فناوري نانو و صنايع غذايي

مقدمه:

استفاده از فناوري هاي نوين در صنايع غذايي رويکرد جديدي است که بسيار مورد توجه قرار مي گيرد. بي شک روي آوردن به فناوري هاي نو از جمله فناوري نانو مي تواند راهگشا بسياري از مشکلات در اين حيطه باشد. در اين گزارش ه صورت اجمالي اشاره اي به کاربردهاي فناوري نانو در صنايع ذايي، بازار نانو محصولات غذايي، محصولات و شرکت هاي فعال نانوغذا، چالش ها و محرک هاي رشد اين بخش از صنعت و... شده است. در شماره آينده به جزئيات فناوري هاي استفاده شده در صنايع غذايي و بازار هر يک از آنها پرداخته خواهد شد.

کاربردهاي فناوري نانو در صنايع غذايي

فناوي نانو در صنايع غذايي به شکل هاي مختلفي کاربرد دارد. اين کاربردها مي توان شامل استفاده از فناوري نانو در مواد بسته بندي، کشاورزي، فرايندهاي توليد غذا و خود غذا باشد. بر مبناي تعريف نانوفروم(1) ابزارها يا روش هاي فناوري نانو که طي کشت، توليد، فراوري يا بسته بندي غذا استفاده مي شوند را نانو غذا مي نامند. اگرچه ظاهراً تعريف نانوفروم محدوديت دارد؛ اما ايده ي خوبي است براي اينکه چه مقدار از غذاهاي آينده ي ما را نانوغذا تشکيل مي دهند و اينکه چه گستره اي از مردم تحت تأثير نانوغذاها قرار خواهند گرفت.

همينک اصطلاح نانوغذا، به غذاهايي اطلاق نمي شود که مستقيماً از روش هاي فناوري نانو به دست آمده اند؛ اما در آينده اتفاقات زيادي رخ خواهد داد مثلا ممکن است روزي نانوماشين هايي توليد شود که توانايي توليد مولکول به مولکول غذاها را داشته باشند؛ همچنان که ساينتيفيکا(2) معتقد است ساخت مولکولي و طراحي مواد به صورت اتم به اتم در زمينه ي غذا بعد از سال 2012 محقق خواهد شد.

به طور خلاصه مي توان حوزه هاي مختلف کاربردي فناوري نانو در غذا و صنايع غذايي را به دسته هاي زير تقسيم بندي نمود:

الف- نگهداري غذا

ضدعفوني و ضدميکروب نمودن سطوح؛

حفاظت آنتي اکسيدان ها؛

دستکاري و کنترل فعاليت آنزيم ها.

ب- پردازش غذا

طعم ها و رنگ هاي دلخواه براي رسانش عامل تغذيه اي دلخواه؛

تصفيه ي روغن سرخ کردني (با استفاده از مواد نانوسراميکي) براي پيشگيري از پليمريزاسيون حرارتي روغن و کاهش بوهاي نامطبوع.

ج- بسته بندي و سلامت مواد غذايي

امروزه استفاده از فناوري نانو در صنايع بسته بندي غذا امري عادي است. کاربرد فناوري نانو در بسته بندي را مي توان به دو دسته تقسيم نمود:

1- بسته بندي هاي فعال که حاوي موادي با عملکردي خاص هستند (شبيه به بسته بندي هايي که از ورود اکسيژن و فساد غذا جلوگيري مي کنند) مثال هايي از اين نوع شامل موارد زير هستند:

جايگزيني نانو مواد به جاي پلي وينيل استات (PVA) و پلي وينيل الکل در ظروف بسته بندي مقوايي؛

استفاده از بطري هاي پلاستيکي ساخته شده از مواد نانوکامپوزيت و استفاده از لايه هاي پلاستيکي ضد قارچ و ضد باکتري که داراي طول عمر بيشتري نيز هستند؛

2- بسته بندي هاي هوشمند که به تغييرات محيط واکنش نشان مي دهند. موارد زير مثال هايي از اين نوع هستند:

توليد بسته بندي هايي که توانايي بازتاب گرما از يک بستني يخي را داشته؛ مي توانند آن را از ذوب شدن در يک محيط گرم حفظ کنند؛

توليد بسته بندي هايي که مي توانند خود را ترميم کنند؛

بسته بندي هايي که مي توانند در شرايط خاص، خواصشان را تغيير دهند مانند بسته بندي هايي که بتوانند فاسد شدن شير را با تغيير رنگ نشان دهند.

د- حمل مواد مغذي

چربي هاي قابل حل در آب؛

تهيه نانو ذرات برخي از عناصر عاملي (مانند کارتنوئيدها، فيتواسترول و آنتي اکسيدانت ها) به منظور پخش بهتر در آب يا در آب ميوه ها براي جذب بهترشان؛

استفاده مايسل هاي کوچک (نانوکپسول ها) به عنوان حاملان روغن هاي حياتي، طعم دهنده ها، آنتي اکيسدانت ها، کوآنزيم Q10، ويتامين ها، مواد معدني و فيتوکميکال ها براي جذب بهتر و سريع تر آنها؛

کپسوله کردن اجزاي فعال مانند (پلي فنول ها، مواد معدني و مواد مغذي در مقياس ميکرو) به وسيله نانوذرات براي حفاظت آنها از اکسيدانت ها و گيرنده هاي طعم  و مزه؛

کاربرد نانوکيسه هاي ليپوزومي براي کپسوله کردن و حمل مواد مغذي و ترکيبات عامل داري نظير پروتئين ها، آنزيم ها، طعم دهنده ها و ترکيبات ضد ميکروبي؛

نانوکره هاي پروتئيني کشک و آب پنير (40 نانومتر) که در داخل سلول هاي ترکيبات مغذي خود را آزاد مي سازند.

هـ- تشخيص عوامل مضر

قرار دادن نانوحسگرها در خط توليد و تضمين توليد غذاهاي فاقد آلودگي؛

توليد حسگرهاي خيلي کوچک سيليکوني براي تشخيص سريع ويروس ها، باکتري ها و ديگر پاتوژن ها؛

توسعه ي هدفمند سنتز DNA (درخت سان) با استفاده از پروب هاي کددار رنگي که به عنوان يک نانوبارکد، تشخيص پاتوژن هاي غذايي را مقدور مي سازند؛

تشخيص هم زمان توکسين ها، پاتوژن ها و مواد شيميايي در مواد غذايي به وسيله ي يک ميکروزيست تشخيص دهنده ي قابل حمل مينياتوري، با استفاده از نانوسيم هاي مختلف، آنتي بادي هاي پاتوژني مخصوص و آنتي بادي هاي فلورسنت؛

استفاده از نانوذرات نقره در محصولات مختلف (از بانداژها گرفته تا يخچال) براي از بين بردن باکتري ها و ساير ميکروب ها؛

آناليز و شناسايي آفت ها، آنتي بيوتيک ها و ژن هاي مختلف در محصولات کشاورزي به وسيله ي تراشه ها يا نانو حسگرها.

و- توليد

ابداع راه هاي جديد غيروابسته به شرايط طبيعي براي توليد غذا؛

تهيه يگروه ها يجديد غذايي با استفاده از سنتز مواد تغذيه اي مورد نياز بدن با طعم هاي دلخواه.

محصولاتي کنوني موجود در بازار

همينک شاهد نوعي از محصولات غذايي بر پايه ي فناوري نانو در بازار هستيم که در مقايسه با محصولات ديگري که با استفاده از فناوري نانو فراوري شده اند ناچيز هستند؛ ولي با توجه به کارايي آنها و تأثيرات فناوري نانو در آنها در آينده شاهد حضور دسته ي بزرگي از اين محصولات در بازار خواهيم بود. در زير برخي از محصولات کنوني موجود در بازار شمرده مي شوند:

بسته بندي هوشمند غذايي که خروج اکسيژن يا غذا را از درون بسته بندي هشدار مي دهد؛

کره هاي سيليکاي نانومقياس پرشده با مولکول هاي فلورسانت به منظور استفاده در بسته بندي توسعه يافته اند که مي توانند حضور باکتري ها E.coli مي گردند و پس از برخورد به آن کره ها مي درخشند و در نتيجه رنگ بسته بندي تغيير مي نمايد.

يخچال هايي که ويژگي ضدباکتري دارند (سامسونگ يخچال هايي در بازار آسيا و آمريکا وارد کرده است که در آن از نانوسيلور به منظور از بين بردن باکتري هاي استفاده شده است)

فيلترهايي با سوراخ هاي بسيار ريز که مي توانند ميکروارگانيسم ها و حتي ويروس هاي موجود در مصارف خواکي مورد استفاده را فيلتر کنند (نانوفيلترها قابليت اين را خواهند داشت که مقدار دلخواه کافئين را از قهوه حذف و آب را استريل نمايند.)

فيلتر شدن شير و جابه جايي لاکتوز آن با مولکول هاي قند ديگر؛

روغن هاي خوراکي تازه و محلول در آب با حضور ذرات نانوسراميکي در آنها.

محصولاتي که در آينده ي نزديک شاهد ظهور آنها خواهيم بود

کاربردهاي آينده ي فناوري نانو در توليد، فراوري، نگهدارنده ها، بهبود رنگ و طعم، لوازم بهداشتي، ايمني و بسته بندي تصور مي شود که در زير به برخي از آنها اشاره مي شود:

آدامس تميز کننده ي دندان؛

قاشق چنگال خود تميز شوند (آلودگي هاي سطح با کمک فناوي نانو تجزيه و از بين مي روند که اين مسئله هم اکنون در حال استفاده در زمينه ي شيشه هاي صنعتي است9

نوشيدني هاي قابل برنامه ريزي (با ايجاد رنگ و طعم و ويژگي هاي دلخواه)

استفاده از نانوکپسولاسيون براي توليد طعم و بوي دلخواه در غذا؛

نانوپوشش هايي که طول عمر غذاها را بسيار بيشتر از قبل افزايش مي دهند؛

بسته بندي هايي که اکسيژن را جذب و با اين کار طول عمر مواد غذايي را افزايش مي دهند؛

کاهش چربي و نمک در غذاهاي فراوري شده (شرکت Unilever معتقد است که مي تواند درصد چربي بستني را از 15 درصد به 1 درصد کاهش دهد)

توسعه ي حسگرهاي نانومقياس براي ردگيري سموم و باکتري ها در فرايندها يا عرصه هاي غذايي (از نانوحسگرها و نانوتراشه ها به عنوان نانو فيلتر ها استفاده خواهد شد)

حمل دارو و مکمل هاي غذايي به وسيله ي غذاها با رنگ و طعم دلخواه؛

توليد دارو در قالب غذا و شکلات براي تسهيل استفاده و افزايش کارايي داروهاي در قالب غذا؛

نانومواد اضافه شده به فيلم هاي PVC، مي توانند از تخريب به وسيله اشعه ي ماوراي بنفش جلوگيري نمايند.

شرکت هاي فعال در زمينه نانوغذا

تعداد شرکت هاي فعال در زمينه ي نانو غذاها از سال 2002 تا سال 2004 به 69 شرکت افزايش يافته و پيش بيني مي شود اين ميزان تا سال 2010 به چند هزار برسد. هم اکنون تعداد قابل توجهي از شرکت هاي معروف غذايي در سراسر دنيا وجود داند که تمرکز آنها معطوف به تحقيق، توسعه و توليد نانوغذاهاست که در صدر آنها، ايالات متحده ي آمريکا،؛ ژاپن و چين قرار دارند. شرکت هاي بزرگ دنيا شاملHershey, Kraft, Food, Heinz. Keystone و Unilever با جديت زياد به دنبال کشف قابليت فناوري نانو براي بسته بندي و مواد مغذي بهتر و ايمني غذا هستند.

بازار نانوغذا

همينک مي توان محصولات غذايي فراوري شده را با استفاده از فناوري نانو در فروشگاه هاي بين المللي به فروش رساند. طبق گزارش شرکت مشاوره اي Helmut Kaiser، بازار نانو غذا از 6/2 ميليارد دلار در سال 2003، به 7 ميليارد دلار در سال 2006 رسيده است، اين ميزان در سال 2010 شاخص 4/20 ميليارد دلار را به خود اختصاص خواهد داد. در اين ميان آمريکا پيشتاز بوده و بعد از آن ژاپن و چين در رتبه هاي بعدي قرار دارند. تا سال 2010 آسيا با پيشتازي چين (با بيش از 50 درصد جمعيت دنيا) بزرگ ترين بازار دنيا در زمينه نانوغذا خواهد بود.

محرک ها و چالش هاي رشد و توسعه ي نانوغذاها

پيشرفت چشمگير نانوغذاها در آينده، بسياري از مشکلات رودرروي جهان کنوني را افزايش خواهد داد. ساينتيفيکا چالش ها و محرک هاي کاربردهاي فناوري نانو در صنعت غذا را به صورت زير بررسي کرده است:

بيماري هاي کنوني مربوط به غذا که به وسيله ي نانوغذاها حل خواهد شد؛

نيازمندي هاي سبک هاي مختلف زندگي که غذاهاي عامل دار بسيار متفاوت (با وضعيت کنوني غذا) را مي طلبد؛

جمعيت زياد سالخورده و نيازمندي هاي آنها؛

انعطاف پذيري فرايندهاي توليد غذا و قابليت توليد مواد غذايي بسيار متنوع؛

تحليل و تأثير مصرف کننده و توليد غذاهايي متناسب با تقاضاي آن؛

جهاني شدن ارتباطات و افزايش آگاهي مردم و در نتيجه ارتقا و گسترش تقاضا در زمينه ي غذا.

ارزيابي خطرات و چارچوب هاي تنظيم شده براي کاربردهاي فناوري نانو در صنايع غذايي

با توجه به رشد روزافزون جمعيت دنيا و کاهش منابع غذايي، فناوري نانو مي تواند کمک بسيار بزرگي در تأمين بخشي از نيازهاي غذايي افراد بشر به شمار آيد؛ البته اين فناوري به موازات داشتن ويژگي هاي مفيد مي تواند باعث ايجاد برخي مشکلات نيز باشد. اگرچه هيچ مدرکي مبني بر اثبات اثرات نامطلوب نانومحصولات در دسترس نيست؛ کاربردهاي بالقوه ي فناوري نانو در صنايع غذايي، مي تواند به دلايل محيطي و سلامت باعث نگراني شود. از اين رو لازم است تدابير لازم براي کاهش نگراني ها و تعيين استانداردهاي مورد نياز اتخاذ شود. در ادامه به برخي از موارد در زمينه ي استانداردهاي نانوغذاها اشاره خواهد شد:

برخي از قوانين و ضوابط مورد نياز براي توسعه نانوغذاها

بررسي مواردي شامل محدوده ي ابعاد مجاز نانوغذا، روش هاي مجاز اندازه گيري، ويِژگي هاي فيزيکي و شيميايي و جنبه هاي ايمني

آيين نامه ي چگونگي استفاده از نانوغذاها و محصولات غذايي شامل نانوذرات؛ چرا که ممکن است محصولات بزرگ تر به عنوان غذاهاي جديد، ترکيبات و مواد افزودني، از قبل مجوز داشه باشند؛

دسته بندي غذاها به غذاهايي در اندازه ي ميکرو و نانو، و بررسي و مقايسه ي کيفيت آنها.

جنبه هاي مختلف مورد نياز در بررسي نانوغذاها براي توسعه ي استاندارد، کنترل و قوانين

اندازه ي نانوغذا و اندازه گيري آن

بررسي شمول محدوده ي اندازه ي نانوغذا؛

بررسي نوع دستگاه ها و روش هاي اندازه گيري مورد استفاده در آناليز؛

بررسي پردازش اندازه گيري حدود ذره در مواد خام اوليه، مواد واسطه، محصولات نهايي يا مواد در هر مرحله.

ويژگي هاي فيزيکي و شيميايي

بررسي تبديل مواد غذايي نانومقياس (در مقايسه با بالک آنهها) به مونومرهاي قابل جذب و قابل متابوليسم؛

بررسي دسترسي به شکل منفرد، دوتايي يا آگلومره شده ي نانو مواد موجود؛

بررسي ويژگي هاي مربوط به موادخام و نانومقياس (که شامل حلاليت، ظرفيت جذب آب، بافت، جرم، مساحت سطح و غلظت مي شود)

بررسي نحوه ي پايداري گرمايي، مکانيکي و PH مواد نانومقياس.

فراوري

بررسي چگونگي تهيه ي محصولات (آيا از روش بالا به پايين (آسياب) تشکيل مي شوند و يا به روش پايين به بالا (سنتز))

بررسي به جاي ماندن ترکيبات خطرناک بعد از فرايندهاي پردازش (به دليل مساحت سطح بالا و ظرفيت جذب بالاي نانوذرات).

جنبه هاي ايمني

بررسي قابليت سلامت و اثرات محيطي مواد نانو مقياس، حتي اگر مواد ماکرو و ميکرومقياش مشابه آنها براي استفاده تأييد شده باشند؛

بررسي اصلاح شدگي محصولات نانو مقياس از نظر شيميايي؛

بررسي جديد بودن محصولات نانومقياس؛

بررسي و تشخيص جنبه هاي مربوط به ماندگاري، انباشتگي، پس زدگي مواد نانومقياس در بدن؛

بررسي روش ها و ابزار مورد استفاده براي تعيين ايمني  سميت محصولات نانومقياس.

منبع: ماهنامه فناوري نانو