كاربرد بسته‌بندي نانو و نانوسيلور در صنايع غذايي

[محمــد 4,415]

 

دکتر حبيب الله ميرزايي - محمود حسين نژاد

چکيده

هر چند آزمايش ها و تحقيقات پيرامون نانو تکنولوژي از ابتداي دهه ي قرن بيستم بطور جدي پيگيري شده است اما اثرات تحول آفرين و باور نکردني آن در روند تحقيق و توسعه باعث گرديد که نظر تمامي کشورهاي بزرگ به اين موضوع جلب گردد و فناوري نانو را به عنوان يکي از مهمترين اوليتهاي تحقيقاتي خود قرار دهند .

از جمله موضوعاتي که اخيرا در زمينه نانو تکنولوژي مورد توجه قرار گرفته استفاده از نانو ذرات نقره در بسته بندي مواد غذايي مي باشد که از جمله خواص منحصر به فرد نانو نقره به توان بالاي ميکروب زدايي آن و حفظ اين توانايي براي مدت زمان طولاني و عدم ايجاد مقاومت در ريز جاندارها مي توان اشاره نمود .

استفاده از نانو نقره در صنايع بسته بندي و غذايي از 3 حيطه قابل بررسي است :

1- بوجود آمدن محيط پاکيزه در فرآيند توليد

2- توليد فيلم و ظروف ميکروب زدا

3- افزايش مدت زمان نگهداري (Shelf Life) به مدت 2 تا 3 برابر .

در اين مقاله در ابتدا به کاربردهاي فناوري نانو در صنعت پرداخته و ادامه به نقش نانو ذرات نقره و مکانيسم ميکروب زدايي آنها اشاره نموده و در پايان به شرح 2 پروژه تحقيقاتي در خصوص نانو ذرات نقره مي پردازيم .

واژه هاي کليدي : نانو تکنولوژي - نانو ذرات نقره - ميکروب زدايي - Shelf Life

مقدمه

انجمن علمي نوبنياد نانو تکنولوژي که يک نهاد دولتي در کشور آمريکاست , واژه نانو تکنولوژي را چنين توصيف مي کند :

« تحقيق و توسعه هدفمند براي درک و دستکاري و اندازه گيري هاي مورد نياز در سطح موادي با ابعاد در حد اتم مولکول و سوپر مولکولها را نانو تکنولوژي ميگويند »

امروزه فناوري نانو با دستکاري در سطح اتمها و مولکولها موادي با خواص ويژه از قبيل مقاومت در برابر حرارت ، نفوذ گازها ، رطوبت و امواج ، سطح ويژه و استحکام بيشتر توليد کرده است . طبق آمارهاي موجود در قرن بيست و يکم ژاپن در سال 2001 ، 400 ميليون ودر سال 2004 ، 960 ميليون دلار در زمينه فناوري نانو هزينه نموده و اين موضوع در کشور آمريکا به رقم باور نکردني 7/3 بيليون دلار در سال 2008- 2005 رسيده است و همچنين پيش بيني مي شود که فناوري نانو 25 در مورد تجارت بسته بندي مواد غذايي را در دهه آينده تغيير بدهد از اين رو با توجه به ويژگي هاي ضد ميکروبي نانو نقره ، محققين به فکر استفاده از اين ذرات در بسته بندي مواد غذايي افتاده که کاربرد اين فناوري سبب افزايش عمر مفيد و ماندگاري دراز مدت محصولات مي گردد .

بسته بندي نانو (Nano Packaging) و کاربرد آن در صنعت بسته بندي

امروزه بسته بندي چهره کالاست و همواره مورادي مانند طرح و نام تجاري و کيفيت به نحوي با هم ترکيب مي شوند تا کالا به راحتي معرفي شود . بسته بندي در واقع اولين ارتباط مشتري با محصول است و تا حد زيادي وظيفه ارايه تصوير ذهني مطلوب از کالا را بر عهده دارد از اين رو در سيستم هاي جديد از بسته هاي هوشمند استفاده نموده که قابليت پاسخ به شرايط محيطي و قابليت ترميم دارند و مصرف کننده را نسبت به آلودگي آگاه مي سازد بسته بندي هاي هوشمند به محض شروع فساد در ماده غذايي داخل بسته ، از خود مواد نگهدارنده آزاد نموده و تغييرات دمايي ، ترشح رطوبت و مايعات را از ماده غذايي داخل بسته تشخيص داده و به مصرف کننده اعلام مي دارد .

کاربردهاي نانو در صنعت بسته بندي به چند بخش تقسيم مي گردد

* توليد ظروف غذا و نوشيدني خود سردکن Self – Cooking

* توليد پلاستيک آنتي باکتريال براي ظروف نوشيدني و مواد غذايي با استفاده از نانو پودرهاي آنتي باکتريال

* فيلم هاي مورد استفاده براي مواد غذايي که حداقال يک لايه کوپلي آميدي از 10 تا 100 ppm نانو مواد پخش شده باشد .

* بسته بندي لمينيت براي مواد سيال مثل : شير ، آبميوه به همراه يک لايه پلي الفين که از ذرات رسي در اندازه نانو با خاصيت مقاومت به گاز تشکيل شده است .

کاربرد نانو نقره (Nano Silver) در صنعت بسته بندي و مکانيسم ميکروب زدايي آن

هر چند استفاده از خاصيت ضد ميکروبي نقره طي ساليان متمادي و در جوامع مختلف مرسوم بوده ، اما علم امروزه بشر نيز تاثير آنها را در ضدعفوني کردن و از بين بردن ميکروب ها به اثبات رسانده است . در واقع هم اکنون با وجود رشد فناوري و اطلاع از خواص نانو ذرات و مقايسه آن با مواد توده ايي ، توجه زيادي به سنتر ذرات نقره شده است که به نظر مي رسد اين توجه ويژه به دليل خواص منحصر به فرد (نقره) از جمله خاصيت ضد ميکروبي اين فلز در مقياس نانو باشد بطور کلي نانو ذرات سطح زيادي را دارا بوده لذا اين افزايش سطح باعث مي شود تا يک گرم از نانو ذرات نقره براي ضد باکتري نمود يکصد متر مربع از سطح يک ماده کافي باشد .

ظروف جديدي که داراي نانو ذرات نقره هستند ذاتا خاصيت ضد ميکروبي در اين فرآيند مي توان از مواد نانو نقره بصورت يک افزودني در فرآيند فيلم ها و ظروف بسته بندي با اندازه مناسب استفاده کرد با اجراي اين طرح ظروف و فيلم هاي تهيه شده مواد غذايي وابسته را تا چهار برابر تازه تر نسبت به حالت معمولي نگه ميدارند همچنين اين ظروف قادر هستند ميوه ها ، سبزيجات ، داروها ، نان ها و گوشت را براي مدت طولاني بدون تغيير در رنگ ، مزه و خواص غذايي نگهداري کنند و در مقايسه با ظروف معمولي در 24 ساعت اوليه ميزان رشد باکتري ها 98 درصد کاهش يافته و همچنين جهت حفط بيشتر ارزش غذايي به همراه بو ، مزه آن و به تاخير انداختن و کاهش سرعت فساد مواد غذايي ، اين ظروف داراي در1اي درپوش سيليکوني غير قابل نفوذ جهت سامانه بسته بندي است . ساز و کار دقيق عملکرد نقره بر روي رشد ميکروب ها بطور کلي مشخص نشده است اما با توجه به اثر کشندگي آن روي ريز جانداران بيماري زا مي توان مکانيسم کشندگي آن را به طريق زير در نظر گرفت :

1- ورديون هاي نقره به داخل سلول و اتصال به DNA باکتري که اين عمل مانع عمل مکمل سازي DNA شده و در نتيجه هيچ گونه تکثيري رخ نمي دهد ..

2- پيوندهاي دي سولفيدي (S-S) نقش محافظتي براي باکتري ها در مقابل واکنش هاي اکسايش ايفا مي کنند اما يون هاي نقره طي واکنش جانشيني باندهاي –SH در جداره باکتري را به –Ags تبديل و در نتيجه سبب از بين رفتن باکتري مي شود .

3- ديواره سلولي باکتري حاوي مقدار زيادي بار منفي بوده و زماني که اين باکتري در مجاورت بافتي که حاوي نقره بوده قرار مي گيرد يون هاي با بار مثبت نقره جذب بار منفي ديواره باکتري شده و در نهايت موجب از بين رفتن باکتري مي شود .

4- يون هاي نقره زنجيره تنفسي باکتري در سيستوکروم اکسيداز را بلوکه مي نمايد .

تاثير بسته هاي محتوي نانو ذرات نقره بر کيفيت و ماندگاري زرشک در مقايسه با بسته هاي پلي اتيلن

امروزه محصول زرشک با وجود کاربردها و خواص فراوان غذايي و دارويي اغلب تحت تاثير فعاليت هاي آبي ، رشد ميکروارگانيزم ها ، فعاليتهاي آنزيمي و تغيير رگدانه ها در نتيجه اکسداسيون ، کيفيت مطلوب خود را از دست داده و ارزش آن کاهش يافته لذا طي پژوهشي که توسط گروه تحقيقاتي متشکله از دانشگاه فردوسي در اين زمينه صورت گرفته ، باتوجه به مقاومت بسته هاي نانو ذرات نقره در مقابل نفوذ گازها از جمله اکسيژن و همچنين خاصيت ميکروب کشي آنها، تاثير اين بسته ها در افزايش کيفيت و ماندگاري اين محصول با دو نوع از بسته هاي پلي اتيلن رايج مورد مقايسه قرار گرفت که نتايج اين پژوهش در هجدهمين کنگره ملي علوم و صنايع منتشر گرديد.

در اين پژوهش پس از انتخاب زرشک مورد نظر با رعايت شرايط لازم نسبت به بسته بندي آن در بسته هاي محتوي نانو ذرات نقره با غلظت ppm 200 (نمونه شماره 1) ، 1 درصد (نمونه شماره 2) ، 2 درصد (نمونه شماره 3) و همچنين در 2 بسته بندي پلي اتيلن معمولي يکي به صورت سلفون معمولي ( نمونه شماره 4) و ديگري به شکل قوطي مدور (نمونه شماره 5) اقدام شد.

هر يک هفته يک بسته از هر نوع بسته بندي مورد بررسي قرار گرفت و ضمن انجام آزمايش ميکروبي طبق استاندارد ملي از زرشک محتويات بسته ها جهت بررسي تغيير رنگ ظاهري عکس گرفته شد. مدت زمان انجام پژوهش حدود 5 ماه شامل 22 مرحله بود. آزمايش هاي ميکروبي شامل: کپک ، مخمر ، کلي فرم ، استافيلوکوکوس اورئوس و شمارش کلي باکتري هاي هوازي مزوفيل بر اساس استاندارد ملي ايران انجام شده است.

نتايج تحقيقات

تقريبا در تمام نمونه ها در بازه زماني مختلف استافيلوکوکوس اورئوس ، کلي فرم ، اشرشيا کلي و مخمر مشاهده نشد. کلني هاي کپک و همچنين کلني هاي مشاهده شده از آزمايشات شمارش کلني باکتري ها در بسته هاي نانو کامپوزيت به جز نمونه 1 تقريبا در تمام هفته هاي آزمايش ، کمتر از نمونه هاي مربوط به بسته هاي پلي اتيلن به دست آمده بود به گونه اي که با گذشت اختلاف بيشتري بين کلني هاي نمونه 2 و 3 با نمونه هاي 4 و 5 در مقايسه با هفته هاي قبلي آزمايش مشاهده شد. همچنين با افزايش غلظت نانو ذرات نقره در بسته ها ، کاهش بيشتري در تعداد کلني به دست آمد.

همچنين براي بررسي رنگ ظاهري نمونه که به کمک نرم افزار فوتوشاپ و بر اساس ميانگين رنگ قرمز و درصد روشنايي عکسهاي گرفته شده به دست آمده معلوم گرديد که تقريبا در تمام هفته هاي آزمايش رنگ ظاهري نمونه هاي مربوط به بسته هاي محتوي نانو ذرات نقره در مقايسه با نمونه هاي مربوط به بسته هاي پلي اتيلن از کيفيت بهتري برخوردار است که نتايج اين پژوهش در هجدهمين کنگره ملي صنايع غذايي ارايه گرديد.

اثر بسته بندي نانوکمپوسيتي حاوي Ag و Zno روي فعاليت لاکتوبايلوس پلانتارم در آب پرتقال

اين پروژه تحقيقاتي توسط گروه پژوهشي در دانشگاه اصفهان طي مراحل زير صورت گرفته در مرحله نخست گروه پژوهشي اقدام به ساخت فيلم نانو کمپوسيت (nano composite) پرداخته، ترکيبات مورد استفاده رزين LDPE ( density 0.99 g/ml , softing point 940c) و مواد ضد ميکروبي شامل پودر P105 ( 5% نانو نقره با قطر ذرات nm10+ Tio2 95%) و پودر نانو اکسيد روي با قطر ميانگين nm70 (Fig 1a,b) اين شکل نشان مي دهد که ذرات P105 اغلب به صورت کروي بوده و قطر ذرات نقره بر روي Tio2 حدود nm10 است اين در حاليست که ذرات روي به شکل شش وجهي وجود دارند.

شکل (Fig2 a,b) تصوير ميکروسکوپي نانو کمپوسيت LDPE با غلظت متفاوت P105 را نشان مي دهد که در اين شکل ذرات P105 در ماتريس پليمري به خوبي پخش شده است اما آگلومريزاسيون (تجمع شدن) جزئي با افزايش غلظت P105 تا 5% مشاهده مي شود و سپس فيلم LDPE به صورت جداگانه با هر يک از ترکيبات P105 و NaNo-zo در ماشين مخلوط هليسي ترکيب و با اعمال مراحل تکميلي فيلم نانو کمپوسيتي حاوي ترکيبات نقره و اکسيد روي توليد گرديد. آب پرتقال مورد استفاده در آزمايش توسط استخراج کننده هاي نيمه مداوم توليد و پس از *****هايي با قطر mm 1 عبور نموده و فورا در ظروف مخصوص تحت شرايط 121 درجه سانتيگراد به مدت 15 دقيقه اتريل گرديد و در 4 درجه سانتيگراد نگهداري شده و همچنين باکتري لاکتوباسيلوس پلانتارم نيز تحت شرايط آزمايشگاهي خاص توليد گرديد.

آب پرتقال استريل با 8.5log cfu/ml لاکتوباسيلوس پلانتارم انکوبه شده سپس فيلم هاي نانوکمپوسيتي مورد نظر با آب پرتقال پر شده و مقاومت ميکروب بعد از 7، 25، 56، 84،، 112 روز انبار کردن مورد بررسي قرار گرفت.

نتايج تحقيق

در انواع مختلف بسته بندي که در (Fig.3) نشان داده جمعيت اوليه باکتري8.5log cfu/ml بوده است که طي نگهداري به مدت 7 روز ميزان باکتري افزايش يافته است. پس از 7 روز در نمونه LDPE+5% P105 کاهش مهمي در ميزان لاکتوباسيلوس در مقايسه با LDPE+0.25%NaNo-Zno و LDPE خالص مشاهده گرديد و مقدار باکتري ها پس از 56 روز نگهداري به ميزان 8.82log cfu/ml براي بسته LDPE خالص رسيده است که اين مقدار نشان دهنده افزايش جمعيت ميکروبي است. تا 56 روز جمعيت باکتري افزايش و پس از 112 روز مجددا کاهش يافته و نکته با اهميت اين بوده که بسته بندي نانو سيلور داراي جمعيت ميکروبي کمتري نسبت به نانو ذرات روي مي باشد. (Fig.3)

در خصوص مهاجرت يون هاي نقره و روي به داخل آب ميوه پس از 112 روز انبارداري بررسي هايي صورت گرفته که در مجموع ميزان مهاجرت يون هاي نقره در مقايسه با روي ميزان کمتري مي باشد (Tab1e.1).

اگرچه اين غلظت براي مصرف کننده هيچ مشکلي را ايجاد ننموده است زيرا Zn در کلاس ترکيبات GRAS براي مواد غذايي کاربرد دارد.

نتيجه گيري

در پايان مي توان گفت در صورت استفاده از نانوتکنولوژي به خصوص استفاده از ذرات نانو نقره در ظروف بسته بندي يک و يا چند لايه به عنوان مواد افزودني، به علت غير قابل نفوذ بودن نسبت به اکسيژن و رطوبت مي تواناز رشد باکتري و کپک در بسته جلوگيري و در نتيجه سبب افزايش طول عمر نگهداري محصول و عدم تغيير ويژگي هاي ظاهري و فيزيکي شده.

منابع

1- Aryou Emamifar and mehdi kadivar(2010) Effect of nanocomposite packaging

Containing Ag and Zno onlactobacillus plantarum-isfahan university

2- ولي پور مطلق ناصر و همکاران- دانشگاه فردوسي مشهد (1387)- تاثير بسته هاي نانو ذرات نقره بر کيفيت ذرشک.

3- چاوشي نيلوفر- نقش نانو در بسته بندي- شرکت نانو پارس.

4- مومني مجتبي- نقش فناوري نانو در صنايع غذايي (1388)- دانشکده کشاورز نيشابور.

 

 

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام