X
تبلیغات
دانشجویان شیمی 881 سمنان - کاربرد نانو فناوری در علوم غذا و صنایع غذایی

دانشجویان شیمی 881 سمنان

از شیمی بیاموزیم بدی ها را اکسید و خوبی ها را احیا کنیم...

کاربرد نانوفناوری در علوم غذا و صنایع غذایی:
خلاصه :
سابقه و هدف :
نانو فناوری یکی از جدید ترین علومی است که در سه شاخه مرطوب ، خشک و محاسبه ای اینده زندگی بشر را دگرگون خواهد ساخت . یکی از مهمترین زمینه های تاثیر گذاری نانو فناوری در زندگی انسان ، علم غذا است که به دلیل احتیاج روزمره و دائمی انسان به غذا هر گونه تغییر و تحو لی در ان نقش به سزایی در تغییر کیفیت زندگی انسان خواهد داشت . لذا به منظور تبیین جایگاه نانو فناوری و نانو علم در علوم غذا و صنایع این مقاله نوشته شده است .
مواد و روش :
پژوهش به صورت مروری و با استفاده از کلمات کلیدی نانوفناوری ، نانو علم ، علوم غذایی و صنایع غذا یی انجام شد . خلاصه و اصل مقالات در سایت های جستجو گر همچون ، Yahoo ، Google ، Med ، Pub ، Elsevir و نیز در کتب ، مجلات ، مقالات کنگر ه ها جستجو و پس از تکمیل با دیدی تحلیلی مورد بررسی قرار گرفتند .
یافته ها :
نانو فناوری و نانو علم از پتا نسیل قوی برای بهبود اقتصاد و استاندارد های زندگی بشر برخودار است و کاربرد ان در حوزه های مختلف از جمله ساخت مواد ، الکترونیک و رایانه ، پزشکی و بهداشت ، امنیت ملی و دفاعی ئ غیره روز به روز بیشتر می شود . مهمترین ابزار نانو فناوری ساخت نانو مواد است که در شاخه های مختلف علوم از جمله علوم ذا کاربرد دارند . از جمله کاربرد های نانو مواد در علوم غذا و صنایع غذایی ، می توان به بسته بندی ، تولید غذا های ملکو لی ، برچسب گذاری و پایش ، افزودنی های غذایی ، غذا های دارای انتشار مخصوص در بدن و روکش کردن انزیم ها اشاره نمود .
نتیجه گیری و توصیه ها :
بر اساس نظر غالب پژوهشگران نانو فناوری و نانو علم ، دستیابی به فناوری نانو یکی از پایه های تحیکم استقلال و امنیت ملی کشور ها است . جایگاه نانو فناوری در علوم غذا از دو جنبه سلامت غذا و تغذیه و نیز مبارزه با گرسنگی اشکار و پنهان قابل بررسی می باشد . با تو جه به ضرورت اشنایی دانشجویان و پژوهشگران رشته های و ابسته به علو م غذا ، تد ریس مبانی کاربردی نانو فناوری در دور ه های تحصیلات تکمیلی رشته های وابسته به علو م غذا همچون علوم صنایع غذا یی ، دامپزشکی و تغذیه توصیه می گردد.
مقدمه :
نانو فناوری توانا یی کار در سطح ملکو لی یا اتمی ، برای ایجاد ساختار های بزرگ و کاملا نو با سازماندهی ملکو لی است . تاکنون تعاریف متعدد ی بای نا نو فناوری ارایه شده است . در حالی که برنامه های پیشگامی ملی نانو تکنو لو ژی امریکا برای اینکه موضوعی را درسطح نانو فناوری بشناسد سه شرط قایل است :
-1
هر گونه تحقیق یا توسعه فناوری که در سطح اتمی ، ملکو لی یا ماکرو ملکولی و در مقیاس طولی تقریبی یک تا 100 نانو متر انجام شود .
2-
ایجاد ویا استفاده از ساختارها، ابزار ها ودستگاه ه ها یی که دارای ویژگی ها و عملکرد ها ی جدید به دلیل اندازه کوچک یا متوسط خود باشند .
-3
توانا یی کنترل در سطح اتمی .
برای این که درک واقعی تری از نانو فناو ری پیدا کنیم ، ابتدا لازم است تعریفی از نانو متری داشته باشیم . نانو متر یک بیلینوم متر است . برای مقایسه می توان گفت که عرض ( پهنای ) موی سر انسان تقریبا 80 هزار نانو متر می باشد . یک جسم در مقیاس نانو متری حتی از یاخته نیز کوچکتر است و فقط توسط ریزبین های اتمی خاص ، که تمروزه در کشو رهای پیشرفته تولید می شوند قابل مشاهده است .
به طور کلی مطالعات نانو فناوری را می توان به سه دسته تقسیم کرد . اگر چه روش های تحقیقاتی در انها با یکدیگر متفاوت است ، اما این سه شاخه کاملا با یکدیگر مرتبط است هستند و پیشرفت در یکی از شاخه ها ، مکن است بر شاخه های دیگر نیز موثر باشد . این شاخه ها عبارتند از :
1-نانو فناوری مرطوب :
این شاخه به مطلعه ساختار های زند ه ای می پردازد ، که در محیط های ابی قرار دارند . در این شاخه از نانو فناوری ، ساختمان مواد ژنتیکی ، غشا ها و سایر ترکیبات یاخته ای در مقیاس نانوم تر مورد مطالعه قرار می گیرد . این شاخه در بر گیرنده علوم پزشکی ، دارو یی و به طور کلی علوم و روش های مرتبط با زیست فناوری است .
2-
نانو فناوری مرطوب :
این شاخه از نانو فناوری علوم پایه شیمی و فیزیک مشتق می شود و به مطالعه تشکیل ساختا رهای کربنی ، سیلیکونی ، مواد غیر الی و فلزی می پر دازد . در نانو فناوری خشک ، کاربردمواد نانو یی در الکترونیک ،مغناطیس و ابزا های نوری مورد مطالعه قرار می گیرد . برای مثال طراحی و ساخت ریزبین هایی که بتوان با استفاده از انها مواد را در ابعاد نانو متر دید در این شاخه قرار می گیرد .
3-
نانو فناوری محاسبه ای :
در بسیاری از مواقع ابزار های ازمایشگاهی موجود برای انجام برخی ازمایش ها و تحقیقات در مقیاس نانو مناسب نیستند و با این که انجام این گونه ازمایش ها بسیار گران تمام می شود . در این حالت از را یانه ها برای شبیه سازی فرایند ها و واکنش ها ی اتم ها و ملکو ل ها به دست می اید باعث افزایش سرعت پیشرفت نانو تکنو لو ژی خشک و نانو تکنو لو ژی مرطوب می شود .
اهمیت نان وفناوری در جهان امروز و اینده بشریت
نانو فناوری و نانو علم از پتانسیلی قوی ، برای بهبود اقتصاد و استاندارد های زندگی بشر بر خوارند . تغییراتی که نانو فناوری در زندگی بشرا یجاد خواهد کرد به پیشرفت های ایجاد شده توسط فناوری اطلاعات در دو دهه گذشته بی شباهت نمی باشد . تا5 یا 10 سال اینده محصولات تجاری بیشتری از نانو فناوری وارد بازار خواهند شد . هر چند از هم اکنون نیز ورود این محصولات به با زار های جهانی اغاز شده است . در حال حاضر محصولاتی با بکار گیری ویژگی مواد در مقیاس نانو برای مصرف کنندگان و صاحبان صنایع فراهم هستند .برای مثال جستجو گر های مین های زمینی ، پانسمان مخصوص سوختگی و زخم ، فیلتر های مخصو ص اب ، کاتا لیزو رها ، سپر خودرو ها پوشش های ضد خیرگی برای عینک های افتابی و شیشه خودرو ها ، کرم های ضد افتاب و لوازم ارایش ، توپ های تنیس با دوام ، راکت های تنیس سبک و مقاوم ، پارچه ها ولباس های ضد لک و جوهر خودکار همگی محصولاتی جدید از نانو فناوری هستند .
در مجموع شاید بتوان حوزه ها ، کاربرد ها و منافع بالقوه نانو تکنو لوژی را در حیطه های زیر طبقه بندی نمود ، اما باید در نظر داشت که زمان لازم برای تبدیل علم به تکنو لو ژی تقریبا 10 الی 15 سال است و نمی توان از هم اکنون تمامی جنبه های کار بردی این علم را بیش بینی نمود :
1-
حوزه ساخت وتو لید مواد :
نانو تکنولو ژِ ی در اینده شیو ه های تولید مواد و وسایل را از ریشه دگر گون می سازد . توانا یی تولید واحد های ساختمانی در مقیاس نانو ، کنترل بسیار دقیق ابعاد ، ترکیب و سپس سوار سازی انها در ساختا رها ی بزرگتر و با ویژگی ها و کارکرد های بی نظیر ، در صنعت مواد تحولاتی انقلا بی پدید خواهد اورد .
-2
حوزه الکترونیک و رایانه :
بهبود مستمر مینیاتور سازی ، افزایش سرعت و کاهش مصرف انرژی در وساسل پردازش اطلا عات ( حسگر ها ی گیرنده سیگنال ، مدار های منطقی برای پردازش ، وسایل ذخیره سازی برای حافظه و صحفات نمایش گر دستگاه های فرستنده مخابراتی ) از پیشرفت های قابل پیش بینی این حوزه هستند .
3-
حوزه پزشکی و دارو سازی و بهداشت :
در صورت به کار گیری نانو علم ، می توان فرایند های کنونی و طاقت فرسای زنجیره بندی ژنوم و رمز گشایی ژنه را به شدت متحول کرد و بر کار ایی ان افزود . علاوه بر این تسهیل مصرف بهینه دارو ها و فرمولاسیون انها ، روش های جدید رسانش دارو ها به بدن و افزایش قابلیت مطالعات پایه ای یاخته شناسی و اسیب شناسی ، بافته ا و اندام های مصنو عی با دوام تر و مقاوم تر در برابر پس زدن ، تقویت کنند های بینا یی و شنوایی و سیستم های حسگر تشخیص زودرس بیماری ها از موارد کاربرد نانو فناوری در حوزه پزشکی به شمار می ایند .
-4
حوزه هوانوردی و اکتشافات فضایی :
طراحی و تولید مواد سبک ، بسیار مقاوم و پایدار در برابر گرما در طراحی وساخت هواپیما ها ، موشک ها ، ایستگا ه های فضا یی و سکو های اکتشافی سیارات ، نقش مهمی ایفا می کند .
5-
حوزه محیط زیست و انرژی :
نانو فناوری تاثیر بالقوه و چشمگیری در بهبود بازدهی ، ذخیره و تولید انر ژی دارد . به عنوان مثال کاربرد نانو کامپوزیت در صنعت خودرو سازی ، به عنوان جایگزین اجزای فلزی ، کاربرد بنزین را سالا نه تا 5/1 میلیون لیتر و انتشار دی اکسید کربن حاصل از سوخت بنزین را سالانه تا 5 میلیارد کیلو گرم کاهش می دهند .
6-
حوزه امنیت و دفاع ملی :
در این وزه می توان از افزایش اتوماسیون و روبا تیک به منظور تعدیل نیرو انسانی و کاهش خطرات پیش روی سربازان ، کاهش بار جنگند ه ها ، ایجاد حسگر ها ی شیمیا یی ، زیستی و هسته ای و جستجو گر های مین های زمین نام برد .
7-
حوزه علوم صنایع غذایی :
در مورد کاربردهای نانو فناوری در این حوزه به طور کامل بحث خواهد شد .
-8
سایر حوز ه ها :
حوز هایی همچون بیو تکنولوژی ، امزش علوم ، صنعت حمل ونقل و خودرو سازی ، صنعت چاپ ، و تجارت سایر حو زه های هستند که تشریح کاربرد نانو فناوری در انها ، از حوصله این مقاله خارج است . لازم به ذکر است که با توجه به اهمیت کاربر دهای نانو فناوری و نانوعلم در تمامی شاخه ها و حوز ه های زندگی بشر ، میزان سرمایه گذاری بودجه دولتی امریکا در بخش تحقیق و توسعه نانو فناوری از 464 میلیون دلار در سال 2001 بع 1240 میلیون دلار در سال 2005 افزایش یافته است . سایر کشور های جهان نیز به این موضوع توجه خاصی مبذول نموده اند . به عنوا ن مثال د قاره اسیا کشور های ژاپن ، چین و کره پا به پای کشور های اروپا یی از پیشتازان نانو فناوری به شمار می روند .
عوامل موثر بر خواص مواد
برای این که بتوان به صورتی عمیق تر مباحث نانو تکنو لو ژی را دنبال نمود ، لازم است عوامل موثر بر خواص توده ای مواد به صورت اجمالی مرور شود . عوامل موثر بر ساختار مواد عبارتند از : 1 _ عناصر تشکیل دهنده مواد 2 ساختار مواد 3_ زیر ساختار
عناصر تشکیل دهنده مواد :
در نگاه اول شاید این گمان حاصل شود که تفاوت های موجود در مواد مختلف ، حاصل تفاوت عناصر تشکیل دهنده انها است . هر چند عناصر و ترکیب شیمیایی مواد تا حدی خواص انها را مشخص می کند اما با کمی دقت در ترکیب شیمیایی مواد پیرامون ، مشخص می شود که بسیاری از انها با وجود انکه دارای عناصر تشکیل دهنده و ترکیب شیمیا یی یکسان می باشند از نظر رفتار و خواص بسیار متفاوتند و برخی دیگر از مواد نیز با داشتن عناصر تشکیل دهنده و مواد شیمیا یی متفا وت با یکدیگر ، دارای خواص و رفتار مشابهی هستند . مثال معروف ان گرافیت و الماس است که هردو از اتم های کربن تشکیل شده اند اما (( ریخت های )) متفاوتی از عنصر کربن هستند .
-2
ساختار مواد :
ساختار مواد ، ارتباط بین این اتم ها ، یون ها و ملکو ل ها ی تشکیل دهنده مواد را مشخص می کند . برای شناخت سا ختار مواد ، ابتدا باید به نوع اتصا لات بین اتم ها و یون ها پی برد . در مثال الماس و گرافیت علیرغم انک عنصر سازنده هر دو یکی است اما الماس به عنوان سخت ترین ماده طبیعی معرفی می گردد در صورتی که گرافیت به دلیل نرمی بسیار به عنوان ماده (( روانساز )) به کار گرفته می شود . علت این امر در (( چگونگی اتصا لات و پیوند های شیمیا یی )) این دو شکل کربن است . در گرافیت ، اتم های کربن ، شش ضعلی پیوسته ای شبیه به یک لانه زنبورتشکیل می دهند که در یک سطح گسترده شده است و لایه های شش ضعلی ساخته شده با قرار گرفتن روی هم ، حجمی را تشکیل می دهند که به ان گرافیت می گوییم . بنابراین در ساختار گرافیت دو نوع اتصال وجود ارد . یک نوع اتصال ، اتصال داخلی بین اتم های کربن لانه های زنبو ری است ( پیوند کوالا نسی ) و نوع دوم اتصالی است که لایه های لانه زنبوری را به یکدیگر وصل می کند و ضعیفتر از پیوند کوالانسی می باشد . یعنی گرافیت در جهت صحفات لانه زنبوری به لیل داشتن پیوند قوی استحکام بالا یی دارد . اما در جهت عمد بر صحفات لانه زنبوری و به دلیل پیوند ضعیف ثانویه ، استحکام ان به مراتب کمتر است . بنابراین با اعمال نیرویی بیشتر می توان لایه های لانه زنبوری را بر روی یکدیگر لغزاند .
در مقابل الماس ، دارای یک ساختار شبکه ای است . یعنی در گرافیت پیوند ههای اولیه ( پیوند های اتمی ) تنها در یک سطح ( در یک وجه ) برقرار می شوند در حالی که در ساختار الماس ، این پیوند ها به صورت شبکه ای سه بعدی ، فضا را پر می کنند . در ساختار گرافیت هر اتم کربن با سه اتم کربن دیگر پیوند اتمی از جنس کوالا نسی ایجاد می کند در حالی که در ساختار الماس هر اتم کربن با چهار اتم کربن دیگر پیوند اتمی از جنس کوالانسی برقرار می نماید .
در مجموع می توان گفت که ساختار عبارت است از: نوع پیوند ها ، تعداد انها و چگونگی پیوند های تشکیل دهنده مواد تاثیر به سزایی در خواص مواد دارد . بنابراین با مطالعه در ساختار مواد ، می توان بسیاری از رفتار ها و خواص انها را پیش بینی و همچنین برای دستیابی به بخی از خواص مواد می توان ساختار متناسب را برای انها طراحی کرد .
-3
زیر ساختار مواد :
ممکن است این تصور پیش اید که مواد توده ای شکل ، گسترش یافته ساختار اولیه هستند و بنابراین تمامی خواص و رفتار ساختار اولیه را دارا خواهند بو د. اما این تصور با مشاهدات ویژگی های رفتاری مواد متفاوت است . به عنوان مثال در ساختار گرافیت انتظار می رود که استحکام ان در راستا های مختلف ، متفاوت می باشد زیرا ساختار اولیه در جهت صحفات لانه زنبوری دارای استحکام بالا و در جهت عمود بر صحفات ، دارای استحکام کم است . بنابراین مداد تنها در یک جهت خاص باید قابلیت نوشتن داشته باشد اما مداد در هر زاویه و جهتی نسبت به کاغذ حرکت می کند می نویسد . دلیل این تناقض را با بررسی ریزبینی گرافیت در می یابیم . بابررسی ریز بینی گرافیت مشخص می شود که توده گرافیت یکپارچه نیست بلکه این توده متشکل از دانه های بسیاری است که هریک به صورت مستقل و جدا از یکدیگر در درون خود دارای ساختار گرافیت هستند . به عبارت دیگر توده گرافیت ، اجتماع بی نظمی از بخش هایی است که هریک دارای ساختار گرافیت هستند .
اشنایی با اصطلا حات نانو مواد :
-1
نانو بیو مواد 2 _ نانو لوله ها و نانو کامپوزیت 3 _ نانو فیلتر ها ، نانو سنسورها و مواد هوشمند 4 _ ماشین های نانو فناوری
مواد در مقیاس نانو یعنی موادی که ویژگی هایشان در سطح کمتراز میکرو قابل کنترل است . خواص مواد در چنین ابعاد و انداز های با مواد متعارف اساسا متفاوت است و به همین دلیل تحقیقات در حوزه نانو مواد روز به روز فعالتر می شود .
نانو بیو مواد :
نانوبیومواد شامل موارد ذیل است :
الف : _ نانو بیوذرات :
ذرات کلوئیدی و جامدی هستند که شامل اجزای ماکروملکولی باشیمی سطح پیچیده می باشند .بسته به روش تولید ، نانو ذرات به شکل نانوکپسول یا نانو کرهای هستند . نانو کره ها سیستم های ماتریسی می باشند در حالی که نانو کپسول ها سیستم های وزیکولارند .
ب: _ نانو کپسول ها :
نانو ذراتی هستند دارای یک پوسته که فضای داخلی انها جهت قرار گرفتن و حمل واد مورد نظر تعبیه شده است . از فسفولیپید ها ، لیپید و پروتئین می توان برای ساخت نانو کپسول ها استفاده کرد .
پ: _ درخت سان ها :
ماکروملکولهای با ساختار منظم و پر شاخه سه بعدی هستند که به خاطر چگالی بالای گروه های فعال ، کاربرد های زیادی دارند .
ت: _ کاکلیت ها :
رسوبات دو ظرفیتی فسفولیپید ی پایدار از مواد طبیعی هستند . این مواد ساختار های چند لایه ای می باشند که از ورقه های دو لایه ای بزرگ و پیوسته چربی که به شکل مارپیچ در امده اند ، تشکیل شده اند . چنین موادی محتویاتشان را از طریق لایه سیال خارجی به غشای یاخته ها ی هدف منتقل می دهند . کاکلیت ها در برابر عوامل محیطی مقاوم هستند و ساختار لایه ای محکمشان انها را در برابر تجزیه توسط ملکو لهای شکننده کاکلیت ها محافظت می کند ، حتی اگر در شرایط سخت محیطی یا دی برابر انزیم قرار گیرند.
ه : _ ذرات ویروس مانند :
از بیان نوترکیب ساختمان اصلی پروتئین ها ی بسیاری از ویروس ها تولید می شوند .چنین ذراتی ریخت شناسی شبیه به کپسید های خالی از ویروس که از ان منشا ء گرفته اند دارند . بنا براین ساختارشان شبیه به ویروس اصلی است اما در عین حال غیر فعال هستند .
و : _ پروتئین نانو ذرات :
به طور طبیعی اندازه پروتیئن ها کمتر از مقیاس نانو است . با استفاده از روش های سنتز در نانو فناوری ، می توان پروتیئن های تولید کرد که در مقیاس نانو باشند .
در صنایع غذایی از نانو بیو مواد ،بر ای افزودن طعم ورنگ دلخواه به غذا و افزودن ریزمغذی ها ی حساس به حرارت و PH مثل بتاکاروتن و اسید چرب امگا 3 استفاده می شود . کاکلیت ها نیز در صنعت غذا برای انتقال بسیاری از مواد زیستی که به سختی در اب حل می شوند ، مودم غذی حساس به حرارت ، PH و شرایط نامساعد محیطی به کار می روند . همچنین نانو ذرات با چسبندگی خاصی که دارند قادرند به صورت برگشت نا پذیری به بعضی از باکتری ها متصل شده مانع الوده کردن میزبان توسط انها می شوند .
-2
نانو لوله ها و نانو کامپوزیت ها :
الف ) نانو لوله ها :
نانو لوله ها به دوشکل نانو لو له های کربنی و نانو لوله های پپتیدی وجود دارند . نانو لوله های کربنی از پیچیده شدن ورقه های گرافیت با ساختاری شبیه به شانه عسل به دست می ایند . این لوله بسیار بلند ونازک هستند وساختاری پایدار ، مقاوم و انعطاف پذیر دارند . نانو لوله ها قویترین فیبر های شناخته شده اند و1 تا 100 برابر از استیل قویتر هستند و در ساخت دستگاه های صنعتی تولید غذا می توان انها را جایگزین سرامیک های معمولی ، الومینیوم و حتی سایر فلزات ساخت . ساخت غشا با استفاده از نانو لوله ها در کارخانه های صنایع غذا یی قابلیت استفاده دارد . با هیدروفوب کردن داخل نانو لوله ها ، غشا های ننو لولهای به صورت ترجیهی ملکول های خنثی هیدروفوب را استخراج کرده ، عبور دهند . در حال حاضر این فناوری برای کار برد های صنایع غذایی بسیار گران است ، اما درا ینده ممکن است بای جداسازی ملکول ها ی زیستی ارزشمند مثل پروتئین ها ، پپتید ها ، ویتامین ها و ماد معدنی استفاده شود . از نانو لوله ها می توان در تهیه غذا های تقویتی مکمل رژیمی استفاده نمود .
نانو لوله های کربنی به خاطر نسبت بالا ی طول به قطر پلیمر های سنتزی را که نارسانا ی الکتریکی هستند به پلیمر های رسانا تبدیل می کنند . اگر این پلیمر ها برای توسعه غشا های جدید استفاده شوند ، میزان جداسازی طعم ها مواد مغذی افزایش خواهد یافت .
ب) نانو کامپوزیت ها :
نانوکامپوزیت ها الگوبر داری شده از زیست کانی فرایندی است که یک ماده الی ( پروتئین ، پپتید یا لیپید ) با یک ماده غیر الی ( کربنات کلسیم ) واکنش می دهد و ماده ای با استقامت افزوده می سازد .
نانوکامپوزیت ها جایگزین خوبی برای بطری های پلاستیکی نوشیدنی ها هستند . استفاده از پلاستیک برای ساخت بطری در دراز مدت سبب فساد و تغییر طعم نوشیدنی می شود . از
نانو مپوزیت ها می توان به عنوان مواد بسته بندی جدید استفاده نمود . یک مثال ، نانو کامپوزیت های تشکیل شده از نشاسته سیب زمینی و کربنات کلسیم است . این فوم مقاومت خوبی در برابر حرارت دارد وسبک وزیست تخریب پذیر است ومی توان از ان برای بسته بندی مواد غذایی استفاده نمود .
مونوتوموریلیت که در خاک های کریستالی طبیعی ومواداتشفشانی وجود دارد ، به عنوان یک ماده افزودنی در تولید نانو کامپوزیت ها استفاده می شود. افزودن فقط 3 تا 5 درصد از این ماده پلاستیک را سبکتر ، قوی تر و به حرارت مقاوم تر می کند و خواص ممانعت کنندگی بهتری در برابر اکسیژن ، دی اکسید کربن ، رطوبت ومواد فرار ایجاد می کند . این خواص برای بسته بندی مواد غذایی بسیار مفید هستند و با استفاده از انها می تو ان زمان نگهداری مواد غذایی مانند گوشت های فرایند شده ، پنیر ، ارد قنادی ، غلات و غذا های کنسروش ده را افزایش داد .
-3
نانو فیلتر ها ، نانو سنسورها و مواد هوشمند :
الف ) نانو فیلتر ها :
نانو فیلتر ها غلاوه بر بازیابی عناصری مثل نمک و کلسیم و اب ، قادر به بازیابی ویروس ها و باکتری ها نیز می باشند. بنابراین می توان در رفع الودگی اب های قابل ذخیره ، برای نوشیدن انسان از انها استفاده کرد . علاوه بر این از نانو فیلترها می توان در فیلتراسیون مواد غذایی نیز استفاده نمود .
نانوسنسورها :
نانو سنسورها ما را قادر خواهند ساخت تا بسیاری از متغی رها با دقت بیشتری ارزیابی کنیم . با استفاده از ملکو ل های بیولوژیکی قادر خواهی بود که نانوسنسو ر بسازیم. نانوسننورها کابردهای بسیاری در صنایع غذایی دارند . یکی از این کاربرد ها کنترل نقل و انتقال محصولات کشاورزی و غذایی و نیز انبارهای غذایی ، برای حفظ سلامت این محصولات است . کاربرد دیگر استفاده از دستگاه های نانسنسوری برای کنترل هوشمند گیاهان یا دام ها می باشد. کاربر دهای دیگر شامل شناسایی پروتئین ها و نیز اشکار سازی سریع عوامل بیماری زای برای کمک به حفظ سلامت غذا است .
ج) مواد هوشمند :
مواد هوشمند ، موادی واکنشی هستند که در ترکیب با حسگر ها ، محرک ها و رایانه ها به شرایط و تغییرات محیطی پاسخ می دهند . پلیمر های هوشمند ، نمونهای از این مواد هستند. از این پلیمرها می توان در ساخت مواد بسته بندی جدید برای محصولات غذایی استفاده کرد . این مواد به مصرف کنندگان هشدار می دهند ، که غذا یا محصولات کشاورزی فاسد شده است .
4-
ماشین های نانوفناوری :
ماشین های ملکولی که از انها به عنوا ن نانوروبات ها یاد می شود کاربرد های زیادی دارند . در این ماشین ها ، اتم ها اجزای سازنده هستند . نانو روبات ها اطلا عات بسیار ی ررا برای ما فراهم می کنند . نانوروبات ها برای ثبت برخی متغیر ها ی مهم فیزیکی یا زیستی که برای محافظت مواد غذایی یا محصولات کشاورزی لازم است نیز استفاده می شوند . همچنین با استفاده از نانو روبات ها می توان سلا مت محصول یا دام زنده را مرتب بررسی کرد .
کاربد های نانو فناوری در صنایع غذایی :
صنعت غذا نیز همانند سایر علوم و صنایع تحت تاثیر دگرگونی های حاصل از پیشرفت نانو فناوری قرار می گیرد و در اینده بسیار نزدیک نحوه تولید ، فراوری و توزیع مواد غذایی تغییرات شگرفی خواهد نمود . در قسمت زیر به برخی از رایج ترین این کاربرد ها اشاره میشود :
1-
بسته بندی :
امروزه بسته بندی و پالایش مواد غذایی یکی از عمده ترین زمینه های تمرکبه صورت ((هوشمند )) در امده اند واین بدان معنا است که این بسته ها به شرایط محیطی واکنش نشان می دهند ، یا در صورت خراب و سوراخ شدن خود را تعمیر و ترمیم می کنند و یا حتی مصرف کننده را نسبت به وجود الودگی و یا حضور عوامل بیماریزا در بسته ، اگاه می سازند . در حال حاضر پژوهشگران هلندی در زمینه بسته بندی های هوشمند یک گام به جلو برداشته اند . انها بسته بندی هایی را طراحی کرده اند که به محض شروع فساد در ماده غذایی داخل بسته ، از خود ماده نگهدارنده ازاد می کند . این نوع بسته بندی که (( ازاد شدن به دستور )) نام دارد توسط یک سوییچ زیستی ، که به روش نانو فناوری ساخته شده فعال می شود .
از دیدگاه ارتش امریکا تولید سنسور های کوچک برای جستجوی عوامل بیماری زا ی غذا جزء اولویت امنیت ملی محسوب می شود . با فناوری های فعلی ، ازمایش الودگی میکروبی موادغذایی ، بین دو تا هفت روز طول می کشد . همچنینی حسگرهایی که امروزه وجود دارند برای حمل ونقل بسیار بزرگ هستند . چندین گروه از پژوهشگران در ایالات متحده در حال تحقیق در زمینه تکامل حسگرهای زیستی ای هستند که عوامل بیماریزا را سریع واسان جستجو می کند. دلیل انها برای این چنین تحقیقا تی این است که معتقدند (( ابر حسگر ها )) نقش بسیار تعیین کننده ای در برابر حملات تروریستی به انبار های غذا یی ایفا می کنند .
مواد بسته بندی ضد میکروب نیز از دیگر دستاورد های نانوفناوری در صنعت بسته بندی مواد غذایی است و حتی در اینده می توان مواد ضد میکروب را به صورت مستقیم ، به فیلم های بسته بندی وارد نمود .
همچنین با استفاده از لایه نشانی نانو کامپوزیتی می تواند تعامل اکسیژن خارج ازبسته بندی را با غذا کاهش و یا طعم دهنده ها و نگهدارنده های غذا را افزایش داد. با استفاده از نانو حسگر ها می توان عوامل بیماریزا ، تغییرات دمایی ، ترشح و غیره را در داخل بسته تشخیص داد .
تولید غذا های ملکولی :
پژوهشگران بر این باور هستند ، که در اینده مهندسی ملکولی امکان تهیه ورشد مقادیر زیاد غذا را بدون نیاز به خاک، بذر مزرعه وکشاورز فراهم می کند و با ورود این فناوری ، گرسنگی از جهان رخت بر خواهم بست . با این تفکر به جای کاشت غلات و پرورش گاو ها برای بدست اوردن کربوهیدرات ها و پروتئین ، نانو ماشین ها با همان نانو بوت ، استیک یا ارد مورد نظر ما را از اتم های کربن ، هیدروژن و اکسیژن موجود در ترکیب اب یا دی اکسید کربن هوا می سازند . همچنین نانو بوت های موجود در غذا در دستگاه گردش خون به حرکت در می ایند و ان را از بقایای چربی و بیماری زاه ای کشنده پاک می کنند. تولید ملکولی غذا یکی از اهداف و ارزو نانو فناوری است و به نظر می رسد که چندان به سرعت دست یافتنی نباشد . با استفاده غذا های ملکولی می توان گرسنگی را ریشه کن نمود ، محتوای تغذیه ای مواد غذایی را افزایش داد و خطر مواد حساسیت زا را در مواد غذایی حذف کرد . این امر متوسط تغییر اتمی غذا ها در ازمایشگاه اتفاق می افتد که هنوز کمی دستیابی به ان دور از ذهن نیست می نماید . مهندسین بافت در دانشگاه تورو شهر نیو یورک و دانشگاه علوم پزشکی کا رولینای جنوبی ایالات متحده امریکا در حل تجربه تولید گوشت با استفاده از غوطه سازی یاخته های میو پلاست ( یا همان ماهیچه ) ماهی در یک مایع مغذی برای تحریک تقسیم و تکثیر خود به خود یاخته هستند . اولین هدف این پژوهش، جلوگیر ی از گرسنگی فضانوردان در سفره های فضایی است .
برچسب گذاری و پایش :
امروزه برچسب گذاری تحت عنوان RFID که مخفف عبارت برچسب شناسایی با فرکانس رادیو یی می باشد ، ساخته شده است . این برچسب ها یک تراشه مدارمجتمع می باشند که دارای یک یک مدار رادیوی و یک کد شناسایی تعبیه شده که در داخل خود هستند . مزیت برچسب RFID ان قدر کوچک است که می توان ان را داخل خود محصول و نه روی بسته بندی ان را جاسازی کرد . این برچسب قابلیت ذخیره سازی اطلاعات بیشتری دارد و از فاصله دور هم قابل اسکن است ( مثلا از روی جعبه های کارتن یا سایر بسته بندی ها ) ، همچنین تعداد زیادی برچسب را می توان به می توان به طور همزمان اسکن کرد . این برچسب را متوان به گوش حیوان وصل نمود و یا ان را به بدن حیوان تزریق کرد . اندازه کل برچسب حدود یک ذره خاک است . تولید کندگان این فناوری معتقدند که (( هر نوع وسیله ای را می توان در هر در مکانی به طور خودکار شناسای نمود . ))
با استفاده از برچسب های RFID بر روی بسته بندی مواد غذایی ، صندوقدار می تواند در یک لحظه خرید یک مشتری را کنترل و همچنین اگر هم هر کدام از محصولات ، تاریخ مصرفشان گذشته بود و به مشتری یاد اوری نماید . بر چسب های RFID حتی پس از این محصول غذایی فروشگاه را ترک کرد . اطلا عات را به فروشگاه ارسال می نمایند . این امر باعث می شود فروشگاه داران از رفتار مشتریان با ماده غذایی اگاه شوند . فروشگاه داران وال _ مارت در ایالات متحده و تسکو در پادشاهی انگلستان بر چسب RFID را بر روی بعضی از محصولات خود ازمای نمو ده اند .
برچسب های دیگری در مقیاس نانو طراحی شده اند که مشابهت بیشتری با UPC code دارند که به انها (( نانو بارکد )) گفته می شود . این برچسب از فاصله یک متری بار کد خوان خود کار ، خوانده می شوند که این روش برای خواندن بار کد در بنادر مناسب است .
برچسب گذاری مواد غذایی با روش های ذکر شده فوق به این معنی است ، که غذا تا چنگال مصرف کننده در مراحل فراوری حمل ونقل ، غذا خوری های ، قفسه فروشگاه و حتی پس از خرید انها مشتریان توسط پایش نمود .
افزودنی های غذایی در مقیاس نانو :
برای مثال شرکت باسف یک نوع کارتنوئید در مقیاس نانو تولید کرده است . کارتنوئید ها یک نوع افزودنی غذایی هستند که به غذا ها رنگ نارنجی می دهند و به طور طبیعی در هویج و گوجه فرنگی وجود دارند . بعضی از انواع کارتنویئد ها ضد اکسید کننده می باشند و در بدن به ویتامین A تبدیل می شوند . شرکت BASF این کاروتنوئید در مقیاس نانو را ، به شرکت های بزرگ تولید کننده غذا و نوشابه در سراسر جهان می فروشد تا در لیموناد ها ، ابمیوه ها ، و مارگارین ها مورد استفاده قرار می گیرد . فرمو لاسیون افزودنی ها در مقیاس نانو جذب انها را در بدن راحت تر کرده ، همچنین زمان نگهداری انها را افزایش می دهد . شرکت BASF همچنین کاروتنوئید صناعی دیگری به نام لیکوپن به عنوان یک افزودنی غذایی تولید کرده است . لیکوپن به طور طبیعی در گوجه فرنگی وجود دارد .
امروزه از دی اکسید تیتانیوم تولید شده در مقیا س نانو ،در پوشش های شفاف پلاستیکی مواد غذا یی به عنوان محافظت کننده از اشعه ماورای بنفش استفاده می شود . این ماده در سال 1966 توسط FDA در مقیاس میکرون به عنوان یک رنگ افزودنی غذایی به شرط انکه در یک درصد ماده غذایی تجاوز ننماید تائید شده است و رنگ سفید درخشانی را به عنوان روکش بیسک.ئیت ها و کیک ها ایجاد می کند . در مقیاس نانو این ذرات دیگر سفید نیستند بلکه شفاف می باشند . اما هنوز هم نور ماورای بنفش را مانند ترکیبات 2 TIO در مقیاس بزرگتر عبور نمی دهند .
دی اکسید سیلیکون که به نام سیلسکا نیز شناخته می شود در مقیاس نانو به عنوان (( پوشش غیر الی خوراکی )) برای جلوگیری از رسیدن اکسیژن و رطوبت به محصولات غذایی زیر پوشش به کار می رود و بنابراین باعث افزایش مدت ماندگاری انها می شود . این پوشش از چسبیده شدن ابنبا ت های سخت به یکدیگر ، بیات شدن کلوچه ها و وارفتن غلات صحبانه ای در شیر و سایر موارد مشابه جلوگیری می کند . ضخامت پوشش مناسب برای این نوع مواد غذایی 0/5 تا 20 نانومتر است .
5 _
غذا های دارای انتشار مخصوص در بدن :
برای اینکه بدن ما بتواند از انتشار اجزای غذا در ان سود ببرد ، چه جزء ویتامین C حاصل از یک سیب و یا لیکوپن صنایع داخل لیموناد با شد _ ماده مغذی باید به محل خاصی از بدن رفته ، و وقتی به انجا رسید فعال شود . کنترل و مهندسی انتشار مواد مغذی در بدن یکی از زمینه های تحقیقا تی نانو فنا وری است . این مواد غذایی که (( غذا و دارو نامیده می شوند اجزای فعالشان توسط نانو کپسول در بدن توزیع می گرندد . زیرا یکی از را ه های حفظ یک جز ء فعال غذایی ، قرار دادن ان در یک پوشش محافظ است . این پوشش را می توان طوری طراحی کرد که با تحریک شدن توسط محرک مناسبی حل شده و ماده فعال داخل ان از طریق پوشش انتشار یابد . به عنوان موسسه غذایی جورج وستون در استرالیا نوعی نان به نام نان (( تیپ تاپ اپ )) تولید کرده که حاوی روغن از اسید چرب امگا _3 حاصل از ماهی تن می باشد . اما روغن ماهی تن در داخل میکرو کپسول قرار داده شده است و بنابراین مصرف کننده طعم روغن ماهی را حس نمی کند و فقط وقتی این روغن به معده رسید و کپسول هظم شد ازاد می شود . چنین فناوری ، در مورد ماست و غذای کودک به کار گرفته شده است .
با استفاده از نانوکپسول از جنس پلیمر خوارکی می توان مزه و بوی ملکو ل های غذا را از تخریب تدریجی حفظ نمود و با این روش مدت زمان ماندگاری محصول را ، افزایش داد .
تعدادی از شرکت های غذایی بر روی غذا های دارای تداخل کار می کنند که بنا به تقا ضا ی مصرف کننده ویژگی ان تغییر می یابد . به عنوان مثال نانو کپسول های که دیواره انها در بسامد های مختلف مایکروویو تخریب می شود و بنا به تنظیم سوییچ مایکروویو توسط مشتری ، طعم و رنگ ان تغییر می کند .
شرکت کرافت نیز بر روی حسگر های کار می کند که کمبود های غذا یی اشخاص را تشخیص می دهند و سپس از طریق غذا های هوشمند ، که ملکو ل های مورد نیاز تغذیه ای را ازاد می کنند به این کبود ها پاسخ می دهند . بعضی از لوازم ارایش نیز به دنبال تولید غذا ارایش کننده که با استفاده از (( نانوزوم ها )) پس از خوردن ماده غذایی در پوست از داخل بدن سوراخ های بسیار ریز ایجاد شده و مواد مورد نیاز ان مثال ویتامین E به پوست وارد می شوند .
روکش کردن انزیم ها
یکی از دغدغه های شرکت های صنایع غذا یی جهان ، نگهداری غذا و مصون نگهداشتن ان از اسیب انزیم ها است . اگر بتوان به روشی انزیم ها را از محیط غذا یی دور کرد فرایند فساد مواد غذایی به تاخیر می افتد . با استفاده از نانو فناوری می توان با روکش کردن انزیم ها ، انها را از محا فعالیت دور کرده ، مانع از اثر انها شد . یکی از این روش ها ، روکش کردن انزیم توسط یک ساختار پلیمری است . در این روش یک شبکه نانوکامپوزیتی را با فرایند پلیمریزاسیون در اطراف هر ملکول انزیم ایجاد می کنند ، تا از تخریب ان جلوگیر شود . این نانو ذرات حاوی انزیم ، قطری حدود 8 درجه سانتیگراد تا 5 ماه عمر می کنند . روکش کردن انزیم در صنایع غذایی ، یکی از فرایند ها مهم برای حفظ کیفیت و بهبود نگهداری مواد غذایی است .
نتیجه گیری :
با توجه به نقش فزاینده علوم نانو بر جنبه های مختلف علوم غذا و صنایع غذایی به ویژگی در مقوله سلامت غذا و تغذیه و ضرورت اشنا یی دانشجویان و پژو هشگران با این علم جدید ، ضروری است ، تمهیداتی برای تدریس این شاخه از علم در رشته های مرتبط غذا همچون علوم و صنایع غذایی ، دامپزشکی ، تغذیه و غیره ، به ویژه در مقطع تحیصلا ت تکمیلی اندیشیده شود .
منبع: كشاورز تنها


نوشته شده در سه شنبه سیزدهم مهر 1389ساعت 11:38 توسط Mahoor|


آخرين مطالب
» دلتنگی
» باز آمد بوی ماه مهر...
» بذار در رو ببندم و تموم !
» و اما جشن
» |-:
» بابا رفیق!!
» روز دانشجو
» معارفه مهر91!!!!!!!!!
» یا رســـــول اللّــــه!
» بچه های ناز
Design By : Pars Skin