تکنولوژی نانو در پوشش­های بسته­ بندی مواد غذایی

سخنرانی دکتر حامد اهری[1]

به همت گروه علوم دامپزشکی فرهنگستان علوم یک جلسه سخنرانی تخصصی روز یکشنبه 10 تیر 1397، در تالار اجتماعات فرهنگستان علوم برگزار شد. در این مجلس، آقای دکتر حامد اهری دانشیار دانشگاه آزاد اسلامی- واحد علوم و تحقیقات تهران تحت عنوان «تکنولوژی نانو در پوشش­ های بسته­ بندی مواد غذایی» سخنرانی ایراد کرد. چکیده سخنرانی ایشان بدین شرح است:

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

گرایش­های متعددی از این فناوری همچون Nano Injection در حوزه ­های پزشکی به منظور تزریق ترکیبات شیمیایی در شیمی­درمانی افراد بیمار و جلوگیری از پخش ­شدن این ترکیبات در دستگاه­ها 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 حلال­ها 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 می­باشد. هر یک از این پوشش­ها با توجه به فلز اصلی به کار برده شده در آن و خاصیتی که دارند، تقسیم ­بندی می­شوند.

از آزمون­هایی که جهت تأیید و صحت تولید نانو ذرات در پوشش ­های بسته­ بندی نانو استفاده می­شود می­توان به آزمون طیف ­سنجی مرئی- فرابنفش اشاره کرد. 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 کروی­شکل دارد. وجود این پیک در نمودار حاصل از طیف­ سنجی مرئی و متقارن بودن آن حاکی از یکنواخت بودن اندازه ذرات می­ باشد. همین­ طور از آزمون­ های میکروسکوپ الکترونی روبشی جهت بررسی سایز ذرات و نیز از میکروسکوپ الکترونی TEM ، XRD و AFM جهت تصویر برداری از پوشش­ ها استفاده می­ شود.

آزمون دیگری که در تأیید نانو بودن پوشش ­ها مورد استفاده قرار می ­گیرد آزمون طیف پراش پرتو X می ­باشد، این آزمون بیانگر آن است که 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 بر این اساس می­باشد که ابتدا نانو پارتیکل­ها به سطح غشاء چسبیده و کارهای معین سلولی نظیر تنفس، متابولیسم، انتقال غشایی و ... را مختل می­کنند. 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 مولکول­ های لیپوپلی ساکارید را تجزیه کره، وارد سلول شده و سبب افزایش نفوذپذیری غشاء می­ شود. با ورود و اتصال به DNA، مانع همانندسازی DNA باکتری می­شوند در نتیجه باکتری هیچ ­گونه 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 بر همین اساس خاصیت باکتریو­اسید از خود نشان می­دهند.

بر اساس مقالات منتشرشده، نانو ذرات کمتر از 20 نانومتر در پوشش­های بسته­ بندی، باکتری­های سودوموناس و اشرشیاکلی را به راحتی تحت تأثیر خود قرار می­ دهند. خواص ضد باکتریایی کاتالیست­های 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 برقرار شده به­طوری­که 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 می­شود و در نتیجه سلول با توقف فعالیت­های اساسی خود می ­میرد.

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 بیماری­زایی مواد غذایی می ­باشد. این دانش به دلیل تغییر در ساختار مولکولی پوشش ­ها سبب تحولی شگرف در صنایع بسته ­بندی شده است. با توجه به غیر قابل نفوذ­ بودن اکسیژن و رطوبت در پوشش­های نانو، ذرات نقره می­تواند از رشد باکتری و کپک در بسته ­بندی مواد غذایی جلوگیری کند و سبب کاهش شگرفی در ضایعات مواد غذایی شود. امروز استفاده از نانوکامپوزیت­ های روی نیز همانند نانو دی­اکسید تیتانیوم در بسته­بندی 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 پوشش­های بسته­بندی نانو جدا از افزایش زمان ماندگاری و افزایش مرحله lag فاز، durability فاز (فاز پایداری) بوده که در صورت صلاحدید تولیدکننده، سبب ارتقای کیفیت حسی نمونه­ های بسته­ بندی شده می ­شود. نمونه­ های مذکور می­توانند 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 مشمئزکننده و ساطع ­شده از مرغ، ماهی و میگو را برطرف کنند.

[1]- عضو هیأت علمی دانشکده علوم کشاورزی و مهندسي صنايع غذايي، واحد علوم و تحقيقات تهران

روابط عمومی فرهنگستان علوم