هــــــــــــدف

فناوري نانو وتوليد موادغذايي

در فضاي رقابتي کنوني، واحدهاي توليدکننده صنعت غذا همچون بسياري از صنايع ديگر براي توليد و فروش محصولات خود با مشکلات عديده اي روبه رو هستند، مصرف كنندگان متقاضي محصولات معتبر (مجاز)، خوش طعم، بهداشتي و باکيفيت هستند که همگي به طور مستقيم با فناوري توليد در ارتباط است. در واقع مي توان گفت امروزه بيشترين رقابت صنعت غذا در ابعاد تكنولوژيكي است، بنابراين بهره گيري از آخرين فناوري هاي روز دنيا براي حفظ و گسترش بازار در صنعت غذا و فراوري غذا امري ضروري است. آينده متعلق به محصولات فرآوري شده و فرآورده هاي جديدي است كه اهدافي همچون بهبود كارايي محصول، طولاني شدن عمر ماندگاري و تازگي محصول، بهبود كيفيت و ايمني غذا را دنبال مي كنند. تمامي اهداف مذکور از طريق بهره گيري از فناوري نانو قابل حصول هستند

كاربرد فناوري نانو در زمينه توليد غذا ميتواند از يك طرف در صنعت كشاورزي و از طرف ديگر در ابداع راههاي جديد براي توليد غذا كه ديگر به شرايط طبيعي وابسته نباشد، مورد اهميت قرار گيرد. عمده اين كاربردها عبارتند از:

آناليز و شناسايي محصولات كشاورزي:
چيپها يا نانوسنسورها مي توانند آفت، آنتي بيوتيكها و ژنهاي مختلف را دقيقا تشخيص دهند.

توليد غذاهاي :GM

باكي بالهاي قالب ريزي شده با اطلاعات ژنتيكي مي توانند ژنها و عناصر را به نقاط مطلوب حمل كنند.

توليد آفت كش / دارو و حمل آنها:

مانند زمينة دارويي در انسان ، نانو ذرات و نانوكپسولها در بهبود اثر دارو كمك خواهند كرد و اثرات جانبي را كاهش مي دهند.

سنتز و توليد غذا :

آرايش بسيار ريز افزودنيهاي غذايي مي تواند گروههاي جديد غذايي را با سنتز مواد تغذيه اي مورد نياز، طعم دهي تركيبات و پيوند آنزيمها با هم توليد كند. اين روش باعث كاهش زياد وابستگي صنايع غذايي به محيط زيست طبيعي شده و به عنوان يك ايدة متفاوت در اين زمينه بدون نياز به ملزومات غذاي طبيعي به خدمت درخواهد آمد.

در بخش توليد مي توان هم در صنعت كشاورزي و هم در ابداع روش هاي جديد براي توليد غذا مانند به كارگيري نانوسنسورها در شناسايي آفت ها، آنتي بيوتيك ها و ژن هاي مختلف گياهان و همچنين توليد آفت كش هاي بي خطر و نيز كاهش اثرات منفي آفت كش هاي موجود از اين فناوري بهره گرفت، به علاوه مي توان با سنتز مواد تغذيه اي در گروه هاي غذايي مورد نياز طعم دهي، تركيبات و پيوند آنزيم ها را به هم ريخته و به توليد مواد جديد غذايي با طعم ها و رنگ هاي مختلف دست يافت.

فرآوري مواد غذايي:
فناوري نانو تأثيرزيادي روي گسترش موادغذايي كاربردي وتعاملي دارد؛موادي كه به نيازهاي بدن پاسخ داده ومي توانند دررسانش موادغذايي مؤثرباشند.

گروههاي تحقيقاتي مختلفي درحال كار روي ساخت مواد غذايي جديد براساس تقاضا هستند.اين مواد به صورت غيرفعال دربدن باقي مي مانند ومواد غذايي را درصورت نيازبه سلول ها مي رسانند.عنصر كليدي اين بخش، توسعهء نانوكپسولهايي است كه با استفاده ازآنها درمواد غذايي مي توان كاررسانش را به خوبي انجام داد.

ازپيشرفتهاي ديگر در فرآوري مواد غذايي،افزودن نانوذرات به مواد خوراكي براي افزايش جذب آنها دربدن است.

يكي ازبهترين نانوايي ها درغرب استراليا دراستفاده ازنانو كپسولهايي كه شامل روغن ماهي تن(منبع غني ازاسيدهاي چرب امگا 3)بوده اند؛موفق بوده است. اين مركز ازنانو كپسول ها در پرفروش ترين نوع نان خود به نام tip-top استفاده ميكند واين ذرات فقط هنگامي باز و شكسته مي شوند كه وارد معده شوند ، به اين ترتيب ازمزه ناخوشايند روغن ماهي جلوگيري مي شود .

شركت Nutralease ازفناوري ساختارهاي مايع خودآراي نانو مقياس (NSSL ) براي رسانش موادغذايي استفاده مي كند. اين ذرات به شكل مايسل (كره هاي توخالي كه ازچربي ساخته شده و درون آن آب است) با قطر حدود 30نانومترهستند . مواد خوراكي يا nutraceuticals داراي آب دروني هستند و مي توانند براي حمل موادي مانند ليكوپن، بتا- كاروتن، لوتين، فيتوسترول ها ، CoQ10 و DHA / EPA مورداستفاده قراربگيرند . اين ذرات به تركيبات اجازه مي دهند كه به راحتي از طريق معده وارد رگ هاي خوني شوند . بنابراين دسترسي زيستي آنها افزايش مي يابد . اين فناوري را درحال حاضر كارخانجات Shemen براي رسانش روغن فعالCanola وارد بازار كرده اند. اين شركت ادعا ميكند مي تواند جذب كلسترول را دركيسه صفرا تا 14 درصد كاهش دهد .

تعدادي ازشركتهاي شيميايي درحال تحقيق روي افزودني هايي هستند كه بدن به راحتي قادر به جذب آنهاست و مي توانند عمرمفيد محصولات را افزايش دهند .سازمان بين المللي علوم رسانش زيستي درحال توسعه نانو حلزون هايي با ذرات پيچشي 50 نانو متري است كه مي تواند در رسانش موادي مانند ويتامين ها ، ليكوپن و اسيدهاي چرب امگا3 به سلول ها به كار گرفته شود ، بدون اينكه در مزه ورنگ مواد غذايي تأثير داشته باشد .

صنايع غذايي kraft ، گروهي محقق از15 دانشگاه مختلف را تشكيل داده است تا با كمك فناوري نانو درمورد غذاها تحقيق كنند. اين مورد به مصرف كنندگان اجازه مي دهد تا بين رنگها و طعم هاي مختلف انتخاب كنند . اين مجمع همچنين روي توسعه مواد غذايي هوشمند با كمك نانو حسگرها ، كه باعث آزادسازي تدريجي موادغذايي مي شود، فعاليت مي كند اين نانو كپسول ها با مواد غذايي تركيب مي شوند ولي تا زمان مناسب ، غير فعال باقي مي مانند. تمامي پيشرفت هاي جديد موجب مي شود مفهوم مواد غذايي كامل به واقعيت نزديك شود و انتظار مي رود تا فوايد ديگري در زمينه انرژي ، عملكرد هاي تشخيصي ، كاربردهاي ايمني بهترو توسعه محصولات ضد پيري براي مصرف كنندگان وجود داشته باشد.

امروزه ازفناوري نانو درصنايع آرايشي مانند ساخت كرم هاي شفاف استفاده مي شود. شركت Royal BodyCare ، كه از فناوري نانو علوم غذايي استفاده مي كند محصول جديدي با نام NanoCeuticals را وارد بازار كرده ، كه امولسيوني از ذرات با قطر كمتراز5 نانو متر است. اين شركت ادعا مي كند اين محصول ، راديكال هاي آ زاد را جمع آوري كرده ، آب رساني را بالا برده وPH بدن را تنظيم مي كند. اين شركت همچنين درحال توسعه نانوخوشه ها وپودرهاي نانو مقياسي است كه با مكمل هاي غذايي تركيب مي شوند و هنگام مصرف، قدرت جذب مواد غذايي را دربدن افزايش مي دهند.

شركت هاي موادغذايي و آرايشي درهمكاري با يكديگر به دنبال سازوكاري جديد براي رسانش ويتامين ها و جذب مستقيم ها آنها از پوست هستند . به عنوان مثال شركت Nestle كه 49 درصد از سهام شركت LOreal را دارا ست در حال ساخت كرم ضد آفتاب شفافي است كه ويتامين E را مستقيم به پوست مي رساند. هدف، ساخت كرمي است كه به وسيله پوست جذب شده و ويتامين E را به آرامي آزاد كند، به علاوه داراي ماده محافظ UV نيز باشد . در حال حاضر كرم هاي شفاف ضد UVدر بازارموجود است و LOreal انتظار دارد اين كرم با كاربرد هاي بيشتري بازار در بر گيرد .

رقيبان ديگر مانند Estee Lauder در حال ساخت فرمولهاي ضد پيري هستند كه از نانو ذرات تشكيل شده است . شركت آمريكايي Oilfresh محصول نانو سراميكي جديدي وارد بازار كرده كه مصرف روغن را در رستوران ها و غذاهاي آماده به نصف كاهش مي دهد . در نتيجه اين تغيير بزرگ، از اكسيد شدن محصولات به دليل چربي هاي درون روغن جلو گيري مي شود . مورد ديگر اين است كه روغن سريعتر داغ شده و انرژي مورد نياز براي پخت كاهش مي يابد .

دانشگاه واخنينگن در هلند مركز تحقيقاتي را تأسيس كرده كه در حال كار روي كاربرد فناوري نانو در صنايع غذايي است . مركز بيو فناوري واخنينگن روي موضوعات مختلفي از جمله تشخيص كيفيت و سلامت غذا، پوشش دار كردن و رسانش مواد غذايي ، ميكرو و نانو ابزارهايي براي پردازش هاي شيميايي و فيزيكي ، زيست شناسي شيميايي، نانو سم شناسي؛ بررسي فناوري و علم مشتري متمركز شده است .

شركت آلماني Aquanova در حال توسعه فناوري جديدي است كه در آن دو ماده فعال را با هم تركيب كرده و در كاهش چربي از طريق نانو حامل ها (كره هاي تو خالي با قطر 30 نانو متر ) استفاده مي كند . اين نوآوري مي تواند دستيابي جديدي در كنترل وزن باشد. شركت NovaSOL SUstain از CoQ10 براي كاهش چربي اسيد هاي alpha-lipoic براي رفع گرسنگي استفاده مي كند . همچنين اين فناوري براي توليد ويتامين هايي مانند SoluE كه از دسته ويتامين هاي E است و همچنينC Solu كه از دسته ويتامين هاي C است استفاده مي شود .

در يك راهبرد متفاوت، شركت Unilever در حال توليد بستني هاي كم چرب با كاهش ذرات امولسيون است . با اين عمل اميد است كه استفاده از اين ذرات ، ميزان چربي را تا 16 درصد كاهش دهد.

مركز بين المللي Woodrow Wilson ، موسسه بورس تحصيلي درآمريكا ، پايگاه داده اي از مشتريان بازار فناوري نانو تشكيل داده و به زودي 15مورد را كه ارتباط مستقيم با صنايع غذايي دارند اعلام ميكند . اين فهرست شامل nanocetical هاي توليدي شركت RBC ،LIFE Science و روغن فعالCanolaي صنايع Shemen ونانو ذرات نقره استفاده شده در يخجالهاي شركت LG مي باشد .
كاربردهاي فناوري نانودربخش نگهداري غذا:

در بخش نگهداري غذا، فناوري نانو مي تواند با جابه جا كردن سطح پوشش مواد از ورود هر نوع ميكروارگانيسم يا ميكروب به غذا جلوگيري كرده و سبب ضد عفوني شدن سطوح غذاها شود، به علاوه با استفاده از نانو حفره ها مي توان از خراب شدن مواد بي ثباتي مانند آنتي اكسيدان هاي حساس از جمله ويتامين هاي A، D، E، K و «امگا ۳» جلوگيري به عمل آورد و همچنين در شناسايي و طراحي ساختمان آنزيم ها، كنترل متابوليسم آنزيم ها توسط تغيير در ساختمان و افزودن ذرات فعال به مواد غذايي از آن بهره گرفت.

فناوري نانو از سه طريق ميتواند در نگهداري مواد غذايي مؤثر واقع شود:
ضد عفوني و ضد ميكروب نمودن سطوح:
فناوري نانو با جابه جا كردن سطح پوشش مواد ميتواند تقريبا از ورود هر ميكرو ارگانسيم يا ميكروب به غذا جلوگيري كند. ميكروب كشها با نانو ذرات و نانو قطراتي مانند روغنهاي گياهي و الكها، دوستدار محيط زيست بوده و براي سلامت انسان بي ضرر هستند.
حفاظت آنتي اكسيدانها:
نگهداري آنتي اكسيدانهاي حساس مانند ويتامينهاي K/E/D/A، اسيد چرب امگا3،B- كاروتن همواره يك عامل كليدي در حفظ غذا بوده است. استفاده از نانو حفره ها ميتواند از خراب شدن چنين مواد بي ثباتي در طول فرآيند ودرزمان انباربودن جلوگيري كند.
دستورزي و كنترل فعاليت آنزيمها:
فناوري نانو در شناسايي و طراحي ساختمان آنزيمها كاربرد مهمي دارد. فناوري نانو توانايي كنترل متابوليسم آنزيمهاتوسط تغيير در ساختمان و افزودن ديگر ذرات فعال را دارد. بنابراين ميتوان فعاليتهاي آنزيمها را از اين طريق تحت كنترل در آورد.
مثالهايي از كاربرد فناوري نانو در نگهداري مواد غذايي:
پژوهشگران كشورمان درشركت نانو نصب پارس موفق به توليد ظروف آنتي باكتريال شدند كه قادراست مدت ماندگاري موادغذايي را 2تا 3برابر افزايش دهد.آنها از نانوذرات نقره(سيلور)درساختمان اين ظروف استفاده كردند.آنها ازاين نانوذرات درساخت بدنه يخچالها ودربرخي ازبخشها مانند جا تخم مرغي نيز استفاده كرده اند.

شركت sharper Imageدرآمريكا با كمك نانوذرات نقره ظروفي توليد كرده اند كه خاصيت ضدباكتريايي دارد.به ادعاي اين شركت،ظروف توليدي آنها موادغذايي راسه تاچهاربرابر تازه تر نسبت به حالت معمولي نگه مي دارد.اين ظروف قادرهستند ميوه ها،سبزيجات دارو ها،نان،پنير،سوپ،سس،وگوشت رادر طولاني مدت بدون تغيير رنگ،مزه وخواص غذايي شان نگهداري كنند.
نقره ذاتا"خاصيت آنتي باكتريال،ضدكپك،وضدقارچ دارد.لذا بااستفاده ازاين ظروف،درمقايسه باظروف معمولي،در24ساعت اوليه ميزان رشد باكتري ها 98 درصد كاهش مي يابد.
جهت حفظ بيشترارزش موادغذايي و بو ومزه آن،همچنين به تأخير انداختن وكاهش سرعت فساد مواد غذايي،اين ظروف داراي درپوش سيليكوني غيرقابل نفوذ جهت سيستم بسته بندي است.اين ظروف همچنين داراي لايه اي پليمري ازپلي پروپيلن است كه نسبت به هوا وبوغيرقابل نفوذاست.ميانگين قطرنانوذرات نقره درحدود 25 نانومتر است.رنگ اين ظروف طلايي است.

سلامت و امنيت غذايي:
تشخيص عوامل بيماري زاي غذايي وتركيبات سمي
بيمار يهاي ناشي از مصرف غذاهاي آلوده يكي از مشكلات رايج در زمينة پزشكي مي باشد. حدود30درصد افراد در كشورهاي صنعتي از بيمار يهاي‎‏‏ناشي از مصرف غذاهاي آلوده رنج مي برند.

محققان همواره در جستجوي يافتن ابزاري براي تشخيص سريع و دقيق عوامل بيماري زاي غذايي بوده اند. در سا لهاي اخير تلاشهاي زيادي براي ساخت حسگرها براي تشخيص ميكرو ارگانيسمهاي بيماري زا صورت گرفته است. با استفاده ازفناوري نانو امكان ساخت نانوحسگرهايي وجود داردكه قابليت استفاده در چرخه هاي توليد مواد غذايي و همچنين در بسته بندي غذايي به منظور تشخيص ميكروارگانيسمهاي مختلف مانند كامپيلوباكتر،اشرشيا كلي، سالمونلا و ليستريا را دارند واين حسگرها علاوه بر حساسيت بالا زمان تشخيص را نيز كاهش مي دهند. يك نانوحسگر قادربه تشخيص ويروس قبل از تكثير آن مي باشد. برخي از كاربردهاي بالقوة نانوحسگرهاي زيستي عبارتنداز: تشخيص آلودگي هاي بيمار يزا، شرايط محيطي)روشنايي و تاريكي، سردي و گرمي، خشكي و‎‏‏رطوبت( و تركيبات حساسيت زا.
گولتكين و همكاران اسپورهاي باسيلوس سرئوس را با استفاده از نانوحسگرها شناسايی کردند.اين محققان از نانوذرات طلا با کمک روش نشانه گذاري ملكولي براي تشخيص سريع و حساس تركيب دي پي كلونيك اسيد )مادة شاخص موجوددر اسپور( استفاده نمودند. نشانه گذاري ملكولي روشي براي ايجاد جايگا ههاي اتصال در يك پليمربا استفاده از يك الگوي ملكولي )به عنوان مثال

دي پي كلونيك اسيد( مي باشد. ميزان حساسيت وابسته به شكل و اندازة حفرات و نوع اتصال بين پليمر وملكول مي باشد. با توجه به اينكه در اين پژوهش ازنانوذرات استفاده شد، ميزان حساسيت به ميزان قابل توجهي افزايش يافت. اين پژوهشگران نشان دادند تابش فلورسانس حسگر در حضور دي پي ‏‌كلونيك اسيدكاهش می يابد لذا امكان انداز ه گيري دقيق اسپورها با‎‏‏حساسيت بالا وجود دارد .
ژآاو و همكاران ا ز حسگرهاي ا یمنی ا لكتروشيميايي كه توسط غشاء آگار - نانوذرات طلا پوشش داده و آنزيم پراكسيداز و آنتي بادي بر روي آن تثبيت شده بود براي تشخيص ويبريو پاراهموليتكيوس استفاده كردند. در اين حالت نانوذرات طلا به عنوان مناطق هادي كوچك، سبب تسريع انتقال الكترون و در نتيجه افزايش دقت اندازه گيري مي شوند. اين نانو حسگرهاي ایمنی داراي حد تشخيص

7/374×104و همچنين صحّت، دقت، پايداري و قابليت ‎‏‏تكرارپذيري بالايي هستند.
تشخيص آلودگيهاي شيميايي درمواد غذايي
آلودگي مواد غذايي ناشي از تركيبات شيميايي خطرناك يكي از مسائل بحث برانگيز در زمينة امنيت غذا مي باشد. آلودگي هاي مواد غذايي مي تواند ناشي از آلودگي هوا، آب و خاك، فلزات سمي، د ي اكسين ها،سموم ضد قارچ و همچنين سموم طبيعي مانندمايكوتوكسين ها و گليكوزيدهاي سيانوژنيك باشد.با توجه به ضرورت تشخيص اين تركيبات در موادغذايي، فناوری نانو مي تواند ابزاري دقيق در اين زمينه‎‏‏باشد.
آرسنيك كه به مقدار زيادي در آ بهاي زيرزميني يافت مي شود، به عنوان يك تر كيب سمي براي انسان به شمار مي رود. اين تركيب سبب سرطان پوست،كليه، جگر و مثانه مي شود. رو شهاي مختلفي ماننداسپكتروسكوپي فلورسانس اتمي و اسپكتروسكوپي وزني براي تعيين ميزان آرسنيك استفاده شده است.ولي اين رو شها نياز به ابزارهاي گرا نقيمت و مراحل آماده سازي متعدد دارد. سليمي و همكاران از نانوذرات اكسيد كبالت براي تعيين مقادير جزئي آرسنيك درآب استفاده كردند. براي اين منظور نانوذرات اكسيدكبالت بر روي سطح الكترود كربن شيشه اي رسوب داده شد. اين محققان بيان نمودند اين نانوحسگرداراي قابليت تكرارپذيری، پايداري طولاني و عدم‎‏‏حساسيت به ساير يو نها مي باشد .
كو و همكاران از تكنيك رنگ سنجي بااستفاده از نانوزيست حسگرها براي شناسايي 2و4دي نيتروفنول استفاده نمودند. براي اين منظورتركيب توكسين مانند 2و 4 دي نيتروفنول- بووين سرم آلبومين بر روي نانوذرات طلا قرار مي گيرد. دراين حالت در صورت عدم وجود 2و 4 د ي نيتروفنول تركيب توكسين مانند بر روي آنتي بادي تثبيت شده برروي بستر متصل مي گردد و در صورت وجود توكسين با توجه به ميل تر كيبي بالاتر آن، 2و 4 د ي نيتروفنول به آنتي بادي متصل مي شود.با توجه به اينكه اتصال توكسين و يا تركيب توكسين مانند بر آنتي بادي سبب ايجاد رنگهای مختلف مي شود، امكان تعيين ميزان2و 4 دي نيتروفنول با استفاده از روش رنگ سنجي وجود دارد.با وجود كارايي بالاي نانوحسگرهابراي اندازه گيري و شناسايي تركيبات مختلف، كاربردآن ها به صورت صنعتي به دليل استفاده از تركيبات بيولوژيكي مانند آنتي ژن و آنزيم ها و در نتيجه عدم پايداري با مشكلاتي مواجه است.

هم اكنون برخي از شركت ها در حال كار بر روي طراحي زبان الكترونيكي هستند كه شامل آرايه اي از حسگرهاي مايع به همراه فناوري تشخيص الگويي است كه قادر به تشخيص طعم هاي ويژه و مجزا مي باشد. از مهم ترين كاربردهاي اين زبان، آزمون چشايي نوشيدني ها، چشيدن مواد شيميايي در حد مولكول است. اين حسگر در بسته بندي گوشت و فرآورده هاي گوشتي به كار گرفته مي شود و قادر به تشخيص اولين نشانه هاي فساد در مواد غذايي است و با تغيير رنگ، فساد ماده غذايي را هشدار مي دهد.
از ديگر نمونه هاي توليدي اين حسگرها، نانوباركدها هستند كه مدل مولكولي باركدهاي سنتي است و شامل نانوذرات فلزي مي باشد كه اثر انگشت شيميايي قابل شناسايي و خاصي دارد و مي تواند از طريق ماشين هايي كه براي اين منظور طراحي شده است، تشخيص داده شود. اين قبيل از باركدها مي تواند براي حفاظت از مارك و ارزيابي غذاهايي كه در حالت عادي نمي توان باركد بر روي آنها چسباند، استفاده مي شود.
براي اطمينان از سلامت مواد غذايي، محققان اتحادية اروپا در پروژة Good Food از نانوحسگرهاي قابل حمل براي يافتن مواد شيميايي مضر، پاتوژن ها و سم ها در مواد غذايي استفاده مي كنند.

با اين كار، ديگر نيازي به فرستادن نمونه هاي مواد غذايي به آزمايشگاه براي تشخيص سلامت و كيفيت محصولات در كشتزارها و كشتارگا هها نيست همچنين اين پروژه، در حال توسعة به كارگيري زيست تراشه هاي DNA.براي كشف پاتوژ نهاست. اين روش ميتواند در تشخيص باكتر يهاي مضر و متفاوت موجود در گوشت يا ماهي و يا قار چهاي ميوه مؤثر باشد. اين پروژه در نظر دارد با گسترش ميكروحسگرهاي رشته اي، بتواند آفت كشهاي ميوه و سبزيجات را به همان خوبي كه شرايط محيطي كشتزارها را كنترل مي كند تشخيص دهد. اين نوآوري به نام حسگرهاي Good Food ناميده مي شود.
پروژه سرمايه گذاري شده اتحادية اروپا به نام BioFinger كه هدف آن، ساخت ابزارهاي ارزان با توان تشخيص آسان در سلامت محيط زيست است، فعاليت ديگري در زمينة آناليز مواد غذايي دارد. در ابزارهايي كه از حامل (cantilever) استفاده مي كنند، روش بدين صورت است كه تيرك(Tip) با مادة شيميايي پوشانده شده و در برخورد با مولكول هاي خاصي، سيگنال ايجاد مي كنند. BioFingerبا استفاده از اين حاملها كه به يك ميكروتراشه متصل است كوچك تر و قابل حمل مي شود.

ارتش آمريكا در حال ساخت حسگرهاي فوق العاد ه ي است كه از آنها در مقابل حمله كنند ه ها به مواد غذايي استفاده مي شود. در سيستم هاي كنوني چندين روز طول مي كشد تا وجود پاتوژن ها در مواد غذايي تشخيص داده شود. تشخيص سريع پاتوژ نها به وسيلة اين حسگرها به زودي باعث فراگير شدن اين فناوري در صنعت مواد غذايي خواهد شد.

کاربردهاي فناوري نانو در صنعت بسته‌بندي :
كاربردهاي نانو تكنولوژي دربسته بندي موادغذايي شامل موارد زير مي باشد:

نانوحسگرها براي تشخيص آلودگي و عوامل بيماري‌زا

بهبود پيمايش، ره‌گيري و رصد

نانوکامپوزيت‌هاي پليمري براي بخش حفاظت

پوشش‌هاي خود تميز شونده در مقياس نانو

پوشش مناسب براي بسته‌بندي با خاصيت ميکروب‌کشي

سيستم‌هاي فعال و هوشمند جهت بسته‌بندي
بسته بندي يكي از مسائل اساسي در زمينة ايمني غذا است. استفاده از دانش نانو میتواند سبب بهبودكيفيت و كارايي مواد بسته بندي و درنتيجه اطمينان از امنيت غذايي گردد.پيشرفت دربسته بندي هوشمند براي افزايش عمرمفيد محصولات غذايي،هدف بسياري ازشركتهاست.

بسته بند يهاي داراي نانوذرات می توانند هوشمندانه به شرايط محيطي )دما و رطوبت(پاسخ دهند و پارگي ها وسوراخ هاي كوچك رابا توجه به شرايط محيطي ترميم كنند،و يا مصرف كننده را در زمينة آلودگيها ويا حضور مواد سمي ويا فسادموادغذايي آگاه سازند.

برخي از نانومواد میتوانند ويژگيهاي نفوذپذيري مواد بسته بندي را تغييرداده، سبب بهبود ويژگي هاي مكانيكي، شيميايي، حرارتي و ميكروبي شوند. اين بسته ها توانايي كاهش رشد قار چها را دارندو به عنوان مثال نانوذرات اكسيد مس، منيزيم و ‎‏‏نقره داراي خاصيت ضدميكروبي هستند.مكانيسم فعاليت ضدميكروبي نقره به دليل واكنش يو نهاي نقره با ريبوزوم ها و جلوگيري از بيان آنزيمهاي مرتبط با توليد ATP و همچنين تغيير ‎‏قابليت نفوذ پذيري غشاء مي باشد.

پلاستيك ها به طور وسيع در صنايع بسته بندي مواد غذايي استفاده ميشوند. با اين وجود استفاده از آ نها به دليل عدم توانايي آ نها در جلوگيري از عبور اكسيژن، د ي اكسيدكربن ،آب و تر كيبات آرومادار، محدوديت هايي دارد. استفاده از نانوذرات درپلاستيكها مي تواند سبب بهبود خاصيت نفوذپذيري بسته هاي غذايي گردد.به عنوان مثال بسته هاي حاوي نانوذرات رس داراي مزايايي ازقبيل ويژگي هاي مكانيكي،حرارتي وممانعت كنندگي بهترمي باشند.اين نانوذرات سبب جلوگيري ازعبور اكسيژن ،دي اكسيد كربن ورطوبت گرديده،همچنين موجب افزايش شفافيت بسته مي شوند.
استفاده ازنانوساختارهاي مختلف مي تواند سبب توليد بسته بندي هاي پلاستيكي بامقاديرمختلف نفوذپذيري نسبت به آب وگازها،بسته به نوع ماده غذايي گردد. با استفاده ازاين نانوذرات امكان توليد بطري هايي با نفوذپذيري كمتر نسبت به نورومقاومت مكانيكي وحرارتي بهتروجود دارد.اين بسته ها سبب افزايش زمان ماندگاري،حفظ رنگ، عطروطعم مواد غذايي،جلوگيري ازرشد ميكروارگانيسم ها وتسهيل عمليات حمل ونقل و نگهداري مي شود. با استفاده از بسته هاي حاوي نانو حسگرها نيز مصرف كننده مي تواند نسبت به پيشينه شرايط نگهداري(مانند دماوPH) آگاه شود.

فيلم هاي زيست تخريب پذيرنشاسته ونانوذرات رس نيزمي توانند دربسته بندي موادغذايي به منظور افزايش ايمني غذايي باتوجه به خاصيت ضدميكربي نانوذرات رس،استفاده شوند.

سيليكات كلسيم نانوساختار ومواد فازمتغير براي بسته بندي مواد غذايي فسادپذير استفاده شده اند.نانوذرات سيليكات كلسيم داراي ساختارمتخلخل وخاصيت جذب رطوبت هستند.آلكان هاي فازمتغير مي توانند براي ذخيره حرارت دربسته هاي غذايي (باتوجه به ماهيت غيرسمي آنها) استفاده شوند. دراين حالت نانوذرات سيليكات كلسيم مي توانند آلكان هاي فاز متغير (بادماي ذوب8درجه سانتيگراد)را درون ساختارمتخلخل خودقرار دهند.اين بسته ها داراي ويژگي هاي حرارتي فوق العاده اي بوده،مي توانند دماي داخل بسته راپس از افزايش دماي محيط تا23درجه سانتيگراد به مدت 5 ساعت درحدود 10 درجه سانتيگراد حفظ نمايند.ازاين ويژگي مي توان براي حفظ كيفيت موادغذايي حساس طي حمل ونقل وافزايش زمان ماندگاري وامنيت غذايي بهره جست.

كيتوزان يك پلي ساكاريد زيست تخريب پذير،غير سمي وزيست سازگاراست.نانوفيبرهاي توليد شده ازكيتوزان به عنوان پوشش هاي بسته بندي داراي خاصيت ضدميكروبي مي باشند. پوشش هاي زيست تخريب پذير ي توسط ژلاتين و پكتين بادرجه متوكسيل پايين نيز براي بسته بندي موادغذايي توليدشده است.

سوتومويت وهمكاران ويژگي فيلمهاي خوراكي ساخته شده ازپروتئين هاي آب پنير وحاوي سه نوع نانورس مختلف (كلويسيت NA+، كلويسيت A20 و كلويسيت B30 ) را براي مصارف غذايي بررسي نمودند.فيلمهاي داراي نانورس نسبت به فيلمهاي خالص پروتئيني شفافيت كمتري داشتند.ولي نتايج نشان داد فيلمهاي حاوي نانوذرات كلويسيت B30 داراي خاصيت ضدميكروبي دربرابر باكتري گرم مثبت ليستريا مونو سايتوژنز مي باشند.فرناندز وهمكاران بيان نمودند استفاده نانوذرات نقره دربسته هاي غذايي ازرشد اشرشياكلي واستافيلوكوكوس اورئوس جلوگيري مي كند.همچنين ولي پورمطلق نشان داد استفاده ازنانوذرات نقره باغلظت 1و2% دربسته بندي زرشك باعث كاهش رشد كپكها وشمارش كلي باكتريها وبهبود رنگ محصول مي شود.

توسعه استفاده از فناوري‌نانو در بسته‌بندي مواد غذايي

اتحاديه اروپا در چارچوب پروژه ObservatoryNANO گزارش جديدي با عنوان «بسته‌بندي تجزيه‌پذير زيستي غذا» منتشر کرده است. اين سند، تجزيه و تحليل توسعه‌هاي فناوري‌نانو براي بسته‌بندي تجزيه‌پذير زيستي مواد غذايي را تلخيص و مفهومي کرده و به علم و فناوري، جنبه‌هاي قانوني، اجتماعي،اقتصادي، ايمني، سلامت و زيست‌محيطي آن توجه مي‌کند.
حجم ضايعات بخش فراورده‌هاي غذايي اروپا به شدت در حال افزايش است. در حقيقت صنايع غذايي و سبزيجات اروپا سالانه بالغ بر 30 ميليون تن ضايعات توليد مي‌کند.
تاکنون برنامه‌هاي مختلفي براي کاهش ضايعات مواد غذايي در سطح کشورهاي مختلف اروپايي اجرا شده است. براي مثال دولت انگليس به تازگي اعلام کرده است که بايد طي 10 سال، 75 درصد زباله‌هاي خانگي بازيافت شوند.
پيش‌بيني مي‌شود که به خاطر افزايش تقاضا براي غذاهاي آماده، ضايعات بسته‌بندي مواد غذايي همچنان افزايش يابد. بسته‌بندي پلاستيکي نيز به خاطر بازيافت طولاني آن، داراي اثرات تخريبي بسيار زيادي بر محيط زيست است.
به خاطر مسائل مطرح شده در بالا، استفاده از کاربردهاي مختلف فناوري‌نانو براي مديريت ضايعات بسته‌بندي مواد غذايي مورد توجه سازمان‌هاي مختلف قرار گرفته است.
پيشرفت‌هاي تحقيقات نانومواد و فناوري‌هاي پردازش مواد غذايي نشان مي‌دهد که پليمرهايي طبيعي‌اي چون شکرها و پروتئين‌ها مي‌توانند با نانوخاک رس‌ها و مواد زيستي ترکيب شده و مواد زيست سازگار، تجزيه‌پذير زيستي و غير سمي ايجاد کنند.
پردازش مبتني بر فناوري‌نانو، کيفيت ضعيف پلاستيک‌هاي زيستي قبلي را تا سطح سوخت‌هاي فسيلي ارتقا مي‌دهد. به‌علاوه استفاده از پليمرهاي طبيعي بدين معني است که در بيشتر مواقع مواد مي‌توانند بازيافت شوند.
بر اساس گزارش ObservatoryNANO، سه حوزه زير در زمينه پلاستيک‌هاي زيستي خوراکي و تجزيه‌پذير زيستي مطرح است:
1 - نانوکامپوزيت‌هاي زيستي؛
2 - نانوالياف زيستي؛ و
3 - فيلم‌هاي نانوي خوراکي
محصولات تجاري درزمينه بسته بندي موادغذايي

چشم اندازهاي مالي فناور ي نانو، صنايع بسته بندي را پررونق نشان مي دهد.در اين قسمت به منظور اطلاع از محصولات تجاري و تحقيقاتي كه در اين حوزه صورت گرفته مثالهايي آورده مي شود:

شركت Bayer Polymer كيسه اي پلاستيكي با نام Durethan Ku 2-2601توليد كرده است كه از محصولات موجود در بازار سبك تر و محكم تر است، همچنين مقاومت بيشتري در برابر گرما از خود نشان مي دهد. هدف اوليه ازتوليد پلاستيكهاي بسته بندي مواد غذايي، جلوگيري از خشك شدن محتويات آنها و محافظت در مقابل رطوبت واكسيژن است. پوشش جديد غني از نانوذرات سيليكات است. اين نانوذرات تا حد زيادي از نفوذ اكسيژن، گازهاي ديگر و رطوبت جلوگيري مي كنند و فساد مواد غذايي را به تعويق مي اندازند.

سازما نهاي ديگر به كمك فناور ي نانو در حال يافتن راهي براي تشخيص فساد مواد غذايي هستند. به عنوان مثال شركت AgroMicronافشانة تشخيص دهنده نانوبيولومينسانس را ساخته كه شامل پروتئين لومينسانت است. در اين طرح، افشانه سطح ميكروب هايي مانند E.coli و Salmonellaرا پوشانده، و از خود نوري ساطع مي كند و به اين روش فساد مواد غذايي تشخيص داده ميشود. اين شركت اميدوار است بتواند محصول مورد نظر را با نام BioMark.وارد بازار كند. در حال حاضر اين شركت در حال ساخت افشانه هايي با روش هاي جديد است تا بتواند از آنها در حمل و نقل دريايي استفاده كند.

محققان دانشگاه بن در حال ساخت پوششهاي دفع كنندة آلودگي براي بسته بند يها با استفاده از اثر لوتوس (نيلوفرآبي) (قطرة آب از سطح بر گهاي نيلوفر آبي مي لغزد و در نتيجه هر مهاي موم مانند نانومقياس، سطح برگ رامي پوشاند( هستند. كشتارگا هها و محلهاي فرآوري گوشت نيز مي توانند از اين فناوري استفاده كنند. گروه تحقيقاتي دانشگاه انگليسي ليدز دريافتند كه نانوذرات اكسيد منيزيم و اكسيد روي باعث از بين بردن ميكروارگانيز مها مي شوند.

استفاده از اين مواد بسيار ارزا نتر از نانوذرات نقره است و مي توانند كاربرد زيادي در بسته بندي مواد غذايي داشته باشند.

فناوري شناخت فركانس هاي راديويي(RFID).در بيش از 50 سال پيش توسعه يافت، ولي امروزه اين فناوري راه خود را براي كنترل مواد غذايي در مغازه ها پيدا كرده است. در اين فناوري با استفاده از ميكروپردازشگر ها مي توان داد ه ها رابه گيرنده هاي بي سيم ارسال كرد. امروزه مي توان از اين روش براي كنترل اقلام غذايي از انبار تا دست مصرف كننده بهره گرفت. برخلاف باركدها كه نياز به اسكن دستي و خواندن يك به يك دارند، برچسب هاي RFIDنيازي به خوانده شدن خطي نداشته و امكان خواندن تعداد زيادي از آنها در يك ثانيه وجود دارد. فروشگا ههاي زنجير ه اي مانند Home Depot ،Mart Wal گروه Tsco و Metroدر حال آزمايش اين فناوري هستند. ضعف اصلي اين روش، افزايش هزينة توليد است كه نتيجة ساخت سيليكوني آن مي باشد. با تركيب فناور ي نانو و الكترونيك )نانوترونيك( اين برچسب ها ارزانتر و كاراتر شده، همچنين پياده سازي آنها آسان تر مي شود.

شركت توليدكننده موادغذايي kraft باهمكاري دانشگاه راتگرز درحال فعاليت روي پروژهءزبان الكترونيكي(electronic tongue) است تا آن رابه بسته بنديها اضافه كند.اين نوع بسته بندي شامل رشته اي از نانو حسگرهاست كه نسبت به گازهايي كه ازمواد غذايي آزاد وموجب فسادآنها مي شوند،به شدت حساس بوده وتغيير رنگ مي دهند كه اين تغيير رنگ،علامت واضحي ازسلامت يافسادمواد غذايي است.