نوشته‌ها

کاربرد نانو در کشاورزی

فناوری نانو تکنولوژی چیست؟ چه اهمیت و کاربردی در صنعت کشاورزی دارد؟

طبق گزارش سازمان ملل متحد، حدود ۹۰۰ میلیون نفر از جمعیت جهان دچار فقر غذایی هستند. شمار افراد قرار گرفته در زیر خط فقر، روز‌بروز در حال افزایش است. جدیدترین پیش‌بینی‌ها حاکی از آن است که این آمار تا سال ۲۰۲۰ میلادی به رقمی بالغ بر یک میلیارد نفر خواهد رسید و این بدان معناست که حفظ نوع بشر در بلند مدت و نجات خیل عظیم انسان‌ها از خطر گرسنگی، نیازمند توجه ویژه متخصصان و سیاست مداران امروز جهان، به توسعه پایدار و همه جانبه صنعت کشاورزی است.

ورود نسل اول فناوری ها به عرصه کشاورزی، در چند دهه ی گذشته، منجر به وقوع انقلاب سبز و گذر از کشاورزی سنتی به کشاورزی صنعتی گردید.

در این دوره افزایش چشم گیری در کیفیت و کمیت محصولات کشاورزی صورت گرفت که البته در کنار آن استفاده ی بی رویه از منابع، مشکلاتی را نیز در پی داشت. اکنون با گذشت سال ها از وقوع انقلاب سبز و کاهش مجدد نسبت به رشد تولیدات کشاورزی به جمعیت جهان، لزوم به کارگیری فناوری های جدید در صنعت کشاورزی بیش از هر زمان دیگری آشکار است.

فناوری نانو به عنوان یک فناوری بین رشته ای و پیشتاز و امید بخش جهت رفع مشکلات و کمبودها و توسعه بخش کشاورزی، در بسیاری از عرصه های علمی و صنعتی، به خوبی جایگاه خود را در علوم کشاورزی و صنایع وابسته ی آن به اثبات رسانیده است.

ورود فناوری نانو به صنعت کشاورزی و صنایع غذایی ، متضمن افزایش میزان تولیدات کشاورزی و کیفیت آن ها، در کنار حفظ محیط زیست و منابع کره ی زمین می باشد.
نانوتکنولوژی

نانوتکنولوژی، توانمندی تولید مواد، ابزارها و سیستمهای جدید با در دست گرفتن کنترل در سطوح ملکولی و اتمی و استفاده از خواص است که در آن سطوح ظاهر می­شود.

از همین تعریف ساده برمی­آید که نانوتکنولوژی یک رشته جدید نیست، بلکه رویکردی جدید در تمام رشته هاست. برای نانوتکنولوژی کاربردهایی را در حوزه های مختلف از غذا، دارو، کشاورزی، تشخیص پزشکی و بیوتکنولوژی تا الکترونیک، کامپیوتر، ارتباطات، حمل­و­نقل، انرژی، محیط زیست، مواد، هوافضا و امنیت ملی برشمرده اند.

کاربردهای وسیع این عرصه به همراه پیامدهای اجتماعی، سیاسی و حقوقی آن، این فنآوری را به­عنوان یک زمینه فرا رشته­ای و فرابخش مطرح نموده است.

از همین تعریف ساده برمی­آید که نانوتکنولوژی یک رشته جدید نیست، بلکه رویکردی جدید در تمام رشته هاست. برای نانوتکنولوژی کاربردهایی را در حوزه های مختلف از غذا، دارو، کشاورزی، تشخیص پزشکی و بیوتکنولوژی تا الکترونیک، کامپیوتر، ارتباطات، حمل­و­نقل، انرژی، محیط زیست، مواد، هوافضا و امنیت ملی برشمرده اند. کاربردهای وسیع این عرصه به همراه پیامدهای اجتماعی، سیاسی و حقوقی آن، این فنآوری را به­عنوان یک زمینه فرا رشته­ای و فرابخش مطرح نموده است.

فناوری نانو کاربرد موثری در کشاورزی و منابع طبیعی دارد به عنوان مثال، در زمینه های مختلفی مانند تشخیص سریع بیماری های گیاهی، شناسایی باقیمانده سموم در محصولات کشاورزی و حذف آنها، انتقال هوشمند دارو، سموم و عناصر غذایی در دام، شیلات و گیاهان، تصفیه آب های روان، افزایش کیفیت فراورده های کشاورزی مرتبط با صنایع نساجی، مهندسی ژنتیک گیاهان و دام و افزایش میزان تولید محصول از طریق تولید حیوانات و گیاهان، افزایش مدت زمان انبارداری محصولات کشاورزی ، فرآوری، نگهداری، بسته بندی و انتقال تولیدات کشاورزی و موارد بسیاری نظیر آن می تواند نقش بسیار موثری را در بخش کشاورزی و منابع طبیعی ایفا کند.

در حال حاضر، حدود ۲۰۰ شرکت در سراسر جهان در زمینه تحقیقات فناوری نانو فعال هستند و انتظار می رود که تعداد آنها بسرعت افزایش یابد و به موازات آن، کاربردهای بیشتر، جدیدتر و پیچیده تری از این فناوری پدیدار شود.

نانو ریشه یونانی “نانس” به معنی کوتوله می‌باشد. فناوری نانو موج چهارم انقلاب صنعتی، پدیده‌ای عظیم می‌باشد که در تمامی گرایش‌های علمی راه یافته است.

ماهیت فناوری نانو توانایی کارکردن در تراز اتمی، مولکولی و فراتر از آن در ابعاد بین ۱ تا ۱۰۰ نانومتر، با هدف ساخت و دخل و تصرف در چگونگی آرایش اتم‌ها یا مولکول‌ها با استفاده از مواد، وسایل و سیستم‌هایی با توانایی‌های جدید و با تغییر این ساختارها و رسیدن به بازدهی بیشتر مواد می‌باشد. فناوری نانو فرایند دستکاری مواد در مقیاس اتمی و تولید مواد و ابزار، به وسیله کنترل آنها در سطح اتم‌ها و مولکولهاست.

نانو ریشه یونانی “نانس” به معنی کوتوله می‌باشد. فناوری نانو موج چهارم انقلاب صنعتی، پدیده‌ای عظیم می‌باشد که در تمامی گرایش‌های علمی راه یافته است. ماهیت فناوری نانو توانایی کارکردن در تراز اتمی، مولکولی و فراتر از آن در ابعاد بین ۱ تا ۱۰۰ نانومتر، با هدف ساخت و دخل و تصرف در چگونگی آرایش اتم‌ها یا مولکول‌ها با استفاده از مواد، وسایل و سیستم‌هایی با توانایی‌های جدید و با تغییر این ساختارها و رسیدن به بازدهی بیشتر مواد می‌باشد. فناوری نانو فرایند دستکاری مواد در مقیاس اتمی و تولید مواد و ابزار، به وسیله کنترل آنها در سطح اتم‌ها و مولکولهاست.

در واقع اگر همه مواد و سیستم‌ها ساختار زیربنایی خود را در مقیاس نانو ترتیب دهند؛ آنگاه تمام واکنش‌ها سریع‌تر و بهینه‌تر صورت می‌گیرد و توسعه پایدار پیش گرفته می‌شود.

فناوری نانو منجر به تغییرات شگرف در استفاده از منابع طبیعی، انرژی و آب خواهد شد و پساب و آلودگی را کاهش خواهد داد.

کاربردهای فناوری نانو در شاخه های مختلف کشاورزی:

فناوری نانو هیچ زمینه علمی را به حال خود رها نکرده است. علوم کشاورزی نیز از این قاعده جدا نیستند. تا به حال کاربردهای متعددی از فناوری نانو در کشاورزی، صنایع غذایی و علوم دامی مطرح شده است. رابطه میان فناوری نانو و علوم کشاورزی در زمینه های زیر قابل بررسی است:

– نیاز به امنیت در کشاورزی و سیستم های تغذیه ای

– ایجاد سیستم های هوشمند برای پیشگیری و درمان بیماری های گیاهی
– خلق وسایل جدید برای پیشرفت در تحقیقات بیولوژی و سلولی
– بازیافت ضایعات حاصل از محصولات کشاورزی
کاربردهای فناوری نانو در زراعت :

استفاده از فناوری نانو در صنعت کشاورزی، آینده روشنی در شکل گیری فرآیندهای کشاورزی و افزایش دقت در این کار، ترسیم نموده است؛ به عنوان مثال نانوحسگرهای پراکنده شده در یک مزرعه می توانند همه موارد مربوط به آن را، از مواد مقوی و میزان آب گرفته تا وجود بیماری ها، قارچ ها و آفت های دیگر، اندازه گیری کنند

. این حسگرها می توانند برای رساندن مقدار مشخص و دقیقی از یک آفت کش یا کود، با نانوذرات یا نانوکپسول ها برهم کنش داشته باشند.

این کار می تواند منجر به کاهش هزینه و میزان پراکندگی این مواد شیمیایی در محیط های کشاورزی شود. علاوه بر این موارد، به کمک نانوتراشه ها در مزرعه ها، می توان حیوانات مضر را شناسایی و ردیابی کرد و از آنها تصویربرداری نمود.

چنین تراشه هایی می توانند در رساندن میزان مشخصی از داروهای واکسیناسیون و مواد درمانی دیگر نیز مورد استفاده قرار گیرند .

از دیگر زمینه های جذاب که در فناوری نانو مطرح است می توان به استفاده از گیاهان در تولید مستقیم مواد اولیه در صنعت فناوری نانو اشاره نمود . از کاربردهای آنها می توان به افزایش ماندگاری غذا، تغییر خواص، افزایش ارزش غذایی و تغییر مزه اشاره نمود. ساختارهای نانویی می توانند گلخانه هایی در حجم کم اما انبوه پدید آورند که تقریباً با اندازه ای برابر ۱۰ درصد کل مزارع زیر کشت در حال حاضر ، می توانند جمعیت کنونی جهان را تغذیه نمایند.

کاربردهای فناوری نانو در اصلاح نباتات:

– انتقال ژن های مورد نظر به سلول های گیاهی با استفاده از نانومواد

در این روش از سامانه ی رسانش نانوذرات طلای پوشیده با DNA یا RNA بداخل سلول استفاده می شود.

– ساخت ابزارهای جدید برای بیولوژی سلولی و مولکولی

این ابزار ها جهت تعیین مولکول‌های خاص ، شناسایی و جداسازی آن ها استفاده می شوند و کاربری بسیاری دارند که از این بین می توان به موارد زیر اشاره کرد ؛

تکنولوژی و علم تولید مثل ، اصلاح نژاد حیوانات و گیاهان ، تبدیل ضایعات به انرژی و محصولات جانبی مفید و علم و تکنولوژی کودسازی.

– اصلاح بذرها به شیوه اتمی
کاربردهای فناوری نانو در تولید سموم و کود های موثر و کم خطر:

ذرات سموم کشاورزی به وسیله عواملی از قبیل باد ، وارد هوا شده و با ورود به سیستم تنفسی انسان، آن را در معرض انواع بیماری های استنشاقی قرار می دهد، تحولات فتاوری نانو، با افزایش میزان سوددهی و کاهش عوارض سموم کشاورزی ، معضلات ناشی از این سموم را رفع می کند و آنها را به محصولاتی کاملاً مفید تبدیل می کند.

– تولید سموم و کودهای شیمیایی با استفاده از نانوذرات و نانوکپسول ها

– تولید کریستالهای نانویی جهت افزایش کارایی استفاده از آفت‌کش‌ها

– تولید نانوکودها

این ترکیبات نانویی به سرعت و به صورت کامل جذب گیاه شده و به خوبی نیازها و کمبود های غذایی آن را مرتفع می سازد. استفاده از کودهای نانو سبز،عصر جدیدی در فناوری نانو در کشاورزی می باشد.

کودهای نانو می توانند جانشین مناسبی برای کودهای متعارف باشند. در آزمایشات گزارش شده ،گیاهان پس از استفاده از کودهای نانو ، افزایش چشمگیری درسرعت ،رشد وافزایش عملکرد ، نشان داده اند.

کاربردهای فناوری نانو در گیاه پزشکی :

بیماری های گیاهی از روی علائمی مانند تغییر رنگ یا تغییر شکل اندام ها شناسایی می شوند ولی مسئله اینجاست که این علائم مدت ها پس از ورود عامل بیماری به بافت گیاه بروز پیدا می کنند به همین خاطر با سریع ترین اقدام ها برای جلوگیری از شیوع بیماری، باز هم مقداری از محصول از بین می رود، در نتیجه نیاز به ابزاری که به کمک آن بتوان در همان مراحل ابتدایی ورود عامل بیماری، آن را کنترل و مهار کرد بسیار ضروری به نظر می رسد.

حسگرهای هوشمند و سیستم های حمل هوشمند به منظور ردیابی و مبارزه سریع و مفید با ویروس ها و سایر عوامل بیماریزا گیاهی به کار می روند.

نانو حسگرهای زیستی، ابزارهایی هستند که از تلفیق ابزارهای شیمیایی، فیزیکی و زیستی بدست آمده اند. این حسگرها شامل ترکیبات زیستی مانند یک سلول، آنزیم و یا آنتی بادی متصل به یک مبدل انرژی هستند و قادرند که تغییرات ایجاد شده در مولکول های اطراف خود را گزارش دهند.

این گزارش ها توسط سیگنال هایی که مبدل انرژی به تناسب با مقدار آلودگی تولید می کند دریافت می شوند. بنابراین اگر تجمع زیادی از عامل بیماری در اطراف این حسگرها وجود داشته باشد سیگنال های قوی فرستاده می شوند.

همچنین تیمار مولکولی بیماری ها، ردیابی سریع بیماری ها، افزایش توانمندی گیاهان برای جذب مواد مورد نیاز با استفاده از این فناوری قابل دسترسی است.

کاربردهای فناوری نانو در آبیاری مزارع کشاورزی:

استفاده از فناوری نانو برای تولید قطره چکان های تنظیم کننده فشار و مقاوم به نفوذ ریشه، لوله های پلاستیکی تراوا و لوله های رسی، از مهمترین دستاوردهای فناوری نانو در علم آبیاری می باشند که با استفاده از آنها راندمان آبیاری از ۳۰-۴۰ درصد به ۹۲-۹۳ درصد افزایش می یابد. با توجه به اینکه ۹۴ درصد از منابع آبی کشور در بخش کشاورزی مصرف می شود و با وجود خشکسالی های پی در پی، دستیابی به این میزان افزایش در راندمان مصرف آب می تواند کمک انکار ناپذیری برای خروج از بحران آب در پی داشته باشد. در این زمینه استفاده از یک هسته نانویی برای آمیخته شدن پلاستیک و علف کش هنگام ساخت لوله های پلاستیکی سبب شده است که از تجمیع ریشه و شکسته شدن لوله هنگام استفاده از آن در آبیاری زیرزمینی جلوگیری شود.

امروزه فناوری نانو علاوه بر اصلاح انواع محصولات کشاورزی در مقابل تنش ها ی گرمایی، بیماری ها و آفات، می تواند آنها را در مقابل خشکسالی نیز مقاوم سازد. فیلترهای نانو در کشاورزی و برای استفاده در آبیاری مزارع نیز می تواند به کار برده شود. نانوفیبرهایی اکسید آلومینیم با اندازه های ۲ نانومتر، قادرند ویروس ها، باکتری ها و کیست ها را در آب از بین ببرند.

کاربردهای فناوری نانو در ماشین های کشاورزی:

صنعت ماشین های کشاورزی می تواند توسط فناوری نانو از یک پتانسیل جدید برای توسعه خود بهره مند شود. بسیاری از پیش بینی های کنونی نشان می دهد که تا ۱۰ سال آینده طراحی و تولید خودروها به میزان ۶۰ درصد تحت تاثیر فناوری نانو و زیر شاخه های آن قرار خواهد گرفت. بعنوان مثال کاربردهای انرژی نوین ، کاهش وزن خودرو، افزایش کارکرد مواد، افزایش راحتی و افزایش بهره وری در برابر هزینه های تمام شده از جمله مزایای قابل تعریف برای صنعت خودرو و ماشین های کشاورزی است. ساخت و تولید ماشین های کشاورزی می تواند از فناوری نانو در زمینه های فراوانی همچون شاسی و بدنه، موتور و سیستم های انتقال نیرو، رنگ و لایه گذاری ها، روغن کاری و روان سازها، تایرها، سیستم تخلیه و مبدل های کاتالیستی و تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی سود برد.

کاربردهای فناوری نانو در علوم دامی:

محصولات دامی یکی از اصلی ترین منابع غذایی مورد استفاده بشر است وفناوری نانو می تواند در جهت افزایش بهره وری ونیز کیفیت مناسب این محصولات نقش عمده ای را ایفا کند.برخی از کاربردهای فناوری نانو در این زمینه عبارتند از:

– استفاده از نانوذرات نقره (نانوسیلورها) در افزایش بهداشت دام و جایگاههای پرورش دام و طیور
– استفاده از نانوفیلترها به منظور فرآوری محصولات لبنی
– استفاده از نانوکپسولها بعنوان پوششی برای آنزیمهای خوراکی و داروهای دامی
– استفاده از نانوحسگرها در بخشهای مختلف سیستمهای پرورش دام و طیور و شناسایی انفرادی دامها
– استفاده از نانوحسگرها و نانوبیوحسگرها در ماشین‌های شیردوشی
– شتاب تحقیقاتی در اصلاح نژاد انواع دام ، طیور و آبزیان مؤثر
– تولید خوراک‌های غیربیولوژیک و داروهای دامی
– نانو واکسیناسیون DNA با استفاده از نانوکپسول‌ها و روش‌های التراسوند
– اصلاح نژاد
– تشخیص و در مان بیماری دام

منابع:آفتاب

شبکه فیزیک هوپا

محصولات شرکت صنایع برودتی برادران حقیقی:

سردخانه پرتابل یا متحرک
سردخانه پرتابل صنایع برودتی برادران حقیقی

سردخانه پرتابل (Portable refrigerator) یا سردخانه متحرک و یا سردخانه موبایل یکی دیگر از انواع سردخانه است که دارای یک شاسی مستحکم آهنی بوده و بوسیله ساندویچ پانل پلی یورتان عایق بندی شده است.

همانطور که از نام این دسته از سردخانه پیداست، آنها بوسیله کامیون و تریلی دارای قابلیت حمل و نقل و جابجایی می باشند.

به علت قابلیت جابجایی آسان و مقرون به صرفه بودن سال های زیادی مورد استفاده مصرف کنندگان مختلف قرار گرفته اند.


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