نوشته‌ها

کاربردهای نانو در مواد غذایی

کاربردهای نانو در مواد غذایی

فناوری نانو و به‌کارگیری نانومواد و نانوذرات مهندسی‌شده پتانسیل بالایی برای بهبود کیفیت مواد غذایی ایجاد کرده است که این بهینه‌سازی به‌طور عمده از طریق اعمال کاربردهای جدیدی مانند ابداع سیستم‌های حمل و جذب مواد غذایی و مواد زیست‌فعال، بهبود رنگ‌ها و طعم‌ها، عامل‌دار کردن ترکیبات، ردیابی و کنترل ترکیبات میکروبی، آلرژن‌ها و آلاینده‌ها و فرایند‌‌های بسته‌بندی مواد غذایی صورت می‌پذیرد.

همچنین استفاده از نانومواد فرصت‌های زیادی را برای بهبود ویژگی‌های ارتقادهنده سلامتی مواد مغذی و انتقال ترکیبات زیست‌فعال در غذا فراهم کرده است.

رهایش کنترل‌شده و آهسته ترکیبات با استفاده از هیدروژل‌های پلیمری و فناوری‌های کپسوله کردن، کاهش برهم‌کنش‌ها در یک سیستم غذایی، بهبود تراکنش و سوسپانسیون و تثبیت تعلیق ترکیبات نامحلول در آب با استفاده از لیپوزوم‌ها، نانوپراکنش‌ها (nanodispersion) و نانو‌امولسیون‌ها، بهبود فراهمی زیستی و بهبود پایداری از جمله دستاورد‌های کاربردی به‌کارگیری این فناوری و نانومواد در غذا و صنایع غذایی است.

این کاربرد‌ها به‌طور عمده شامل مواد مغذی یا شیمیایی نانو کپسوله شده، نانوذرات با خاصیت ضد‌میکروبی و بسته‌بندی مواد غذایی به شکل هوشمند و فعّال خواهد بود.

۱- مقدمه

امروزه نانومواد و نانوذرات مهندسی‌شده (Engineered Nanoparticles) به‌عنوان گروه مهمی از مواد پیشرفته (Advanced Materials)، پتانسیل بالایی برای استفاده در مواد غذایی دارند.

کاربردهای جدیدی مانند ابداع سیستم‌هایی در مقیاس نانو برای حمل و جذب مواد غذایی و پپتید‌های زیست‌فعّال (Bioactive Peptides)، بهبود رنگ‌ و طعم‌ مواد غذایی با اهداف بهبود ظاهر فیزیکی غذا و جذب مشتری، عامل‌دار کردن ترکیبات با به‌کارگیری نانوذارت مناسب، ردیابی و کنترل ترکیبات میکروبی، آلرژن‌ها و آلاینده‌ها با کمک نانو‌حسگرهای زیستی (Nano biosensors) و فرایند‌‌های بسته‌بندی مواد غذایی تنها نمونه‌هایی از کاربردهای مؤثر نانومواد در حوزه غذا به شمار می‌روند.

مقدمه

همچنین استفاده از نانومواد سبب شده تا زمینه مناسب برای بهبود ویژگی‌های ارتقادهنده سلامت مواد مغذی مثل قدرت آنتی‌اکسیدانی فراهم شود و انتقال هدفمند ترکیبات زیست‌فعّال در بستر غذا امکان‌پذیر باشد.

رهایش کنترل‌شده و آهسته ترکیبات با استفاده از هیدروژل‌های پلیمری و فناوری‌های کپسوله کردن، کاهش برهم‌کنش‌ها در یک سیستم غذایی، بهبود تراکنش و سوسپانسیون و تثبیت تعلیق ترکیبات نامحلول در آب با استفاده از لیپوزوم‌ها، نانوپراکنش و نانوامولسیون‌ها، بهبود فراهمی زیستی و بهبود پایداری از جمله دستاورد‌های کاربردی به‌کارگیری این فناوری و نانومواد در غذا و صنایع غذایی است.

دامنه وسیع این کاربردها همچنان رو به افزایش است و انتظار می‌رود این کاربرد‌ها در آینده‌ای نزدیک به‌حدی افزایش یابد که به مهمترین منبع برخورد انسان با این ترکیبات تبدیل شود.

حمل هدفمند مواد مغذی یا شیمیایی نانو‌کپسوله شده (nano-encapsulated)، طراحی نانوذرات با خاصیت ضد‌میکروبی و بهره‌گیری از بسته‌بندی مواد غذایی به شکل هوشمند و فعّال از حوزه‌های جدید و کاربردی در غذا و صنایع وابسته خواهد بود.

۲- حوزه‌های مختلف کاربرد فناوری نانو در غذا و صنایع غذایی

۱-۲- ایجاد غذاهایی با هدف کاهش و تثبیت وزن

برای درمان بسیاری از بیماری‌ها مانند بیماری دیابت باید از رژیم‌های غذایی خاصی پیروی کرد. برای حل این معضل با استفاده از فناوری نانو چند راهکار پیشنهاد شده است که عبارتند از:

·        تولید غذاهایی که فرد را سیر کند ولی تأثیری روی وزن نداشته باشد؛
·        تولید غذاهایی خوش‌طعم که حاوی مواد جایگزین چربی هستند؛
·        به‌کارگیری نانوذرات برای جلوگیری از جذب و ذخیره‌سازی چربی و کالری به‌وسیله بدن.

۲-۲- تولید غذاهای غنی‌شده

برخی از مواد غذایی ارزش تغذیه‌ای بالایی دارند و برای بدن بسیار مهم و ضروری هستند، امّا به دلایلی مانند ذائقه و عادت غذایی، تمایل زیادی به استفاده از آن‌ها وجود ندارد. یکی از راه‌حل‌های کاربردی برای غلبه بر این مشکل، جدا کردن این ترکیبات مغذی و افزودن آن‌ها به غذا‌های دیگر است.

برای نیل به این امر نانوفیلتر‌هایی ساخته شده است که مولکول‌ها را بیشتر بر اساس شکل و نه اندازه، غربال می‌کند و این فناوری تفکیک اجزای خاصی از یک فرآورده را امکان‌پذیر می‌سازد.

همچنین استفاده از نانو‌فیلتراسیون در صنایع غذایی با هدف تشخیص متابولیت‌های شاخص در کنترل کیفی و تشخیص عوامل بیماری‌زا از دیگر کاربردهای نانو در حوزه صنایع غذایی است.

۳-۲- افزودنی‌های غذایی در مقیاس نانو

امروزه افزودنی‌های مختلفی بر پایه فناوری نانو ساخته ‌شده‌اند؛ برای مثال یک نوع کاروتنوئید افزودنی در مقیاس نانو ساخته شده است. همچنین کاروتنوئید صنعتی دیگری به نام لیکوپن به‌عنوان یک افزودنی غذایی تولید شده است.

فرمولاسیون افزودنی‌ها در مقیاس نانو جذب آن‌ها را در بدن راحت‌تر کرده و زمان نگهداری آن‌ها را افزایش می‌دهد؛ به‌عنوان نمونه، کانهام (Canham) در تحقیق مهم خود، سیلیکون‌های در مقیاس نانو را برای استفاده در انواع غذا مورد بررسی قرار داد تا پایداری برخی ترکیبات خاص را طی فرایند فرآوری و نگهداری و همچنین طی عبور از مسیر گوارشی بهبود بخشد و در‌عین‌حال مزیت دیگری را که حاصل فرایند تجزیه زیستی است (تولید اورتوسیلیک اسید) و برای سلامت استخوان مفید است، کسب کند.

در این راستا شرکت آلمانی آکوانووا از فناوری نانو برای تولید نانومیسل‌ استفاده کرده تا حلالیت مواد زیست‌فعّال را بهبود بخشد و حلالیت چربی/آب مواد مغذی مانند ویتامین‌های A، C، D، E و K، کوآنزیم ۱۰، بتاکاروتن، ایزوفلاوون‌ها، آلفالیپوئیک اسید و اسید‌های چرب امگا را بهبود بخشد.

۴-۲- نانوماتریکس‌ها

یکی از حوزه‌های کلیدی فناوری نانو برای فرآوری مواد غذایی ابداع و توسعه نانوساختار‌های خاص مواد غذایی (نانوماتریس‌ها) مانند خامه، سس مایونز، کرم‌ها، ماست و بستنی است. یک محصول شناخته‌شده حاصل از این فناوری می‌تواند به شکل محصول نانوماتریس با چربی پایین باشد که در واقع همان شکل کرمی محصول ثانویه با چربی کامل است و بنابراین می‌تواند به‌عنوان یک گزینه مناسب و سالم برای مصرف‌کننده مد نظر قرار گیرد.

۵-۲- نانوکپسول‌ها

برای این که بدن انسان بتواند از انتشار اجزای غذا در ارگان‌های مختلف خود سود ببرد، ماده مغذی باید به محل خاصی از بدن انتقال یابد و در آن محل فعّال شود. کنترل و مهندسی انتشار مواد غذایی در بدن یکی از زمینه‌های تحقیقاتی فناوری نانو است.

در خصوص افزودن مواد غذایی مانند ویتامین‌ها و املاح معدنی، ساده‌ترین و کاربردی‌ترین روش اجرایی این کار، فرایند نانو‌کپسوله کردن است. با استفاده از این تکنیک، بشر موفق به ساخت محفظه‌های کیسه‌ای شکل در ابعاد بسیار کوچک در مقیاس نانو شد که درون آن‌ها فضایی خالی برای مواد غذایی تعبیه شده است.

این پوشش را می‌توان طوری طراحی کرد که با تحریک شدن توسط محرک مناسبی حل شده و ماده فعال داخل آن از طریق پوشش انتشار یابد. لایه بیرونی این کپسول طوری طراحی شده است که برای انحلال مواد داخل کپسول در آب یا در روغن مناسب باشند.

نانوکپسول‌ها

این کپسول‌ها در برابر اسید معده مقاوم هستند و بسته به ضرورت می‌توانند در دهان یا در معده باز شوند. در واقع فرایند نانوکپسوله کردن این امکان را به وجود آورده است که مواد غذایی مفید برای بدن بدون این که در فرایند ساخت در کارخانه یا هنگام پخت در آشپزخانه یا توسط آنزیم‌های دهان و معده از بین بروند، به‌طور مستقیم وارد جریان خون شده و در نتیجه جذب بهتر و مؤثرتری در بدن داشته باشند.

این کار حتّی مانع از دفع بدون جذب ویتامین‌های موجود در مواد غذایی می‌شود. یکی دیگر از کاربردهای نانوکپسوله کردن این است که مواد غذایی مفید ولی با طعم‌های نامطبوع مانند روغن ماهی را می‌توان از طریق این کپسول‌ها بدون احساس مزه ناخوشایند به غذا اضافه کرد.

همچنین با استفاده از نانوکپسول از جنس پلیمر خوراکی می‌توان مزه و بوی مولکول‌های غذا را از تخریب تدریجی حفظ کرد و با این روش مدت‌زمان ماندگاری محصول را افزایش داد.

۶-۲- روکش کردن آنزیم‌ها

یکی از دغدغه‌های شرکت‌های صنایع غذایی جهان، نگهداری غذا و مصون نگه داشتن آن‌ها از آسیب آنزیم‌ها است. اگر بتوان آنزیم‌ها را به روشی از محیط غذایی دور کرد، فرایند فساد مواد غذایی تا حد زیادی به تأخیر خواهد افتاد.

با استفاده از فناوری نانو می‌توان با روکش کردن آنزیم‌ها، آن‌ها را از محیط فعالیت دور کرده و مانع از تأثیر آن‌ها شد. یکی از این روش‌ها، روکش کردن آنزیم توسط یک ساختار پلیمری است.

در این روش یک شبکه نانو چند‌‌سازه را با فرایند پلیمریزاسیون در اطراف هر مولکول آنزیم ایجاد می‌کنند تا از تخریب آن جلوگیری شود. این نانوذرات حاوی آنزیم، در دمای حدود ۸ درجه سانتی‌گراد تا پنج ماه پایداری دارند.

فرایند روکش کردن آنزیم در صنعت غذا یکی از نوآوری‌های مهم برای حفظ کیفیت و بهبود نگهداری مواد غذایی است.

۷-۲- نانوامولسیون‌ها

فناوری امولسیون‌سازی از جمله مواردی است که به‌طور گسترده‌ای در صنعت غذا مورد استفاده قرار گرفته است و بسیاری از غذا‌ها به صورت امولسیون موجود بوده و مورد مصرف قرار می‌گیرند. در مقایسه با امولسیون‌های مرسوم با قطرهایی در ابعاد میکرو (قطر ۰/۱ تا ۱۰۰ میکرومتر)، هموژنایزر‌های با فشار بالا تولید قطرهای در محدوده اندازه نانو (با قطر کمتر از ۱۰۰ نانومتر) را تسهیل کرده‌اند. این نانو‌امولسیون‌ها به‌طور مشخصی با امولسیون‌های مرسوم تفاوت دارند، که این تفاوت کاربردی از کاهش اندازه و افزایش سطح این نانو‌امولسیون‌ها ناشی می‌شود .

۸-۲- نانولیف‌ها

از دیگر ساختار‌های در مقیاس نانو، نانولیف‌ها و ساختار‌های تجمعی هستند. نانولیف‌ها، الیافی با قطر‌های تقریبی کمتر از ۱۰۰ نانومتر هستند که می‌توانند به‌عنوان مواد اولیه در صنعت بسته‌بندی، حسگرها و فرایندهای فرآوری مواد غذایی مورد استفاده قرار گیرند. انواع مختلفی از ساختار‌های تجمعی با ترکیبی از نانوساختار‌های ذکر شده در بالا قابل تولید است.

۹-۲- سایرکاربردهای نانومواد در صنعت غذا

دو روش که استفاده از فناوری نانو در آن می‌تواند به ایجاد آنتی‌بیوتیک‌های جدید و بهبود عملکرد آنتی‌بیوتیک‌های موجود منجر شود عبارتند از:

(۱) بهبود فعالیت یک ترکیب با کوچک کردن آن تا حد نانومقیاس

(۲) افزایش کارایی ترکیبات ضد‌میکروبی موجود با روش هدف‌گذاری در محصول غذایی.

استفاده از فرایند نانوکپسوله کردن آنتی‌بیوتیک‌ها می‌تواند غلظت مؤثر ترکیبات ضد‌میکروبی را در نواحی‌ خاصی از سیستم غذایی که مورد هدف میکروارگانیسم‌ها است، مانند فاز‌های غنی از آب یا سطوح تماس جامد-مایع، افزایش دهد.

بسیاری از بیماری‌زاها با منشأ غذایی به‌طور مؤثری با استفاده از نانومواد از بین می‌روند؛ برای مثال نانوذرات نقره از دسته نانوموادی هستند که توجه زیادی را برای استفاده در فرایند‌های بسته‌بندی مواد غذایی و ظروف نگهداری غذا در صنعت غذا به خود جلب کرده‌اند. از دیگر کاربردهای نانو‌مواد در غذا می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

·        استفاده از پودرهای نانو که بتواند مواد غذایی را بهتر جذب کنند؛
·        استفاده از مواد اتمی سلولز که بتواند مواد یا دارو را با خود حمل کنند؛
·        استفاده از نانوکپسول برای ایجاد مزه‌های گوناگون در غذا؛
·        استفاده از اتم‌های سلیکات آلومینیم و خاک رس و همچنین روکش‌های بسیار نازک برای جلوگیری از خراب شدن یا با هدف جذب اکسیژن؛
·        استفاده از مواد اتمی ضد‌میکروب یا باکتری مثل ذرات نقره، منگنز و روی بر روی غذاها [۹]؛
·        استفاده از نانو‌حسگرهای الکتروشیمیایی برای ردیابی گاز اتیلین که در صورت خراب شدن غذا به وجود می‌آید؛
·        استفاده از نانوحسگرهایی که در مدت‌زمان خاص یا حرارت یا رطوبت به‌طور آزاد معدوم می‌شوند.

۳- تأثیر نانومواد بر سلامت

مسیر احتمالی اصلی ورود ذرات در اندازه میکرو و نانو به بدن از طریق مصرف آب و غذا است. اندازه بسیار کوچک ترکیبات غذایی و افزودنی‌های نانویی ممکن است باعث عبور راحت‌تر این ترکیبات از دیواره سیستم گوارشی شود که اجازه عبور به بسیاری از ترکیبات غذایی با اندازه معمول را از دیواره خود نمی‌دهد.

این افزایش جذب و فراهمی زیستی می‌تواند منجر به افزایش مواجهه سیستم داخلی بدن با غلظت پلاسمایی بالاتر شود.

قابل ذکر است که هر خطر بالقوّه‌ای که نانو‌مواد غذایی می‌توانند بر سلامت انسان داشته‌باشند به تعدادی از فاکتور‌ها از جمله غلظت نانوذرات مهندسی‌شده در محصول غذایی مورد نظر، تعداد دفعات مصرف محصول غذایی و مهم‌تر از همه به طبیعت فیزیکوشیمیایی، مصرف، انتقال و فراهمی زیستی نانوذرات مهندسی‌شده به‌کار رفته در محصول وابسته خواهد بود.

در‌ حال‌حاضر فقدان اطلاعات کافی در ارتباط با رفتار، برهم‌کنش‌ها، تأثیرات سمی نانوذرات مهندسی‌شده در داخل و خارج از مسیر دستگاه گوارشی وجود دارد.

این امر محتمل است که اکثر نانوذرات مهندسی‌شده افزوده‌شده به مواد غذایی به دلایلی همچون کلوخه شدن، اتصال با دیگر ترکیبات غذایی و واکنش با اسید معده یا دیگر آنزیم‌های گوارشی در شکل آزاد باقی نخواهند ماند.

همچنین قابل ذکر است که بیشتر شواهد کنونی نشان می‌دهد که تأثیرات بعضی از نانوذرات مهندسی می‌تواند از طریق استنشاق صورت گیرد.

۴- نتیجه‌گیری

نگاه دقیق به توسعه فناوری‌های جدید نشان می‌دهد که فناوری‌های نانو مزایای مفید و گسترده‌ای را در کل زنجیره غذایی ارائه می‌دهند.

نمونه‌ای از این مزایا عبارتند از ایجاد مزه‌های جدید، تولید ماتریس‌ها متنوع در ظاهر و ارزش مواد غذایی، کاهش بالقوّه در مقدار چربی، نمک و افزودنی‌های پرمخاطره دیگر، بهبود در فرایند‌های جذب و زیست فراهمی مواد مغذی و مکمل‌ها، حفظ کیفیت مناسب و تازگی مواد غذایی و قابلیت ردیابی و ایمنی بیشتر محصولات غذایی از طریق فرایند‌های بسته‌بندی نوین

. به‌کارگیری فناوری نانو در ترکیبات غذایی برای ایجاد مزه‌های جدید، بهبود ماتریس‌ها، پایداری و همگنی امولسیون‌ها در مقایسه با روش‌های مرسوم فرآوری مواد غذایی بازده بهتری داشته‌است.

همچنین از کاربرد‌های حال حاضر و در دست اقدام در بخش‌‌های سلامت غذا مشخص شده است که این فناوری در حال گسترش جهانی است.

در‌ حال حاضر کاربرد‌های این فناوری در بسته‌بندی مواد غذایی بیشترین سهم را در بازار نانوغذا ایفا می‌کند، که به دنبال آن ترکیبات نانوغذا یا نانوکپسوله شده و افزودنی‌ها در جایگاه بعدی قرار دارند.

تعدادی از ترکیبات و افزودنی‌ها به‌طور گسترده‌ای در سطح جهان مورد استفاده قرار گرفته‌اند.

همچنین محصولاتی که در آینده نزدیک شاهد ظهور آن‌ها خواهیم بود، کاربردهای آینده فناوری نانو در تولید، فرآوری، نگه‌دارنده‌ها، بهبود رنگ و طعم، لوازم بهداشتی، ایمنی و بسته‌بندی گسترش خواهد یافت؛

با این‌حال این قبیل فناوری‌ها همچنان حتّی در برخی از کشور‌های پیشرفته، جدید و نوپا هستند و مخاطرات و مسائل ایمنی آن‌ها باید مورد توجه قرار گیرد.

منبع: سیستم جامع آموزش فناوری نانو

محصولات برجسته‌ی شرکت صنایع برودتی برادران حقیقی:

سردخانه دو مداره صنایع برودتی برادران حقیقی:

ساخت سردخانه دو مداره چیست ؟

سردخانه دو مداره ، یکی از انواع سردخانه است که قابلیت عملکرد هر دو حالت سردخانه زیر صفر و سردخانه بالای صفر را داراست.

در سردخانه دو مداره بایستی پس از تخلیه سردخانه (بالای صفر یا زیر صفر) در یکی از این حالات و تغییر به حالت دیگر (بالای صفر یا زیر صفر) اتاق سردخانه را با مواد نانو ضدعفونی و شستشو کرد که پس از بارگیری مجدد باعث بو گرفتن محصول جدید نشود.

نگهداری محصولات مختلف در شرایط بهینه، نیاز به سردخانه های مجزایی دارد که از نظر اقتصادی امکان پذیر نیست.

به عبارت دیگر سردخانه دومداره انبارهایی هستند که توانایی نگهداری و ذخیره مواد غذایی را در دمای پایین دارند.

سردخانه ها معولا در انواع سردخانه های زیر صفر، بالای صفر، دو مداره و دو منظوره تولید می شوند. در این مقاله قصد داریم انواع سردخانه ها را بررسی کنیم.

گاهی اوقات شرایطی پیش می آید که در آن محصولات در سالن های زیر صفر یا بالای صفر کاهش پیدا می کند و ظرفیت سالن خالی می ماند.

در سردخانه های دو منظوره این قابلیت وجود دارد که دما به بالا یا زیر صفر قابل تغییر باشد تا بتوان از آن ها در ذخیره محصولات مختلف استفاده کرد.

فناوری نانو در صنایع غذایی

فناوری نانو در صنایع غذایی

– صنایع غذایی

۱-۱- روکش کردن آنزیم‌ها

یکی از دغدغه‌های شرکت‌های صنایع غذایی جهان، بهبود کیفیت، نگهداری و بسته‌بندی “مواد غذایی” برای دور نگه داشتن آنها از آسیب باکتری‌ها و آنزیم‌های تخمیرکننده است.

مثلا این‌که چگونه می‌توان طول عمر و ماندگاری شیر را افزایش داد؟ (البته شیر خوراکی نه شیر جنگل) یا این‌که چگونه می‌توان از آلوده ‌شدن محیط زیست توسط مواد زائد یا پساب‌های کارخانه‌های صنایع غذایی جلوگیری کرد؟

زیرا در آنها آنزیم‌ها و پروتئین‌های فراوانی وجود دارد که با ایجاد محیط مناسب برای رشد باکتری‌ها و انگل‌ها، محیط زیست را آلوده می‌سازند.

فساد مواد غذایی، اغلب به دو روش صورت می‌گیرد: ۱- توسط یک عامل میکروبی خارجی. ۲- توسط آنزیم‌هایی که واکنش‌های تخمیری را سرعت می‌بخشند.

آنزیم‌ها، پروتئین‌هایی هستند که سرعت واکنش‌های شیمیایی را بالا می‌برند، مثلا می‌توانند زمان فاسد‌شدن میوه‌ها را از چند ماه به چند روز کاهش دهند.

روکش کردن آنزیم‌ها

البته باید به این نکته توجه داشت که می‌توان از آنزیم‌ها برای تولید مواد با ارزش غذایی سود جست و در فرآیندهای مفیدی مانند “تخمیر نان” و “تخمیر شیر در تولید پنیر” از آنها استفاده کرد.

همچنین آنزیم‌هایی به نام “پکتیناز” در صنایع تولید آب‌ میوه برای شفاف کردن آن به کار می‌روند. اگر بتوان به روشی آنزیم‌ها یا باکتری‌ها را از محیط عمل دور کرد، فرآیند فساد مواد غذایی به تأخیر می‌افتد.

با تکامل فناوری نانو و شناخت محققین از ذرات ریز و بنیادی مواد و دست بردن در ساختار مواد از طریق ریزترین ذرات آنها، توانایی‌های جدیدی در صنایع مختلف -از جمله صنایع غذایی- به وجود آمده‌است، به عنوان مثال می‌توان به “روکش‌کردن آنزیم‌ها و پروتئین‌ها” اشاره کرد.

با روکش‌کردن آنزیم‌ها، آنها را از محیط فعالیت دور کرده و مانع از فعالیت آنها می‌شوند. به این ترتیب، فساد مواد غذایی به تأخیر می‌افتد و طول عمر آنها افزایش می‌یابد.

آنزیم‌ها تنها در محیط‌های زنده رشد و فعالیت می‌کنند و در خارج این محیط‌ها به سرعت تخریب می‌شوند. یکی از پروژه‌های مهم که در مراجع علمی مورد توجه قرار گرفته است، روکش‌کردن آنزیم “توسط یک ساختار پلیمری” است.

روکش کردن آنزیم‌ها

با این روش آنزیم‌‌ها تا ۵ ماه فعال می‌مانند. به گفته‌ محققین تبدیل آنزیم‌های آزاد به این نانوذراتِ حاوی آنزیم، باعث ثبات خاصیت کاتالیزوری آنها می‌شود. در این روش یک شبکه کامپوزیتی را با فرآیند پلیمریزاسیون در اطراف هر مولکول آنزیم ایجاد می‌کنند تا از تخریب آن جلوگیری شود.

این نانوذراتِ حاوی آنزیم قطری حدود ۸ نانومتر دارند و در دمای ۴ درجه‌ سانتی‌گراد تا ۵ ماه عمر می‌کنند.

“روکش‌کردن آنزیم‌ها”، یکی از فرآیندهای مهم در صنایع غذایی برای حفظ، افزایش کیفیت و بهبود بسته‌بندی مواد غذایی است، که با پیدایش فناوری نانو، اجرای آنها آسان‌تر شده‌است.

– پلیمرها عموما موادی با ساختار کربنی هستند که از به‌ هم پیوستن واحدهای یکسان که “مونومر” نامیده می شوند، به دست می‌آیند.

– کاتالیزورها موادی هستند که سرعت واکنش‌های شیمیایی را افزایش می‌دهند ولی خود در واکنش شرکت نمی‌کنند. آنزیم‌ها هم نوعی کاتالیزور هستند که در فرآیندهای غذایی شرکت می‌کنند.

– مواد کامپوزیتی از دو یا چند ماده متفاوت، که هر کدام خاصیت منحصر به فردی دارند، تشکیل شده‌اند. با ترکیب‌کردن این مواد، به ترکیبی دست می‌یابیم که مجموعه خواص‌ مواد تشکیل‌دهنده را هم‌زمان دارد.

برای مثال بتن آرمه هم از خاصیت سختی بتن بهره‌مند است و هم از خاصیت انعطاف‌پذیری آهن و بنابراین در برابر زلزله مقاوم است.

۲-۱- غذاهای نانویی

۱-۲-۱-به کارگیری فناوری نانو در صنایع غذایی

فرض کنید ظهر یکشنبه است و شما بسیار تشنه هستید. سراغ یخچال می‌روید، اما مردد هستید که چه چیزی را انتخاب کنید.

از یک سو، می‌دانید که آب میوه دارای ویتامین‌های فراوانی است و برای بدن شما مفید است، از سوی دیگر، به نوشیدن نوشابه تمایل زیادی دارید و علاوه بر این می‌خواهید این نوشیدنی هر چه که هست چند ساعتی شما را بیدار نگه دارد، چون کارهای عقب ماندۀ زیادی دارید که ترجیح می‌دهید آنها را به هفتۀ بعد موکول نسازید.

بنابراین، یک بطری حاوی مایعی بی‌رنگ را بر می‌دارید. ابتدا دکمه‌ای را برای انتخاب نوشابه فشار می‌دهید، پس از آن نوبت اضافه کردن افزودنی‌هاست؛ ویتامین C و کافئین را هم از قسمت افزودنی‌ها انتخاب می‌کنید.

با فشار دادن این دکمه‌ها، نانوکپسول‌های بسیار کوچک حاوی مواد افزودنی مورد نظر شما در سطح محلول آزاد می‌شوند و این در حالی است که نانوکپسول‌های دیگر حاوی سایر افزودنی‌ها و طعم‌دهنده‌هایی که شما انتخاب نکرده‌اید، به صورت کپسول آزاد نشده و در محلول باقی مانده‌اند.

۲-۲-۱-غذاهای نانویی

محققان صنعت غذایی نانو در حال کار بر روی چنین غذاهایی هستند، اما به زعم فرانس کمپرز رئیس مرکز بین‌المللی زیست فناوری و سلامت، هنوز برای نیل به این مقصود در صنعت غذایی راه زیادی در پیش است.

وی معتقد است که هدف سالم‌تر، ایمن‌تر و ماندگارتر کردن مواد غذایی پدیدۀ جدیدی در این صنعت نیست و سال‌هاست که دانشمندان با دستکاری و کنترل گیاهان و سایر حیواناتی که انسان از آنها تغذیه می‌کند، سعی در ارتقای کیفیت و خواص مواد غذایی دارند.

اما آنچه که در این صنعت جدید است، امکان اعمال تغییر در مواد غذایی آماده و اضافه کردن افزودنی‌های مورد نظر در اندازه‌های بسیار ریز و دستکاری محتویات فیزیکی مواد غذایی است.

در مقیاس نانو، مولوکول‌ها بیشتر از قوانین کوانتوم پیروی می‌کنند تا از قوانین فیزیک در مقیاس بزرگ.

ترکیبات غیر قابل حل در آب یا روغن در مقیاس نانو به راحتی حل می‌شوند، حتی این امکان وجود دارد که موادی که عموماً پس از مصرف در معده آزاد می‌شوند، به صورت آزاد نشده به طرف روده هدایت شوند و از آنجا مستقیما جذب شده و وارد گردش خون شوند.

غذاهای نانویی

به عقیدۀ کمپرز تا پنج الی ده سال آینده، این فرایند کاملاً کاربردی می‌شود، به خصوص در مورد افزودن مواد غذایی‌ای مانند ویتامین‌ها و املاح معدنی.

ساده‌ترین و کاربردی‌ترین روش اجرای این کار، فرایند نانوکپسوله کردن است. این تکنیک از روی عملکرد غشای سلولی در طبیعت الگوبرداری شده است.

با استفاده از این تکنیک، بشر موفق به ساخت محفظه‌های کیسه‌ای شکلی در ابعاد بسیار کوچک نانویی خواهد شد که درون آنها فضایی خالی برای مواد غذایی تعبیه شده است، لایۀ بیرونی این کپسول بسته به اینکه لازم است مواد داخل کپسول در آب یا در روغن حل شوند، طراحی می‌شوند.

این کپسول‌ها در برابر اسید معده مقاوم هستند و بسته به ضوروت می‌توانند در دهان یا در معده باز شوند.

در واقع، فرآیند نانوکپسوله کردن به این معنا است که این امکان وجود دارد که مواد غذایی مفید برای بدن بدون اینکه در فرایند ساخت در کارخانه یا هنگام پخت در آشپزخانه و یا توسط آنزیم‌های دهان و معده از بین بروند، این کپسول‌ها به طور مستقیم وارد جریان خون شده و در نتیجه، جذب بدن شوند.

این کار حتی مانع از دفع بدون جذب ویتامین‌های مواد غذایی می‌شود. یکی دیگر از کاربردهای نانوکپسوله کردن این است که مواد غذایی مفید ولی با طعم‌های نامطبوع مانند روغن ماهی را می‌توان از طریق این کپسول‌ها بدون احساس مزۀ ناخوشایند به غذا اضافه کرد.

۳-۲-۱-پرسش‌های باقیمانده

با وجود تمام این مزیت‌ها این حقیقت که این ذرات بسیار ریز می‌توانند از سد سیستم دفاعی بدن نیز بدون هیچ مانعی عبور کنند، موجب نگرانی دانشمندان شده است.

دونالد بروس شیمیدان و رئیس مرکز مطالعات تکنولوژی‌های جدید اسکاتلند خاطر نشان می‌کند که مشکل اینجا است که این ذرات بسیار کوچک در کپسول‌ها به راحتی قادرند از غشای خونی دیوارۀ مغز و همچنین دیوارۀ سلول‌ها که به طور معمول مواد دیگر امکان عبور از آنها را ندارند، عبور کنند.

البته این امر به این معنا نیست که چنین فرآیندی لزوماً خطرناک است، اما مسئله این است که هنوز تأثیرات آن به طور کامل مورد مطالعه و بررسی قرار نگرفته و ناشناخته است.

دیوید بنت رئیس کمسیون اروپایی نانوبیوتکنولوژی در این باره می‌گوید:

«با اینکه سیستم ایمنی بدن از بدو تولد می‌تواند با بسیاری از نانوذرات مضر برای بشر، مانند ذرات موجود در دود سیگار مقابله کند، اما این موضوع نباید باعث شود که ما بدون انجام تحقیقات گسترده بر روی اثرات ناشناختۀ نانوکپسول‌ها آنها را به بازار وارد کنیم».

۳-۱- نانوغذا دیگر چیست؟

۱-۳-۱-قسمت اول:

صنایع بسته‌بندی

۱-۱-۳-۱-مقدمه

مواد غذایی از اهمیت خاصی در سلامت بدن برخوردارند. برای حفظ سلامتی لازم است تا یک‌سری از مواد روزانه به بدن برسند.

متخصصان علم تغذیه، به ترتیب اهمیت و نیاز بدن به مواد غذایی، هرمی را ترتیب داده‌اند که به هرم مواد غذایی معروف است.

در شکل زیر هرم مواد غذایی نشان داده شده است. همان‌طور که در این شکل می‌بینید، موادی که در زیر هرم هستند باید بیشتر مصرف شوند (مانند غلات، میوه‌جات و سبزیجات).

امروزه به علت صنعتی شدن و روش‌های نادرست زندگی، متاسفانه بیشتر از مواد غذایی آماده، و یا پروتئینی و چربی استفاده می‌کنیم و به علت عدم تحرک و ورزش، مردم با مشکلات زیادی از نظر سلامتی مواجه شده‌اند.

از طرف دیگر به علت عادت به استفاده از مواد آماده، مسئله بسته‌بندی مواد غذایی هم اهمیت بسیار زیادی پیداکرده است. هم‌چنین، مسئله بسته‌بندی از نظر بازاریابی، جلب مشتری و فروش مواد غذایی نیز دارای اهمیت است.

۲-۱-۳-۱-نانوغذا

به غذاهایی که در تهیه، بسته بندی ویا کاشتن آنها از فناوری ‌نانو، یا وسایل نانومتری استفاده شده باشد ویا غذاهایی که به آنها نانومواد افزوده شده باشد، نانوغذا می‌گوییم.

۲-۱-۳-۱-کاربرد فناوری نانو در صنایع غذایی

– تهیه مواد غذایی با افزودنی‌های رنگ، طعم‌دهنده و مغذی
– کاهش هزینه‌ها
– تهیه غذاهایی که بتوانند رنگ و طعم خود را بر حسب رژیم غذایی، سلیقه و یا حساسیت‌ها و آلرژی افراد مختلف تغییر دهند.
– بسته‌بندی مواد غذایی طوری که بتوان آنها را به مدت بیشتری نگه‌داری کرد.

در ادامه به طور مفصل به بررسی هر یک از موارد بالا می پردازیم.

۲-۳-۱-بسته‌بندی

یکی از کاربردهای فناوری ‌نانو که خیلی زود تجاری شد، در زمینه بسته‌بندی مواد غذایی بود. در حال حاضر، تخمین زده می‌شود که بین ۴۰۰ تا ۵۰۰ محصول مواد غذایی از بسته‌بندی نانویی استفاده می‌کنند.

پیش‌بینی می‌شود که در ۱۰ سال آینده حدود ۲۵% از بسته‌بندی‌های مواد غذایی از فناوری‌نانو استفاده کنند.

هدف اصلی استفاده از بسته‌بندی نانویی، افزایش دوام و ماندگاری مواد غذایی است. برای این منظور باید تبادل گاز، نور و رطوبت بین فضای بیرون و داخل بسته‌بندی را کنترل کرد.

در ادامه، به برخی از کاربردهای فناوری‌نانو در صنعت بسته‌بندی مواد غذایی اشاره می‌شود.

می‌توان بسته‌بندی نانویی را طوری طراحی کرد که مواد ضد باکتری، آنزیم‌ها، مواد مغذی و یا طعم‌دهنده‌هایی را از خود آزاد کنند. به این ترتیب، عمر مواد غذایی در بسته‌بندی نانویی بیشتر می‌شود.

بسته‌بندی

برخی بسته‌بندی‌های نانویی به گونه‌ای طراحی شده‌اند که اگر ماده غذایی درون‌شان شروع به تغییر کند، مثلا رطوبتش عوض شود و یا مقدار مواد میکروبی درون آن زیاد شود، موادی آزاد می‌کند که این تغییرات را خنثی کند (مانند ترکیبات ضد باکتری).

بیشتر بسته‌بندی‌های ضد باکتری از نانوذرات نقره استفاده می‌کنند اما در آینده، نانواکسید روی، نانواکسید منیزیم، نانواکسید مس، نانواکسید تیتانیوم و نانولوله‌های کربنی در بسته‌بندی‌های ضد باکتری مورد استفاده قرار خواهند گرفت.

ایجاد پوشش‌های خوراکی نانویی نیز یکی دیگر از کاربردهای فناوری‌نانو در صنعت بسته‌بندی مواد غذایی است. این پوشش‌ها به نازکی ۵ نانومتر هستند و با چشم دیده نمی‌شوند.

از این پوشش‌ها می‌توان برای گوشت، میوه، سبزیجات، پنیر، شیرینی‌جات و نان استفاده کرد. این پوشش‌ها سدی را در برابر تبادل رطوبت و گاز به وجود می‌آورند

بسته‌بندی‌های مجهز به نانوحسگرها، دسته دیگری از کاربرد فناوری ‌نانو در صنعت بسته‌بندی مواد غذایی است.

این بسته‌بندی‌ها می‌توانند دما و رطوبت را در زمان‌های مختلف ارزیابی کنند و بر حسب شرایط، پاسخ‌های متناسبی را به مصرف‌کننده بدهند. برای مثال با تغییر رطوبت، رنگ بسته‌بندی تغییر می‌کند.

نانوبارکدها، مدل مولکولی بارکدهای سنتی است و شامل نانوذرات فلزی است که اثر انگشت شیمیایی قابل ‌شناسایی و خاصی دارند و می‌توانند از طریق یک ماشین، تشخیص داده شوند.

بسته‌بندی

این نوع بارکدها می‌توانند برای حفاظت مارک و ارزیابی غذاهایی که در حالت عادی نمی‌شود بارکدهای سنتی را روی آنها چسباند، استفاده شود.

نور خورشید از امواج مختلفی با طول موج‌های متفاوت تشکِل شده است. برخی از امواج برای سلامتی ما خطرناک هستند. در نتیجه باید از رسیدن آنها به بدن جلوگیری کرد. یکی از این امواج خطرناک، امواج ماوراء بنفش هستند.

در طبیعت لایه ارزون، تا حد زیادی از رسیدن این امواج به ما جلوگیری می کند. یکی از مشکلاتی که بسته‌بندی های شفاف دارند این است که وقتی در معرض نور قرار می‌گیرند، تابش ماوراء بنفش را از خود عبور داده و به ماده غذایی می‌رسانند و در نتیجه نمی‌توانند از ماده غذایی داخل خود به خوبی محافظت کنند و ماده غذایی زود فاسد می‌شود.

با استفاده از فناوری نانو پلاستیک‌هایی تولید شده‌اند که دارای نانوذرات اکسید تیتانیوم هستند. این پلاستیک‌ها آثار مخرب تابش‌های ماوراء بنفش را کاهش می‌دهند.

امروزه از پلاستیک‌ها برای بسته‌بندی برخی از مواد غذایی استفاده می‌گردد. مشکل اصلی پلاستیک‌ها این است که وقتی به صورت زباله دور ریخته می‌شود برای مدت‌های طولانی در طبیعت باقی می‌ماند و تجزیه نمی‌شود.

این مسئله، باعث آلودگی محیط زیست می‌شود. از فناوری ‌نانو برای ساختن بسته‌بندی‌های پلاستیکی بیولوژیکی که بتوانند در طبیعت تجزیه شوند کمک گرفته می‌شود. این پلاستیک‌ها از گیاهان ساخته می‌شوند و دوست‌دار محیط زیست هستند.

نانولوله‌های کربنی نیز می‌توانند در بسته‌بندی مواد غذایی به کار روند. این مواد، اکسیژن و گاز دی‌اکسیدکربن را که سبب فساد ماده غذایی می‌شود، به بیرون پمپ می‌کنند.

-نتیجه‌گیری

همان‌طور که از مباحث مطرح شده مشخص می‌شود، فناوری‌نانو می‌تواند در زمینه‌های مختلف صنایع غذایی مانند ایجاد طعم‌های جدید، بسته‌بندی‌های بهتر و … کاربرد داشته باشد و به حل مشکلات کنونی کمک کند.

البته تلاش‌ها و بررسی‌ها در این زمینه‌ها هنوز در حال انجام است و بسیاری از شرکت‌های مطرح تولید کننده مواد غذایی هزینه‌های زیادی را برای تحقیق نقش فناوری ‌نانو صرف می‌کنند.

۴-۱- دستور پخت یک نانوغذا
۱-۴-۱-نقش فناوری‌نانو در تولید مواد غذایی

یکی از مهم‌ترین بخش‌های صنعت کشورها صنعت غذایی است که ارتباط تنگاتنگی با امنیت غذایی افراد جامعه دارد. افزایش جمعیت به همراه گسترش شهرنشینی وافزایش سطح درآمد سرانه نیاز به غذاهای فرایندی را روز به روز افزایش داده است.

از این رو استفاده از فناوری‌های نوین از جمله فناوری ‌نانو در این صنعت بسیار مورد توجه محافل علمی و صنعتی جهان قرار گرفته است.

حوزه‌های مختلف کاربردی فناوری ‌نانو در غذا و صنایع غذایی را می‌توان به شش دستة زیر تقسیم نمود:

• نگهداری غذا
• بهبود طعم و رنگ
• سلامت غذا
• بسته‌بندی
• تولید غذا
• فرآیندهای غذایی

۲-۴-۱-نقش فناوری ‌نانو در تولید مواد غذایی

– ایجاد غذاهایی با طعم‌های جدید: برای درمان بسیاری از بیماری‌ها مانند بیماری دیابت (قند) باید از رژیم غذایی خاصی استفاده کرد. از طرف دیگر به علت زندگی صنعتی امروزه، مسئله چاقی نیز به معضلی تبدیل شده است که متاسفانه گریبان‌گیر نوجوانان و حتی کودکان شده است!

برای حل این معضل، با استفاده از فناوری ‌نانو چند راهکار پیشنهاد می‌شود:

o غذایی که فرد را سیر کند ولی تأثیری روی وزن نداشته باشد.
o غذاهایی خوش طعم که حاوی موادی جایگزین چربی هستند.
o به‌کارگیری نانوذرات برای جلوگیری از جذب و ذخیره‌سازی چربی و کالری به‌وسیله بدن

– تولید غذاهای غنی شده: برخی از مواد دارای اجزای با ارزشی هستند که برای بدن بسیار مهم و ضروری هستند، اما به دلایلی مانند ذائقه و عادت تمایل زیادی به استفاده از آنها وجود ندارد.

اگر بتوان کاری کرد که این مواد ارزشمند را جدا کرد و به صورت مواد افزودنی به دیگر غذاها اضافه کرد، می‌توان مواد غنی شده را ساخت.

نانوفیلترهایی ساخته شده‌اند که مولکول‌ها را بیشتر بر اساس شکل و نه بر حسب اندازه غربال می‌کنند، این مسئله تفکیک اجزای خاصی از یک فرآوده، را امکان‌پذیر می‌سازد.

– تولید غذاهای مولکولی: پژوهشگران بر این باور هستند که در آینده مهندسی مولکولی، امکان تهیه و رشد مقادیر زیاد غذا را بدون نیاز به خاک، بذر، مزرعه وکشاورز فراهم می‌کند و با ورود این فناوری، گرسنگی از جهان رخت بر خواهد بست.

با این تفکر به جای کاشت غلات و پرورش گاوها برای به‌دست آوردن کربوهیدرات‌ها و پروتئین، نانوماشین‌ها، استیک یا آرد مورد نظر ما را از اتم‌های کربن، هیدروژن و اکسیژن موجود در ترکیب آب یا دی اکسیدکربن هوا می‌سازند.

نقش فناوری ‌نانو در تولید مواد غذایی

همچنین نانوبوت‌های موجود در غذا در دستگاه گردش خون به حرکت در می‌آیند و آن را از بقایای چربی و بیماری‌زای کشنده پاک می‌کنند.

تولید مولکولی غذا یکی از اهداف و آرزوهای فناوری‌ نانو است و به نظر می‌رسد که چندان به سرعت دست یافتنی نباشد. با استفاده از غذاهای مولکولی می‌توان گرسنگی را ریشه‌کن نمود‌، محتوای تغذیه‌ای مواد غذایی را افزایش داد و خطر مواد حساسیت‌زا را در مواد غذایی حذف کرد.

– افزودنی‌های غذایی در مقیاس ‌نانو: امروزه افزودنی‌های مختلف بر پایه فناوری ‌نانو ساخته شده‌اند. برای مثال شرکت باسف یک نوع کارتنوئید در مقیاس نانو تولید کرده است.

کارتنوئیدها نوعی افزودنی غذایی هستند که به غذاها رنگ نارنجی می‌دهند و به طور طبیعی در هویج و گوجه فرنگی وجود دارند. بعضی از انواع کارتنویئد‌ها آنتی‌اکسیدان هستند و در بدن به ویتامین A تبدیل می‌شوند.

شرکت باسف (BASF) این کاروتنوئید را در مقیاس نانو، به شرکت‌های بزرگ تولید کننده غذا و نوشابه در سراسر جهان می‌فروشد تا در لیموناد‌ها، آبمیوه‌ها و مارگارین‌ها مورد استفاده قرار گیرد.

فرمولاسیون افزودنی‌ها در مقیاس نانو جذب آنها را در بدن راحت‌تر کرده و زمان نگهداری آنها را افزایش می‌دهد. شرکت باسف همچنین کاروتنوئید صنعتی دیگری به نام لیکوپن به عنوان یک افزودنی غذایی تولید کرده است.

لیکوپن به طور طبیعی در گوجه فرنگی وجود دارد

– غذاهای دارای انتشار مخصوص در بدن: برای اینکه بدن ما بتواند از انتشار اجزای غذا در آن سود ببرد، ماده مغذی باید به محل خاصی از بدن بروند و در آن محل فعال شوند.

کنترل و مهندسی انتشار مواد مغذی در بدن یکی از زمینه‌های تحقیقاتی فناوری ‌نانو است. این مواد غذایی که “غذا و دارو” نامیده می‌شوند، اجزای فعالشان توسط نانوکپسول در بدن توزیع می‌گردد.

زیرا یکی از راه‌های حفظ یک جزء فعال غذایی، قرار دادن آن در یک پوشش محافظ است. این پوشش را می‌توان طوری طراحی کرد که با تحریک شدن توسط محرک مناسبی حل شده و ماده فعال داخل آن از طریق پوشش انتشار یابد.

به عنوان مثال موسسه غذایی جورج وستون در استرالیا نوعی نان به نام نان ((تیپ تاپ اپ)) تولید کرده که حاوی روغنی از اسید چرب امگا ۳ حاصل از ماهی تن است. اما روغن ماهی تن در داخل میکروکپسول قرار داده شده است، بنابراین مصرف‌کننده طعم روغن ماهی را حس نمی‌کند و فقط وقتی این روغن به معده رسید و کپسول هضم شد، آزاد می‌شود.

این فناوری، در مورد ماست و غذای کودک نیز به کار گرفته شده است

با استفاده از نانوکپسول‌هایی از جنس پلیمر خوارکی، می‌توان مزه و بوی مولکول‌های غذا را حفظ کرد و در نتیجه مدت زمان ماندگاری محصول را افزایش داد.

– روکش‌کردن آنزیم‌ها: یکی از دغدغه‌های شرکت‌های صنایع غذایی جهان، نگهداری غذا و مصون نگه‌داشتن آن از آسیب آنزیم‌ها است. اگر بتوان به روشی آنزیم‌ها را از محیط غذایی دور کرد، فرایند فساد مواد غذایی به تاخیر می‌افتد.

با استفاده از فناوری ‌نانو می‌توان با روکش کردن آنزیم‌ها، آنها را از محیط فعالیت دور کرده و مانع از اثر آنها شد. یکی از این روش‌ها، روکش کردن آنزیم توسط یک ساختار پلیمری است.

در این روش یک شبکه نانوکامپوزیتی را با فرایند پلیمریزاسیون در اطراف هر مولکول آنزیم ایجاد می‌کنند، تا از تخریب آن جلوگیری شود. این نانوذرات حاوی آنزیم، در دمایی حدود ۸ درجه سانتی‌گراد تا ۵ ماه عمر می‌کنند.

روکش کردن آنزیم در صنایع غذایی، یکی از فرایندهای مهم برای حفظ کیفیت و بهبود نگهداری مواد غذایی است.

منبع: سیستم جامع آموزش فناوری نانو