1
ستاد ویژه توسعه فناوری نانو Iran Nanotechnology Initiative Council بستن
  • ستاد ویژه توسعه فناوری نانو

  • بانک اطلاعات شاخص های فناوری نانو

  • سایت جشنواره فناوری نانو

  • سیستم جامع آموزش فناوری نانو

  • شبکه آزمایشگاهی فناوری نانو

  • موسسه خدمات فناوری تا بازار

  • کمیته استانداردسازی فناوری نانو

  • پایگاه اشتغال فناوری نانو

  • کمیته نانو فناوری وزارت بهداشت

  • جشنواره برترین ها

  • مجمع بین المللی اقتصاد نانو

  • اکو نانو

  • پایگاه اطلاع رسانی محصولات فناوری نانو ایران

  • شبکه ایمنی نانو

  • همایش ایمنی در نانو

  • گالری چند رسانه ای نانو

  • تجهیزات فناوری نانو

  • صنعت و بازار

  • باشگاه نانو

مروری بر کاربرد کامپوزیت های نانولیفی در صنعت بسته بندی مواد غذایی

افراد مقاله : ‌ مترجم - سمانه صمدانیان اصفهانی , مترجم - نسیم غلام شهبازی , مترجم - آرزو اسدی محمدآبادی

موضوع : علم و پژوهش کلمات کلیدی : صنایع غذایی تاریخ مقاله : 1395/09/22 تعداد بازدید : 820

در سال های اخیر به منظور بوجود آوردن امکان استفاده از مواد غذایی مختلف در هر مکان و هر زمان، سیستم بسته بندی مواد غذایی فعال بسیار مورد توجه قرار گرفته است. کامپوزیت های نانولیفی بدلیل نسبت زیاد سطح به حجمشان، دارای خصوصیات مکانیکی و حرارتی و خواص حفاظتی بالایی هستند و باعث افزایش مقاومت مکانیکی و حرارتی ماده بسته بندی و کاهش نفوذپذیری بخار آب و گازها به مواد غذایی بسته بندی شده می شود. این بررسی، مروری بر کارهای انجام شده در بسته بندی مواد غذایی با کامپوزیت های نانولیفی و محصولات ارائه شده در این زمینه توسط کمپانی های مختلف، می باشد.

 

1-     اهمیت صنایع غذایی

از آنجایی که کلیه موجودات زنده برای ادامه حیات و بقاء نسل نیازمند غذا هستند، صنایع غذایی و فرآوری مواد غذایی اهمیت اساسی در زندگی انسان دارد. برای به‌وجود آوردن امکان استفاده از مواد غذایی در هر مکان و هر زمان می‌بایست تمهیدات و تغییراتی در آن‌ها داده شود و شرایطی به‌وجود آید که قابل نگهداری، جابه‌جایی، توزیع و عرضه به مصرف‌کننده باشد.

 

2-     فساد مواد غذایی

مهمترین عوامل فساد مواد غذایی عبارتند از:

-           باکتری­های هوازی و بی‌هوازی

-           کپک (کپکها در شرایط مناسب دما و رطوبت به سرعت در سطح ماده غذایی شروع به رشد و نمو می‌کنند و بلافاصله پس از نامساعد شدن شرایط ایجاد هاگ و یا اسپور می‌کنند تا بتوانند نسبت به خشکی و سرما مقاومت کنند).

-           رطوبت (آب برای زندگی و فعالیت‌های حیاتی هر موجود زنده از جمله میکروب­ها و کپک­ها ضروری است).

-           نور (نور به خصوص اشعه ماوراء بنفش در تخریب، تسریع در اکسیداسیون روغن­ها و نیز برخی دیگر از فعل و انفعالاتی که موجب فساد مواد غذایی می‌شوند، نقش مهمی دارد).

-           اکسیژن (اکسیژن موجود در هوا از عوامل خرابی و فساد روغنها و برخی از عوامل طبیعی موجود در مواد غذایی است. به همین دلیل اضافه کردن مواد آنتی اکسیدان در واقع برای گرفتن اکسیژن است که می‌تواند موجب فساد و اکسیداسیون شود).

 

3-     بسته‌بندی مواد غذایی

بسته‌بندی مواد غذایی آخرین مرحله­ی فرآیند پیشرفته تولید مواد غذایی است که نقش مهمی در کیفیت، بهداشت، حمل و نقل، افزایش عمر مفید و پیشبرد فروش محصول دارد. سیستم بسته‌بندی مواد غذایی معمولی مانند یک مانع میان مواد غذایی و محیط اطراف عمل می‌کند ولی سیستم بسته‌بندی غذایی فعال، فقط یک سیستم مانع نیست بلکه در مواردی با آزادسازی اجزای مطلوب (مانند مواد آنتی باکتریال یا آنتی اکسیدان) و یا از بین بردن برخی از عوامل زیان آور (مانند اکسیژن و بخار آب) با غذا ارتباط برقرار می‌کند که چنین تعاملی باعث بهبود ثبات غذایی می‌شود.

 

4-     اهداف بسته‌بندی مواد غذایی

مهمترین هدفی که در بسته‌بندی مواد غذایی مدنظر است، افزایش طول عمر نگهداری ماده بسته‌بندی شده است. هدف دیگر بهبود حمل و نقل، انبارداری و عرضه محصول است.

 

5-     ویژگی‌های بسته‌بندی مواد غذایی

 مهمترین ویژگی­هایی که در انتخاب مواد بسته‌بندی مورد توجه قرار می‌گیرند عبارتند از:

-           عدم تأثیر متقابل سوء بین ماده غذایی و ماده بسته‌بندی

-           ویژگی‌های مکانیکی ماده بسته‌بندی

-           مقاومت حرارتی ماده بسته‌بندی

-           کم بودن وزن مخصوص ماده بسته‌بندی

-           ترجیحاً قابلیت مشاهده محتویات درون بسته

 

6-     فناوری نانو در بسته‌بندی مواد غذایی

بسته‌بندی مواد غذایی به سرعت در حال حرکت به سمت توسعه مواد با خصوصیات حفاظتی بالا است. در این زمینه فناوری نانو کاربرد گسترده‌ای پیدا کرده است. یک دسته از نانوساختارهایی که در بسته‌بندی مواد غذایی بسیار مورد توجه قرار گرفته‌است، کامپوزیت­های نانولیفی است زیرا، به‌دلیل نسبت سطح به حجم زیادشان خصوصیات مکانیکی، حرارتی و خواص مانع بهتری نسبت به کامپوزیت­های متداول دارند. مهمترین خواصی که نانوکامپوزیت­های پلیمری برای کاربرد در بسته‌بندی مواد غذایی نسبت به مواد معمولی دارند عبارتند از: افزایش مقاومت مکانیکی، کاهش نفوذپذیری بخارآب، افزایش بازدارندگی در برابر گازها، افزایش مقاومت حرارتی ماده بسته‌بندی شده، ایجاد شفافیت و بهبود خواص ظاهری.

یکی از نانوموادی که در تولید کامپوزیت­های مورد استفاده در بسته‌بندی مواد غذایی به وفور استفاده می‌شود، نانورس (نانوکلی) است. نانورس­ها ویژگی­هایی دارند که باعث می‌شود به‌طور گسترده در تولید کامپوزیت­های بیوپلیمری استفاده شوند از قبیل: توانایی آن‌ها در پخش شدن به‌صورت لایه‌های مجزا از هم، قابلیت تغییر در خواص سطحی این مواد، ایجاد سازگاری با انواع پلیمرها و بیوپلیمرها، تولید آسان، قیمت پایین، دسترسی آسان. مونت موریلونیت (MMT) مهمترین و پرکاربردترین سیلیکات لایه‌ای است که به‌دلیل زیست سازگاری و دسترسی آسان و قیمت کم به‌طور گسترده در تولید کامپوزیت­های بیوپلیمری استفاده می‌شود. در یک کار تحقیقاتی که به‌وسیله‌ی آگاروال و همکارانش انجام شد، اثر کامپوزیت نانوالیاف نایلون6 حاوی نانوکلی برای بسته‌بندی نان و چیپس بررسی شد. نتایج نشان داد که پوشش لایه پلی‌پروپیلن با این کامپوزیت نانولیفی، منجر به بهبود قابل توجه حفاظت در برابر اکسیژن و بهبود جزئی حفاظت در برابر رطوبت در پلی پروپیلن شده است. همچنین این لایه نانوکامپوزیتی پراکسیداسیون چربی در مورد چیپس و فساد میکروبی در مورد نان را کاهش داد. از آنجایی که نانوکلی استفاده شده هیچ سمیتی ندارد، با خیال راحت میتوان از آن در بسته‌بندی مواد غذایی استفاده کرد.

 در یک کار تحقیقاتی دیگر کیاکی و همکارانش کامپوزیت نانولیفی با پلی وینیل الکل و سیکلو دکسترین تولید کردند. ماتریس‌های نانولیفی الکتروریسی‌شده به‌دلیل سطح مخصوص بالا، اثر کپسوله‌سازی بالایی دارند و برای پایدارسازی افزودنی‌های مواد غذایی فعال، بسیار مفیدند. افزودنی‌های مواد غذایی مانند طعم‌دهنده‌ها و آنتی اکسیدان‌ها اغلب به گرما، اکسیژن و نور حساسند و کمپلکس‌های سیکلودکسترین برای پایدارسازی، نگهداری و کنترل رهایش این عامل‌های افزودنی بسیار موثر است. بنابراین با ترکیب کمپلکس سیکلودکسترین به داخل ماتریس نانولیفی طول مدت ماندگاری و پایداری بهبود می‌یابد. وانیلین به‌دلیل خصوصیات آنتی‌اکسیدانی‌اش به‌طور گسترده‌ای در صنعت غذا برای طعم دهنده و عطردهنده و نگهدارنده غذا استفاده می‌شود ولی چون به علت فراریتش طول ماندگاری کوتاهی دارد، پایدارسازی‌اش بسیار مهم است. از آنجایی‌که سیکلودکسترین پتانسیل بالقوه‌ای برای ترکیب با ترکیبات آلی از جمله وانیلین دارد، سه نوع سیکلودکسترین (آلفا، بتا و گاما) برای پایداری وانیلین آزمایش شدند. نتایج نشان داد که بدون استفاده از سیکلودکسترین در کامپوزیت نانولیفی پلیمری، 81% وانیلین بعد از 8 روز از دست رفته‌است. این نتیجه در مورد کامپوزیت نانولیفی حاوی آلفاسیکلودکسترین، بتا سیکلودکسترین و گاماسیکلودکسترین به ترتیب 60%، 66% و 20% بود. این غشاء حاوی منبع گیاهی ضدباکتری است و زیست سازگارپذیر و زیست تجزیه‌پذیر است، چشم انداز خوبی برای کاربرد در بسته‌بندی مواد غذایی است. ولی از آنجایی که پلی‌وینیل الکل یک پلیمر بشرساخته است و ممکن است برای کاربرد در محصولات غذایی مناسب نباشد، فونمایر و همکارانش از پولولان[i] که یک پلی ساکارید است برای کپسوله کردن لیمونن استفاده کردند و نتایج خوبی در این زمینه به‌دست آوردند. روش کار آن‌ها به این صورت بود که محلول پولولان حاوی مقادیر مختلف بتا دکسترین را تهیه کرده و سپس این محلول را الکتروریسی کردند. نتایج نشان داد که بعد از 3 روز ذخیره‌سازی 7/13% لیمونن از دست رفته ولی با افزایش زمان ذخیره‌سازی به 45 روز دیگر تغییری در لیمونن حاصل نشده‌است. همچنین لیو و همکارانش یک محلول آبی حاوی پلی ساکارید خوراکی، پکتین و پولولان را برای کپسوله کردن باکتری پروبیوتیک LGG استفاده کردند. در کار تحقیقاتی دیگری فرناندر و همکارانش بتا کاروتن را با استفاده از نانوالیاف پروتئین گیاهی[ii] خالص کپسوله کردند و پایداری نوری آن را در برابر فرابنفش تا بیش از 24 ساعت افزایش دادند. در یک کار تحقیقاتی دیگر خانم البرزی نانوالیاف سدیم آلجینات/ پلی اتیلن اکسید را برای کپسوله کردن فولیک اسید استفاده کردند. فولیک اسید بدون هیچ پوششی وقتی در معرض نور و شرایط اسیدی قرار می‌گیرد تخریب می‌شود ولی با این روش تقریباً 100% آن بعد از 41 روز ذخیره‌سازی در محل تاریک و pH=3 باقی ماند. در یک کار تحقیقاتی فیلم‌های آنتی میکروب پلی بوتیلن آدیپات کوترفتالات (PBAT) حاوی مقادیر مختلفی از نانوالیاف کیتوسان به‌وسیله‌ی آنا و همکارانش تهیه شد. افزودن نانوالیاف کیتوسان به این پلیمر استحکام را بالا می‌برد و شکنندگی و نفوذپذیری بخار آب و اکسیژن را کاهش می‌دهد. این فیلم در مقابل پاتوژن‌های غذایی گرم منفی مانند سالمونلا[iii] و اشرشیاکلی[iv] و گرم مثبت مانند استافیلوکوکوس آورئوس[v] و باکیلوس سوبتیلیس[vi]، از خود فعالیت ضدمیکروبی نشان می‌دهد.

در سال‌های اخیر شرکت‌هایی در جهان به‌صورت تجاری کیسه‌های نانوکامپوزیتی را برای حفظ و نگهداری بهتر مواد غذایی به بازار عرضه کرده‌اند. از این جمله شرکت بایر پلیمر[vii] است که کیسه‌ای پلاستیکی با نام  (Durethan Ku2-2601) را تولید کرده که از محصولات موجود در بازار سبک‌تر و محکم‌تر است و همچنین مقاومت بیشتری در برابر گرما از خود نشان می‌دهد. این پوشش کامپوزیت نانولیفی نایلون 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. همچنین کمپانی نانوکور[viii] نانوکامپوزیت نایلون6 حاوی نانوکلی را با نام Imperm به بازار عرضه کرده که خصوصیات حفاظتی بالایی در برابر اکسیژن دارد و همچنین گاز CO2 موجود در نوشیدنی‌های گازدار مانند نوشابه و... را حفظ می‌کند. این لایه نانوکامپوزیتی برای بطری‌های چندلایه بسیار کاربرد دارد.

 

منابع


1. Henriette M.C., “Nanocomposite for food packing application”, Food research international, 2009.

2. Agarwal A., Raheja A., Natarajan TS., Chandra TS., “Effect of electrospun montmorillonite- nylon6 nanofibrous membrane coated packing on potato chips and bread”, Innovative food science & Emerging technologies, 2014.

3. Kayaci F., Uyar T., “Encapsulation of vanillin/ cyclodextrin inclusion complex in electrospun polyvinyl alcohol (PVA) nanowebs: prolonged shelf- life and high temperature stability of vanillin”, Food chemistry, 2012, 641-649.

4. Alborzi S., “Encapsulation of folic acid in sodium alginate-pectin-poly ethylene oxide electrospun fibers to increase its stability”, 2012.

5. Diez pascual A.M., Diez Vicente A.L., “Antimicrobial and sustainable food packing based on poly butylene adipate co terephthalate and electrospun chitosan nanofibers”, Royal society of chemistry, 2015.

6. http://electrospintech.com/foodintro.html

مقالات آموزشی مرتبط