ایمنی بسته‌بندی‌های نانو زیر‌ذره‌بین محققان ایرانی

از جنبه تولید محصولات غذایی، ایجاد ارزش افزوده فناوری نانو می‌تواند از طریق اصلاح ساختار ماده بسته‌بندی به بهبود سلامت، ایجاد طعم و مزه بهتر و نیز افزایش ماندگاری ماده غذایی منجر شود. گسترش فناوری نانو در صنایع غذایی بویژه در بسته‌بندی سبب ظهور ترکیبات نانوکامپوزیتی در بسته‌بندی مواد غذایی و دیگر سطوح در تماس با غذا شده است. استفاده از پوشش‌های محافظ و بسته‌بندی مناسب به دلیل افزایش زمان ماندگاری محصولات غذایی همواره از موضوعات قابل توجه در صنایع غذایی بوده است. انتخاب صحیح ماده بسته‌بندی این امکان را به وجود می‌آورد که کیفیت و تازگی محصول طی زمان لازم برای تجاری شدن و مصرف حفظ شود. بسته‌بندی‌های نانوکامپوزیتی از نظر خواص مکانیکی و حرارتی بهبودیافته و قابلیت نفوذپذیری بهتر، امروزه به طور گسترده مورد توجه صنایع غذایی قرار گرفته است. با توجه به این رویکرد، محققان دانشگاه تهران با تولید بطری‌هایی از جنس نانوکامپوزیت پلیمری رسی امکان مهاجرت نانوذرات از این بطری‌های نانو کامپوزیتی را به محصولات غذایی مورد بررسی قرار داده‌اند تا بتوانند با به‌کارگیری این روش از ایمن بودن مواد بسته‌بندی نانوکامپوزیتی مطمئن شوند.

ردپای نانوذرات در بسته‌بندی مواد غذایی

به گفته دکتر مهدی فرهودی، دانش‌آموخته رشته علوم و مهندسی صنایع غذایی دانشگاه تهران، تولیدکنندگان نوشیدنی‌هایی که در فرآوری آنها فرآیند حرارتی وجود دارد سال‌هاست به دنبال ممانعت‌کننده‌ای هستند که علاوه بر حفظ گاز CO2 در داخل بطری‌ها برای مدت زمان طولانی مقاومت آنها را نیز در برابر شوک حرارتی مثل پاستوریزاسیون یا پرکردن داغ بهبود دهد. تلاش گسترده‌ای برای رفع این محدودیت انجام شده است که به دلیل افزایش قیمت تمام شده ظروف مورد توجه زیادی قرار نگرفته است. به‌کارگیری نانوکامپوزیت‌ها در تولید این ظروف می‌تواند راه‌حل مناسبی برای از میان برداشتن محدودیت‌های موجود باشد.

مجری این طرح درباره احتمال نفوذ نانوذرات به کار رفته در این نوع پوشش‌ها به داخل ماده غذایی یا نوشیدنی این طور توضیح می‌دهد: طبق تعریف استاندارد نانوذرات موادی هستند که در یکی از ابعاد دارای اندازه یک تا صد نانومتر هستند. این استاندارد بر تمایز بین خواص مربوط به این ابعاد با خواص مرتبط با مولکول‌ها و اندازه‌های بزرگ‌تر مانند سیستم‌های میکرونی تاکید دارد. با کاهش اندازه ذرات مواد سطح آنها افزایش می‌یابد. در نتیجه افزایش سطح، برهمکنش‌ها افزایش پیدا کرده و شاهد تشدید یا تغییر خواص مواد خواهیم بود. امکان مهاجرت نانوذرات به عوامل مختلفی نظیر نوع نانوذرات، ساختار شیمیایی نانوذرات، درصد نانوذرات به کار گرفته شده، ماتریس پلیمر و شکل قرارگیری نانوذرات در ماتریس پلیمر بستگی دارد. برخی از نانوذرات فعل و انفعال مناسبی با ماتریس پلیمر برقرار می‌کنند که این فعل و انفعال به ساختار شیمیایی نانوذرات و پلیمر بستگی دارد. ایجاد اتصال مناسب بین نانوذرات و سطوح پلیمر امکان مهاجرت نانوذرات از بسته‌بندی‌های پلاستیکی را کاهش می‌دهد. یکی از عوامل مهم دیگر تراکم زنجیره‌های پلیمری پس از فرآیند تولید نانوکامپوزیت است. در برخی موارد در صورت نبود اختلاط نانوذرات در شبکه پلیمری یا استفاده از سطوح حجمی بالای نانوذرات، تراکم زنجیره‌های پلیمری برهم خورده و فضای آزاد بین زنجیره‌ها افزایش پیدا می‌کند. افزایش فضای آزاد می‌تواند سبب سهولت فرآیند نفوذ ذرات از شبکه پلیمری شود. ما همیشه درباره مزیت‌های نانوذرات خبرهایی را می‌شنویم، اما به موازات مطالعاتی که برای به‌کارگیری و استفاده از نانوذرات در زمینه‌های مختلف انجام می‌شود برای بررسی اثر نانوذرات بر سلامت مصرف‌کنندگان هم مطالعاتی انجام شده است.

تاثیر زمان و درجه حرارت

به گفته فرهودی، مطالعات محدودی در زمینه امکان مهاجرت نانوذرات از بسته‌بندی به ماده غذایی صورت گرفته است. 11 سال پیش Avella و همکارانش مهاجرت جزئی اجزای نانوذراتی مانند سیلیس را از فیلم‌های نانوکامپوزیتی نشاسته ـ رس به داخل آب مقطر مورد بررسی قرار دادند. سه سال پیش نیز Huang و گروهی دیگر از محققان، مهاجرت نانوذرات نقره را از کیسه‌های پلی‌اتیلن به داخل نمونه‌هایی از مواد غذایی بررسی کردند. ما در این طرح تحقیقاتی، روند مهاجرت عناصر آلومینیوم و سیلیس را از بسته‌بندی‌های نانوکامپوزیتی حاوی نانوذرات رس به داخل محلول مدل غذایی بررسی کرده‌ایم که نتایج این تحقیق در مجله Packaging Technology Science فوریه امسال منتشر شده است. نتایج به دست آمده از این پژوهش نشان می‌دهد این عناصر با گذشت زمان به داخل محلول مدل غذایی مهاجرت می‌کنند. در این بررسی بعد از تولید بطری، آزمون مهاجرت عناصر سیلیس و آلومینیوم از بطری‌های نانوکامپوزیتی به داخل محلول مدل غذایی اسیدی انجام شد. نمونه‌ها برای دوره‌های زمانی 7 تا 90 روز در دماهای 25 و 45 درجه سانتی‌گراد نگهداری شدند. سطح مشخصی از بطری‌های نانوکامپوزیتی بریده شده و در محلول مدل غذایی اسیدی غوطه‌ور شد و مهاجرت دو طرفه عناصر سیلیس و آلومینیوم مورد بررسی قرار گرفت. برای تعیین مقادیر سیلیس و آلومینیوم که داخل مدل غذایی مهاجرت نمودند از روش طیف‌سنجی پلاسمای جفت شده القایی استفاده شد.

نتایج این آزمون نشان داد مهاجرت عناصر سیلیس و آلومینیوم وابسته به دما و زمان بوده و در نمونه‌های نگهداری شده در دمای 45 درجه سانتی‌گراد کسرمولی آلومینیوم و سیلیس در محلول اسیدی نسبت به فاز جامد تهیه شده از نانوکامپوزیت‌ها حدود 23 درصد بیشتر از نمونه‌های نگهداری شده در دمای 25 درجه سانتی‌گراد بود. نانوذرات رس (Nanoclays) ترکیباتی با ساختار پیچیده هستند که ذاتا نامنظم بوده و از نظر ترمودینامیکی ناپایدار هستند. بنابراین به داخل محلول در تماس با آنها نفوذ کرده و مکانیسم برهمکنش مولکولی این پدیده را تسهیل می‌کند. میزان مهاجرت عناصر آلومینیوم و سیلیس پس از گذشت 90 روز کمتر از حد تعیین شده از سوی اتحادیه اروپا بود.

اطمینان از ایمنی ضروری است

یکی از مشکلات اساسی در ارتباط با کاربرد ذرات نانو این است که خواص فیزیک و شیمیایی و بیولوژیکی مواد در اندازه نانو اساسا از شکل توده‌ای آنها متفاوت است، بنابراین پیش‌بینی اثرات آنها با استفاده از دانش موجود بسیار مشکل است. برخی از مدارک در تائید این که بعضی ذرات نانو ممکن است به سیستم بیولوژیکی آسیب برساند وجود دارند. دلیل آن، این است که این مواد قادرند از مرز سلولی عبور کنند. احتمال این که مصرف‌کننده در معرض مواد غذایی بسته‌بندی شده در ترکیبات نانوکامپوزیتی قرار بگیرد به مهاجرت ذرات نانو به داخل غذاها و نوشیدنی‌ها بستگی دارد. با توجه به این که هر تکنولوژی جدیدی، زمانی از طرف جامعه مورد قبول واقع می‌شوند که اثرات آن روی سلامت آزمایش و ارائه شده باشد، انجام تحقیقات تکمیلی روی بسته‌بندی‌های تولید شده جهت ارائه محصولاتی ایمن ضروری به نظر می‌رسد. نتایج این تحقیقات می‌تواند سبب اطمینان خاطر مصرف‌کننده از ایمن بودن محصول شود.

برای اطمینان از ایمن بودن بسته‌بندی تولید شده، انجام تحقیقات تکمیلی روی بسته‌بندی‌های تولید شده ضروری به نظر می‌رسد. آزمون مهاجرت ذرات از بسته‌بندی به داخل ماده غذایی در تماس با آن می‌تواند به عنوان آزمون تکمیلی بسته‌بندی‌های مواد غذایی در نظر گرفته شود. در صورتی که غلظت اجزای مهاجرت‌کننده به داخل ماده غذایی کمتر از حد تعیین شده از سوی استانداردهای اتحادیه اروپا (EU) یا سازمان غذا و دارو (FDA) باشد، این اطمینان خاطر وجود خواهد داشت که بسته‌بندی استفاده شده ایمن بوده و مخاطره‌ای برای مصرف‌کننده محصول غذایی ایجاد نمی‌کند.

فرانک فراهانی‌جم / گروه دانش