فناوری نانو به‌ کمک صنعت بسته‌بندی‌ آمد

امروزه تدابیر زیادی برای جلوگیری از آسیب‌های فرآیند حرارتی  و  در جهت حفظ کیفیت مواد‌ غذایی به همراه افزایش ماندگاری آن اندیشیده شده، اما بیشتر فناوری‌های پیشنهاد شده بسیار هزینه‌بر ‌ و به تجهیزات پیچیده نیازمندند. حالا پژوهشگران ایرانی با استفاده از فناوری نانو در بسته‌بندی مواد غذایی توانسته‌اند راهکاری نوین برای حل این مساله پیدا کنند.‌ دکتر سیدجمال‌الدین پیغمبردوست، عضو هیأت علمی گروه مهندسی شیمی‌ دانشکده شیمی‌ دانشگاه تبریز با همکاری دکتر سیدهادی پیغمبردوست، عضو هیأت علمی گروه علوم و صنایع غذایی‌ دانشکده کشاورزی دانشگاه تبریز با به‌کارگیری تولید فیلم‌های نانوکامپوزیتی ضدمیکروبی در بسته‌بندی فعال مواد غذایی موفق به حل این مساله شده‌اند. توضیحات بیشتر را در گفت‌وگو با دکتر سیدجمال‌الدین پیغمبردوست جویا شده‌ایم.

درک عنوان «فیلم‌های نانوکامپوزیتی ضد‌میکروبی برای بسته‌بندی فعال مواد غذایی» کمی مشکل است، به زبان ساده بیان می‌کنید منظور چیست؟

بسته‌بندی مواد غذایی بیش از جای دادن غذا در یک ظرف مفهوم دارد و  فراگیرتر از عواملی از‌قبیل حفاظت ویژه از مواد غذایی، با دوام بودن بسته‌بندی، ظاهر مناسب، مناسب بودن جهت عرضه به بازار و مطابق بودن با خواست مصرف‌کننده است. مهم‌ترین هدفی که در بسته‌بندی محصولات غذایی مدنظر است، افزایش طول عمر نگهداری محصول است  و یکی از مهم‌ترین ویژگی‌هایی که در انتخاب مواد بسته‌بندی مورد توجه قرار می‌گیرد، عدم تأثیر متقابل‌ محصول و ماده بسته‌بندی است . ماده بسته‌بندی از طرق مختلف می‌تواند اثرات سوء بر محصول ایجاد کند. انتقال مونومرهای سازنده آن که به طور آزاد در بافت ماده پلیمری وجود دارند و  به واسطه تجزیه حرارتی آزاد می شوند، باعث مسموم شدن محصول می‌شوند.

از سوی دیگر مصرف بیش از حد مجاز و انتقال ترکیبات افزودنی که به منظور بهبود ویژگی‌های ماده بسته‌بندی به کار رفته است، باعث ایجاد مسمومیت می‌گردد. بسته‌بندی، زمانی فعال تلقی می‌شود که علاوه بر مرز خنثی بین محیط داخل و خارج نقش‌های دیگری نیز داشته باشد. بهترین مثال‌ این است که یک بسته‌بندی پلاستیکی مانع خوبی در برابر رطوبت بوده ولی نمی‌تواند در برابر اکسیژن مرز خوبی ایجاد کند، لذا در این حالت بسته‌بندی فعال برای تأمین این کاستی‌ باید جاذب اکسیژن باشد یا اگر رشد میکروبی یک متغیر محدودکننده است، بسته‌بندی خاصیت ضدمیکروبی داشته باشد. در واقع بسته‌بندی فعال راهی ‌برای حل مسائل ناخواسته در حفظ کیفیت و ایمنی غذاست. گونه‌های مختلفی از بسته‌بندی فعال به صورت تجاری توسعه پیدا کرده‌ که هرکدام از آنها اصطلاحات توضیحی خاص خود را داراست. محصولات کشاورزی چندین سال است که در فیلم‌های فعال بسته‌بندی شده و اکسیژن موجود در فضای خالی بالا توسط جاذب‌های اکسیژن و ‌‌اکسیدکننده‌ها خارج می‌شود. گسترش تجاری بسته‌بندی فعال در پلاستیک‌ها هنوز به طور کامل انجام نشده است. ‌

باکتری‌ها و میکروب‌ها در روش بسته‌بندی جدید چگونه نابود یا کنترل می‌شوند؟

سیستم بسته‌بندی ضدمیکروبی سیستمی است که فساد و رشد میکروارگانیسم‌های بیماری‌زا را مهار می‌کند. عملکرد ضدمیکروبی را می‌توان با افزودن عوامل ضدمیکروبی در سیستم بسته‌بندی یا با استفاده از پلیمرهای دارای خاصیت ذاتی ضدمیکروبی که نیازهای اولیه بسته‌بندی را برآورده می‌کنند،‌ ایجاد کرد. هنگامی که سیستم بسته‌بندی فعالیت ضدمیکروبی داشته باشد، از رشد میکروبی جلوگیری کرده یا با گسترش فاز تاخیر و کاهش نرخ رشد، فعالیت میکروارگانیسم‌ها را مهار می‌کند. جهت استفاده از عوامل ضدمیکروبی در مواد غذایی، دارویی و محصولات آرایشی و بهداشتی، این صنعت باید از دستورالعمل‌ها و قوانین کشور مربوط پیروی کند. این مساله حاکی از آن است که توسعه مواد جدید در بسته‌بندی ضدمیکروبی باید در محدوده مواد تائید شده توسط سازمان‌های مربوط بوده ، حتی مقادیر مورد استفاده نیز در محدوده غلظت مورد تائید برای افزایش ایمنی یا نگهداری مواد غذایی باشد. عوامل ضدمیکروبی مختلفی ممکن است در سیستم بسته‌بندی به کار روند که این موارد می‌تواند شامل مواد ضدمیکروبی شیمیایی ، آنتی‌اکسیدان‌ها ، محصولات بیوتکنولوژی، پلیمرهای ضدمیکروب طبیعی، آنتی‌بیوتیک‌ها و انواع گازها باشد.

نانوکامپوزیت‌های مورد استفاده در این فیلم‌ها چه خواصی دارند؟

بسته‌بندی فعال بر پایه افزودن انواع خاصی از نانو‌ذرات به ماتریس‌های پلیمری، نسل جدیدی از این تکنولوژی در صنایع‌غذایی است. عملکرد خوب این نانو‌‌ذرات به علت نسبت سطح به حجم بسیار بالای آنهاست. بسته‌بندی فعال یک مفهوم نوآورانه است که در آن بسته‌بندی‌ محصول و محیط برای افزایش ماندگاری، بهبود ایمنی و وضع ظاهری محصول با هم در ارتباط هستند که موجب حفظ کیفیت اولیه محصول در ماندگاری می‌شود. این ایده که برای محصولات تازه با ماندگاری زیاد قابل کاربرد است، بتازگی نانو‌تکنولوژی را در قالب نانو‌‌ذرات و پوشش‌های نانو به کار گرفته است. نانو‌کامپوزیت‌ها یعنی مواد پلیمری حاوی نانوذرات مختلف دارای خواص مکانیکی، نفوذ‌‌پذیری به گازها و بخار آب، خواص حرارتی و قابلیت فرآوری فیلم‌های بسته‌بندی بسیار مطلوبی هستند. علاوه بر این خواص، افزودن مواد ضدمیکروبی به داخل ماتریس پلیمری که منجر به تهیه نانوکامپوزیت‌های ضدمیکروبی برای بسته‌بندی مواد غذایی می‌شود، می‌تواند ایده بسیار جالبی از کاربرد فناوری نانو در بسته‌بندی مواد‌ غذایی و دارویی باشد. مواد ضدمیکروبی مختلفی با عملکرد مناسب بر پایه آلی و غیرآلی وجود دارند که در دهه اخیر نانو‌ذرات غیرآلی همچون رس و فلزات توجه بسیار زیادی را به علت قابلیت استفاده در محصولات آرایشی، دارویی، بیولوژیکی و بسته‌بندی مواد ‌غذایی به خود جلب کرده‌اند.

در تهیه این پوشش از چه ترکیب موادی استفاده شده و کدام یک خاصیت ضدمیکروبی دارد؟

فیلم‌های نانوکامپوزیتی پلی اتیلنی حاوی نانوذرات فلزی نقره، اکسید مس و اکسید روی، خاک رس آلی و خاک رس اصلاح‌شده با نانوذرات مس و نقره بوده است. همچنین تلاش داریم تا با استفاده از ترکیبی از نانوذرات به‌عنوان فیلم‌های فعال در بسته‌بندی مواد غذایی خاصیت ضدمیکروبی آنها را افزایش دهیم.

بررسی‌های آزمایشگاهی شما خاصیت ضدمیکروبی این پوشش نانویی را تائید می‌کند؟

بله، در این طرح پژوهشی با استفاده از نانوذرات مختلف که خاصیت ضدمیکروبی دارند، در بافت پلی‌اتیلن دانسیته پایین که مهم‌ترین ماتریس پلیمری بسته‌بندی در صنعت غذا به شمار می‌رود، مشکل آلودگی میکروبی حل شده و از سوی دیگر خصوصیات اصلی پلیمر همچون ویژگی‌های مکانیکی آن بهبود یافته و حتی در برخی موارد نسبت به عبور امواج ماوراءبنفش و انجام واکنش‌های اکسیداسیونی نوری ایمن‌تر شده ‌است. در این‌حالت از‌ انجام فرآیندهای شدید و آسیب‌زای صنعتی بر غذا کاسته شده و نیاز به مواد شیمیایی نگهدارنده از بین می‌‌رود. با استفاده از این نانوذرات، سیکل رشد دو باکتری مهم و خطرناک اشرشیاکلای و استافیلوکوکوس ‌اورئوس کاملا به تاخیر افتاده که این نشان‌دهنده‌ تأخیر در فرآیندهای فساد بیولوژیکی مواد غذایی است. از آنجا که عوامل ضدمیکروبی مکانیسم‌ عملکردی مختلفی دارند، مخلوط عوامل ضدمیکروبی در صورتی که مکانیسم تداخلی نداشته‌ باشد، می‌تواند فعالیت ضدمیکروبی را از طریق اثرات هم‌افزایی افزایش دهد. بنابراین مطالعه بهینه‌سازی ترکیب مواد ضدمیکروبی مختلف موجب گسترش فعالیت ضدمیکروبی ترکیب و افزایش بازده و ایمنی سیستم بسته‌بندی ضدمیکروبی می‌شود. چون استفاده ترکیبی از نانوذرات موجب کاهش مقدار مصرفی هر کدام از آنها و در نتیجه موجب به حداقل رسانی اثرات سوءاستفاده از آنها خواهد شد.

مزیت اصلی فیلم‌های نانوکامپوزیتی ضدمیکروبی تولیدی نسبت به نمونه‌های مشابه (در صورت وجود) چیست؟

مزیت اصلی فیلم‌های نانوکامپوزیتی ضدمیکروبی تولیدی نسبت به فیلم‌های نانوکامپوزیتی مشابه موجود، استفاده ترکیبی از نانوذرات و بهینه‌سازی مقادیر ترکیبات موجود است.

معصومه درخشان / جام‌جم