تکنولوژی نانو در پوشش‌های بسته‌بندی مواد غذایی؛ انواع روش‌های تولید و مخاطرات رهایش - دکتر حامد اهری

تکنولوژی نانو در پوشش های بسته‌بندی مواد غذایی

 (انواع روش های تولید و مخاطرات رهایش)

دکتر حامد اهری

دانشیار و عضو هیأت علمی دانشکده علوم کشاورزی و مهندسی صنایع غذایی، واحد علوم و تحقیقات تهران

امروزه استفاده از فناوری های نوین نانو در حوزه کنترل کیفیت صنایع غذایی رشد بسیار چشمگیری داشته و در گرایش های متعددی از جمله تشخیص سموم میکروبی مواد غذایی از طریق نانو زیست حسگرها، افزایش زمان ماندگاری مواد غذایی از طریق پوششهای بسته‌بندی نانورس و نانو نقره و همچنین در زمینه تغییر برخی از خواص مشمئزکننده ارگانولپتیکی همچون طعم، رنگ و بو  مخصوصاً در فرآورده‌های آبزیان نقش بسیار مهمی را ایفاد نموده به طوری که استفاده از این فناوری با سرعت بسیار زیادی در حال رشد و توسعه است.

گرایش های متعددی از این فناوری همچون Nano Injection در حوزه های پزشکی به منظور تزریق ترکیبات شیمیایی در شیمی درمانی افراد بیمار و جلوگیری از پخش شدن  این ترکیبات در دستگاه ها و سیستم گردش خون بدن مورد استفاده قرار می گیرد و یا در حوزه های متنوعی همچون تجهیزات آزمایشگاهی، تولید روپوش های آزمایشگاهی، تولید کاشی ها و سرامیک های آنتی اسید به جهت جلوگیری از اشتعال، جذب مواد اسیدی و حلال ها کاربرد دارد. یکی از اصلی ترین تولیدات فناوری نانو در حوزه صنایع غذایی، استفاده از پوشش های بسته بندی نانو از جمله نانو نقره، نانورس، نانو طلا و نانو مس می باشد. هر یک از این پوشش ها با توجه به فلز اصلی به کار برده شده در آن و خاصیتی که دارند، تقسیم بندی می شوند.

از آزمون هایی که جهت تایید و صحت تولید نانو ذرات در پوشش های بسته بندی نانو استفاده می گردد، می توان به آزمون طیف سنجی مرئی- فرابنفش اشاره نمود. در این روش نانو ذرات نقره در مدت زمان بسیار کوتاهی (معادل چند دقیقه) تولید می شوند، در حالی که تولید این ذرات با روش های دیگر از جمله تابش نور، معادل چندین ساعت به طول می انجامد. معمولاً پیک مربوط به ذرات نانو نقره در محدوده 450-400 نانومتر مشاهده می شود که دارای یک بیشینه بوده و حالت دیسکی و کروی شکل دارد. وجود این پیک در نمودار حاصل از طیف سنجی مرئی و متقارن بودن آن حاکی از یکنواخت بودن اندازه ذرات می باشد. همینطور از آزمون های میکروسکوپ الکترونی روبشی جهت بررسی سایز ذرات و نیز از میکروسکوپ الکترونی TEM  ، XRD و AFM جهت تصویربرداری از پوشش ها استفاده می شود.

آزمون دیگری که در تایید نانو بودن پوشش ها مورد استفاده قرار می گیرد، آزمون طیف پراش پرتو X می باشد، این آزمون بیانگر آن است نقره فلزی با موفقیت بر روی پوشش ها کد شده است. همینطور از آزمون میکروسکوپ نیروی اتمی نیز استفاده می گردد.

مکانیسم عملکرد کامپوزیت های نقره در برابر میکروارگانیسم ها:

اثر کشندگی ذرات نانو نقره براین اساس می باشد که ابتدا نانو پارتیکل ها به سطح غشاء چسبیده و کارهای معین سلولی نظیر تنفس، متابولیسم، انتقال غشایی و ... را مختل می کنند. این تئوری ناشی از ریز بودن سایز نانو ذرات نقره می‌باشد به عبارتی هرچه سایز ذرات ریزتر باشد، میزان اثرگذاری بهتر خواهد بود. چرا که با افزایش میزان سطح ذرات، میزان چسبندگی به سطح سلولهای میکروارگانیسم افزایش و در نتیجه خاصیت آنتی باکتریال نیز افزایش می یابد. نانو ذرات نقره ملکولهای لیپوپلی ساکارید را تجزیه نموده، وارد سلول شده و سبب افزایش نفوذپذیری غشاء می گردد. با ورود و اتصال به  DNA ، مانع همانندسازی DNA باکتری می شوند در نتیجه باکتری هیچگونه تکثیری انجام نداده و خاصیت باکتریو استاپ پیدا می کند و یون های نقره طی واکنش جانشینی باندهای SH در دیواره باکتری به Ags  (سولفید نقره) سبب از بین رفتن باکتری می شوند، برهمین اساس خاصیت باکتریواسید از خود نشان می دهند.

بر اساس مقالات منتشر شده، نانو ذرات کمتر از 20 نانومتر در پوشش های بسته بندی، باکتریهای سودوموناس و اشرشیاکلی را به راحتی تحت تأثیر خود قرار می دهند. خواص ضد باکتریایی کاتالیست های نوری نانو مواد از جمله Tio2 که دارای خاصیت فتوکاتالیستی می باشد، نشان داده که پیوند محکمی بین نانو ذرات Tio2 و لایه خارجی باکتری استافیلوکوکوس اورئوس برقرارشده، بطوری که مهار فعالیت انتقالی و آنزیمی در فضای بین غشاء پلاسمایی و دیواره سلول باکتری را به همراه داشته و در نهایت منجر به لیز شدن سلول باکتری، مهار DNA و مهار سنتز پروتئین می گردد و در نتیجه سلول با توقف فعالیت های اساسی خود می‌میرد.

جمع بندی (نتیجه گیری):

فناوری نانو به عنوان یک علم نوین امکانات بالقوه ای را برای بهبود کیفیت و امنیت غذا فراهم آورده است. بیشترین کاربرد فناوری نانو در زمینه بسته بندی و تشخیص عوامل بیماری زایی مواد غذایی می باشد. این دانش به دلیل تغییر در ساختار ملکولی پوشش ها سبب تحولی شگرف در صنایع بسته‌بندی گردیده است. با توجه به غیر قابل نفوذ بودن اکسیژن و رطوبت در پوششهای نانو، ذرات نقره می تواند از رشد باکتری و کپک در بسته بندی مواد غذایی جلوگیری نماید و سبب کاهش شگرفی در ضایعات مواد غذایی گردد. امروزه استفاده از نانو کامپوزیت های روی نیز همانند نانو دی اکسید تیتانیوم در بسته بندی مواد غذایی اثر قابل توجهی در کنترل آلودگی و افزایش زمان ماندگاری بدون ایجاد تغییرات ظاهری و فیزیکی محصول به دنبال دارد.

یکی از کاربردهای اصلی پوشش های بسته بندی نانو جدا از افزایش زمان ماندگاری و افزایش مرحله lag فاز، durability فاز( فاز پایداری) بوده که در صورت صلاحدید تولید کننده، سبب ارتقا کیفیت حسی نمونه های بسته بندی شده می شود. نمونه‌های مذکور می توانند از لحاظ بافت، بو و رنگ، بسته به نوع افزودنی های افزوده شده به پوشش های بسته بندی نانو تغییر کرده و در بسیاری موارد بوهای مشمئز کننده و ساطع شده از مرغ، ماهی و میگو را برطرف نمایند.