بسته‌بندی و سلامت مواد غذایی

پیشرفت در بسته‌بندی هوشمند برای افزایش عمر مفید محصولات غذایی، هدف بسیاری از شرکت‌هاست. این سیستم‌های بسته‌بندی قادر خواهند بود پارگی‌ها و سوراخ‌های کوچک را با توجه به شرایط محیطی (مانند تغییرات دما و رطوبت) ترمیم و مصرف کننده را از فساد مادهء غذایی آگاه سازند. فن‌آوری‌نانو می‌تواند در مواردی مانند افزایش مقاومت به نفوذ در پوشش‌ها، افزایش ویژگی‌های دیواره (مکانیکی، حرارتی، شیمیایی و میکروبی)، افزایش مقاومت در برابر گرما، گسترش ضدمیکروب‌های فعال و سطوح ضد قارچ کارساز است.

چشم‌اندازهای مالی فن‌آوری‌نانو، صنایع بسته‌بندی را پررونق نشان می‌دهد. سهم بازار این صنعت در حال حاضر حدود 1/1 میلیارد دلار است و پیش‌بینی‌می‌شود تا سال 2010 به 3/7 میلیارد دلار آمریکا برسد. با این وجود، صنعت بسته‌بندی هوشمند از آنچه پیش‌بینی شده بود جلوتر رفته و نشانه‌های تکامل آن به خوبی پیداست. تحقیقات سازمان مالی Frost and Sullivan نشان داد که علاقهء مشتریان به مواد غذایی سالم و تازه در بسته‌بندی‌های مناسب، موجب پیشرفت این صنعت شده است. سازمان های زیادی وجود دارند که در زمینهء سیستم‌های بسته‌بندی هوشمند فعالیت می‌کنند، از جمله شرکت تولیدکنندهء مواد غذایی Kraft که با همکاری دانشگاه راتگرز در حال فعالیت روی پروژهء زبان الکترونیکی (electronic tongue) است تا آن را به بسته‌بندی‌ها اضافه کند. این نوع بسته‌بندی شامل رشته‌ای از نانوحسگرهاست که نسبت به گازهایی که از مواد غذایی آزاد و موجب فساد آن‌ها می‌شوند، به شدت حساس بوده و تغییر رنگ می‌دهند که این تغییر رنگ، علامت واضحی از سلامت یا فساد مادهء غذایی است. شرکت Bayer Polymer کیسه‌ای پلاستیکی با نام 2601-2Durethan KU تولید کرده است که از محصولات موجود در بازار سبک‌تر و محکم‌تر است، همچنین مقاومت بیش‌تری در برابر گرما از خود نشان می‌دهد. هدف اولیه از تولید پلاستیک‌های بسته‌بندی مواد غذایی، جلوگیری از خشک شدن محتویات آن‌ها و محافظت در مقابل رطوبت و اکسیژن است. پوشش جدید غنی از نانوذرات سیلیکات است. این نانوذرات تا حد زیادی از نفوذ اکسیژن، گازهای دیگر و رطوبت جلوگیری می‌کنند و فساد مواد غذایی را به تعویق ‌می‌اندازند. سازمان‌های دیگر به کمک فن‌آوری‌نانو در حال یافتن راهی برای تشخیص فساد مواد غذایی هستند. به عنوان مثال شرکت AgroMicron ،افشانهء تشخیص‌دهندهء نانوبیولومینسانس را ساخته که شامل پروتئین لومینسانت است. در این طرح، افشانه سطح میکروب‌هایی مانند Salmonella و E. coli را ‌پوشانده، و از خود نوری ساطع می‌کند و به این روش فساد مواد غذایی تشخیص داده می‌شود. این شرکت امیدوار است بتواند محصول مورد نظر را با نام BioMark وارد بازار کند. در حال حاضر این شرکت در حال ساخت افشانه‌‌هایی با روش‌‌های جدید است تا بتواند از آن‌ها در حمل و نقل دریایی استفاده کند. در راهبرد مشابه، برای اطمینان از سلامت مواد غذایی، محققان اتحادیهء اروپا در پروژهء Good Food از نانوحسگرهای قابل حمل برای یافتن مواد شیمیایی مضر، پاتوژن‌ها و سم‌‌ها در مواد غذایی استفاده می‌کنند.

با این کار، دیگر نیازی به فرستادن نمونه‌های مواد غذایی به آزمایشگاه برای تشخیص سلامت و کیفیت محصولات در کشتزارها و کشتارگاه‌ها نیست. همچنین این پروژه، در حال توسعه به کارگیری زیست تراشه‌های DNA برای کشف پاتوژن‌هاست. این روش می‌تواند در تشخیص باکتری‌های مضر و متفاوت موجود در گوشت یا ماهی و یا قارچ‌های میوه موثر باشد. این پروژه در نظر دارد با گسترش میکروحسگرهای رشته‌ا‌ی، بتواند آفت‌کش‌های میوه و سبزیجات را به همان خوبی که شرایط محیطی کشتزارها را کنترل می‌کند تشخیص دهد. این نوآوری به نام حسگرهای Good Food نامیده می‌شود. پروژه سرمایه‌گذاری شده اتحادیهء اروپا به نام BioFinger که هدف آن، ساخت ابزارهای ارزان با توان تشخیص آسان در سلامت محیط‌زیست است، فعالیت دیگری در زمینهء آنالیز مواد غذایی دارد. در ابزارهایی که از حامل (cantilever) استفاده می‌کنند، روش به این صورت است که تیرک (Tip) با ماده شیمیایی پوشانده شده و در برخورد با مولکول‌های خاصی، سیگنال ایجاد می‌کنند. BioFinger با استفاده از این حامل‌ها که به یک میکروتراشه متصل است کوچک‌تر و قابل حمل می‌شود.

ارتش آمریکا در حال ساخت حسگرهای فوق‌العاده‌ای‌ است که از آن‌ها در مقابل حمله‌کننده‌ها به مواد غذایی استفاده می‌شود. در سیستم‌های کنونی چندین روز طول می‌کشد تا وجود پاتوژن‌ها در مواد غذایی تشخیص داده شود. تشخیص سریع پاتوژن‌ها به وسیلهء این حسگرها به زودی باعث فراگیر شدن این فن‌آوری در صنعت مواد غذایی خواهد شد. محققان دانشگاه بن در حال ساخت پوشش‌های دفع‌کنندهء آلودگی برای بسته‌بندی‌ها با استفاده از اثر لوتوس (نیلوفر آبی( )قطره آب از سطح برگ‌های نیلوفر آبی می‌لغزد و در نتیجه هرم‌های موم مانند نانومقیاس، سطح برگ را می‌پوشاند) هستند. کشتارگاه‌ها و محل‌های فرآوری گوشت نیز می‌توانند از این فن‌آوری استفاده کنند. گروه تحقیقاتی دانشگاه انگلیسی لیدز دریافتند که نانوذرات اکسید منیزیم و اکسید روی باعث از بین بردن میکروارگانیزم‌ها می‌شوند. استفاده از این مواد بسیار ارزان‌تر از نانوذرات نقره است و می‌توانند کاربرد زیادی در بسته‌بندی مواد غذایی داشته باشند. فن‌آوری شناخت فرکانس‌های رادیویی (RFID) در بیش از 50 سال پیش توسعه یافت، ولی امروزه این فن‌آوری راه خود را برای کنترل مواد غذایی در مغازه‌ها پیدا کرده است. در این فن‌آوری با استفاده از میکروپردازشگر‌ها می‌توان داده‌ها را به گیرنده‌های بی‌سیم ارسال کرد. امروزه می‌توان از این روش برای کنترل اقلام غذایی از انبار تا دست مصرف‌کننده بهره گرفت. برخلاف بارکدها که نیاز به اسکن دستی و خواندن یک به یک دارند، برچسب‌های RFID نیازی به خوانده شدن خطی نداشته و امکان خواندن تعداد زیادی از آن‌ها در یک ثانیه وجود دارد. فروشگاه‌های زنجیره‌ای مانند Wal Mart ، Home Depot گروه Metro و Tsco در حال آزمایش این فن‌آوری هستند. ضعف اصلی این روش، افزایش هزینه تولید است که نتیجه ساخت سیلیکونی آن ‌است. با ترکیب فن‌آوری‌نانو و الکترونیک (نانوترونیک) این برچسب‌ها ارزان‌تر و کارآتر شده، همچنین پیاده‌سازی آن‌ها آسان‌تر می‌شود.

گروهی از دانشمندان شمال اروپا، کنسرسیوم نانوغذایی را با هدف توسعهء کاربردهای فن‌آوری‌نانو در این صنعت و با تاکید بر مواد غذایی سالم و مطمئن تشکیل داده‌اند. این مجمع، متشکل از شرکت‌های Arla Foods, Danisco A/S, Ar hus United A/S, Danish Crown amba و مرکز میان رشته‌ای نانوعلوم است.

با تاکید بر فراهم آوردن مواد غذایی سالم برای مشتریان، اولویت‌های این کنسرسیوم عبارت از توسعهء حسگرهایی که قادر به تشخیص سریع سم در ترکیبات و یا باکتری‌های مضر در نمونه‌های غذایی باشند، گسترش سطوح ضد باکتری برای ماشین‌هایی که در تولید مواد غذایی به‌کار می‌روند، گسترش ساخت پوشش‌های محکم‌تر و ارزان‌تر، تولید مواد غذایی با ترکیبات خوراکی سالم‌تر ‌است.

تحقیقات مرکز دانمارک در بخش پژوهش‌های پیشرفته غذایی (LMC) که از همبستگی موسسات دانمارکی فعال در زمینهء علوم غذایی تشکیل شده‌اند، برنامه‌های خود را در چارچوب هفتمین برنامهء خود به صورت زیر اعلام می‌دارد:

درک پایه‌ای از مواد غذایی و تغذیه حیوانات برای نوآوری هوشمند;

سیستم‌های زیست‌شناسی در تحقیقات غذایی;

بازنگری زیستی در بخش محصولات غذایی;

پیشرفت‌های فن‌آوری;

علم مواد خوراکی;

نوآوری‌هایی بر اساس نیاز مشتری و ارتباطات غذایی.

آن‌ها معتقدند، تمرکز روی این برنامه‌ها می‌تواند موجب دستیابی کامل و چند جانبه در تحقیقات و توسعهء مواد غذایی در اروپا شود. همچنین امیدوارند از نانو موادی با ویژگی‌های کاربردی به منظور استفاده در نانوحسگرها و فن‌آوری ‌نانوسیالات در صنایع غذایی استفاده کنند. پیشرفت در مواد بسته‌بندی هوشمند، امکان کنترل شرایط محصولات در طول حمل و نقل و استفاده از روش‌های بسته‌بندی مبتنی بر زیست‌شناسی را برای ما مهیا می‌کند.

2- فرآوری مواد غذایی

فن‌آوری ‌نانو علاوه بر بسته‌بندی، تاثیر زیادی روی گسترش مواد غذایی کاربردی و تعاملی دارد; موادی که به نیازهای بدن پاسخ داده، می‌توانند در رسانش مواد غذایی موثر باشند. گروه‌های تحقیقاتی مختلفی در حال کار روی ساخت مواد غذایی جدید بر اساس تقاضا هستند. این مواد به صورت غیر فعال در بدن باقی می‌مانند و مواد غذایی را در صورت نیاز به سلول‌ها می‌رسانند.

عنصر کلیدی این بخش، توسعهء نانوکپسول‌هایی است که با استفاده از آن‌ها در مواد غذایی می‌توان کار رسانش را به خوبی انجام داد. از پیشرفت‌های دیگر در فرآوری مواد غذایی، افزودن نانوذرات به مواد خوراکی برای افزایش جذب آنها در بدن است.

یکی از بهترین نانوایی‌ها در غرب استرالیا در استفاده از نانوکپسول‌هایی که شامل روغن ماهی تن (منبع غنی از اسیدهای چرب امگا 3) بوده‌اند، موفق بوده است. این مرکز از نانوکپسول‌ها در پرفروش‌ترین نوع نان خود به نام tip-top استفاده می‌کند و این ذرات فقط هنگامی باز و شکسته می‌شوند که وارد معده شوند، به این ترتیب از مزهء ناخوشایند روغن ماهی جلوگیری می‌شود.

شرکت Nutralease در رژیم اشغالگر قدس، از فن‌آوری ساختارهای مایع خود آرای نانومقیاس (NSSL) برای رسانش مواد غذایی استفاده می‌کند. این ذرات به شکل مایسل (کره‌های توخالی که از چربی ساخته شده و درون آن آب است) با قطر حدود 30 نانومتر هستند. مواد خوراکی یا nutraceuticals دارای آب درونی هستند و می‌توانند برای حمل موادی مانند لیکوپن، بتا-کاروتن، لوتین، فیتوسترول‌ها، 10CoQ و DHA/EPA مورد استفاده قرار بگیرند. این ذرات به ترکیبات اجازه می‌دهند که به راحتی از طریق معده وارد رگ‌های خونی شوند. بنابراین دسترسی زیستی آن‌ها افزایش می‌یابد. این فن‌آوری را در حال حاضر کارخانجات Shemen برای رسانش روغن فعال Canola وارد بازار کرده‌اند. این شرکت ادعا می‌کند می‌تواند جذب کلسترول را در کیسه صفرا تا 14 درصد کاهش ‌دهد.

تعدادی از شرکت‌های شیمیایی در حال تحقیق روی افزودنی‌هایی هستند که بدن به راحتی قادر به جذب آن‌هاست و می‌توانند عمر مفید محصولات را افزایش دهند. سازمان بین‌المللی علوم رسانش زیستی در حال توسعهء نانوحلزون‌هایی با ذرات پیچشی 50 نانومتری است که می‌تواند در رسانش موادی مانند ویتامین‌ها، لیکوپن و اسیدهای چرب امگا3 به سلول‌ها به کار گرفته شود، بدون اینکه در مزه و رنگ مواد غذایی تاثیر داشته است. صنایع غذایی Kraft ، گروهی محقق از 15 دانشگاه مختلف را تشکیل داده است تا با کمک فن‌آوری ‌نانو در مورد غذاها تحقیق کند. این مورد به مصرف‌کنندگان اجازه می‌دهد تا بین رنگ‌ها و طعم‌های مختلف انتخاب کنند. این مجمع همچنین روی توسعهء مواد غذایی هوشمند با کمک نانوحسگرها که باعث آزاد‌سازی تدریجی موادغذایی می‌شود فعالیت می‌کند. این نانوکپسول‌ها با مواد غذایی ترکیب می‌شوند ولی تا زمان مناسب، غیر فعال باقی می‌مانند. تمامی پیشرفت‌های جدید موجب می‌شود مفهوم موادغذایی کامل به واقعیت نزدیک شود و انتظار می‌رود تا فواید دیگری در زمینهء انرژی، عملکردهای تشخیصی، کاربردهای ایمنی بهتر و توسعهء محصولات ضد پیری برای مصرف‌کنندگان وجود داشته است. امروزه از فن‌آوری‌نانو در صنایع آرایشی مانند ساخت کرم‌های شفاف استفاده می‌شود. شرکت Royal BodyCare که از فن‌آوری‌نانو علوم غذایی استفاده می‌کند محصول جدیدی با نام NanoCeuticals را وارد بازار کرده که امولسیونی از ذرات با قطر کم‌تر از پنج نانومتر است. این شرکت ادعا می‌کند این محصول، رادیکال‌های آزاد را جمع‌آوری کرده، آب‌رسانی را بالا برده و pH بدن را تنظیم می‌کند. این شرکت همچنین در حال توسعهء نانوخوشه‌‌ها و پودرهای نانومقیاسی است که با مکمل‌های غذایی ترکیب می‌شوند و هنگام مصرف، قدرت جذب مواد غذایی را در بدن افزایش می‌دهند.

شرکت‌های مواد غذایی و آرایشی در همکاری با یکدیگر به دنبال سازوکاری جدید برای رسانش ویتامین‌ها و جذب مستقیم آن‌ها از پوست هستند. به عنوان مثال شرکت Nestle که 49 درصد از سهام شرکت LOreal را داراست در حال ساخت کرم ضدآفتاب شفافی است که ویتامین E را مستقیما به پوست می‌رساند. هدف، ساخت کرمی است که به وسیله پوست جذب شده و ویتامین E را به آرامی آزاد کند، به‌علاوه دارای ماده محافظ UV نیز است. در حال حاضرکرم‌های شفاف ضد UV در بازار موجود است و LOreal انتظار دارد این کرم با کاربردهای بیش‌تری بازار را در برگیرد. رقیبان دیگر مانند Estee Lauder در حال ساخت فرمول‌های ضدپیری هستند که از نانوذرات تشکیل شده‌است. شرکت آمریکایی Oilfresh محصول نانوسرامیکی جدیدی وارد بازار کرده که مصرف روغن را در رستوران‌ها و غذاهای آماده به نصف کاهش می‌دهد. در نتیجه این تغییر بزرگ، از اکسید شدن محصولات به دلیل چربی‌های درون روغن جلوگیری می‌شود. مورد دیگر این است که روغن سریع‌تر داغ شده و انرژی مورد نیاز برای پخت کاهش می‌یابد.

اخیرا دانشگاه واخنینگن در هلند مرکز تحقیقاتی را تاسیس کرده که در حال کار روی کاربرد فن‌آوری‌نانو در صنایع غذایی است. مرکز بیوفن‌آوری واخنینگن روی موضوعات مختلفی ازجمله تشخیص کیفیت و سلامت غذا، پوشش‌دار کردن و رسانش مواد غذایی، میکرو و نانو ابزارهایی برای پردازش‌های شیمیایی و فیزیکی، زیست‌شناسی شیمیایی، نانو سم‌شناسی; بررسی فن‌آوری و علم مشتری متمرکز شده است. شرکت آلمانی Aquanova در حال توسعهء فن‌آوری جدیدی است که در آن دو ماده فعال را با هم ترکیب کرده و در کاهش چربی از طریق نانوحامل‌ها (کره‌های تو خالی با قطر 30 نانومتر) استفاده می‌کند. این نوآوری می‌تواند دستیابی جدیدی در کنترل وزن است. شرکت NovaSOL Sustain از 10CoQ برای کاهش چربی اسیدهای alpha-lipoic برای رفع گرسنگی استفاده می‌کند. همچنین این فن‌آوری برای تولید ویتامین‌هایی مانند SoluE که از دسته ویتامین‌های E است و همچنین SoluC که از دسته ویتامین‌های C است، استفاده می‌شود.

در یک راهبرد متفاوت، شرکت Unilever در حال تولید بستنی‌های کم‌چرب با کاهش ذرات امولسیون است. با این عمل امید است که استفاده از این ذرات، میزان چربی را تا 16 درصد کاهش دهد. مرکز بین‌المللی Woodrow Wilson ، موسسهء بورس تحصیلی در آمریکا، پایگاه داده‌ای از مشتریان بازار فن‌آوری‌نانو تشکیل داده و به‌زودی 15 مورد را که ارتباط مستقیم با صنایع غذایی دارند اعلام می‌کند. این فهرست شامل nanocetical های تولیدی شرکت RBC ، Life Science و روغن فعال Canola صنایع Shemen و نانوذرات نقره استفاده شده در یخچال‌های شرکت LG است. امروزه بسیاری از کشورهای جهان به توانایی فن‌آوری‌نانو در صنایع غذایی پی برده‌اند‌‌و در حال سرمایه‌گذاری قابل‌توجهی در این راه هستند.

موسسهء استاندارد مواد‌غذایی انگلستان (FSA) تحقیقاتی برای دستیابی به توانایی استفاده از فن‌آوری‌نانو در غذا و مشخصاً بسته‌بندی موادغذایی ترتیب داده‌است. همزمان دولت این کشور نیز بودجهء بیش‌تری برای تحقیق و توسعه در زمینهء غذاهای کاربردی، سیستم‌های رسانش موادغذایی و شیوه‌های بهینه‌سازی ظاهر غذا مانند رنگ، مزه و غلظت در نظرگرفته است. با افزایش تاثیرات فن‌آوری‌نانو بر صنایع‌غذایی و ورود این محصولات به بازار مصرف، اهمیت سلامت این دسته از مواد‌غذایی بیش‌تر مطرح می‌شود. این نیاز، پذیرش فن‌آوری‌نانو را در کاربردهای حسی، قوی‌تر خواهد کرد و از همین راه می‌توان به سلامت مواد‌غذایی پی برد. مانند نوعی فن‌آوری که نزدیک بودن تاریخ انقضای مواد‌غذایی را به خریداران و فروشندگان هشدار می‌دهد. پوشش‌های ضد‌میکروبی جدید و کیف‌های پلاستیکی دفع‌کنندهء آلودگی، پیشرفت‌چشمگیری در اطمینان از سلامت و امنیت غذاهای بسته‌بندی داشته‌اند. اگرچه توجه زیادی به کاربرد فن‌آوری‌نانو در صنایع‌غذایی و محصولات موجود در بازار شده‌است، اما هنوز هم توانایی‌های استخراج نشدهء بسیاری مانند آنچه قبلاً در بحث دستکاری ژنتیکی عنوان شد، وجود دارد.

موسسهء علوم و فن‌آوری غذایی انگلستان، در گزارشی نشان داده است که داده‌های مطمئن بیش‌تری مورد نیاز است تا بتوان نانوذرات را به مواد غذایی اضافه کرد. این گزارش اشاره می‌کند که قوانین جاری، شرکت‌ها را برای برچسب‌زدن روی اقلامی که شامل نانوذرات است مجبور نمی‌کند، بنابراین بعید است مشتریان بتوانند از وجود این مواد در اقلام غذایی مطلع شوند. گفته می‌شود برای ارزیابی سلامت این دسته از مواد غذایی باید به تاثیرات اندازه ذرات در کنار نوع ترکیبات توجه شود.