فناوری نانو و صنایع غذایی

یکی از مهم‌ترین بخش‌های صنعت تمام کشورها که با امنیت غذایی در ارتباط است صنایع غذایی می‌باشد. با کمبود منابع غذایی و افزایش جمعیت، توسعه این بخش از صنعت ضروری به نظر می‌رسد. استفاده از فناوری‌های نوین در این بخش رویکرد جدیدی است که بسار مورد توجه قرار می‌گیرد. کشور ما یکی از بزرگترین واردکننده‌های محصولات غذایی است و اگر امروز به فکر تولید و فرآوری غذا نباشیم هر روز بر میزان واردات محصولات غذایی افزوده می شود. همگرایی فناوری نانو و علم غذا منجر به بروز قابلیت‌های فراوانی می‌شود که همین امر باعث شده است که حدود 200 شرکت بزرگ در سراسر دنیا در این زمینه سرمایه گذاری کلان نموده و محصولاتی نیز به بازار عرضه کنند.

گذشته از محصولات ارائه شده با توجه به پتانسیل فوق العاده کاربرد فناوری نانو در صنایع غذایی انتظار می‌رود طی دو دهه آینده انقلاب بزرگی درزمینه صنایع غذایی و کشاورزی پدید آید به گونه‌ای که اثرات آن بسیار فراتر از کشاورزی مکانیزه و انقلاب سبز GREEN REVOLUTION خواهد بود. همینک اصطلاح نانو غذا ، به غذاهایی اطلاق نمی‌شود که مستقیما از روش‌های فناوری نانو به دست آمده‌اند، اما در آینده اتفاقات زیادی رخ خواهد داد، مثلا ممکن است روزی نانو ماشین‌هایی تولید شود که توانایی تولید مولکول به مولکول غذاها را داشته باشند، همچنان که ساینتیفیکا معتقد است ساخت مولکولی و طراحی مواد به صورت اتم به اتم درزمینه غذا بعد از سال 2012 محقق خواهد شد.

شرکت‌های بزرگ صنایع غذایی و دولت‌ها درصدد هستند حوزه کاربردی فناوری نانو در صنایع غذایی را به کمک دانشمندان صنایع غذایی مشخص کنند و از آن در جهت رفع نیازها استفاده نمایند. کشور مانیز ناگزیر بایستی به این عرصه وارد گردد.

این مقاله به طور اجمالی اشاره ای به کاربردهای فناوری در صنایع غذایی و بازار نانو محصولات غذایی خواهد داشت. کاربردهای فناوری نانو در صنایع غذایی حوزه های مختلف کاربردی فناوری نانو در غذا و صنایع غذایی را می توان به شش دسته‌ی زیر تقسیم بندی نمود:

1. نگهداری غذا
2. سلامت غذا
3. تولید غذا
4. حمل مواد مغذی
5. بهبود طعم و رنگ بسته بندی
6. پردازش غذا

 فناوری نانو از سه طریق می‌تواند در تشخیص عوامل مضر نگهداری مواد غذایی موثر واقع شود:

1. ضد عفونی و ضد میکروب نمودن سطوح:

فناوری نانو با جابه جا کردن سطح پوشش مواد می‌تواند تقریبا از ورود میکروارگانیسم یا میکروب به غذا جلوگیری کند. میکروب کش‌ها با نانو ذرات و نانو قطراتی مانند روغن‌های گیاهی دوست‌دار محیط زیست بوده و برای سلامت انسان بی ضرر هستند.

2. حفاظت آنتی اکسیدان‌ها :

نگهداری آنتی اکسیدان‌های حساس مانند ویتامین های KEDA ، اسید چرب امگا 3، B کاروتن همواره یک عامل کلیدی در حفظ غذا بوده است. استفاده از نانو حفره‌ها می‌تواند از خراب شدن چنین مواد بی ثباتی در طول فرایند و در زمان انبارش جلوگیری کند .

3. کنترل فعالیت آنزیم‌ها :

فناوری نانو در شناسایی و طراحی ساختمان آنزیم‌ها کاربرد مهمی دارد. فناوری نانو توانایی کنترل متابولیسم آنزیم‌ها توسط تغییر در ساختمان و افزودن دیگر ذرات فعال را دارد. بنابراین می‌توان فعالیت‌های آنزیم‌ها را از این طریق تحت کنترل در آورد. تولید غذا کاربرد فناوری نانو در زمینه تولید غذا می‌تواند از یک طرف در صنعت کشاورزی و از طرف دیگر در ابداع راه‌های جدید برای تولید غذا که دیگر به شرایط طبیعی وابسته نباشد، مورد اهمیت قرار گیرد. عمده این کارها عبارت‌اند از:

1. آنالیز و شناسایی محصولات کشاورزی:

چیپ‌ها یا نانو سنسو‌ها می‌توانند آفت، آنتی بیوتیک‌ها و ورژن‌های مختلف را دقیقا تشخیص دهند.

2. تولید غذاهای :GM

باکی بال‌های قالب ریزی شده با اطلاعات ژنتیکی می‌توانند ژن‌ها و عناصر را به نقاط مطلوب حمل کنند.

3. تولید آفت کش / دارو و حمل آن‌ها:

مانند زمینه دارویی در انسان، نانو ذرات و نانو کپسول‌ها در بهبود اثر دارو کمک خواهند کرد و اثرات جالبی را کاهش می‌دهند.

4. سنتز و تولید غذا:

آرایش بسیار ریز افزودنی‌های غذایی می‌تواند گروه‌های جدید غذایی را باسنتز مواد تغذیه‌ای مورد نیاز، طعم دهی ترکیبات و پیوند آنزیم‌ها با هم تولید کند. این روش باعث کاهش زیاد وابستگی صنایع غذایی به محیط زیست طبیعی شده و به عنوان یک ایده ی متفاوت در این زمینه بدون نیاز به ملزومات غذای طبیعی به خدمت در خواهد آمد. بسته بندی چشم اندازهای مالی فناوری نانو، صنایع بسته بندی را پر رونق نشان می‌دهد. سهم بازار این صنعت در حال حاضر1/1 میلیارد دلار است و پیش بینی می‌شود تا سال 2010 به 7/3 میلیارد دلار برسد. در این قسمت به منظور اطلاع از محصولات تجاری و تحقیقاتی که در این حوزه صورت گرفته مثال‌های آورده می‌شود.

شرکت کیسه‌ای پلاستیکی با نام 2601Polymer-DURETHANKU2   تولید کرده است که از محصولات موجود در بازار سبک‌تر و محکم‌تر است. همچنین مقاومت بیشتری در برابر گرما از خود نشان می‌دهد. هدف اولیه از تولید پلاستیک‌های بسته بندی مواد غذایی، جلوگیری از خشک شدن محتویات آن‌ها و محافظت در مقابل رطوبت و اکسیژن است.

پوشش جدید غنی از نانو ذرات سیلیکات است. این نانو ذرات تا حدزیادی از نفوذ اکسیژن و گازهای دیگرو رطوبت جلوگیری می‌کند و فساد غذایی را به تعویق می‌اندازد.

 شرکت افشانه  AGROMICROM تشخیص دهنده نانوبیولومینسانس راساخته که شامل پروتئین لومینسانت است. در این طرح افشانه سطح میکروب‌هایی مانند سالمونلا و ایکلای را پوشانده و از خود نوری ساطع می کند و به این روش فساد مواد غذایی تشخیص داده می‌شود. این شرکت امیدوار است بتواند محصول مورد نظر را با نام Biomark وارد بازار کند. در حال حاضر این شرکت در حال ساخت افشانه‌هایی با روش‌های جدید است تا بتواند ازآن‌ها در حمل و نقل دریایی استفاده کند. در راهبرد مشابه برای اطمینان از سلامت مواد غذایی، محققان اتحادیه از GOOD FOOD اروپا در پروژه نانو حسگرهای قابل حمل برای یافتن مواد شیمیایی مضر، پاتوژن‌ها و سم‌ها در موادغذایی استفاده می‌کنند.  همچنین این پروژه، درحال توسعه به کارگیری زیست تراشه‌های DNA برای کشف پاتوژن هاست. این روش می‌تواند در تشخیص باکتری‌های مضر و متفاوت در گوشت یا ماهی و یا قارچ‌های میوه موثر باشد. این پروژه در نظر دارد با گسترش میکروحسگرهای رشته ای، بتواند آفت کش‌های میوه و سبزیجات را به همان خوبی که شرایط محیطی کشت‌زارها را کنترل می‌کند تشخیص دهد. پردازش غذا طعم‌ها و رنگ‌های دلخواه برای رسانش عامل‌های تغذیه‌ای دلخواه تصفیه‌ی روغن سرخ کردنی (بااستفاده از مواد نانوسرامیکی) برای پیشگیری از پلیمریزاسیون حرارتی روغن و کاهش بوهای نامطبوع. حمل مواد مغذی چربی های قابل حل در آب تهیه نانو ذرات برخی از عناصر عاملی مانند (کارتنوئیدها، فیتواسترول و آنتی اکسیدان) به منظور پخش بهتر در آب یا در آب میوه‌ها برای جذب بهتراستفاده از ماسیل‌های کوچک (نانوکپسول‌ها) به عنوان حاملان روغن‌های حیاتی، طعم دهنده‌ها، آنتی اکسیدان‌ها، کوآنزیم Q10، ویتامین‌ها و مواد معدنی برای جذب بهتر و سریع‌تر آن‌ها کاربرد نانو کپسوله‌های لیپوزومی برای کپسوله کردن و حمل مواد مغذی و ترکیبات عامل داری نظیر پروتئین‌ها، آنزیم‌ها، طعم دهنده‌ها و ترکیبات ضد میکروبی تشخیص عوامل مضر قرار دادن نانوحسگرها در خط تولید و تضمین تولید غذاهای فاقد آلودگی تولید حسگرهای خیلی کوچ سیلیکونی برای تشخیص سریع ویروس‌ها، باکتری‌ها و دیگر پاتوژن‌ها استفاده از نانو ذرات نقره در محصولات مختلف برای مثال یخچال‌ها برای از بین بردن باکتری‌ها و سایر میکروب‌ها توسعه‌ی هدفمند سنتز DNA با استفاده از پروب‌های کددار رنگی که به عنوان یک نانو بارکد، تشخیص پاتوژن‌های غذایی را مقدور می‌سازند. محصولات موجود در دنیا همینک شاهد نوعی از محصولات غذایی برپایه فناوری نانو در بازار هست که در مقایسه با محصولات دیگری که با استفاده از فناوری نانو فرآوری شده اند ناچیز است. ولی با توجه به کارایی آن‌ها و تاثیرات فناوری نانو در آن‌ها در آینده شاهد حضور دسته‌ی بزرگی از این محصولات در بازار خواهیم بود. در ذیل برخی از محصولات کنونی موجوددر بازار دنیا شمرده می‌شود بسته بندی هوشمند غذایی که خروج اکسیژن یا غذا را از درون بسته بندی هشدار می‌دهد. یخچال‌های که ویژگی ضدباکتری دارند و در آنها از نانو سیلور به منظوراز بین بردن باکتری استفاده شده است. کره‌های سیلیکای نانو مقیاس پر شده با مولکول‌های فلورسانت به منظور استفاده در بسته بندی توسعه یافته‌اند که می‌توانند حضور باکتری  Ecoli0157را تشخیص دهند.

سطوح کره‌ها با آنتی بادی‌هایی پوشیده شده‌اند که به دنبال آنتی ژن‌های موجود برروی سطح باکتری Ecoli  می‌گردنند و پس از برخورد به آن کره‌ها می‌درخشند و در نتیجه رنگ بسته بندی تغییر می‌کند. فیلتر شیر و جابه جایی لاکتوز آن با مولکول‌های قند دیگر روغن‌های خوراکی تازه و محلول درآب با حضور ذرات نانو سرامیکی در آن‌ها محصولاتی که در آینده‌ی نزدیک به بازار خواهند آمد آدامس تمیز کننده‌ی دندان، قاشق چنگال‌های خود تمیز شونده (آلودگی سطح با کمک فناوری نانو تجزیه و از بین می‌روند که این مساله هم‌اکنون در حال استفاده در زمینه‌ی شیشه‌های صنعتی است). نانو پوشش‌هایی که طول عمر غذاها را بسیار بیشتر از قبل افزایش می‌دهند. بسته بندی‌هایی که اکسیژن را جذب و با این کار عمر محصول را افزایش می‌دهند.

توسعه‌ی حسگرهای نانو مقیاس برای ردگیری سموم و باکتری‌ها در فرآیندها یا عرصه‌های غذایی، ازنانوحسگرها و نانو تراشه‌ها به عنوان نانو فیلترها استفاده می‌شود. تولید دارو در قالب غذا و شکلات برای تسهیل استفاده و افزایش کارایی داروها در قالب غذا نوشیدنی‌های قابل برنامه ریزی با ایجاد رنگ و طعم و ویژگی‌های دلخواه بازار نانو غذا همینک می‌توان محصولات غذایی فرآوری شده را با استفاده از فناوری نانو در فروشگاه های بین المللی مشاهده کرد. طبق گزارش شرکت Helmut Kaiser بازار نانو غذا از 7 میلیارد دلار در سال 2006 به 4/20 میلیارد دلار در سال 2010 خواهد رسید که در این میان آمریکا پیشتاز بوده و بعد از آن ژاپن و چین در رتبه‌های بعدی قرار دارند. محرک‌ها و چالش‌های رشد و توسعه‌ی نانو غذا پیشرفت چشم‌گیر نانوغذا درآینده، بسیاری از مشکلات رودرروی جهان کنونی را افزایش خواهد داد. ساینتیفیکا چالش‌ها و محرک‌های کاربردهای فناوری نانودر صنعت غذا را به صورت زیر بررسی کرده است :

بیماری‌های کنونی مربوط به غذا که به وسیله نانو غذاها حل خواهد شد. نیازمندی‌های سبک‌های مختلف زندگی که غذاهای عامل دار بسیارمتفاوت با وضعیت کنونی غذا در دنیارا می طلبد.

جمعیت زیاد سالخورده و نیازمندی‌های آنها

جهانی شدن ارتباطات و افزایش آگاهی مردم و در نتیجه ارتقا وگسترش تقاضا در زمینه ی غذا * جنبه های مختلف مورد نیازدر بررسی نانو غذاها برای توسعه ی استاندارد ، کنترل و قوانین وایمنی

1. بررسی شمول محدوده ی اندازه ی نانو غذاها
2. بررسی نوع دستگاهها وروش های اندازه گیری مورد استفاده در آنالیز
3. بررسی پردازش اندازه گیری حدود ذره در مواد خام اولیه ، مواد واسطه ، محصولات نهایی یا مواد در هر مرحله
4. ویژگی های فیزیکی و شیمیایی
5. بررسی تبدیل مواد غذایی نانو مقیاس به مونومرهای قابل جذب و قابل متابولیسم
6. بررسی نحوه پایداری گرمایی ، مکانیکی ، PHمواد نانو مقیاس
7. بررسی به جا ماندن ترکیبات خطرناک بعد از فرآیندهای پردازش
8. بررسی قابلیت سلامت و اثرات محیطی مواد نانو مقیاس ، حتی اگرموادماکرو و میکرو مقیاس مشابه آنهابرای استفاده تایید شده باشند.
9. بررسی و تشخیص جنبه های مربوط به ماندگاری ، انباشتگی ، پس زدگی مواد نانو مقیاس در بدن.