تجربه مشتریان
TESTIMONIAL
سوالات متداول
FAQ
دیدگاه ها
COMMENTS

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.