نانو در صنایع غذایی

[v.m 2020]

مقدمه
مواد غذايی از اهميت خاصی در سلامت بدن برخوردارند. برای حفظ سلامتی لازم است تا يک‌سری از مواد روزانه به بدن برسند. متخصصان علم تغذيه، به ترتيب اهميت و نياز بدن به مواد غذايی، هرمی را ترتيب داده‌اند که به هرم مواد غذايی معروف است. در شکل زير هرم مواد غذايی نشان داده شده است. همان‌طور که در اين شکل می‌بينيد، موادی که در زير هرم هستند بايد بيشتر مصرف شوند (مانند غلات، ميوه‌جات و سبزيجات).

شکل 1. هرم مواد غذايي.

امروزه به علت صنعتی شدن و روش‌های نادرست زندگی، متاسفانه بيشتر از مواد غذايی آماده، و يا پروتئينی و چربی استفاده می‌کنيم و به علت عدم تحرک و ورزش، مردم با مشکلات زيادی از نظر سلامتی مواجه شده‌اند.
از طرف ديگر به علت عادت به استفاده از مواد آماده، مسئله بسته‌بندی مواد غذايی هم اهميت بسيار زيادی پيداکرده است. هم‌چنين، مسئله بسته‌بندی از نظر بازاريابی، جلب مشتری و فروش مواد غذايی نيز دارای اهميت می‌باشد.نانوغذا
به غذاهايی که در تهيه، بسته بندی ويا کاشتن آنها از فناوری‌نانو، يا وسايل نانومتری استفاده شده باشد ويا غذاهايی که به آنها نانومواد افزوده شده باشد، نانوغذا می‌گوييم.کاربرد فناوری نانو در صنايع غذايی
1. تهيه مواد غذايی با افزودني‌های رنگ، طعم‌دهنده و مغذی
2. کاهش هزينه‌ها
3. تهيه غذاهايی که بتوانند رنگ و طعم خود را بر حسب رژيم غذايی، سليقه و يا حساسيت‌ها و آلرژی افراد مختلف تغيير دهند.
4. بسته‌بندی مواد غذايی طوری که بتوان آنها را به مدت بيشتری نگه‌داری کرد.
در اين مقاله و مقالات بعدی به طور مفصل به بررسی هر يک از موارد بالا می پردازيم.بسته‌بندی
يکی از کاربردهای فناوری‌نانو که خيلی زود تجاری شد، در زمينه بسته‌بندی مواد غذايی بود. در حال حاضر، تخمين زده می‌شود که بين 400 تا 500 محصول مواد غذايی از بسته‌بندی نانويی استفاده می‌کنند. پيش‌بينی می‌شود که در 10 سال آينده حدود 25% از بسته‌بندي‌های مواد غذايی از فناوری‌نانو استفاده کنند.
هدف اصلی استفاده از بسته‌بندی نانويی، افزايش دوام و ماندگاری مواد غذايی است. برای اين منظور بايد تبادل گاز، نور و رطوبت بين فضای بيرون و داخل بسته‌بندی را کنترل کرد. در ادامه، به برخی از کاربردهای فناوری‌نانو در صنعت بسته‌بندی مواد غذايی اشاره می‌شود:
1. می‌توان بسته‌بندی نانويی را طوری طراحی کرد که مواد ضدباکتری، آنزيم‌ها، مواد مغذی و يا طعم دهنده‌هايی را از خود آزاد کنند. به اين ترتيب، عمر مواد غذايی در بسته‌بندی نانويی بيشتر می‌شود.
2. برخی بسته‌بندی‌های نانويی به گونه‌ای طراحی شده‌اند که اگر ماده غذايی درون‌شان شروع به تغيير کند، مثلا رطوبتش عوض شود و يا مقدار مواد ميکروبی درون آن زياد شود، موادی آزاد می‌کند که اين تغييرات را خنثی کند (مانند ترکيبات ضدباکتری). بيشتر بسته‌بندي‌های ضدباکتری از نانوذرات نقره استفاده می‌کنند اما در آينده، نانواکسيد روی، نانواکسيد منيزيم، نانواکسيد مس، نانواکسيد تيتانيوم و نانولوله‌های کربنی در بسته‌بندی‌های ضدباکتری مورد استفاده قرار خواهند گرفت.

شکل 2. بايد بسته‌بندی مواد غذايی طوری باشد که از عبور هرگونه ميکروب و ويروس جلوگيری کند.

3. ايجاد پوشش‌هاي خوراکی نانويی نيز يکی ديگر از کاربردهای فناوری‌نانو در صنعت بسته‌بندی مواد غذايی است. اين پوشش‌ها به نازکی 5 نانومتر می‌باشند و با چشم ديده نمی‌شوند. از اين پوشش‌ها می‌توان برای گوشت، ميوه، سبزيجات، پنير، شيرينی‌جات و نان استفاده کرد. اين پوشش‌ها سدی را در برابر تبادل رطوبت و گاز به وجود می‌آورند ( شکل 3).

شکل 3. پوشش‌هاي خوراکی نانويی بر روی پنير.

4. بسته‌بندی‌های مجهز به نانو سنسورها دسته ديگری از کاربرد فناوری‌نانو در صنعت بسته‌بندی مواد غذايی می‌باشد. اين بسته‌بندي‌ها می‌توانند دما و رطوبت را در زمان‌های مختلف ارزيابی کنند و بر حسب شرايط، پاسخ‌های متناسبی را به مصرف‌کننده بدهند. برای مثال: با تغيير رطوبت، رنگ بسته‌بندی تغيير می‌کند.
5. نانوبارکدها، مدل مولکولي بارکدهاي سنتي است و شامل نانوذرات فلزي مي‌باشد که اثر انگشت شيميايي قابل‌شناسايي و خاصي دارند و مي‌توانند از طريق يک ماشين، تشخيص داده شوند. اين نوع بارکدها مي‌توانند براي حفاظت مارک و ارزيابي غذاهايي که در حالت عادي نمي‌شود بارکدهاي سنتي را روي آنها چسباند، استفاده شود.
6. نور خورشید از امواج مختلفی با طول موج‌های متفاوت تشکِل شده است. برخی از امواج برای سلامتی ما خطرناک هستند. در نتيجه بايد از رسيدن آنها به بدن جلوگيری کرد. يکی از اين امواج خطرناک، امواج ماوراء بنفش می‌باشند. در طبيعت لايه ارزون، تا حد زيادی از رسيدن اين امواج به ما جلوگيری می کند. يکی از مشکلاتی که بسته‌بندي های شفاف دارند اين است که وقتی در معرض نور قرار می گيرند، تابش ماوراء بنفش را از خود عبور داده و به ماده غذايی می‌رسانند و در نتيجه نمی‌توانند از ماده غذايی داخل خود به خوبی محافظت کنند و ماده غذايی زود فاسد می‌شود. با استفاده از فناوری نانو پلاستيک‌هايی توليد شده‌اند که دارای نانوذرات اکسيد تيتانيوم هستند. اين پلاستيک‌ها آثار مخرب تابش‌های ماوراء بنفش را کاهش می‌دهند.
7. امروزه از پلاستيک‌ها برای بسته‌بندی برخی از مواد غذايی استفاده می‌گردد. مشکل اصلی پلاستيک‌ها اين است که وقتی به صورت زباله دور ريخته می‌شود برای مدت‌های طولانی در طبيعت باقی می‌ماند و تجزيه نمی‌شود. اين مسئله، باعث آلودگی محيط زيست می‌شود. از فناوری‌نانو برای ساختن بسته‌بندي‌هاي پلاستيکی بيولوژيکی که بتوانند در طبيعت تجزيه شوند کمک گرفته می‌شود. اين پلاستيک‌ها از گياهان ساخته می‌شوند و دوست‌دار محيط زيست می‌باشند.
8. نانولوله‌های کربنی نيز می‌توانند در بسته‌بندی مواد غذايی به کار روند. اين مواد، اکسيژن و گاز دی‌اکسيدکربن را که سبب فساد ماده غذايی می‌شود، به بيرون پمپ می‌کنند.نتيجه‌گيری
همان‌طور که از مباحث مطرح شده مشخص می‌شود، فناوری‌نانو می‌تواند در زمينه‌های مختلف صنايع غذايی مانند ايجاد طعم‌های جديد، بسته‌بندی‌های بهتر و ... کاربرد داشته باشد و به حل مشکلات کنونی کمک کند. البته تلاش‌ها و بررسی‌ها در اين زمينه‌ها هنوز در حال انجام می‌باشد و بسياری از شرکت‌های مطرح توليد کننده مواد غذايی هزينه‌های زيادی را برای تحقيق نقش فناوری‌نانو صرف می‌کنند.



يكي از مهمترين بخش هاي صنعت كشورها صنعت غذايي است كه ارتباط تنگاتنگي با امنيت غذايي افراد جامعه دارد. افزايش جمعيت به همراه گسترش شهرنشيني وافزايش سطح درآمد سرانه نياز به غذاهاي فرايندي را روز به روز افزايش داده است. از اين رو استفاده از فن آوری‌هاي نوين از جمله فناوری‌نانو در اين صنعت بسيار مورد توجه محافل علمي وصنعتي جهان قرار گرفته است .
حوزه هاي مختلف كاربردي فناوري‌نانو در غذا و صنايع غذايي را مي توان به شش دستة زير تقسيم بندي نمود (شکل 1):
• نگهداري غذا
• بهبود طعم و رنگ
• سلامت غذا
• بسته‌بندی
• توليد غذا
• فرآيندهای غذايی

شکل 1. کاربرد فناوری‌نانو در صنايع غذايی.

در مقاله قبل در مورد کاربرد فناوری‌نانو در بسته بندي مواد غذايي نکاتي را اشاره کرديم. در اين مقاله به بررسي نقش فناوری‌نانو در توليد مواد غذايی می‌پردازيم.1. ايجاد غذاهايی با طعم‌های جديد
براي درمان بسياري از بيماريها مانند بيماري ديابت (قند) بايد از رژيم غذايي خاصي استفاده کرد. از طرف ديگر به علت زندگي صنعتي امروزه، مسئله چاقي نيز به معضلي تبديل شده است که متاسفانه گريبان‌گير نوجوانان و حتي کودکان شده است! (شکل2). براي حل اين معضل، با استفاده از فناوری‌نانو چند راهکار پيشنهاد مي‌شود:
• غذايي که فرد را سير کند ولي تأثيري روي وزن نداشته باشد.
• غذاهايي خوش طعم که حاوي موادی جايگزين چربي هستند.
• به‌کارگيري نانوذرات براي جلوگيری از جذب و ذخيره‌سازي چربي و کالري به‌وسيله بدن

شکل2. فناوری‌نانو می‌تواند طعم‌هاو رنگ‌های غذايی جديدی را ايجاد کند.

2. توليد غذاهای غنی شده
برخي از مواد داراي اجزای باارزشی هستند که براي بدن بسيار مهم و ضروری هستند، اما به دلايلی مانند ذائقه و عادت تمايل زيادی به استفاده از آنها وجود ندارد. اگر بتوان کاری کرد که اين مواد ارزشمند را جدا کرد و به صورت مواد افزودني به ديگر غذاها اضافه کرد، می توان مواد غني شده را ساخت. نانوفيلترهايی (براي اطلاعات بيشتر در مورد نانوفيلترها مي‌توانيد به اين آدرس مقاله مراجعه کنيد) ساخته شده‌اند که مولکول‌ها را بيشتر بر اساس شکل و نه بر حسب اندازه غربال مي‌كنند، و اين مسئله تفكيك اجزاي خاصي از يک فرآوده، را امكان‌پذير مي‌سازد.3. توليد غذاهای مولکولی
پژوهشگران بر اين باور هستند که در آينده مهندسي مولکولی امکان تهيه و رشد مقادير زياد غذا را بدون نياز به خاک، بذر، مزرعه وکشاورز فراهم ميکند و با ورود اين فناوري، گرسنگي از جهان رخت بر خواهد بست. با اين تفکر به جاي کاشت غلات و پرورش گاوها براي بدست آوردن کربوهيدرات‌ها و پروتئين، نانوماشين‌ها، استيک يا آرد مورد نظر ما را از اتم‌هاي کربن، هيدروژن و اکسيژن موجود در ترکيب آب يا دي اکسيدکربن هوا ميسازند. همچنين نانوبوت‌هاي موجود در غذا در دستگاه گردش خون به حرکت در مي ايند و آن را از بقاياي چربي و بيماري زاي کشنده پاک مي‌کنند. توليد مولکولی غذا يکي از اهداف و آرزوهاي فناوري‌نانو است و به نظر مي‌رسد که چندان به سرعت دست يافتني نباشد. با استفاده غذاهاي مولکولی مي‌توان گرسنگي را ريشه‌کن نمود‌، محتواي تغذيه‌اي مواد غذايي را افزايش داد و خطر مواد حساسيت‌زا را در مواد غذايي حذف کرد.4. افزودني‌های غذايی در مقياس‌نانو
امروزه افزودني‌های مختلف بر پايه فناوری‌نانو ساخته شده‌اند. براي مثال شرکت باسف يک نوع کارتنوئيد در مقياس نانو توليد کرده است. کارتنوئيدها نوعی افزودني غذايي هستند که به غذاها رنگ نارنجي مي‌دهند و به طور طبيعی در هويج و گوجه فرنگي وجود دارند. بعضي از انواع کارتنويئد‌ها انتي‌اکسيدان مي‌باشند و در بدن به ويتامين A تبديل مي‌شوند. شرکت باسف (BASF) اين کاروتنوئيد را در مقياس نانو، به شرکت‌های بزرگ توليد کننده غذا و نوشابه در سراسر جهان می فروشد تا در ليموناد‌ها ، آبميوه‌ها و مارگارين‌ها مورد استفاده قرار گيرد .
فرمو لاسيون افزودنی‌ها در مقياس نانو جذب آنها را در بدن راحت‌تر کرده و زمان نگهداري آنها را افزايش مي‌دهد. شرکت باسف همچنين کاروتنوئيد صنعتي ديگری به نام ليکوپن به عنوان يک افزودني غذايي توليد کرده است. ليکوپن به طور طبيعي در گوجه فرنگي وجود دارد (شکل3).

شکل3. نانومواد را می‌توان به عنوان افزودنی به مواد غذايی افزود.

5. غذاهای دارای انتشار مخصوص در بدن
براي اينکه بدن ما بتواند از انتشار اجزای غذا در آن سود ببرد، ماده مغذي بايد به محل خاصي از بدن بروند و در آن محل فعال شوند. کنترل و مهندسي انتشار مواد مغذی در بدن يکي از زمينه‌هاي تحقيقاتي فناوري‌نانو است. اين مواد غذايي که "غذا و دارو" ناميده مي‌شوند اجزای فعالشان توسط نانوکپسول در بدن توزيع مي‌گردد . زيرا يکی از راه‌های حفظ يک جزء فعال غذايی، قرار دادن آن در يک پوشش محافظ است. اين پوشش را می‌توان طوری طراحی کرد که با تحريک شدن توسط محرک مناسبی حل شده و ماده فعال داخل ان از طريق پوشش انتشار يابد. به عنوان مثال موسسه غذايی جورج وستون در استراليا نوعی نان به نام نان (( تيپ تاپ اپ )) توليد کرده که حاوی روغنی از اسيد چرب امگا 3 حاصل از ماهی تن می‌باشد. اما روغن ماهی تن در داخل ميکرو کپسول قرار داده شده است و بنابراين مصرف کننده طعم روغن ماهی را حس نمی کند و فقط وقتی اين روغن به معده رسيد و کپسول هضم شد آزاد می‌شود. اين فناوری، در مورد ماست و غذای کودک نيز به کار گرفته شده است (شکل4).

شکل4. می‌تواند از نانوکپسول‌ها برای رساندن غذا استفاده کرد.

با استفاده از نانوکپسول‌هايی از جنس پليمر خوارکی، می‌توان مزه و بوی مولکول‌های غذا را حفظ کرد و در نتيجه مدت زمان ماندگاری محصول را افزايش داد.6. روکش‌کردن آنزيم‌ها
يکي از دغدغه‌هاي شرکت‌هاي صنايع غذايي جهان، نگهداري غذا و مصون نگهداشتن آن از آسيب آنزيم‌ها است. اگر بتوان به روشي آنزيم‌ها را از محيط غذايي دور کرد، فرايند فساد مواد غذايي به تاخير مي‌افتد. با استفاده از فناوري‌نانو مي‌توان با روکش کردن آنزيم‌ها، آنها را از محيط فعاليت دور کرده و مانع از اثر آنها شد. يکي از اين روش‌ها، روکش کردن آنزيم توسط يک ساختار پليمري است. در اين روش يک شبکه نانوکامپوزيتي را با فرايند پليمريزاسيون در اطراف هر مولکول آنزيم ايجاد مي‌کنند، تا از تخريب آن جلوگيري شود. اين نانو ذرات حاوي آنزيم، در دمايي حدود 8 درجه سانتيگراد تا 5 ماه عمر مي‌کنند. روکش کردن آنزيم در صنايع غذايي، يکي از فرايندهاي مهم براي حفظ کيفيت و بهبود نگهداري مواد غذايي است.