فناوری نانو در صنایع غذایی

كاربردهاي فناوري نانودرصنايع غذايی

حوزه هاي مختلف كاربردي فناوري نانو در غذا و صنايع غذايي را مي توان به شش دستة زير تقسيم بندي نمود:

• نگهداري غذا
• بهبود طعم و رنگ
• سلامت غذا
• بسته بندي
• توليد غذا
• فرآيندهاي غذايي

نگهداري

فناوري نانو از سه طريق ميتواند در نگهداري مواد غذايي مؤثر واقع شود:

ضدعفوني وضدميكروب نمودن سطوح:

فناوري نانو با جابه جا كردن سطح پوشش مواد ميxadتواند تقريبا از ورود هر ميكرو ارگانسيم يا ميكروب به غذا جلوگيري

كند. ميكروبxadكشها با نانو ذرات و نانو قطراتي مانند روغنهاي گياهي و الكها، دوستدار محيط زيست بوده و براي

سلامت انسان بي ضرر هستند.

حفاظت آنتي اكسيدانها

نگهداري آنتي اكسيدانهاي حساس مانند ويتامينهاي K/E/D/A اسيد چرب امگا3- بتا کاروتن همواره یک عامل کلیدی كليدي در حفظ غذا بوده است. استفاده از نانو حفره ها ميتواند از خراب شدن چنين مواد بي ثباتي در طول فرآيند و در زمان انبارداری جلوگيري كند.

كنترل فعاليت آنزيمها:

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 ميتوان فعاليتهاي آنزيمها را از اين طريق تحت كنترل در آورد.

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:

چيپها يا نانوسنسورها مي توانند آفت، آنتي بيوتيكها و ژنهاي مختلف را دقيقا تشخيص دهند.

توليدغذاهاي GM:

باكيبالهاي قالب ريزي شده با اطلاعات ژنتيكي مي توانند ژنها و عناصر را به نقاط مطلوب حمل كنند.

توليدآفتكش / دارو وحمل 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 افزودنيهاي 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.

بسته بندي و سلامت موادغذايي

شركت Bayer Polymer كيسه اي پلاستيكي با نام Durethan KU2- 2601 توليد كرده است. كه از محصولات موجود در بازار سبك تر و محكم تر است، همچنين مقاومت بيشتري در برابر گرما از خود نشان مي دهد. هدف اوليه از توليد پلاستيك هاي بسته بندي 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 مي كنند و فساد مواد غذايي را به تعويق مي اندازند. سازمان هاي ديگر به كمك فناور ينانو در حال يافتن راهي براي تشخيص فساد مواد غذايي هستند. به عنوان مثال شركت AgroMicron افشانه تشخيص دهنده نانوبيولومينسانس را ساخته كه شامل پروتئين لومينسانت است. در اين طرح، افشانه سطح ميكروب هايي مانند E.coli و Salmonella را پوشانده، و از خود نوري ساطع مي كند و به اين روش فساد مواد غذايي تشخيص داده میشود.

سایرکاربردها:

• استفاده از نانو سنسورهای الکتروشیمیایی برای یافتن گاز اتیلین که در صورت خراب شدن غذا بوجود می آید
• استفاده از نانو کپسول برای ارسال ترکیبات چربی گیاهی جهت جایگزینی چربی گوشت قرمز درغذا.
• استفاده از نانوسنسور برای درک موقعیت گیاه در خاک

• افشاندن ویتامینهایی که قادر به په پخش سلولهای زنده بر قطرات بسیار ریز برای جذب بهتر
• استفاده از مواد اتمی ضد میکروب و یا باکتری مثل ذرات نقره، منگنز و روی در غذا
• استفاده از ذرات انمی منتخب جهت چسبیدن به باکتریها و ویروسها در غذا و دفع انها از غذا
• استفاده از نانو چیپ اطلاعاتی برای ثبت مشخصات و انبارداری
• استفاده از روکشهای نازکتر و سبکتر و مقاومتر در برابر حرارت مثل مواد اتمی از سلیکاتها
• استفاده از ذرات اتمی خاص که موجب پخش مواد غذایی بصورت همگن در غذا میشوند
• استفاده از نانو سنسور برای مقابله با ویروس یا باکتریهای حیوانی و یا گیاهی
• استفاده از فویلهای بهتر که هوارا از خود عبور میدهند
• استفاده از نانوکپسول برای ارسال واکسن و دارو به گیاه
• ارسال ذرات اتمی و یا مولکولی برای ایجاد تغییرات ژنتیکی در گیاه
• استفاده از نقاط کوانتوم برای بارکد گذاری بسته بندی

چگونگی ورودنانوذرات به سلولها

نانو ذرات اکسیدروی و دی اکسید تیتانیوم می توانند از طریق اندوسیتوز وارد سلول شوند و به دلیل واکنش پذیری زیاد باعث تولید رادیکال های آزاد ROS در سلول پوستی شده و به DNA آسیب می رسانند و این آسیب به DNA موجب جهش (mutation) می شود و تغییراتی در ساختمان پروتئین به وجود می آورد که ممکن است این تغییرات باعث ایجاد سرطان و تومور شوند. نانوذرات با آسیب رساندن به غشای سلول و تولید رادیکال های آزاد اکسیژن می توانند باعث مرگ سلول شوند.

سمیت نانوافزودنیهای غذایی

بررسی محدودی در مورد افزودنی های طبیعی در حد نانو ذرات انجام شده است از جمله اونر وهمکارانش در سال 2007سمی بودن کاربرد نانو ذرات آهن با اندازه 300 نانو متر را بررسی کردند و مشاهده نمودند که سمیتی ایجاد نمی نمایند اما بررسی های وانگ و همکارانش نشان داد که نانو ذرات و حتی میکرو ذرات روی در مقادیر بالا می تواند صدمات زیادی بر قسمت های مختلف بدن ایجاد نماید و باعث غلیظ شدن خون شود لذا با توجه به این موضوع و اینکه شرکت های مختلفی در حال تولید و عرضه نانو موادی چون نانو اکسید روی، نانو اکسید سیلیکا و سایر نانو کپسوله شده های فعال برای غنی سازی نوشابه ها و مواد غذایی هستند نیاز به تست های سلامتی و تعیین استانداردهای ایمنی کاملاً احساس می شود. توانی که مواد افزودنی دارای نانو مواد در جذب بیشتر از حد لازم ویتامین ها و مواد معدنی ایجاد می نمایند دانشمندان را به بررسی این موضوع فرا خواند بعنوان مثال جذب بیشتر از از حد لازم ویتامین A عوارض استخوانی مانند شکستگی استخوان را ایجاد می نماید. یا جذب بیش از حد لازم ویتامین B₆ باعث ناراحتی های عصبی شده که منجر به ایجاد درد، بی حسی در ماهیچه ها و مصرف زیاد اسید فولیک می شود و صدمات عصبی را ایجاد می نماید. جذب بیش از حد ویتامین ها بر اثر وجود افزودنی های نانومی تواند باعث جذب بیشتر سایر مواد مغذی شود. دکتر قاسیم چووهاری مسئول انستیتو تحقیقات نانو مواد انگلستان هشدار ی دال بر اثرات قابل توجه مواد غذایی دارای افزودنی های نانویی و مواد کپسوله شده بر جذب ویتامین ها و سایر مواد مغذی داده است.

ارزیابی خطرات استفاده ازنانو مواد دربسته بندی مواد غذایی

مدل ارایه شده توسط سیمون و همکارانش در سال 2008 میلادی، مهاجرت مقدار کمی از نانوذرات را از بسته بندی نانویی پیش بینی کرده است كه این امر نیازمند داشتن اطلاعات در مورد ماتریس بسته بندی و نانوذرات به کاررفته در آن است. سرعت مهاجرت با کاهش ویسکوزیته دینامیکی پلیمر و اندازه ذرات، افزایش می یابد. این مسئله، پتانسیل مهاجرت نانوذرات را از مواد بسته بندی و لزوم ارزیابی خطرات ناشی از آن را آشکار می سازد.

یک مورد مطالعه مهاجرت توسط آولا و همکارانش نیز در سال 2005 میلادی، افزایش ناچیز مواد معدنی در سبزیجات بسته بندی شده در یک نانوکامپوزیت مشتق شده از یک بیوپلیمر با وارد کردن مونت موریلونیت (نانورس( را گزارش کرده است.

یک آزمون مهاجرت نیز در سال 2011 میلادی توسط هوانگ و همکارانش ارایه شد که در آن کیسه های ذخیره سازی مواد غذایی محتوی 100 میکروگرم نانوذرات نقره را با چهار نوع محلول غذاهای شبیه سازی شده آب، اسید، غذای چرب، الکل پر کرده بودند. نتایج نشان داد که مهاجرت نانوذرات نقره از کیسه های پلی اتیلن به محلول غذاهای شبیه سازی شده اتفاق افتاد و مقدار مهاجرت با افزایش زمان ذخیره سازی و دما، افزایش داشته است. این نتایج می تواند تاثیری منفی در روند پیشرفت این مواد بسته بندی داشته باشد. در عوض، بسته بندی زیست تخریب پذیر به دلیل تاثیر مثبت آن بر محیط زیست، دارای یک روند رو به رشد در صنعت بسته بندی است. این آزمایش در 3 دمای 25 ،40 و 50 و در بازه زمانی 3 تا 15 روز اندازه گیری شده است.