فناوری نانو و صنایع غذایی

مقدمه:

استفاده از فناوری های نوین در صنایع غذایی رویکرد جدیدی است که بسیار مورد توجه قرار می گیرد. بی شک روی آوردن به فناوری های نو از جمله فناوری نانو می تواند راهگشا بسیاری از مشکلات در این حیطه باشد. در این گزارش ه صورت اجمالی اشاره ای به کاربردهای فناوری نانو در صنایع ذایی، بازار نانو محصولات غذایی، محصولات و شرکت های فعال نانوغذا، چالش ها و محرک های رشد این بخش از صنعت و... شده است. در شماره آینده به جزئیات فناوری های استفاده شده در صنایع غذایی و بازار هر یک از آنها پرداخته خواهد شد.

کاربردهای فناوری نانو در صنایع غذایی

فناوی نانو در صنایع غذایی به شکل های مختلفی کاربرد دارد. این کاربردها می توان شامل استفاده از فناوری نانو در مواد بسته بندی، کشاورزی، فرایندهای تولید غذا و خود غذا باشد. بر مبنای تعریف نانوفروم(1) ابزارها یا روش های فناوری نانو که طی کشت، تولید، فراوری یا بسته بندی غذا استفاده می شوند را نانو غذا می نامند. اگرچه ظاهراً تعریف نانوفروم محدودیت دارد؛ اما ایده ی خوبی است برای اینکه چه مقدار از غذاهای آینده ی ما را نانوغذا تشکیل می دهند و اینکه چه گستره ای از مردم تحت تأثیر نانوغذاها قرار خواهند گرفت.

همینک اصطلاح نانوغذا، به غذاهایی اطلاق نمی شود که مستقیماً از روش های فناوری نانو به دست آمده اند؛ اما در آینده اتفاقات زیادی رخ خواهد داد مثلا ممکن است روزی نانوماشین هایی تولید شود که توانایی تولید مولکول به مولکول غذاها را داشته باشند؛ همچنان که ساینتیفیکا(2) معتقد است ساخت مولکولی و طراحی مواد به صورت اتم به اتم در زمینه ی غذا بعد از سال 2012 محقق خواهد شد.

به طور خلاصه می توان حوزه های مختلف کاربردی فناوری نانو در غذا و صنایع غذایی را به دسته های زیر تقسیم بندی نمود:

الف- نگهداری غذا

ضدعفونی و ضدمیکروب نمودن سطوح؛

حفاظت آنتی اکسیدان ها؛

دستکاری و کنترل فعالیت آنزیم ها.

ب- پردازش غذا

طعم ها و رنگ های دلخواه برای رسانش عامل تغذیه ای دلخواه؛

تصفیه ی روغن سرخ کردنی (با استفاده از مواد نانوسرامیکی) برای پیشگیری از پلیمریزاسیون حرارتی روغن و کاهش بوهای نامطبوع.

ج- بسته بندی و سلامت مواد غذایی

امروزه استفاده از فناوری نانو در صنایع بسته بندی غذا امری عادی است. کاربرد فناوری نانو در بسته بندی را می توان به دو دسته تقسیم نمود:

1- بسته بندی های فعال که حاوی موادی با عملکردی خاص هستند (شبیه به بسته بندی هایی که از ورود اکسیژن و فساد غذا جلوگیری می کنند) مثال هایی از این نوع شامل موارد زیر هستند:

جایگزینی نانو مواد به جای پلی وینیل استات (PVA) و پلی وینیل الکل در ظروف بسته بندی مقوایی؛

استفاده از بطری های پلاستیکی ساخته شده از مواد نانوکامپوزیت و استفاده از لایه های پلاستیکی ضد قارچ و ضد باکتری که دارای طول عمر بیشتری نیز هستند؛

2- بسته بندی های هوشمند که به تغییرات محیط واکنش نشان می دهند. موارد زیر مثال هایی از این نوع هستند:

تولید بسته بندی هایی که توانایی بازتاب گرما از یک بستنی یخی را داشته؛ می توانند آن را از ذوب شدن در یک محیط گرم حفظ کنند؛

تولید بسته بندی هایی که می توانند خود را ترمیم کنند؛

بسته بندی هایی که می توانند در شرایط خاص، خواصشان را تغییر دهند مانند بسته بندی هایی که بتوانند فاسد شدن شیر را با تغییر رنگ نشان دهند.

د- حمل مواد مغذی

چربی های قابل حل در آب؛

تهیه نانو ذرات برخی از عناصر عاملی (مانند کارتنوئیدها، فیتواسترول و آنتی اکسیدانت ها) به منظور پخش بهتر در آب یا در آب میوه ها برای جذب بهترشان؛

استفاده مایسل های کوچک (نانوکپسول ها) به عنوان حاملان روغن های حیاتی، طعم دهنده ها، آنتی اکیسدانت ها، کوآنزیم Q10، ویتامین ها، مواد معدنی و فیتوکمیکال ها برای جذب بهتر و سریع تر آنها؛

کپسوله کردن اجزای فعال مانند (پلی فنول ها، مواد معدنی و مواد مغذی در مقیاس میکرو) به وسیله نانوذرات برای حفاظت آنها از اکسیدانت ها و گیرنده های طعم  و مزه؛

کاربرد نانوکیسه های لیپوزومی برای کپسوله کردن و حمل مواد مغذی و ترکیبات عامل داری نظیر پروتئین ها، آنزیم ها، طعم دهنده ها و ترکیبات ضد میکروبی؛

نانوکره های پروتئینی کشک و آب پنیر (40 نانومتر) که در داخل سلول های ترکیبات مغذی خود را آزاد می سازند.

هـ- تشخیص عوامل مضر

قرار دادن نانوحسگرها در خط تولید و تضمین تولید غذاهای فاقد آلودگی؛

تولید حسگرهای خیلی کوچک سیلیکونی برای تشخیص سریع ویروس ها، باکتری ها و دیگر پاتوژن ها؛

توسعه ی هدفمند سنتز DNA (درخت سان) با استفاده از پروب های کددار رنگی که به عنوان یک نانوبارکد، تشخیص پاتوژن های غذایی را مقدور می سازند؛

تشخیص هم زمان توکسین ها، پاتوژن ها و مواد شیمیایی در مواد غذایی به وسیله ی یک میکروزیست تشخیص دهنده ی قابل حمل مینیاتوری، با استفاده از نانوسیم های مختلف، آنتی بادی های پاتوژنی مخصوص و آنتی بادی های فلورسنت؛

استفاده از نانوذرات نقره در محصولات مختلف (از بانداژها گرفته تا یخچال) برای از بین بردن باکتری ها و سایر میکروب ها؛

آنالیز و شناسایی آفت ها، آنتی بیوتیک ها و ژن های مختلف در محصولات کشاورزی به وسیله ی تراشه ها یا نانو حسگرها.

و- تولید

ابداع راه های جدید غیروابسته به شرایط طبیعی برای تولید غذا؛

تهیه یگروه ها یجدید غذایی با استفاده از سنتز مواد تغذیه ای مورد نیاز بدن با طعم های دلخواه.

محصولاتی کنونی موجود در بازار

همینک شاهد نوعی از محصولات غذایی بر پایه ی فناوری نانو در بازار هستیم که در مقایسه با محصولات دیگری که با استفاده از فناوری نانو فراوری شده اند ناچیز هستند؛ ولی با توجه به کارایی آنها و تأثیرات فناوری نانو در آنها در آینده شاهد حضور دسته ی بزرگی از این محصولات در بازار خواهیم بود. در زیر برخی از محصولات کنونی موجود در بازار شمرده می شوند:

بسته بندی هوشمند غذایی که خروج اکسیژن یا غذا را از درون بسته بندی هشدار می دهد؛

کره های سیلیکای نانومقیاس پرشده با مولکول های فلورسانت به منظور استفاده در بسته بندی توسعه یافته اند که می توانند حضور باکتری ها E.coli می گردند و پس از برخورد به آن کره ها می درخشند و در نتیجه رنگ بسته بندی تغییر می نماید.

یخچال هایی که ویژگی ضدباکتری دارند (سامسونگ یخچال هایی در بازار آسیا و آمریکا وارد کرده است که در آن از نانوسیلور به منظور از بین بردن باکتری های استفاده شده است)

فیلترهایی با سوراخ های بسیار ریز که می توانند میکروارگانیسم ها و حتی ویروس های موجود در مصارف خواکی مورد استفاده را فیلتر کنند (نانوفیلترها قابلیت این را خواهند داشت که مقدار دلخواه کافئین را از قهوه حذف و آب را استریل نمایند.)

فیلتر شدن شیر و جابه جایی لاکتوز آن با مولکول های قند دیگر؛

روغن های خوراکی تازه و محلول در آب با حضور ذرات نانوسرامیکی در آنها.

محصولاتی که در آینده ی نزدیک شاهد ظهور آنها خواهیم بود

کاربردهای آینده ی فناوری نانو در تولید، فراوری، نگهدارنده ها، بهبود رنگ و طعم، لوازم بهداشتی، ایمنی و بسته بندی تصور می شود که در زیر به برخی از آنها اشاره می شود:

آدامس تمیز کننده ی دندان؛

قاشق چنگال خود تمیز شوند (آلودگی های سطح با کمک فناوی نانو تجزیه و از بین می روند که این مسئله هم اکنون در حال استفاده در زمینه ی شیشه های صنعتی است9

نوشیدنی های قابل برنامه ریزی (با ایجاد رنگ و طعم و ویژگی های دلخواه)

استفاده از نانوکپسولاسیون برای تولید طعم و بوی دلخواه در غذا؛

نانوپوشش هایی که طول عمر غذاها را بسیار بیشتر از قبل افزایش می دهند؛

بسته بندی هایی که اکسیژن را جذب و با این کار طول عمر مواد غذایی را افزایش می دهند؛

کاهش چربی و نمک در غذاهای فراوری شده (شرکت Unilever معتقد است که می تواند درصد چربی بستنی را از 15 درصد به 1 درصد کاهش دهد)

توسعه ی حسگرهای نانومقیاس برای ردگیری سموم و باکتری ها در فرایندها یا عرصه های غذایی (از نانوحسگرها و نانوتراشه ها به عنوان نانو فیلتر ها استفاده خواهد شد)

حمل دارو و مکمل های غذایی به وسیله ی غذاها با رنگ و طعم دلخواه؛

تولید دارو در قالب غذا و شکلات برای تسهیل استفاده و افزایش کارایی داروهای در قالب غذا؛

نانومواد اضافه شده به فیلم های PVC، می توانند از تخریب به وسیله اشعه ی ماورای بنفش جلوگیری نمایند.

شرکت های فعال در زمینه نانوغذا

تعداد شرکت های فعال در زمینه ی نانو غذاها از سال 2002 تا سال 2004 به 69 شرکت افزایش یافته و پیش بینی می شود این میزان تا سال 2010 به چند هزار برسد. هم اکنون تعداد قابل توجهی از شرکت های معروف غذایی در سراسر دنیا وجود داند که تمرکز آنها معطوف به تحقیق، توسعه و تولید نانوغذاهاست که در صدر آنها، ایالات متحده ی آمریکا،؛ ژاپن و چین قرار دارند. شرکت های بزرگ دنیا شاملHershey, Kraft, Food, Heinz. Keystone و Unilever با جدیت زیاد به دنبال کشف قابلیت فناوری نانو برای بسته بندی و مواد مغذی بهتر و ایمنی غذا هستند.

بازار نانوغذا

همینک می توان محصولات غذایی فراوری شده را با استفاده از فناوری نانو در فروشگاه های بین المللی به فروش رساند. طبق گزارش شرکت مشاوره ای Helmut Kaiser، بازار نانو غذا از 6/2 میلیارد دلار در سال 2003، به 7 میلیارد دلار در سال 2006 رسیده است، این میزان در سال 2010 شاخص 4/20 میلیارد دلار را به خود اختصاص خواهد داد. در این میان آمریکا پیشتاز بوده و بعد از آن ژاپن و چین در رتبه های بعدی قرار دارند. تا سال 2010 آسیا با پیشتازی چین (با بیش از 50 درصد جمعیت دنیا) بزرگ ترین بازار دنیا در زمینه نانوغذا خواهد بود.

محرک ها و چالش های رشد و توسعه ی نانوغذاها

پیشرفت چشمگیر نانوغذاها در آینده، بسیاری از مشکلات رودرروی جهان کنونی را افزایش خواهد داد. ساینتیفیکا چالش ها و محرک های کاربردهای فناوری نانو در صنعت غذا را به صورت زیر بررسی کرده است:

بیماری های کنونی مربوط به غذا که به وسیله ی نانوغذاها حل خواهد شد؛

نیازمندی های سبک های مختلف زندگی که غذاهای عامل دار بسیار متفاوت (با وضعیت کنونی غذا) را می طلبد؛

جمعیت زیاد سالخورده و نیازمندی های آنها؛

انعطاف پذیری فرایندهای تولید غذا و قابلیت تولید مواد غذایی بسیار متنوع؛

تحلیل و تأثیر مصرف کننده و تولید غذاهایی متناسب با تقاضای آن؛

جهانی شدن ارتباطات و افزایش آگاهی مردم و در نتیجه ارتقا و گسترش تقاضا در زمینه ی غذا.

ارزیابی خطرات و چارچوب های تنظیم شده برای کاربردهای فناوری نانو در صنایع غذایی

با توجه به رشد روزافزون جمعیت دنیا و کاهش منابع غذایی، فناوری نانو می تواند کمک بسیار بزرگی در تأمین بخشی از نیازهای غذایی افراد بشر به شمار آید؛ البته این فناوری به موازات داشتن ویژگی های مفید می تواند باعث ایجاد برخی مشکلات نیز باشد. اگرچه هیچ مدرکی مبنی بر اثبات اثرات نامطلوب نانومحصولات در دسترس نیست؛ کاربردهای بالقوه ی فناوری نانو در صنایع غذایی، می تواند به دلایل محیطی و سلامت باعث نگرانی شود. از این رو لازم است تدابیر لازم برای کاهش نگرانی ها و تعیین استانداردهای مورد نیاز اتخاذ شود. در ادامه به برخی از موارد در زمینه ی استانداردهای نانوغذاها اشاره خواهد شد:

برخی از قوانین و ضوابط مورد نیاز برای توسعه نانوغذاها

بررسی مواردی شامل محدوده ی ابعاد مجاز نانوغذا، روش های مجاز اندازه گیری، ویِژگی های فیزیکی و شیمیایی و جنبه های ایمنی

آیین نامه ی چگونگی استفاده از نانوغذاها و محصولات غذایی شامل نانوذرات؛ چرا که ممکن است محصولات بزرگ تر به عنوان غذاهای جدید، ترکیبات و مواد افزودنی، از قبل مجوز داشه باشند؛

دسته بندی غذاها به غذاهایی در اندازه ی میکرو و نانو، و بررسی و مقایسه ی کیفیت آنها.

جنبه های مختلف مورد نیاز در بررسی نانوغذاها برای توسعه ی استاندارد، کنترل و قوانین

اندازه ی نانوغذا و اندازه گیری آن

بررسی شمول محدوده ی اندازه ی نانوغذا؛

بررسی نوع دستگاه ها و روش های اندازه گیری مورد استفاده در آنالیز؛

بررسی پردازش اندازه گیری حدود ذره در مواد خام اولیه، مواد واسطه، محصولات نهایی یا مواد در هر مرحله.

ویژگی های فیزیکی و شیمیایی

بررسی تبدیل مواد غذایی نانومقیاس (در مقایسه با بالک آنهها) به مونومرهای قابل جذب و قابل متابولیسم؛

بررسی دسترسی به شکل منفرد، دوتایی یا آگلومره شده ی نانو مواد موجود؛

بررسی ویژگی های مربوط به موادخام و نانومقیاس (که شامل حلالیت، ظرفیت جذب آب، بافت، جرم، مساحت سطح و غلظت می شود)

بررسی نحوه ی پایداری گرمایی، مکانیکی و PH مواد نانومقیاس.

فراوری

بررسی چگونگی تهیه ی محصولات (آیا از روش بالا به پایین (آسیاب) تشکیل می شوند و یا به روش پایین به بالا (سنتز))

بررسی به جای ماندن ترکیبات خطرناک بعد از فرایندهای پردازش (به دلیل مساحت سطح بالا و ظرفیت جذب بالای نانوذرات).

جنبه های ایمنی

بررسی قابلیت سلامت و اثرات محیطی مواد نانو مقیاس، حتی اگر مواد ماکرو و میکرومقیاش مشابه آنها برای استفاده تأیید شده باشند؛

بررسی اصلاح شدگی محصولات نانو مقیاس از نظر شیمیایی؛

بررسی جدید بودن محصولات نانومقیاس؛

بررسی و تشخیص جنبه های مربوط به ماندگاری، انباشتگی، پس زدگی مواد نانومقیاس در بدن؛

بررسی روش ها و ابزار مورد استفاده برای تعیین ایمنی  سمیت محصولات نانومقیاس.

منبع: ماهنامه فناوری نانو