انتخاب امولسيفايرها
ر انتخاب امولسيفايرها سه نكته بايد مدنظر قرار گيرد.
1) مشكل موردنظر كه قرار بر رفع آن با استفاده از امولسيفايرها است بايد توسط طراحان مواد غذايي مشخص شود.
3) مشخص كردن اينكه امولسيفاير چه كاري مي‌تواند براي رفع اين مشكل انجام دهد.
ادامه ـــــــــــــــــــــــــمطلبـــــــــــــــــــــــــــــــ را ببينيد
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.
|
مقدمه |
مرکز تخصصی مقالات کشاورزی
کاربرد نانوفناوری در علوم غذا و صنایع غذا یی:
نانو فناوری و نانو علم از پتا نسیل قوی برای بهبود اقتصاد و استاندارد های زندگی بشر برخودار است و کاربرد ان در حوزه های مختلف از جمله ساخت مواد ، الکترونیک و رایانه ، پزشکی و بهداشت ، امنیت ملی و دفاعی ئ غیره روز به روز بیشتر می شود . مهمترین ابزار نانو فناوری ساخت نانو مواد است که در شاخه های مختلف علوم از جمله علوم ذا کاربرد دارند . از جمله کاربرد های نانو مواد در علوم غذا و صنایع غذایی ، می توان به بسته بندی ، تولید غذا های ملکو لی ، برچسب گذاری و پایش ، افزودنی های غذایی ، غذا های دارای انتشار مخصوص در بدن و روکش کردن انزیم ها اشاره نمود .
نتیجه گیری و توصیه ها :
بر اساس نظر غالب پژوهشگران نانو فناوری و نانو علم ، دستیابی به فناوری نانو یکی از پایه های تحیکم استقلال و امنیت ملی کشور ها است . جایگاه نانو فناوری در علوم غذا از دو جنبه سلامت غذا و تغذیه و نیز مبارزه با گرسنگی اشکار و پنهان قابل بررسی می باشد . با تو جه به ضرورت اشنایی دانشجویان و پژوهشگران رشته های و ابسته به علو م غذا ، تد ریس مبانی کاربردی نانو فناوری در دور ه های تحصیلات تکمیلی رشته های وابسته به علو م غذا همچون علوم صنایع غذا یی ، دامپزشکی و تغذیه توصیه می گردد.
مقدمه :
نانو فناوری توانا یی کار در سطح ملکو لی یا اتمی ، برای ایجاد ساختار های بزرگ و کاملا نو با سازماندهی ملکو لی است . تاکنون تعاریف متعدد ی بای نا نو فناوری ارایه شده است . در حالی که برنامه های پیشگامی ملی نانو تکنو لو ژی امریکا برای اینکه موضوعی را درسطح نانو فناوری بشناسد سه شرط قایل است :
1 _ هر گونه تحقیق یا توسعه فناوری که در سطح اتمی ، ملکو لی یا ماکرو ملکولی و در مقیاس طولی تقریبی یک تا 100 نانو متر انجام شود .
2 _ ایجاد ویا استفاده از ساختارها، ابزار ها ودستگاه ه ها یی که دارای ویژگی ها و عملکرد ها ی جدید به دلیل اندازه کوچک یا متوسط خود باشند .
3 _ توانا یی کنترل در سطح اتمی .
برای این که درک واقعی تری از نانو فناو ری پیدا کنیم ، ابتدا لازم است تعریفی از نانو متری داشته باشیم . نانو متر یک بیلینوم متر است . برای مقایسه می توان گفت که عرض ( پهنای ) موی سر انسان تقریبا 80 هزار نانو متر می باشد . یک جسم در مقیاس نانو متری حتی از یاخته نیز کوچکتر است و فقط توسط ریزبین های اتمی خاص ، که تمروزه در کشو رهای پیشرفته تولید می شوند قابل مشاهده است .
به طور کلی مطالعات نانو فناوری را می توان به سه دسته تقسیم کرد . اگر چه روش های تحقیقاتی در انها با یکدیگر متفاوت است ، اما این سه شاخه کاملا با یکدیگر مرتبط است هستند و پیشرفت در یکی از شاخه ها ، مکن است بر شاخه های دیگر نیز موثر باشد . این شاخه ها عبارتند از :
1 _ نان فناوری مرطوب :
این شاخه به مطلعه ساختار های زند ه ای می پردازد ، که در محیط های ابی قرار دارند . در این شاخه از نانو فناوری ، ساختمان مواد ژنتیکی ، غشا ها و سایر ترکیبات یاخته ای در مقیاس نانوم تر مورد مطالعه قرار می گیرد . این شاخه در بر گیرنده علوم پزشکی ، دارو یی و به طور کلی علوم و روش های مرتبط با زیست فناوری است .
2 _ نانو فناوری مرطوب :
این شاخه از نانو فناوری علوم پایه شیمی و فیزیک مشتق می شود و به مطالعه تشکیل ساختا رهای کربنی ، سیلیکونی ، مواد غیر الی و فلزی می پر دازد . در نانو فناوری خشک ، کاربردمواد نانو یی در الکترونیک ،مغناطیس و ابزا های نوری مورد مطالعه قرار می گیرد . برای مثال طراحی و ساخت ریزبین هایی که بتوان با استفاده از انها مواد را در ابعاد نانو متر دید در این شاخه قرار می گیرد .
3 _ نانو فناوری محاسبه ای :
در بسیاری از مواقع ابزار های ازمایشگاهی موجود برای انجام برخی ازمایش ها و تحقیقات در مقیاس نانو مناسب نیستند و با این که انجام این گونه ازمایش ها بسیار گران تمام می شود . در این حالت از را یانه ها برای شبیه سازی فرایند ها و واکنش ها ی اتم ها و ملکو ل ها به دست می اید باعث افزایش سرعت پیشرفت نانو تکنو لو ژی خشک و نانو تکنو لو ژی مرطوب می شود .
اهمیت نان وفناوری در جهان امروز و اینده بشریت
نانو فناوری و نانو علم از پتانسیلی قوی ، برای بهبود اقتصاد و استاندارد های زندگی بشر بر خوارند . تغییراتی که نانو فناوری در زندگی بشرا یجاد خواهد کرد به پیشرفت های ایجاد شده توسط فناوری اطلاعات در دو دهه گذشته بی شباهت نمی باشد . تا5 یا 10 سال اینده محصولات تجاری بیشتری از نانو فناوری وارد بازار خواهند شد . هر چند از هم اکنون نیز ورود این محصولات به با زار های جهانی اغاز شده است . در حال حاضر محصولاتی با بکار گیری ویژگی مواد در مقیاس نانو برای مصرف کنندگان و صاحبان صنایع فراهم هستند .برای مثال جستجو گر های مین های زمینی ، پانسمان مخصوص سوختگی و زخم ، فیلتر های مخصو ص اب ، کاتا لیزو رها ، سپر خودرو ها پوشش های ضد خیرگی برای عینک های افتابی و شیشه خودرو ها ، کرم های ضد افتاب و لوازم ارایش ، توپ های تنیس با دوام ، راکت های تنیس سبک و مقاوم ، پارچه ها ولباس های ضد لک و جوهر خودکار همگی محصولاتی جدید از نانو فناوری هستند .
در مجموع شاید بتوان حوزه ها ، کاربرد ها و منافع بالقوه نانو تکنو لوژی را در حیطه های زیر طبقه بندی نمود ، اما باید در نظر داشت که زمان لازم برای تبدیل علم به تکنو لو ژی تقریبا 10 الی 15 سال است و نمی توان از هم اکنون تمامی جنبه های کار بردی این علم را بیش بینی نمود :
1 _ حوزه ساخت وتو لید مواد :
نانو تکنولو ژِ ی در اینده شیو ه های تولید مواد و وسایل را از ریشه دگر گون می سازد . توانا یی تولید واحد های ساختمانی در مقیاس نانو ، کنترل بسیار دقیق ابعاد ، ترکیب و سپس سوار سازی انها در ساختا رها ی بزرگتر و با ویژگی ها و کارکرد های بی نظیر ، در صنعت مواد تحولاتی انقلا بی پدید خواهد اورد .
.
2_ حوزه پزشکی و دارو سازی و بهداشت :
در صورت به کار گیری نانو علم ، می توان فرایند های کنونی و طاقت فرسای زنجیره بندی ژنوم و رمز گشایی ژنه را به شدت متحول کرد و بر کار ایی ان افزود . علاوه بر این تسهیل مصرف بهینه دارو ها و فرمولاسیون انها ، روش های جدید رسانش دارو ها به بدن و افزایش قابلیت مطالعات پایه ای یاخته شناسی و اسیب شناسی ، بافته ا و اندام های مصنو عی با دوام تر و مقاوم تر در برابر پس زدن ، تقویت کنند های بینا یی و شنوایی و سیستم های حسگر تشخیص زودرس بیماری ها از موارد کاربرد نانو فناوری در حوزه پزشکی به شمار می ایند .
3_ حوزه هوانوردی و اکتشافات فضایی :
طراحی و تولید مواد سبک ، بسیار مقاوم و پایدار در برابر گرما در طراحی وساخت هواپیما ها ، موشک ها ، ایستگا ه های فضا یی و سکو های اکتشافی سیارات ، نقش مهمی ایفا می کند .
4_ حوزه محیط زیست و انرژی :
نانو فناوری تاثیر بالقوه و چشمگیری در بهبود بازدهی ، ذخیره و تولید انر ژی دارد . به عنوان مثال کاربرد نانو کامپوزیت در صنعت خودرو سازی ، به عنوان جایگزین اجزای فلزی ، کاربرد بنزین را سالا نه تا 5/1 میلیون لیتر و انتشار دی اکسید کربن حاصل از سوخت بنزین را سالانه تا 5 میلیارد کیلو گرم کاهش می دهند .
6 _ حوزه امنیت و دفاع ملی :
در این وزه می توان از افزایش اتوماسیون و روبا تیک به منظور تعدیل نیرو انسانی و کاهش خطرات پیش روی سربازان ، کاهش بار جنگند ه ها ، ایجاد حسگر ها ی شیمیا یی ، زیستی و هسته ای و جستجو گر های مین های زمین نام برد .
7 _ حوزه علوم صنایع غذایی :
در مورد کاربردهای نانو فناوری در این حوزه به طور کامل بحث خواهد شد .
8 _سایر حوز ه ها :
حوز هایی همچون بیو تکنولوژی ، امزش علوم ، صنعت حمل ونقل و خودرو سازی ، صنعت چاپ ، و تجارت سایر حو زه های هستند که تشریح کاربرد نانو فناوری در انها ، از حوصله این مقاله خارج است . لازم به ذکر است که با توجه به اهمیت کاربر دهای نانو فناوری و نانوعلم در تمامی شاخه ها و حوز ه های زندگی بشر ، میزان سرمایه گذاری بودجه دولتی امریکا در بخش تحقیق و توسعه نانو فناوری از 464 میلیون دلار در سال 2001 بع 1240 میلیون دلار در سال 2005 افزایش یافته است . سایر کشور های جهان نیز به این موضوع توجه خاصی مبذول نموده اند . به عنوا ن مثال د قاره اسیا کشور های ژاپن ، چین و کره پا به پای کشور های اروپا یی از پیشتازان نانو فناوری به شمار می روند .
عوامل موثر بر خواص مواد
برای این که بتوان به صورتی عمیق تر مباحث نانو تکنو لو ژی را دنبال نمود ، لازم است عوامل موثر بر خواص توده ای مواد به صورت اجمالی مرور شود . عوامل موثر بر ساختار مواد عبارتند از : 1 _ عناصر تشکیل دهنده مواد 2 ساختار مواد 3_ زیر ساختار
عناصر تشکیل دهنده مواد :
در نگاه اول شاید این گمان حاصل شود که تفاوت های موجود در مواد مختلف ، حاصل تفاوت عناصر تشکیل دهنده انها است . هر چند عناصر و ترکیب شیمیایی مواد تا حدی خواص انها را مشخص می کند اما با کمی دقت در ترکیب شیمیایی مواد پیرامون ، مشخص می شود که بسیاری از انها با وجود انکه دارای عناصر تشکیل دهنده و ترکیب شیمیا یی یکسان می باشند از نظر رفتار و خواص بسیار متفاوتند و برخی دیگر از مواد نیز با داشتن عناصر تشکیل دهنده و مواد شیمیا یی متفا وت با یکدیگر ، دارای خواص و رفتار مشابهی هستند . مثال معروف ان گرافیت و الماس است که هردو از اتم های کربن تشکیل شده اند اما (( ریخت های )) متفاوتی از عنصر کربن هستند .
2 _ ساختار مواد :
ساختار مواد ، ارتباط بین این اتم ها ، یون ها و ملکو ل ها ی تشکیل دهنده مواد را مشخص می کند . برای شناخت سا ختار مواد ، ابتدا باید به نوع اتصا لات بین اتم ها و یون ها پی برد . در مثال الماس و گرافیت علیرغم انک عنصر سازنده هر دو یکی است اما الماس به عنوان سخت ترین ماده طبیعی معرفی می گردد در صورتی که گرافیت به دلیل نرمی بسیار به عنوان ماده (( روانساز )) به کار گرفته می شود . علت این امر در (( چگونگی اتصا لات و پیوند های شیمیا یی )) این دو شکل کربن است . در گرافیت ، اتم های کربن ، شش ضعلی پیوسته ای شبیه به یک لانه زنبورتشکیل می دهند که در یک سطح گسترده شده است و لایه های شش ضعلی ساخته شده با قرار گرفتن روی هم ، حجمی را تشکیل می دهند که به ان گرافیت می گوییم . بنابراین در ساختار گرافیت دو نوع اتصال وجود ارد . یک نوع اتصال ، اتصال داخلی بین اتم های کربن لانه های زنبو ری است ( پیوند کوالا نسی ) و نوع دوم اتصالی است که لایه های لانه زنبوری را به یکدیگر وصل می کند و ضعیفتر از پیوند کوالانسی می باشد . یعنی گرافیت در جهت صحفات لانه زنبوری به لیل داشتن پیوند قوی استحکام بالا یی دارد . اما در جهت عمد بر صحفات لانه زنبوری و به دلیل پیوند ضعیف ثانویه ، استحکام ان به مراتب کمتر است . بنابراین با اعمال نیرویی بیشتر می توان لایه های لانه زنبوری را بر روی یکدیگر لغزاند .
در مقابل الماس ، دارای یک ساختار شبکه ای است . یعنی در گرافیت پیوند ههای اولیه ( پیوند های اتمی ) تنها در یک سطح ( در یک وجه ) برقرار می شوند در حالی که در ساختار الماس ، این پیوند ها به صورت شبکه ای سه بعدی ، فضا را پر می کنند . در ساختار گرافیت هر اتم کربن با سه اتم کربن دیگر پیوند اتمی از جنس کوالا نسی ایجاد می کند در حالی که در ساختار الماس هر اتم کربن با چهار اتم کربن دیگر پیوند اتمی از جنس کوالانسی برقرار می نماید .
در مجموع می توان گفت که ساختار عبارت است از: نوع پیوند ها ، تعداد انها و چگونگی پیوند های تشکیل دهنده مواد تاثیر به سزایی در خواص مواد دارد . بنابراین با مطالعه در ساختار مواد ، می توان بسیاری از رفتار ها و خواص انها را پیش بینی و همچنین برای دستیابی به بخی از خواص مواد می توان ساختار متناسب را برای انها طراحی کرد .
3 – زیر ساختار مواد :
ممکن است این تصور پیش اید که مواد توده ای شکل ، گسترش یافته ساختار اولیه هستند و بنابراین تمامی خواص و رفتار ساختار اولیه را دارا خواهند بو د. اما این تصور با مشاهدات ویژگی های رفتاری مواد متفاوت است . به عنوان مثال در ساختار گرافیت انتظار می رود که استحکام ان در راستا های مختلف ، متفاوت می باشد زیرا ساختار اولیه در جهت صحفات لانه زنبوری دارای استحکام بالا و در جهت عمود بر صحفات ، دارای استحکام کم است . بنابراین مداد تنها در یک جهت خاص باید قابلیت نوشتن داشته باشد اما مداد در هر زاویه و جهتی نسبت به کاغذ حرکت می کند می نویسد . دلیل این تناقض را با بررسی ریزبینی گرافیت در می یابیم . بابررسی ریز بینی گرافیت مشخص می شود که توده گرافیت یکپارچه نیست بلکه این توده متشکل از دانه های بسیاری است که هریک به صورت مستقل و جدا از یکدیگر در درون خود دارای ساختار گرافیت هستند . به عبارت دیگر توده گرافیت ، اجتماع بی نظمی از بخش هایی است که هریک دارای ساختار گرافیت هستند .
اشنایی با اصطلا حات نانو مواد :
1 _ نانو بیو مواد 2 _ نانو لوله ها و نانو کامپوزیت 3 _ نانو فیلتر ها ، نانو سنسورها و مواد هوشمند 4 _ ماشین های نانو فناوری
مواد در مقیاس نانو یعنی موادی که ویژگی هایشان در سطح کمتراز میکرو قابل کنترل است . خواص مواد در چنین ابعاد و انداز های با مواد متعارف اساسا متفاوت است و به همین دلیل تحقیقات در حوزه نانو مواد روز به روز فعالتر می شود .
نانو بیو مواد :
نانوبیومواد شامل موارد ذیل است :
الف : _ نانو بیوذرات :
ذرات کلوئیدی و جامدی هستند که شامل اجزای ماکروملکولی باشیمی سطح پیچیده می باشند .بسته به روش تولید ، نانو ذرات به شکل نانوکپسول یا نانو کرهای هستند . نانو کره ها سیستم های ماتریسی می باشند در حالی که نانو کپسول ها سیستم های وزیکولارند .
ب: _ نانو کپسول ها :
نانو ذراتی هستند دارای یک پوسته که فضای داخلی انها جهت قرار گرفتن و حمل واد مورد نظر تعبیه شده است . از فسفولیپید ها ، لیپید و پروتئین می توان برای ساخت نانو کپسول ها استفاده کرد .
پ: _ درخت سان ها :
ماکروملکولهای با ساختار منظم و پر شاخه سه بعدی هستند که به خاطر چگالی بالای گروه های فعال ، کاربرد های زیادی دارند .
ت: _ کاکلیت ها :
رسوبات دو ظرفیتی فسفولیپید ی پایدار از مواد طبیعی هستند . این مواد ساختار های چند لایه ای می باشند که از ورقه های دو لایه ای بزرگ و پیوسته چربی که به شکل مارپیچ در امده اند ، تشکیل شده اند . چنین موادی محتویاتشان را از طریق لایه سیال خارجی به غشای یاخته ها ی هدف منتقل می دهند . کاکلیت ها در برابر عوامل محیطی مقاوم هستند و ساختار لایه ای محکمشان انها را در برابر تجزیه توسط ملکو لهای شکننده کاکلیت ها محافظت می کند ، حتی اگر در شرایط سخت محیطی یا دی برابر انزیم قرار گیرند.
ه : _ ذرات ویروس مانند :
از بیان نوترکیب ساختمان اصلی پروتئین ها ی بسیاری از ویروس ها تولید می شوند .چنین ذراتی ریخت شناسی شبیه به کپسید های خالی از ویروس که از ان منشا ء گرفته اند دارند . بنا براین ساختارشان شبیه به ویروس اصلی است اما در عین حال غیر فعال هستند .
و : _ پروتئین نانو ذرات :
به طور طبیعی اندازه پروتیئن ها کمتر از مقیاس نانو است . با استفاده از روش های سنتز در نانو فناوری ، می توان پروتیئن های تولید کرد که در مقیاس نانو باشند .
در صنایع غذایی از نانو بیو مواد ،بر ای افزودن طعم ورنگ دلخواه به غذا و افزودن ریزمغذی ها ی حساس به حرارت و PH مثل بتاکاروتن و اسید چرب امگا 3 استفاده می شود . کاکلیت ها نیز در صنعت غذا برای انتقال بسیاری از مواد زیستی که به سختی در اب حل می شوند ، مودم غذی حساس به حرارت ، PH و شرایط نامساعد محیطی به کار می روند . همچنین نانو ذرات با چسبندگی خاصی که دارند قادرند به صورت برگشت نا پذیری به بعضی از باکتری ها متصل شده مانع الوده کردن میزبان توسط انها می شوند .
2 _ نانو لوله ها و نانو کامپوزیت ها :
الف ) نانو لوله ها :
نانو لوله ها به دوشکل نانو لو له های کربنی و نانو لوله های پپتیدی وجود دارند . نانو لوله های کربنی از پیچیده شدن ورقه های گرافیت با ساختاری شبیه به شانه عسل به دست می ایند . این لوله بسیار بلند ونازک هستند وساختاری پایدار ، مقاوم و انعطاف پذیر دارند . نانو لوله ها قویترین فیبر های شناخته شده اند و1 تا 100 برابر از استیل قویتر هستند و در ساخت دستگاه های صنعتی تولید غذا می توان انها را جایگزین سرامیک های معمولی ، الومینیوم و حتی سایر فلزات ساخت . ساخت غشا با استفاده از نانو لوله ها در کارخانه های صنایع غذا یی قابلیت استفاده دارد . با هیدروفوب کردن داخل نانو لوله ها ، غشا های ننو لولهای به صورت ترجیهی ملکول های خنثی هیدروفوب را استخراج کرده ، عبور دهند . در حال حاضر این فناوری برای کار برد های صنایع غذایی بسیار گران است ، اما درا ینده ممکن است بای جداسازی ملکول ها ی زیستی ارزشمند مثل پروتئین ها ، پپتید ها ، ویتامین ها و ماد معدنی استفاده شود . از نانو لوله ها می توان در تهیه غذا های تقویتی مکمل رژیمی استفاده نمود .
نانو لوله های کربنی به خاطر نسبت بالا ی طول به قطر پلیمر های سنتزی را که نارسانا ی الکتریکی هستند به پلیمر های رسانا تبدیل می کنند . اگر این پلیمر ها برای توسعه غشا های جدید استفاده شوند ، میزان جداسازی طعم ها مواد مغذی افزایش خواهد یافت .
ب) نانو کامپوزیت ها :
نانوکامپوزیت ها الگوبر داری شده از زیست کانی فرایندی است که یک ماده الی ( پروتئین ، پپتید یا لیپید ) با یک ماده غیر الی ( کربنات کلسیم ) واکنش می دهد و ماده ای با استقامت افزوده می سازد .
نانوکامپوزیت ها جایگزین خوبی برای بطری های پلاستیکی نوشیدنی ها هستند . استفاده از پلاستیک برای ساخت بطری در دراز مدت سبب فساد و تغییر طعم نوشیدنی می شود . از
نانو مپوزیت ها می توان به عنوان مواد بسته بندی جدید استفاده نمود . یک مثال ، نانو کامپوزیت های تشکیل شده از نشاسته سیب زمینی و کربنات کلسیم است . این فوم مقاومت خوبی در برابر حرارت دارد وسبک وزیست تخریب پذیر است ومی توان از ان برای بسته بندی مواد غذایی استفاده نمود .
مونوتوموریلیت که در خاک های کریستالی طبیعی ومواداتشفشانی وجود دارد ، به عنوان یک ماده افزودنی در تولید نانو کامپوزیت ها استفاده می شود. افزودن فقط 3 تا 5 درصد از این ماده پلاستیک را سبکتر ، قوی تر و به حرارت مقاوم تر می کند و خواص ممانعت کنندگی بهتری در برابر اکسیژن ، دی اکسید کربن ، رطوبت ومواد فرار ایجاد می کند . این خواص برای بسته بندی مواد غذایی بسیار مفید هستند و با استفاده از انها می تو ان زمان نگهداری مواد غذایی مانند گوشت های فرایند شده ، پنیر ، ارد قنادی ، غلات و غذا های کنسروش ده را افزایش داد .
3_ نانو فیلتر ها ، نانو سنسورها و مواد هوشمند :
الف ) نانو فیلتر ها :
نانو فیلتر ها غلاوه بر بازیابی عناصری مثل نمک و کلسیم و اب ، قادر به بازیابی ویروس ها و باکتری ها نیز می باشند. بنابراین می توان در رفع الودگی اب های قابل ذخیره ، برای نوشیدن انسان از انها استفاده کرد . علاوه بر این از نانو فیلترها می توان در فیلتراسیون مواد غذایی نیز استفاده نمود .
نانوسنسورها :
نانو سنسورها ما را قادر خواهند ساخت تا بسیاری از متغی رها با دقت بیشتری ارزیابی کنیم . با استفاده از ملکو ل های بیولوژیکی قادر خواهی بود که نانوسنسو ر بسازیم. نانوسننورها کابردهای بسیاری در صنایع غذایی دارند . یکی از این کاربرد ها کنترل نقل و انتقال محصولات کشاورزی و غذایی و نیز انبارهای غذایی ، برای حفظ سلامت این محصولات است . کاربرد دیگر استفاده از دستگاه های نانسنسوری برای کنترل هوشمند گیاهان یا دام ها می باشد. کاربر دهای دیگر شامل شناسایی پروتئین ها و نیز اشکار سازی سریع عوامل بیماری زای برای کمک به حفظ سلامت غذا است .
ج) مواد هوشمند :
مواد هوشمند ، موادی واکنشی هستند که در ترکیب با حسگر ها ، محرک ها و رایانه ها به شرایط و تغییرات محیطی پاسخ می دهند . پلیمر های هوشمند ، نمونهای از این مواد هستند. از این پلیمرها می توان در ساخت مواد بسته بندی جدید برای محصولات غذایی استفاده کرد . این مواد به مصرف کنندگان هشدار می دهند ، که غذا یا محصولات کشاورزی فاسد شده است .
4 – ماشین های نانوفناوری :
ماشین های ملکولی که از انها به عنوا ن نانوروبات ها یاد می شود کاربرد های زیادی دارند . در این ماشین ها ، اتم ها اجزای سازنده هستند . نانو روبات ها اطلا عات بسیار ی ررا برای ما فراهم می کنند . نانوروبات ها برای ثبت برخی متغیر ها ی مهم فیزیکی یا زیستی که برای محافظت مواد غذایی یا محصولات کشاورزی لازم است نیز استفاده می شوند . همچنین با استفاده از نانو روبات ها می توان سلا مت محصول یا دام زنده را مرتب بررسی کرد .
کاربد های نانو فناوری در صنایع غذایی :
صنعت غذا نیز همانند سایر علوم و صنایع تحت تاثیر دگرگونی های حاصل از پیشرفت نانو فناوری قرار می گیرد و در اینده بسیار نزدیک نحوه تولید ، فراوری و توزیع مواد غذایی تغییرات شگرفی خواهد نمود . در قسمت زیر به برخی از رایج ترین این کاربرد ها اشاره میشود :
1 _بسته بندی :
امروزه بسته بندی و پالایش مواد غذایی یکی از عمده ترین زمینه های تمرکبه صورت ((هوشمند )) در امده اند واین بدان معنا است که این بسته ها به شرایط محیطی واکنش نشان می دهند ، یا در صورت خراب و سوراخ شدن خود را تعمیر و ترمیم می کنند و یا حتی مصرف کننده را نسبت به وجود الودگی و یا حضور عوامل بیماریزا در بسته ، اگاه می سازند . در حال حاضر پژوهشگران هلندی در زمینه بسته بندی های هوشمند یک گام به جلو برداشته اند . انها بسته بندی هایی را طراحی کرده اند که به محض شروع فساد در ماده غذایی داخل بسته ، از خود ماده نگهدارنده ازاد می کند . این نوع بسته بندی که (( ازاد شدن به دستور )) نام دارد توسط یک سوییچ زیستی ، که به روش نانو فناوری ساخته شده فعال می شود .
از دیدگاه ارتش امریکا تولید سنسور های کوچک برای جستجوی عوامل بیماری زا ی غذا جزء اولویت امنیت ملی محسوب می شود . با فناوری های فعلی ، ازمایش الودگی میکروبی موادغذایی ، بین دو تا هفت روز طول می کشد . همچنینی حسگرهایی که امروزه وجود دارند برای حمل ونقل بسیار بزرگ هستند . چندین گروه از پژوهشگران در ایالات متحده در حال تحقیق در زمینه تکامل حسگرهای زیستی ای هستند که عوامل بیماریزا را سریع واسان جستجو می کند. دلیل انها برای این چنین تحقیقا تی این است که معتقدند (( ابر حسگر ها )) نقش بسیار تعیین کننده ای در برابر حملات تروریستی به انبار های غذا یی ایفا می کنند .
مواد بسته بندی ضد میکروب نیز از دیگر دستاورد های نانوفناوری در صنعت بسته بندی مواد غذایی است و حتی در اینده می توان مواد ضد میکروب را به صورت مستقیم ، به فیلم های بسته بندی وارد نمود .
همچنین با استفاده از لایه نشانی نانو کامپوزیتی می تواند تعامل اکسیژن خارج ازبسته بندی را با غذا کاهش و یا طعم دهنده ها و نگهدارنده های غذا را افزایش داد. با استفاده از نانو حسگر ها می توان عوامل بیماریزا ، تغییرات دمایی ، ترشح و غیره را در داخل بسته تشخیص داد .
تولید غذا های ملکولی :
پژوهشگران بر این باور هستند ، که در اینده مهندسی ملکولی امکان تهیه ورشد مقادیر زیاد غذا را بدون نیاز به خاک، بذر مزرعه وکشاورز فراهم می کند و با ورود این فناوری ، گرسنگی از جهان رخت بر خواهم بست . با این تفکر به جای کاشت غلات و پرورش گاو ها برای بدست اوردن کربوهیدرات ها و پروتئین ، نانو ماشین ها با همان نانو بوت ، استیک یا ارد مورد نظر ما را از اتم های کربن ، هیدروژن و اکسیژن موجود در ترکیب اب یا دی اکسید کربن هوا می سازند . همچنین نانو بوت های موجود در غذا در دستگاه گردش خون به حرکت در می ایند و ان را از بقایای چربی و بیماری زاه ای کشنده پاک می کنند. تولید ملکولی غذا یکی از اهداف و ارزو نانو فناوری است و به نظر می رسد که چندان به سرعت دست یافتنی نباشد . با استفاده غذا های ملکولی می توان گرسنگی را ریشه کن نمود ، محتوای تغذیه ای مواد غذایی را افزایش داد و خطر مواد حساسیت زا را در مواد غذایی حذف کرد . این امر متوسط تغییر اتمی غذا ها در ازمایشگاه اتفاق می افتد که هنوز کمی دستیابی به ان دور از ذهن نیست می نماید . مهندسین بافت در دانشگاه تورو شهر نیو یورک و دانشگاه علوم پزشکی کا رولینای جنوبی ایالات متحده امریکا در حل تجربه تولید گوشت با استفاده از غوطه سازی یاخته های میو پلاست ( یا همان ماهیچه ) ماهی در یک مایع مغذی برای تحریک تقسیم و تکثیر خود به خود یاخته هستند . اولین هدف این پژوهش، جلوگیر ی از گرسنگی فضانوردان در سفره های فضایی است .
برچسب گذاری و پایش :
امروزه برچسب گذاری تحت عنوان RFID که مخفف عبارت برچسب شناسایی با فرکانس رادیو یی می باشد ، ساخته شده است . این برچسب ها یک تراشه مدارمجتمع می باشند که دارای یک یک مدار رادیوی و یک کد شناسایی تعبیه شده که در داخل خود هستند . مزیت برچسب RFID ان قدر کوچک است که می توان ان را داخل خود محصول و نه روی بسته بندی ان را جاسازی کرد . این برچسب قابلیت ذخیره سازی اطلاعات بیشتری دارد و از فاصله دور هم قابل اسکن است ( مثلا از روی جعبه های کارتن یا سایر بسته بندی ها ) ، همچنین تعداد زیادی برچسب را می توان به می توان به طور همزمان اسکن کرد . این برچسب را متوان به گوش حیوان وصل نمود و یا ان را به بدن حیوان تزریق کرد . اندازه کل برچسب حدود یک ذره خاک است . تولید کندگان این فناوری معتقدند که (( هر نوع وسیله ای را می توان در هر در مکانی به طور خودکار شناسای نمود . ))
با استفاده از برچسب های RFID بر روی بسته بندی مواد غذایی ، صندوقدار می تواند در یک لحظه خرید یک مشتری را کنترل و همچنین اگر هم هر کدام از محصولات ، تاریخ مصرفشان گذشته بود و به مشتری یاد اوری نماید . بر چسب های RFID حتی پس از این محصول غذایی فروشگاه را ترک کرد . اطلا عات را به فروشگاه ارسال می نمایند . این امر باعث می شود فروشگاه داران از رفتار مشتریان با ماده غذایی اگاه شوند . فروشگاه داران وال _ مارت در ایالات متحده و تسکو در پادشاهی انگلستان بر چسب RFID را بر روی بعضی از محصولات خود ازمای نمو ده اند .
برچسب های دیگری در مقیاس نانو طراحی شده اند که مشابهت بیشتری با UPC code دارند که به انها (( نانو بارکد )) گفته می شود . این برچسب از فاصله یک متری بار کد خوان خود کار ، خوانده می شوند که این روش برای خواندن بار کد در بنادر مناسب است .
برچسب گذاری مواد غذایی با روش های ذکر شده فوق به این معنی است ، که غذا تا چنگال مصرف کننده در مراحل فراوری حمل ونقل ، غذا خوری های ، قفسه فروشگاه و حتی پس از خرید انها مشتریان توسط پایش نمود .
افزودنی های غذایی در مقیاس نانو :
برای مثال شرکت باسف یک نوع کارتنوئید در مقیاس نانو تولید کرده است . کارتنوئید ها یک نوع افزودنی غذایی هستند که به غذا ها رنگ نارنجی می دهند و به طور طبیعی در هویج و گوجه فرنگی وجود دارند . بعضی از انواع کارتنویئد ها ضد اکسید کننده می باشند و در بدن به ویتامین A تبدیل می شوند . شرکت BASF این کاروتنوئید در مقیاس نانو را ، به شرکت های بزرگ تولید کننده غذا و نوشابه در سراسر جهان می فروشد تا در لیموناد ها ، ابمیوه ها ، و مارگارین ها مورد استفاده قرار می گیرد . فرمو لاسیون افزودنی ها در مقیاس نانو جذب انها را در بدن راحت تر کرده ، همچنین زمان نگهداری انها را افزایش می دهد . شرکت BASF همچنین کاروتنوئید صناعی دیگری به نام لیکوپن به عنوان یک افزودنی غذایی تولید کرده است . لیکوپن به طور طبیعی در گوجه فرنگی وجود دارد .
امروزه از دی اکسید تیتانیوم تولید شده در مقیا س نانو ،در پوشش های شفاف پلاستیکی مواد غذا یی به عنوان محافظت کننده از اشعه ماورای بنفش استفاده می شود . این ماده در سال 1966 توسط FDA در مقیاس میکرون به عنوان یک رنگ افزودنی غذایی به شرط انکه در یک درصد ماده غذایی تجاوز ننماید تائید شده است و رنگ سفید درخشانی را به عنوان روکش بیسک.ئیت ها و کیک ها ایجاد می کند . در مقیاس نانو این ذرات دیگر سفید نیستند بلکه شفاف می باشند . اما هنوز هم نور ماورای بنفش را مانند ترکیبات 2 TIO در مقیاس بزرگتر عبور نمی دهند .
دی اکسید سیلیکون که به نام سیلسکا نیز شناخته می شود در مقیاس نانو به عنوان (( پوشش غیر الی خوراکی )) برای جلوگیری از رسیدن اکسیژن و رطوبت به محصولات غذایی زیر پوشش به کار می رود و بنابراین باعث افزایش مدت ماندگاری انها می شود . این پوشش از چسبیده شدن ابنبا ت های سخت به یکدیگر ، بیات شدن کلوچه ها و وارفتن غلات صحبانه ای در شیر و سایر موارد مشابه جلوگیری می کند . ضخامت پوشش مناسب برای این نوع مواد غذایی 0/5 تا 20 نانومتر است .
5 _ غذا های دارای انتشار مخصوص در بدن :
برای اینکه بدن ما بتواند از انتشار اجزای غذا در ان سود ببرد ، چه جزء ویتامین C حاصل از یک سیب و یا لیکوپن صنایع داخل لیموناد با شد _ ماده مغذی باید به محل خاصی از بدن رفته ، و وقتی به انجا رسید فعال شود . کنترل و مهندسی انتشار مواد مغذی در بدن یکی از زمینه های تحقیقا تی نانو فنا وری است . این مواد غذایی که (( غذا و دارو نامیده می شوند اجزای فعالشان توسط نانو کپسول در بدن توزیع می گرندد . زیرا یکی از را ه های حفظ یک جز ء فعال غذایی ، قرار دادن ان در یک پوشش محافظ است . این پوشش را می توان طوری طراحی کرد که با تحریک شدن توسط محرک مناسبی حل شده و ماده فعال داخل ان از طریق پوشش انتشار یابد . به عنوان موسسه غذایی جورج وستون در استرالیا نوعی نان به نام نان (( تیپ تاپ اپ )) تولید کرده که حاوی روغن از اسید چرب امگا _3 حاصل از ماهی تن می باشد . اما روغن ماهی تن در داخل میکرو کپسول قرار داده شده است و بنابراین مصرف کننده طعم روغن ماهی را حس نمی کند و فقط وقتی این روغن به معده رسید و کپسول هظم شد ازاد می شود . چنین فناوری ، در مورد ماست و غذای کودک به کار گرفته شده است .
با استفاده از نانوکپسول از جنس پلیمر خوارکی می توان مزه و بوی ملکو ل های غذا را از تخریب تدریجی حفظ نمود و با این روش مدت زمان ماندگاری محصول را ، افزایش داد .
تعدادی از شرکت های غذایی بر روی غذا های دارای تداخل کار می کنند که بنا به تقا ضا ی مصرف کننده ویژگی ان تغییر می یابد . به عنوان مثال نانو کپسول های که دیواره انها در بسامد های مختلف مایکروویو تخریب می شود و بنا به تنظیم سوییچ مایکروویو توسط مشتری ، طعم و رنگ ان تغییر می کند .
شرکت کرافت نیز بر روی حسگر های کار می کند که کمبود های غذا یی اشخاص را تشخیص می دهند و سپس از طریق غذا های هوشمند ، که ملکو ل های مورد نیاز تغذیه ای را ازاد می کنند به این کبود ها پاسخ می دهند . بعضی از لوازم ارایش نیز به دنبال تولید غذا ارایش کننده که با استفاده از (( نانوزوم ها )) پس از خوردن ماده غذایی در پوست از داخل بدن سوراخ های بسیار ریز ایجاد شده و مواد مورد نیاز ان مثال ویتامین E به پوست وارد می شوند .
روکش کردن انزیم ها
یکی از دغدغه های شرکت های صنایع غذا یی جهان ، نگهداری غذا و مصون نگهداشتن ان از اسیب انزیم ها است . اگر بتوان به روشی انزیم ها را از محیط غذا یی دور کرد فرایند فساد مواد غذایی به تاخیر می افتد . با استفاده از نانو فناوری می توان با روکش کردن انزیم ها ، انها را از محا فعالیت دور کرده ، مانع از اثر انها شد . یکی از این روش ها ، روکش کردن انزیم توسط یک ساختار پلیمری است . در این روش یک شبکه نانوکامپوزیتی را با فرایند پلیمریزاسیون در اطراف هر ملکول انزیم ایجاد می کنند ، تا از تخریب ان جلوگیر شود . این نانو ذرات حاوی انزیم ، قطری حدود 8 درجه سانتیگراد تا 5 ماه عمر می کنند . روکش کردن انزیم در صنایع غذایی ، یکی از فرایند ها مهم برای حفظ کیفیت و بهبود نگهداری مواد غذایی است .
نتیجه گیری :
با توجه به نقش فزاینده علوم نانو بر جنبه های مختلف علوم غذا و صنایع غذایی به ویژگی در مقوله سلامت غذا و تغذیه و ضرورت اشنا یی دانشجویان و پژو هشگران با این علم جدید ، ضروری است ، تمهیداتی برای تدریس این شاخه از علم در رشته های مرتبط غذا همچون علوم و صنایع غذایی ، دامپزشکی ، تغذیه و غیره ، به ویژه در مقطع تحیصلا ت تکمیلی اندیشیده شود .
منبع:کشاورز تنها
باتشکر از اقای عرفان عمارلو
