کاربرد نانو کامپوزیت ها در صنایع بسته بندی و مواد غذایی

بسته بندی مواد غذایی از عمده ترین کاربردهای فناوری نانو در مبحث غذاست. فناوری نانو امیدهای بسیاری برای دستیابی به بسته بندی مواد غذایی با قابلیت های ایمنی و نگهداری بیشتر و در نهایت غذای سالم تر ایجاد می کند.
هدف از بسته بندی مواد غذایی جلوگیری از فساد باکتری ها و از دست رفتن مواد مغذی و در نتیجه افزایش مدت زمان ماندگاری آنهاست.
نانو کامپوزیت های پلیمری کلید دستیابی به پیشرفت های آینده بسته بندی های قابل انعطاف هوشمند و فعال هستند.
بسته بندی مواد غذایی راهکاری حیاتی برای تضمین ایمنی آنهاست. فیلم های پلیمری نفتی به دلیل قابلیت شکل پذیری آسان، قیمت ارزان، سبکی، مقاومت شیمیایی بالا، تنوع خواص فیزیکی، قابلیت درزبندی به وسیله حرارت، چاپ پذیری خوب و فرایند تولید آسان به طور گسترده در صنایع بسته بندی مورد استفاده قرار می گیرند.
با این حال با توجه به رشد روز افزون جمعیت و نیاز به حفظ منابع برای نسل های آینده در سال های اخیر پژوهشگران به دنبال راهکارهایی جدید برای بسته بندی مواد غذایی بوده اند.
فناوری نانو از جمله این راهکارهاست. این فناوری می تواند موجب بهبود بسته بندی مواد غذایی و قابلیت های آنها شود و در نتیجه حصول اطمینان از ایمنی مواد غذایی و حمایت از مصرف کننده را در پی داشته باشد.
نانو ذرات به ذراتی اطلاق می شود که حداقل در یک بعد دارای ابعادی کمتر از 100 نانو متر ( یک نانومتر یک میلیاردم متر است )باشد.
ˈمحمدحسین عزیزی ˈدانشیار گروه علوم و صنایع غذایی دانشگاه تربیت مدرس می گوید: این گونه ذرات باعث افزایش خواص بازدارنده (مکانیکی، حرارتی، شیمیایی و میکروبی)، بهبود خواص مکانیکی و مقاومت در برابر گرما، توسعه فعالیت ضد میکروبی و سطوح ضد قارچ و تغییرات بیوشیمیایی می شوند.
عزیزی با اشاره به این که این پلیمرها در فراینده های مختلف غذایی استفاده می شوند، گفت: از این پلیمرها در طراحی، فراوری و تولید مواد غذایی استفاده می شود و در بسته بندی طیف گسترده ای از مواد غذایی کاربرد دارند.
وی می افزاید : پلیمرهای نانو متشکل از ذراتی در اندازه نانو هستند و به سه دسته نانو پلیمرهای پیشرفته، نانو پلیمرهای فعال و نانو پلیمرهای باهوش تقسیم می شوند.
نانو ذراتی که در نانو پلیمرهای پیشرفته به کار می روند سبب افزایش انعطاف پذیری، افزایش ممانعت از ورود و خروج گازها و افزایش پایداری رطوبتی و حرارتی پلیمرهای تشکیل شده از آنها می شوند.
به گفته عزیزی، بسته بندی های مواد غذایی با غذا و محیط اطراف ارتباط برقرار می کند و نقشی پویا و فعال در حفظ مواد غذایی دارند. در بسته بندی های فعال از یک سری جاذب ها و رها سازها استفاده می شود. این بسته بندی ها نسبت به شرایط داخل بسته تغییرات فعالانه ای ایجاد می کند که به افزایش عمر محصول، بهبود ایمنی و خواص حسی و حفظ کیفیت محصول در مدت زمان نگهداری منجر می شود.
با بودن نانو حسگرهای هوشمند در ماتریس پلیمری (بستر پلیمری) می توانیم از شرایط ماده غذایی بسته بندی شده و محیط داخل بسته بندی آگاه شویم. این نوع نانو حسگرهادر برابر تغییرات محیطی (درجه حرارت، رطوبت و سطح اکسیژن موجود) و عوامل میکروبی و پاتوژنی واکنش نشان می دهند. برای مثال، نشانگرهای حرارتی و زمانی که نشان دهنده درجه حرارت نگهداری و تاریخ انقضاء هستند باعث آگاهی مصرف کننده و تولید کننده از شرایط ماده غذایی و بسته بندی می شوند.
در نتیجه در مصرف کننده اعتماد ایجاد می شود و تولید کننده را قادر به شناسایی نقاط ضعف خواهد بود.
نانو کامپوزیت و نانو بیوکامپوزیت
نانوکامپوزیت به دسته خاصی از کامپوزیت ها گفته می شود که حداقل یکی از اجزای آنها در مقیاس نانوست.
نانو بیوکامپوزیت ها علاوه بر داشتن ترکیبی با ابعاد نانو دارای ترکیبات بیوزیستی نیز هستند که زیست تخریب پذیر بوده و در محیط به وسیله موجودات تجزیه کننده به ریز واحدهای خود تبدیل می شوند که از جمله پلیمرهای زیست تخریب پذیر می توان به نشاسته و مشتقات آن و پلی استرهای زیستی اشاره کرد.
دانشیار گروه علوم و صنایع غذایی دانشگاه تربیت مدرس در مورد انواع نانو ذرات استفاده شده در نانو کامپوزیت های بسته بندی مواد غذایی می گوید: نانو موادی که در بسته بندی مواد غذایی کاربرد دارند به دو دسته آلی و غیر آلی طبقه بندی می شوند که نانو موادی مانند نانو ذرات آهن، نقره، تیتانیوم، کلسیم، سیلیکا و غیره از موادی غیرآلی هستند که عمدتا برای بسته بندی غذا بکار می روند.
فناوری ذرات نقره
فناوری نانو طراحان را قادر می سازد ساختار عناصر بسته بندی مواد غذایی را در مقیاس مولکولی تغییر دهند.
ˈمریم جوکارˈاستاد گروه علوم و صنایع غذایی دانشگاه آزاد اسلامی در این رابطه می گوید: از طریق افزایش ذرات نانو می توان بطری ها و بسته بندی هایی با مقاومت نسبتا کم، عملکرد گرمایی و مکانیکی کمتر و جذب کم مواد فرار و اکسیژن تولید کرد.
این مشخصه ها می توانند سبب افزایش ماندگاری و حفظ رنگ محصول شوند به ویژه استفاده از نانو ذرات نقره در ظروف بسته بندی به علت غیر قابل نفوذ بودن نسبت به اکسیژن و رطوبت می تواند از رشد باکتری ها و کپک ها در بسته جلوگیری کند و در نتیجه سبب افزایش ماندگار محصول و تغییر نکردن ویژگی های ظاهری و فیزیکی آن شود.
ترکیبات نانویی که در بسته بندی ها به کار رفته اند گاهی دارای خواص ضد میکروبی هستند و در نتیجه خود بسته بندی به عنوان یک عامل ضد میکروب ایفای نقش می کند.
جوکار در رابطه با پرکاربردترین ترکیبات نانو که در بسته بندی های ضد میکروبی مواد غذایی استفاده می شود به نانو ذرات نقره اشاره می کند و می گوید: نانو اکسید روی و نانو دی اکسید کلرین هم در این رابطه قابل استفاده هستند.
پیش بینی می شود که در آینده از ترکیبات نانویی دیگری مانند نانو اکسید منیزیم و نانو اکسید مس، نانو دی اکسید تیتانیوم و نانو لوله های کربنی نیز در بسته بندی ضد میکروبی مواد غذایی استفاده شوند.
اما تاکنون ثابت شده که نانو ذرات نقره کارآمدترین ضد میکروب در مقابله با باکتری ها و ویروس ها هستند.
فناوری نانو روز به روز برای بخش غذایی اهمیت روز افزونی می یابد. تا امروز نتایج و کاربردهای امیدوار کننده ای در زمینه بسته بندی و بهداشت غذا به دست آمده است.
برای استفاده گسترده از فناوری نانو در بسته بندی مواد غذایی باید موضوعات مهمی را در نظر گرفت که مهمترین آنها مسئله ایمنی است زیرا ممکن است نانو ذرات از ظروف بسته بندی مواد غذایی وارد غذا شوند.
انتظار می رود ترکیب نانو مواد در بسته بندی غذا خصوصیات ممانعتی مربوط به بسته بندی را بهبود دهد و به کاهش مصرف مواد خام مفید و تولید زباله کمتر منجر شود.
گزارش از : درنا محمدیان