فناوری نانو و مواد غذایی

    
    فناوری نانو طی دو دهه اخیر به سوی ایجاد تحولی شگرف و فوق العاده در جامعه بشری پیش می رود چرا که فناوری نانو به عنوان یک رشته شناخته شده نیست بلکه رویکرد جدید در تمامی رشته ها است. نانو می تواند راهگشای بسیاری از مشکلات در صنایع مختلف بویژه در صنعت غذا باشد.     
 
فناوری نانو طی دو دهه اخیر به سوی ایجاد تحولی شگرف و فوق العاده در جامعه بشری پیش می رود چرا که فناوری نانو به عنوان یک رشته شناخته شده نیست بلکه رویکرد جدید در تمامی رشته ها است. نانو می تواند راهگشای بسیاری از مشکلات در صنایع مختلف بویژه در صنعت غذا باشد. بنابراین با کمک نانو می توان این مشکلات را تا حد زیاد رفع کرد. در این مقاله کاربردهای مختلف نانو درزمینه های مختلف کشاورزی و صنعت غذا مثل سلامت، نگهداری، بسته بندی و … بیان می شود.

 

● مقدمه

فناوری نانو از جمله مباحث جدید در سطح جهان است و از آن جا که تحولی بزرگ در امر فناوری شناخته می شود، انتظار می رود در آینده نقش گسترده ای در فناوری های تولید و طراحی داشته باشد. با توجه به سهم انکارناپذیر محصولات فن محور و ارزش افزوده ایجادشده توسط آن ها در توسعه اقتصادی کشورها و نیز درصد بالای نرخ بیکاری افراد تحصیل کرده در کشور، به نظر می رسد این فناوری راه حل مناسبی برای شتاب بخشیدن به توسعه اقتصادی کشور و نیز اشتغال این قشر از جامعه باشد.در این مقاله به بررسی نانو در زمینه های مختلف کشاورزی از جمله در زراعت، اصلاح نباتات و تولید سم ها و کودها و در بخش های مختلف صنعت غذایی پرداخته ایم.

● فناوری نانو در کشاورزی

ورود نسل اول فناوری ها به عرصه کشاورزی، در چند دهه گذشته منجر به وقوع انقلاب سبز و گذر از کشاورزی سنتی به کشاورزی صنعتی گردید، در این دوره افزایش چشمگیری در کیفیت و کمیت محصولات کشاورزی صورت گرفته که در کنار آن استفاده بی رویه از منابع، مشکلاتی را نیز در پی داشت. اکنون با گذشت سال ها از وقوع انقلاب سبز و کاهش مجدد نسبت رشد تولیدات کشاورزی به جمعیت جهان، لزوم به کارگیری فناوری های جدید در صنعت کشاورزی پیش از هر زمان دیگری آشکار است. فناوری نانو کاربردهای وسیعی در همه مراحل تولید، فرآوری، نگهداری و بسته بندی و انتقال تولیدات کشاورزی دارد. ورود فناوری نانو به صنعت کشاورزی و صنایع غذایی متضمن افزایش میزان تولیدات و کیفیت آن ها، در کنار حفظ محیط زیست و منابع کره زمین می باشد.

▪ کاربرد نانو در زراعت

نانو می تواند در بخش های مختلف زراعت کاربرد داشته باشد که از آن جمله:

۱) با استفاده از نانو حسگرها می توان دریافت که هر قسمت از مزرعه به چه میزان عناصر غذایی و سم نیاز دارد و بدین وسیله از آلودگی محیط زیست جلوگیری کرده، سلامت محصولات و افزایش بازده اقتصادی را ممکن می سازد.

۲) نانو حسگرها می توانند با کنترل دقیق و گزارش دهی به موقع نیازهای گیاهان به مرکز پردازش اطلاعات سیستم را در نگهداری محصولات یاری نمایند.

۳) ایجاد گلخانه های کم هزینه تر با هدف صرفه جویی در مصرف انرژی و دوام بیشتر در برابر رطوبت.

▪ کاربردهای نانو در اصلاح نباتات

۱) انتقال ژن های مورد نظر به سلول های گیاهی با استفاده از نانو مواد. در این روش از سامانه رسانش نانو ذرات طلای پوشیده با RNA یا DNA به داخل سلول استفاده می شود.

۲) ساخت ابزارهای جدید برای زیست شناسی سلولی و مولکولی. این ابزارها جهت تعیین مولکول های خاص، شناسایی و جداسازی آن ها استفاده می شوند و کاربری بسیاری دارند که می توان به این موارد اشاره کرد: فناوری و علم تولیدمثل: اصلاح نژاد حیوانات و گیاهان، تبدیل ضایعات به انرژی و محصولات جانبی مفید و علم و فناوری کودسازی.

۳) اصلاح بذرها به شیوه اتمی

▪ کاربردهای نانو در تولید سموم و کودهای 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 نانوفناوری، با افزایش میزان سوددهی و کاهش عوارض سموم کشاورزی، معضلات ناشی از این سموم را رفع می کند و آن ها را به محصولات کاملا مفید تبدیل می کند.

۱) تولید سموم و کودهای شیمیایی با استفاده از نانو ذرات و نانو کپسول ها. این نسل از سموم و کودها قابلیت رهایش کنترل شده یا تاخیری، جذب و تاثیرگذاری بیشتر و سازگاری با محیط زیست را دارا هستند.

۲) تولید بلورهای نانویی جهت افزایش کارایی استفاده از آفت کش ها. استفاده از بلورهای نانویی امکان کاربرد آفت کش ها با دزهای کمتر را فراهم می آورد و این یعنی به حداقل رساندن ورود این ترکیبات خطرناک به طبیعت.

۳) تولید نانوکودها. این ترکیبات نانویی به سرعت و به صورت کامل جذب گیاه شده و به خوبی نیازها و کمبودهای غذایی آن را مرتفع می سازد.

● ارتباط نانو با غذا

یکی از مهم ترین بخش های صنعت تمام کشورها که با امنیت غذایی در ارتباط است صنایع غذایی می باشد. با کمبود منابع غذایی و افزایش جمعیت، توسعه این بخش از صنعت ضروری به نظر می رسد. کشور ما یکی از بزرگترین واردکنندگان محصولات غذایی است و اگر امروز به فکر تولید و فرآوری غذا نباشیم، هر روز بر میزان واردات محصولات غذایی افزوده می شود .

تفاوت اصلی فناوری نانو با سایر فناوری ها در مقیاس مواد و ساختارهایی است که در این فناوری مورد استفاده قرار می گیرد. عناصر پایه در حقیقت همان عناصر در مقیاس نانو هستند که خواص آنها در مقیاس نانو با خواص شان در مقیاس بزرگ تر فرق می کند. عناصر پایه عبارتند از: نانو ذرات، نانو کپسول، نانو لوله های کربنی، نانو کامپوزیت و… در بخش بعدی به طور مختصر توضیحی درباره عناصر پایه ای در فناوری نانو می دهیم و کاربرد آن ها را در صنعت غذا بیان می کنیم.

▪ نانو ذرات

اولین و مهم ترین عناصر پایه، نانو ذرات هستند. متداول ترین نانو ذرات، نانو ذرات نیمه رسانا، نانو ذرات سرامیکی و نانو ذرات فلزی می باشند. نانو ذرات در اندازه پایین را نانو خوشه می گویند. از جمله کاربردهای آن عبارتند از: بسته بندی مواد غذایی، ظروف نگهداری مواد غذایی، از بین بردن ریزساختارهای زنده، تولید روغن هایی که سریع تر داغ می شوند.

▪ نانو کپسول

به هر نانو ذره ای که یک پوسته و یک فضای خالی در آن باشد نانو کپسول گفته می شود. نانو کپسول ها در طبیعت نیز تولید می شوند و به دو دسته پلیمری و نانو امولسیون ها تقسیم بندی می شوند. فرایند نانو کپسوله کردن به این معنی است که این امکان وجود دارد که مواد غذایی مفید برای بدن، بدون این که در فرایند ساخت در کارخانه و یا هنگام پخت و پز در آشپزخانه و یا توسط آنزیم های دهان و معده از بین بروند، به طور مستقیم وارد جریان خون شده و جذب بدن می شود. این کار حتی مانع از دفع بدون جذب ویتامین های مواد غذایی می شود. یکی از مزایای نانو کپسوله کردن این است که مواد غذایی مفید ولی با طعم های نامطبوع مانند روغن ماهی را می توان از طریق این کپسول ها بدون احساس مزه ناخوشایند به غذا اضافه کرد. از جمله کاربردهای آن عبارتند از: ساختن مواد غذایی کاربردی و تعاملی، رساندن مواد مغذی، ارسال مزه های گوناگون در غذا، ارسال ترکیب های چربی گیاهی برای جایگزینی چربی گوشت قرمز در غذا.

▪ نانو لوله های کربنی

از صفحات کربن به ضخامت یک اتم و به شکل استوانه توخالی ساخته شده اند و از فولاد سخت تر، از آلومینیوم سبک تر و از مس ضریب هدایت بیشتری دارند و به دو دسته تک جداره و چندجداره تقسیم می شوند. از مهم ترین کاربرد نانو لوله های کربنی، تولید نانو حسگرهایی است که کاربردهای زیادی در صنایع غذایی دارند: تشخیص فساد مواد غذایی، تشخیص میکروب های مضر، تشخیص مواد شیمیایی مضر و سم ها در مواد غذایی، تولید حسگرهای بویایی و چشایی الکترونیکی .

▪ نانو کامپوزیت ها

استفاده از نانو کامپوزیت های زیستی برای بسته بندی غذا نه تنها غذا را حفظ می کند و طول عمر آن را افزایش می دهد بلکه به عنوان حفظ محیط زیست مفید می باشد. اکثر مواد بسته بندی معمولی از مواد غیرقابل بازیافت اند که این آلودگی محیط زیست را افزایش می دهد. برای تولید این پلاستیک ها از سوخت های فسیلی استفاده می شود. از نانو کامپوزیت های خاک رس نیز می توان برای تولید مواد اولیه بطری های ماءالشعیر استفاده کرد. مهم ترین خصوصیت این مواد، بازدارندگی آنان از خروج گاز CO۲ در این نوشیدنی ها است و خروج گاز را در بطری به حداقل می رساند.

● کاربردهای فناوری نانو در صنایع غذایی

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

۱) نگهداری غذا

۲) بهبود طعم و رنگ

۳) سلامت غذا

۴) بسته بندی

۵) تولید غذا

۶) فرآیندهای غذایی

▪ نگهداری غذا

الف) ضدعفونی و ضد میکروب نمودن سطوح نانو می تواند با جابه جا کردن سطح پوشش مواد، از ورود هر نوع ریزساختارهای زنده یا میکروب به غذا جلوگیری کرده و سبب ضدعفونی شدن سطوح غذاها شود.

ب) حفاظت ضد اکسیدان ها: با استفاده از نانو حفره ها می توان از خراب شدن مواد بی ثباتی مثل: آنتی اکسیدان های حساس از جمله ویتامین ها A، D، E و امگا۳ جلوگیری به عمل آورد.

ج) دست کاری و کنترل فعالیت آنزیم ها: نانو حفره ها می تواند در شناسایی و طراحی ساختمان آنزیم ها و کنترل سوخت و ساز آن ها با تغییر در ساختار و افزودن ذرات فعال به موادغذایی استفاده شود.

▪ بهبود طعم و رنگ غذا

به کمک فناوری نانو توانسته اند در موادغذایی مختلف خواصی ایجاد کنند که ایجاد احساس طعم و بوی خاص در مصرف کننده می کند. مثلا تولید سس کم چربی که مزه چربی می دهد در حالی که چربی ندارد.

▪ سلامت غذا

برای اطمینان از سلامت غذایی، پژوهش گران در پروژه ای از نانو حسگرهای قابل حمل برای یافتن مواد شیمیایی مضر، پاتوژن ها و سم ها در مواد غذایی استفاده کرده اند، با این کار، دیگر نیازی به فرستادن نمونه های موادغذایی به آزمایشگاه برای تشخیص سلامت و کیفیت محصول ها در کشتزارها و کشتارگاه ها نیست. هم چنین این پروژه، در حال توسعه به کارگیری زیست تراشه های DNA برای کشف پاتوژن هاست. این روش می تواند در تشخیص باکتری های مضر و متفاوت موجود در گوشت یا ماهی و یا قارچ های میوه مؤثر باشد. این پروژه در نظر دارد با گسترش میکرو حسگرهای رشته ای، بتواند آفت کش های میوه و سبزیجات را به همان خوبی که شرایط محیطی کشتزارها را کنترل می کند تشخیص دهد. این نوآوری به نام حسگرهای Good Food نامیده می شود.

▪ بسته بندی

بسته بندی چهره کالاست و به همراه مواردی مانند: طرح و نام تجاری و کیفیت به نحوی با هم ترکیب می شوند تا کالا به راحتی معرفی شود. بسته بندی در واقع اولین ارتباط مشتری با محصول است. بیشترین کاربردی که نانو در صنعت غذایی دارد مربوط به بسته بندی است چرا که:

۱) بسته بندی، محصول را از صدمات فیزیکی و آلودگی ها حفظ می کند.

۲) بسته بندی های نانویی با کارایی وسیع و مؤثر در برابر انواع ریزساختارهای زنده می توانند باعث افزایش عمر مفید و ماندگاری درازمدت محصول ها شوند.

۳) کیفیت ضدمیکروبی و خواص ممانعتی آن، بهداشت بهتر، کنترل بیشتر، ممانعت از بی رنگی و خسارت کمتر به ساختار آن را باعث می شود.

۴) استحکام در مقابل حرارت. یعنی از فساد و پلاسیدگی میوه ها و سبزی ها در دمای بالا جلوگیری می کند.

۵) زمان ماندگاری محصولات در بسته بندی های نانو از سه یا چهار روز به دو تا سه هفته در شرایط دمای محیط بیرون از یخچال افزایش می یابد.

بسته بندی های نانویی به دو دسته تقسیم می شود:

الف) بسته بندی کنترل کننده مواد غذایی با استفاده از نانو ذرات. اکسیژن مسئله سازترین عامل در بسته بندی مواد غذایی است زیرا این عنصر باعث فساد چربی مواد غذایی و هم چنین باعث تغییر در رنگ آن ها می شود. در این نوع بسته بندی ها، نانو ذرات به صورت زیگزاگ قرارگرفته اند و مانند سدی مانع از نفوذ اکسیژن می شوند. به بیان دیگر مسیری که گاز باید برای ورود به بسته طی کند طولانی می شود. به همین خاطر مواد غذایی دراین بسته ها تازگی خود را بیشتر حفظ می کنند.

ب) بسته بندی هوشمند. دراین نوع بسته بندی که برای افزایش عمرمفید محصول های غذایی است، سیستم های بسته بندی قادرخواهند بود پارگی ها و سوارخ های کوچک را با توجه به شرایط محیطی(مانند تغییرات دما و رطوبت) ترمیم و مصرف کننده را از فساد مواد غذایی آگاه سازند. در این نوع بسته بندی نانو حسگرهایی وجود دارد که نسبت به گازهایی که از مواد غذایی آزاد و موجب فساد می شوند به شدت حساس بوده و تغییر رنگ می دهند. این تغییر رنگ علامت واضحی از سلامت یا فساد مواد غذایی است. این سیستم به مراتب دقیق تر و مطمئن تر از فروش با تاریخ مصرف است.

▪ تولید غذا

دربخش تولید می توان در صنعت کشاورزی و هم چنین درابداع روش های جدید برای تولید غذا از این فناوری بهره گرفت..مانند: به کارگیری نانو حسگرها درشناسایی آفت کش ها، تولید آفت کش های بی خطر، آنتی بیوتیک ها و ژن های گوناگون گیاهان، کاهش اثرات منفی آفت کش های موجود.

● نتیجه

با توجه به مطالب ذکر شده دربالا می توان از نانو در صنعت غذایی مثل بسته بندی، تولید غذا و… استفاده کرد. نانو می تواند به طور چشمگیری درسلامت غذا، حفظ محیط زیست به کار رود. ما امیدواریم که در آینده بتوانیم هرچه بهتر و بیشتر از نانو در همه زمینه های علمی کمک بگیریم.
        
    
    
            زهرا اکبری، جواد صفری     
            روزنامه کیهان ( www.kayhannews.ir )
به نقل از : آفتاب