نانو و صنایع غذايي
نانو شامل بستهبنديهاي هوشمند، مواد نگهدارنده و مواد خوراكي تعاملي (interactive) است، كه به مصرفكنندگان اجازه ميدهد موادغذايي را با توجه به ذائقه و نيازغذايي مورد نظرشان تغيير دهند.
بيشتر غولهاي توليدكنندهء موادغذايي مانند Nestle,Kraft,Heinz و Unilever برنامههاي تحقيقاتي مشخصي در اين زمينه دارند تا بتوانند سهم بازار خود را در دهههاي آينده حفظ كنند. اين به آن معنا نيست كه مواد غذايي بهطور اتمي تغيير پيدا كنند و يا با نانوماشينها توليد شوند، زيرا آرزوي توليد غذاهاي مولكولي با كمك نانو ماشينها فعلاً عملي نيست.
با علم به قابليتهاي فنآوري نانو اميد است بتوان سيستمهاي فعلي فرآوري مواد غذايي را تغيير داده، محصولاتي مطابق با فرهنگ تغذيهء سالم به بازار عرضه كرد. محققان همچنين اميدوارند بتوانند با استفاده از مواد افزودني، كيفيت مواد غذايي و هضم و جذب غذا را در بدن افزايش دهند. اگر چه بعضي از اين اهداف دور از انتظار به نظر ميرسد، اما امروزه صنايع بستهبندي از فنآورينانو در محصولات خود كمك ميگيرند.
1- بستهبندي و سلامت مواد غذايي
پيشرفت در بستهبندي هوشمند براي افزايش عمر مفيد محصولات غذايي، هدف بسياري از شركتهاست. اين سيستمهاي بستهبندي قادر خواهند بود پارگيها و سوراخهاي كوچك را با توجه به شرايط محيطي (مانند تغييرات دما و رطوبت) ترميم و مصرف كننده را از فساد مادهء غذايي آگاه سازند. فنآورينانو ميتواند در مواردي مانند افزايش مقاومت به نفوذ در پوششها، افزايش ويژگيهاي ديواره (مكانيكي، حرارتي، شيميايي و ميكروبي)، افزايش مقاومت در برابر گرما، گسترش ضدميكروبهاي فعال و سطوح ضد قارچ كارساز است.
چشماندازهاي مالي فنآورينانو، صنايع بستهبندي را پررونق نشان ميدهد. سهم بازار اين صنعت در حال حاضر حدود 1/1 ميليارد دلار است و پيشبينيميشود تا سال 2010 به 3/7 ميليارد دلار آمريكا برسد. با اين وجود، صنعت بستهبندي هوشمند از آنچه پيشبيني شده بود جلوتر رفته و نشانههاي تكامل آن به خوبي پيداست. تحقيقات سازمان مالي Frost and Sullivan نشان داد كه علاقهء مشتريان به مواد غذايي سالم و تازه در بستهبنديهاي مناسب، موجب پيشرفت اين صنعت شده است. سازمان هاي زيادي وجود دارند كه در زمينهء سيستمهاي بستهبندي هوشمند فعاليت ميكنند، از جمله شركت توليدكنندهء مواد غذايي Kraft كه با همكاري دانشگاه راتگرز در حال فعاليت روي پروژهء زبان الكترونيكي (electronic tongue) است تا آن را به بستهبنديها اضافه كند. اين نوع بستهبندي شامل رشتهاي از نانوحسگرهاست كه نسبت به گازهايي كه از مواد غذايي آزاد و موجب فساد آنها ميشوند، به شدت حساس بوده و تغيير رنگ ميدهند كه اين تغيير رنگ، علامت واضحي از سلامت يا فساد مادهء غذايي است. شركت Bayer Polymer كيسهاي پلاستيكي با نام 2601-2Durethan KU توليد كرده است كه از محصولات موجود در بازار سبكتر و محكمتر است، همچنين مقاومت بيشتري در برابر گرما از خود نشان ميدهد. هدف اوليه از توليد پلاستيكهاي بستهبندي مواد غذايي، جلوگيري از خشك شدن محتويات آنها و محافظت در مقابل رطوبت و اكسيژن است. پوشش جديد غني از نانوذرات سيليكات است. اين نانوذرات تا حد زيادي از نفوذ اكسيژن، گازهاي ديگر و رطوبت جلوگيري ميكنند و فساد مواد غذايي را به تعويق مياندازند. سازمانهاي ديگر به كمك فنآورينانو در حال يافتن راهي براي تشخيص فساد مواد غذايي هستند. به عنوان مثال شركت AgroMicron ،
افشانهء تشخيصدهندهء نانوبيولومينسانس را ساخته كه شامل پروتئين لومينسانت است. در اين طرح، افشانه سطح ميكروبهايي مانند Salmonella و E. coli را پوشانده، و از خود نوري ساطع ميكند و به اين روش فساد مواد غذايي تشخيص داده ميشود. اين شركت اميدوار است بتواند محصول مورد نظر را با نام BioMark وارد بازار كند. در حال حاضر اين شركت در حال ساخت افشانههايي با روشهاي جديد است تا بتواند از آنها در حمل و نقل دريايي استفاده كند. در راهبرد مشابه، براي اطمينان از سلامت مواد غذايي، محققان اتحاديهء اروپا در پروژهء Good Food از نانوحسگرهاي قابل حمل براي يافتن مواد شيميايي مضر، پاتوژنها و سمها در مواد غذايي استفاده ميكنند.
با اين كار، ديگر نيازي به فرستادن نمونههاي مواد غذايي به آزمايشگاه براي تشخيص سلامت و كيفيت محصولات در كشتزارها و كشتارگاهها نيست. همچنين اين پروژه، در حال توسعه به كارگيري زيست تراشههاي DNA براي كشف پاتوژنهاست. اين روش ميتواند در تشخيص باكتريهاي مضر و متفاوت موجود در گوشت يا ماهي و يا قارچهاي ميوه موثر باشد. اين پروژه در نظر دارد با گسترش ميكروحسگرهاي رشتهاي، بتواند آفتكشهاي ميوه و سبزيجات را به همان خوبي كه شرايط محيطي كشتزارها را كنترل ميكند تشخيص دهد. اين نوآوري به نام حسگرهاي Good Food ناميده ميشود. پروژه سرمايهگذاري شده اتحاديهء اروپا به نام BioFinger كه هدف آن، ساخت ابزارهاي ارزان با توان تشخيص آسان در سلامت محيطزيست است، فعاليت ديگري در زمينهء آناليز مواد غذايي دارد. در ابزارهايي كه از حامل (cantilever) استفاده ميكنند، روش به اين صورت است كه تيرك (Tip) با ماده شيميايي پوشانده شده و در برخورد با مولكولهاي خاصي، سيگنال ايجاد ميكنند. BioFinger با استفاده از اين حاملها كه به يك ميكروتراشه متصل است كوچكتر و قابل حمل ميشود.
ارتش آمريكا در حال ساخت حسگرهاي فوقالعادهاي است كه از آنها در مقابل حملهكنندهها به مواد غذايي استفاده ميشود. در سيستمهاي كنوني چندين روز طول ميكشد تا وجود پاتوژنها در مواد غذايي تشخيص داده شود. تشخيص سريع پاتوژنها به وسيلهء اين حسگرها به زودي باعث فراگير شدن اين فنآوري در صنعت مواد غذايي خواهد شد. محققان دانشگاه بن در حال ساخت پوششهاي دفعكنندهء آلودگي براي بستهبنديها با استفاده از اثر لوتوس (نيلوفر آبي( )قطره آب از سطح برگهاي نيلوفر آبي ميلغزد و در نتيجه هرمهاي موم مانند نانومقياس، سطح برگ را ميپوشاند) هستند. كشتارگاهها و محلهاي فرآوري گوشت نيز ميتوانند از اين فنآوري استفاده كنند. گروه تحقيقاتي دانشگاه انگليسي ليدز دريافتند كه نانوذرات اكسيد منيزيم و اكسيد روي باعث از بين بردن ميكروارگانيزمها ميشوند. استفاده از اين مواد بسيار ارزانتر از نانوذرات نقره است و ميتوانند كاربرد زيادي در بستهبندي مواد غذايي داشته باشند. فنآوري شناخت فركانسهاي راديويي (RFID) در بيش از 50 سال پيش توسعه يافت، ولي امروزه اين فنآوري راه خود را براي كنترل مواد غذايي در مغازهها پيدا كرده است. در اين فنآوري با استفاده از ميكروپردازشگرها ميتوان دادهها را به گيرندههاي بيسيم ارسال كرد. امروزه ميتوان از اين روش براي كنترل اقلام غذايي از انبار تا دست مصرفكننده بهره گرفت. برخلاف باركدها كه نياز به اسكن دستي و خواندن يك به يك دارند، برچسبهاي RFID نيازي به خوانده شدن خطي نداشته و امكان خواندن تعداد زيادي از آنها در يك ثانيه وجود دارد. فروشگاههاي زنجيرهاي مانند Wal Mart ، Home Depot گروه Metro و Tsco در حال آزمايش اين فنآوري هستند. ضعف اصلي اين روش، افزايش هزينه توليد است كه نتيجه ساخت سيليكوني آن است. با تركيب فنآورينانو و الكترونيك (نانوترونيك) اين برچسبها ارزانتر و كارآتر شده، همچنين پيادهسازي آنها آسانتر ميشود.
گروهي از دانشمندان شمال اروپا، كنسرسيوم نانوغذايي را با هدف توسعهء كاربردهاي فنآورينانو در اين صنعت و با تاكيد بر مواد غذايي سالم و مطمئن تشكيل دادهاند. اين مجمع، متشكل از شركتهاي Arla Foods, Danisco A/S, Ar hus United A/S, Danish Crown amba و مركز ميان رشتهاي نانوعلوم است.
با تاكيد بر فراهم آوردن مواد غذايي سالم براي مشتريان، اولويتهاي اين كنسرسيوم عبارت از توسعهء حسگرهايي كه قادر به تشخيص سريع سم در تركيبات و يا باكتريهاي مضر در نمونههاي غذايي باشند، گسترش سطوح ضد باكتري براي ماشينهايي كه در توليد مواد غذايي بهكار ميروند، گسترش ساخت پوششهاي محكمتر و ارزانتر، توليد مواد غذايي با تركيبات خوراكي سالمتر است.
تحقيقات مركز دانمارك در بخش پژوهشهاي پيشرفته غذايي (LMC) كه از همبستگي موسسات دانماركي فعال در زمينهء علوم غذايي تشكيل شدهاند، برنامههاي خود را در چارچوب هفتمين برنامهء خود به صورت زير اعلام ميدارد:
درك پايهاي از مواد غذايي و تغذيه حيوانات براي نوآوري هوشمند;
سيستمهاي زيستشناسي در تحقيقات غذايي;
بازنگري زيستي در بخش محصولات غذايي;
پيشرفتهاي فنآوري;
علم مواد خوراكي;
نوآوريهايي بر اساس نياز مشتري و ارتباطات غذايي.
آنها معتقدند، تمركز روي اين برنامهها ميتواند موجب دستيابي كامل و چند جانبه در تحقيقات و توسعهء مواد غذايي در اروپا شود. همچنين اميدوارند از نانو موادي با ويژگيهاي كاربردي به منظور استفاده در نانوحسگرها و فنآوري نانوسيالات در صنايع غذايي استفاده كنند. پيشرفت در مواد بستهبندي هوشمند، امكان كنترل شرايط محصولات در طول حمل و نقل و استفاده از روشهاي بستهبندي مبتني بر زيستشناسي را براي ما مهيا ميكند.
2- فرآوري مواد غذايي
فنآوري نانو علاوه بر بستهبندي، تاثير زيادي روي گسترش مواد غذايي كاربردي و تعاملي دارد; موادي كه به نيازهاي بدن پاسخ داده، ميتوانند در رسانش مواد غذايي موثر باشند. گروههاي تحقيقاتي مختلفي در حال كار روي ساخت مواد غذايي جديد بر اساس تقاضا هستند. اين مواد به صورت غير فعال در بدن باقي ميمانند و مواد غذايي را در صورت نياز به سلولها ميرسانند.
عنصر كليدي اين بخش، توسعهء نانوكپسولهايي است كه با استفاده از آنها در مواد غذايي ميتوان كار رسانش را به خوبي انجام داد. از پيشرفتهاي ديگر در فرآوري مواد غذايي، افزودن نانوذرات به مواد خوراكي براي افزايش جذب آنها در بدن است.
يكي از بهترين نانواييها در غرب استراليا در استفاده از نانوكپسولهايي كه شامل روغن ماهي تن (منبع غني از اسيدهاي چرب امگا 3) بودهاند، موفق بوده است. اين مركز از نانوكپسولها در پرفروشترين نوع نان خود به نام tip-top استفاده ميكند و اين ذرات فقط هنگامي باز و شكسته ميشوند كه وارد معده شوند، به اين ترتيب از مزهء ناخوشايند روغن ماهي جلوگيري ميشود.
شركت Nutralease در رژيم اشغالگر قدس، از فنآوري ساختارهاي مايع خود آراي نانومقياس (NSSL) براي رسانش مواد غذايي استفاده ميكند. اين ذرات به شكل مايسل (كرههاي توخالي كه از چربي ساخته شده و درون آن آب است) با قطر حدود 30 نانومتر هستند. مواد خوراكي يا nutraceuticals داراي آب دروني هستند و ميتوانند براي حمل موادي مانند ليكوپن، بتا-كاروتن، لوتين، فيتوسترولها، 10CoQ و DHA/EPA مورد استفاده قرار بگيرند. اين ذرات به تركيبات اجازه ميدهند كه به راحتي از طريق معده وارد رگهاي خوني شوند. بنابراين دسترسي زيستي آنها افزايش مييابد. اين فنآوري را در حال حاضر كارخانجات Shemen براي رسانش روغن فعال Canola وارد بازار كردهاند. اين شركت ادعا ميكند ميتواند جذب كلسترول را در كيسه صفرا تا 14 درصد كاهش دهد.
تعدادي از شركتهاي شيميايي در حال تحقيق روي افزودنيهايي هستند كه بدن به راحتي قادر به جذب آنهاست و ميتوانند عمر مفيد محصولات را افزايش دهند. سازمان بينالمللي علوم رسانش زيستي در حال توسعهء نانوحلزونهايي با ذرات پيچشي 50 نانومتري است كه ميتواند در رسانش موادي مانند ويتامينها، ليكوپن و اسيدهاي چرب امگا3 به سلولها به كار گرفته شود، بدون اينكه در مزه و رنگ مواد غذايي تاثير داشته است. صنايع غذايي Kraft ، گروهي محقق از 15 دانشگاه مختلف را تشكيل داده است تا با كمك فنآوري نانو در مورد غذاها تحقيق كند. اين مورد به مصرفكنندگان اجازه ميدهد تا بين رنگها و طعمهاي مختلف انتخاب كنند. اين مجمع همچنين روي توسعهء مواد غذايي هوشمند با كمك نانوحسگرها كه باعث آزادسازي تدريجي موادغذايي ميشود فعاليت ميكند. اين نانوكپسولها با مواد غذايي تركيب ميشوند ولي تا زمان مناسب، غير فعال باقي ميمانند. تمامي پيشرفتهاي جديد موجب ميشود مفهوم موادغذايي كامل به واقعيت نزديك شود و انتظار ميرود تا فوايد ديگري در زمينهء انرژي، عملكردهاي تشخيصي، كاربردهاي ايمني بهتر و توسعهء محصولات ضد پيري براي مصرفكنندگان وجود داشته است. امروزه از فنآورينانو در صنايع آرايشي مانند ساخت كرمهاي شفاف استفاده ميشود. شركت Royal BodyCare كه از فنآورينانو علوم غذايي استفاده ميكند محصول جديدي با نام NanoCeuticals را وارد بازار كرده كه امولسيوني از ذرات با قطر كمتر از پنج نانومتر است. اين شركت ادعا ميكند اين محصول، راديكالهاي آزاد را جمعآوري كرده، آبرساني را بالا برده و pH بدن را تنظيم ميكند. اين شركت همچنين در حال توسعهء نانوخوشهها و پودرهاي نانومقياسي است كه با مكملهاي غذايي تركيب ميشوند و هنگام مصرف، قدرت جذب مواد غذايي را در بدن افزايش ميدهند.
شركتهاي مواد غذايي و آرايشي در همكاري با يكديگر به دنبال سازوكاري جديد براي رسانش ويتامينها و جذب مستقيم آنها از پوست هستند. به عنوان مثال شركت Nestle كه 49 درصد از سهام شركت LOreal را داراست در حال ساخت كرم ضدآفتاب شفافي است كه ويتامين E را مستقيما به پوست ميرساند. هدف، ساخت كرمي است كه به وسيله پوست جذب شده و ويتامين E را به آرامي آزاد كند، بهعلاوه داراي ماده محافظ UV نيز است. در حال حاضركرمهاي شفاف ضد UV در بازار موجود است و LOreal انتظار دارد اين كرم با كاربردهاي بيشتري بازار را در برگيرد. رقيبان ديگر مانند Estee Lauder در حال ساخت فرمولهاي ضدپيري هستند كه از نانوذرات تشكيل شدهاست. شركت آمريكايي Oilfresh محصول نانوسراميكي جديدي وارد بازار كرده كه مصرف روغن را در رستورانها و غذاهاي آماده به نصف كاهش ميدهد. در نتيجه اين تغيير بزرگ، از اكسيد شدن محصولات به دليل چربيهاي درون روغن جلوگيري ميشود. مورد ديگر اين است كه روغن سريعتر داغ شده و انرژي مورد نياز براي پخت كاهش مييابد.
اخيرا دانشگاه واخنينگن در هلند مركز تحقيقاتي را تاسيس كرده كه در حال كار روي كاربرد فنآورينانو در صنايع غذايي است. مركز بيوفنآوري واخنينگن روي موضوعات مختلفي ازجمله تشخيص كيفيت و سلامت غذا، پوششدار كردن و رسانش مواد غذايي، ميكرو و نانو ابزارهايي براي پردازشهاي شيميايي و فيزيكي، زيستشناسي شيميايي، نانو سمشناسي; بررسي فنآوري و علم مشتري متمركز شده است. شركت آلماني Aquanova در حال توسعهء فنآوري جديدي است كه در آن دو ماده فعال را با هم تركيب كرده و در كاهش چربي از طريق نانوحاملها (كرههاي تو خالي با قطر 30 نانومتر) استفاده ميكند. اين نوآوري ميتواند دستيابي جديدي در كنترل وزن است. شركت NovaSOL Sustain از 10CoQ براي كاهش چربي اسيدهاي alpha-lipoic براي رفع گرسنگي استفاده ميكند. همچنين اين فنآوري براي توليد ويتامينهايي مانند SoluE كه از دسته ويتامينهاي E است و همچنين SoluC كه از دسته ويتامينهاي C است، استفاده ميشود.
در يك راهبرد متفاوت، شركت Unilever در حال توليد بستنيهاي كمچرب با كاهش ذرات امولسيون است. با اين عمل اميد است كه استفاده از اين ذرات، ميزان چربي را تا 16 درصد كاهش دهد. مركز بينالمللي Woodrow Wilson ، موسسهء بورس تحصيلي در آمريكا، پايگاه دادهاي از مشتريان بازار فنآورينانو تشكيل داده و بهزودي 15 مورد را كه ارتباط مستقيم با صنايع غذايي دارند اعلام ميكند. اين فهرست شامل nanocetical هاي توليدي شركت RBC ، Life Science و روغن فعال Canola صنايع Shemen و نانوذرات نقره استفاده شده در يخچالهاي شركت LG است. امروزه بسياري از كشورهاي جهان به توانايي فنآورينانو در صنايع غذايي پي بردهاندو در حال سرمايهگذاري قابلتوجهي در اين راه هستند.
موسسهء استاندارد موادغذايي انگلستان (FSA) تحقيقاتي براي دستيابي به توانايي استفاده از فنآورينانو در غذا و مشخصاً بستهبندي موادغذايي ترتيب دادهاست. همزمان دولت اين كشور نيز بودجهء بيشتري براي تحقيق و توسعه در زمينهء غذاهاي كاربردي، سيستمهاي رسانش موادغذايي و شيوههاي بهينهسازي ظاهر غذا مانند رنگ، مزه و غلظت در نظرگرفته است. با افزايش تاثيرات فنآورينانو بر صنايعغذايي و ورود اين محصولات به بازار مصرف، اهميت سلامت اين دسته از موادغذايي بيشتر مطرح ميشود. اين نياز، پذيرش فنآورينانو را در كاربردهاي حسي، قويتر خواهد كرد و از همين راه ميتوان به سلامت موادغذايي پي برد. مانند نوعي فنآوري كه نزديك بودن تاريخ انقضاي موادغذايي را به خريداران و فروشندگان هشدار ميدهد. پوششهاي ضدميكروبي جديد و كيفهاي پلاستيكي دفعكنندهء آلودگي، پيشرفتچشمگيري در اطمينان از سلامت و امنيت غذاهاي بستهبندي داشتهاند. اگرچه توجه زيادي به كاربرد فنآورينانو در صنايعغذايي و محصولات موجود در بازار شدهاست، اما هنوز هم تواناييهاي استخراج نشدهء بسياري مانند آنچه قبلاً در بحث دستكاري ژنتيكي عنوان شد، وجود دارد.
موسسهء علوم و فنآوري غذايي انگلستان، در گزارشي نشان داده است كه دادههاي مطمئن بيشتري مورد نياز است تا بتوان نانوذرات را به مواد غذايي اضافه كرد. اين گزارش اشاره ميكند كه قوانين جاري، شركتها را براي برچسبزدن روي اقلامي كه شامل نانوذرات است مجبور نميكند، بنابراين بعيد است مشتريان بتوانند از وجود اين مواد در اقلام غذايي مطلع شوند. گفته ميشود براي ارزيابي سلامت اين دسته از مواد غذايي بايد به تاثيرات اندازه ذرات در كنار نوع تركيبات توجه شودزیتون ایرانی.
)
