فناوری نانو، مواد غذایی، بازدارندگی، مواد معدنی

در دهه ۷٠ میلادی قرن بیستم و به اوج رسیدن آن در دهه ۹٠، سویا توسط حامیان آن بعنوان “ماده غذایی سالم” معرفی گردید و از مزایای آن میتوان موارد زیر را برشمرد: منبعی ایده آل از پروتئین، کاهنده کلسترول، محافظت کننده در برابر سرطان، کاهنده علائم یائسگی و خطر ابتلا پوکی استخوان، تاثیر بر سطوح تستسترون در مردان به دلیل محتوای فیتواسترون، کمک به هضم غذا و حفظ سلامت روده و معده، جلوگیری از ابتلا به بیماری های قلبی، تقویت سیستم ایمنی بدن، حفظ سلامت پوست و مو بدلیل وجود ویتامینE، کاهش خطر ابتلا به سرطان پروستات و طاسی در مردان، تقویت استخوانها، منبع آنتی اکسیدان، پیشگیری از ابتلا به آلزایمر به شرط استفاده متعادل از سویا، کمک به بازسازی ماهیچه ها با مصرف یک مشت سویا در روز.

2-2-1- پلی ساکارید محلول در سویا
به تازگی یک پلی ساکارید از مواد دیواره سلولی لپه سویا استخراج شده است. SSPSاز خانواده پکتین مانند از بیوپلیمر اسیدی استخراج شده از محصول فرعی کربوهیدرات باقی مانده از تولید پروتئین سویا جدا شده (SPI) تولید میشود. مزایای SSPS برای سلامتی انسان، پایین آوردن کلسترول خون، بهبود رخوت و کاهش خطر ابتلا به دیابت گزارش شده است ( شوری46 و همکاران، 1985). به غیر از ارزش غذایی آن، عملکردهای مختلفی از جمله پراکندگی، تثبیت کننده، امولسیون و چسبندگی، ویسکوزیته کم، و قادر به تشکیل فیلم سطحی قوی با ضخامت 17-30 نانومتر نیز دارد ( آی سای47 و همکاران، 1994). امروزه محبوبیت پروتئین سویا به عنوان امولسیفایر در حال افزایش است زیرا میتواند یک جایگزین vegetable-based به جای پروتئینهای روزانه باشد. نتایج حاصل از مطالعات گوناگون نشان داد که SSPS میتواند فیلمهای زیست تجزیه پذیر با ظاهر خوب و خواص مکانیکی رضایت بخش تولید کنند. ( سالار باش48 و همکاران، 2013).
2-2-2- ساختار SSPS
پلی ساکارید محلول در سویاSSPS ، دارای یک ساختار پکتین مانند است که متشکل از ستون اصلی نام برده در زیر میباشد ( ناکامورا49 و همکاران، 2002).
1- Homogalacturonan (α-1,4-galacturonan)
Rhamnogalacturonan
2- (واحد های تکراری تشکیل شده از α-1,2-rhamunose و α -1,4-galacturonic acid)
3- منشعب شده توسط α-1,3-یا α-1,5-arabinan chains و
β-1,4-galactan .

2-3- نانو تکنولوژی
علم نانو و علوم مرتبط با آن جدید نیستند چرا که صدها سال است شیمیدانان از تکنيک‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های علم نانو در کار خود استفاده می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌کنند. از پنجره های رنگارنگ کلیساهای قرون وسطی گرفته تا شمشیرهای یافت شده در حفاری های سرزمینهای مسلمان همگی گویای این مطلب هستند که بشر مدت هاست که از برخی شگردهای این فناوری در بهینه کردن فرایندها و ساخت با کیفیت تر اشیاء بهره میبرده است اما تنها به دلیل پیشرفت کم فناوری و نبود امکانات امروزی نتوانسته حوزه مشخصی برای این فناوری تعیین کند. اولین بار ریچارد فیمن در سال 1959 طی سخنرانی خود با بیان امکان به راه اندازی فرآیندی برای دستکاری اتمها و مولکولها با استفاده از ابزارهای دقیق سبب شده تا افکار به سمت توسعه چنین امکانی متمایل شوند. در سال 1974، پروفسور نوریو تانیگوشی، مدرس دانشگاه علوم توکیو، نخستین بار واژه “فناوری نانو” را بکار گرفت. او در مقاله ای با نام “مفهوم اساسی فناوری نانو” اشاره میکند که فناوری نانو اساسا مجموعه ای از فرایندهای تفکیک، ادغام و تشکیل مواد در حد یک اتم یا یک مولکول است. در دهه 1980 این تعریف به طور وسیع تر توسط دکتر درکسلر (نویسنده کتاب های موتور خلقت) مورد بررسی قرار گرفت. فناوری نانو و نانوعلوم در اوایل دهه 1980 با تولد علم کلاستر آغاز به کار کرد. این توسعه سبب کشف فلورین در سال 1986 و نانولوله های کربنی در مدت چند سال بعد شد. مقیاس نانو، ابعادی کمتر ازnm 100 (معمولا nm 1/0 تا nm 100) را شامل میشود، که شامل موادی یا سطوح خارجی بسیار زیاد و ناهمگونی کم که پدیدههای کوانتومی بروز میدهند میباشد. علم نانو، مطالعه پدیدهها و خواص نوین مواد، در این مقیاس (در حد اتم ها و مولکولها ) میباشد. فناوری نانو، کاربرد دانش ، مهندسی و فناوری در مقیاس نانو در جهت تولید مواد و سیستمهایی است که وظایف خاص الکتریکی، مکانیکی، بیولوژیکی، شیمیایی یا محاسباتی را انجام میدهند. نانو تکنولوژی بر اساس ارائه خواص و عملکردهای نوینی از نانو ساختارها، دستگاه ها و سیستم ها به علت ساختار بسیار کوچک آنهاست. این دستگاه ها عموما کاربردهای بیولوژیکی و پزشکی دارند به طور کلی نانوتکنولوژي، فن آوري تغيير در خواص مولکولهاي تشکيل دهنده مواد است. و به همين دليل مقياس نانو بهترين تعريف براي تکنولوژي ميباشد (سورنتینو50 و همکاران، 2007).

2-3-1- بایو نانو تکنولوژی
نانو بایو تکنولوژی حوزه نوظهور علمی و فنی است که گرایش چند رشته ای از علوم (شیمی ، زیست شناسی، فیزیک، علم مواد) است. این حوزه از یک سو، به فعالیتهای همگام علم مواد و بیولوژی اشاره دارد و از سوی دیگر حد فاصل علم فیزیک و بیولوژی است. نانو بایوتکنولوژی با سیستمهایی در مقیاس نانو که با راهکار بالا به پائین ساخته شدهاند (خرد کردن واحدهای بزرگتر به اجزای کوچکتر ) یا از روش پائین به بالا برای سامان دادن اجزا بهره میبرند، سرکار دارند. نانو بایو تکنولوژی بیش از آنکه شاخه ای از بایوتکنولوژی باشد شاخه ای از نانو تکنولوژی است. بایوتکنولوژی از سازوارههای زنده در کاربردهای صنعتی مختلف است، ولی نانو بایوتکنولوژ
ی استفاده از قابلیتهای نانوتکنولوژی در کاربردهای زیستی است. بنابراین واژه نانو بایوتکنولوژی نیز مانند واژههایی چون بیومکانیک و بیومتریال به استفاده از تکنولوژیهای مختلف، در کاربردهای زیستی اشاره دارد و نه به استفاده از قابلیتهای ارگانیزمهای حیاتی در کاربردهای مختلف صنعتی. نانو کامپوزیتها جایگزین خوبی برای بطریهای پلاستیکی نوشیدنیها هستند استفاده از پلاستیک برای ساخت بطری باعث فساد و تغییر طعم نوشیدنی میشوند، نانوکامپوزیتها میتوانند به عنوان مواد بسته بندی جدید استفاده شوند، یک مثال نانوکامپوزیتهای تشکیل شده از نشاسته سیب زمینی و کلسیم کربنات است، این فوم مقاومت خوبی به حرارت دارد، سبک و زیست تخریب پذیر است و میتواند برای بسته بندی مواد غذایی به کار رود. افزودن 5-3% از نانو خاک رس به ماده پلاستیک آن را سبک تر، قویتر و مقاومتر به حرارت می کند و خواص ممانعت کنندگی بهتر در برابر اکسیژن، دی اکسید کربن، رطوبت و مواد فرار دارد (پاپر51، 1999)
2-3-2- کامپوزیت
رشد فزاینده تکنولوژی در سال‌های اخیر باعث شد تا موادی که در دسترس بشر بود برای جامه حقیقت پوشاندن بر رویاهای مدرن کافی نباشد و از این رو تلاش برای رسیدن به مواد جدید آغاز شد. امروزه در بیشتر کاربردهای مهندسی، اغلب به تلفیق خواص مواد نیاز داریم. موادی که ضمن داشتن استحکام بالا، سبک باشند، مقاومت سایشی وجذب UV^1خوبی داشته باشند که از جمله آن انواع کامپوزیت ها را میتوان نام برد.
کامپوزیتها، ترکیبات ساخته شده از پلیمر و پر کننده آلی یا غیر آلی هستند. استفاده از پر کنندهای غیرآلی در ماتریکس پلیمر، استحکام و سفتی پلیمر را افزایش میدهد و تولید آنها به صورت بالقوه میتواند باعث بهبود ویژگیهای مکانیکی مواد بسته بندی و ظروف نشاستهای گردد.
کامپوزیت‌ها از دیدگاه زیستی به دو دسته کامپوزیت‌های طبیعی. مانند استخوان، ماهیچه، چوب و …
و کامپوزیت‌های مصنوعی(مهندسی) تقسیم میشود.
کامپوزیت‌های سبز(کامپوزیت‌های زیست‌تجزیه‌پذیر)
در اینگونه کامپوزیت‌ها، فاز زمینه و تقویت کننده، از موادی که در طبیعت تجزیه می‌شوند، ساخته می‌شوند. در کامپوزیت‌های سبز، معمولاً فاز زمینه از پلیمرهای سنتزی قابل جذب بیولوژیکی و تقویت کننده‌ها از فیبرهای گیاهی ساخته می‌شوند (سورنتینو52 و همکاران، 2007).

2-3-3- تعریف نانو کامپوزیت
فناوری نانو به دلیل تعامل نزدیکی که با سایر رشتههای علوم دارد به سرعت در حال گسترش است و در این علم پلیمر را نیز از مزایای خود بی بهره نگذاشته است. استفاده از فناوری نانو در زمینهی علم پلیمر به تولید پلیمرهای نانوکامپوزیت منجر شده است. نانوکامپوزیتها پلیمرهایی هستند که در آنها از ترکیبات آلی یا غیرآلی مختلفی که دارای اشکال مختلف صفحه ای، کروی و یا به صورت ذرات ریز بوده و اندازه ای در حد ابعاد نانو دارند به عنوان فیلر یا پرکننده استفاده میشود. فیلمهای حاصل از ترکیب نانو مواد و بیوپلیمرها و یا به اصطلاح نانو کامپوزیتهای بیوپلیمری خواص کاربردی مطلوبتری از خود نشان میدهند که مهمترین آنها افزایش مقاومت مکانیکی و کاهش نفوذپذیری نسبت به بخار آب میباشد. افزایش بازدارندگی در برابر نفوذ گازها، افزایش کارایی فیلم در استفاده به عنوان بسته بندی فعال، افزایش مقاومت حرارتی ماده بسته بندی و ایجاد شفافیت و بهبود خواص ظاهری فیلم از دیگر مزایای نانوکامپوزیتهای بیوپلیمری است (قنبرزاده، 1388).

2-3-4- تعریف بایو نانو کامپوزیت
در طول چند سال اخیر “بایونانوکامپوزیت” تبدیل به یک اصطلاح رایج برای تعیین نانوکامپوزیتها که شامل پلیمرهای طبیعی در ترکیب با مواد معدنی هستند و نشان دهنده حداقل یک بعد در مقیاس نانومتر است ( سالمیدی و لاکروکس53، 2006؛ دمورا54 و همکاران، 2012). که ویژگیهای آنها در مقایسه با نانوکامپوزیتهای مشتق شده از پلیمرهای سنتزی بسیار مطلوب تر است ( اوتارا55 و همکاران، 2000). علاوه بر این بایونانوکامپوزیت ها مزیت قابل توجه ای از زیست سازگاری، زیست تخریب پذیری و بهبود ویژگیهای عملکردی به وسیله ارائه بایولوژی یا بخش معدنی نشان دادند. موجودات زنده تولید کننده نانوکامپوزیتهای طبیعی هستند که آرایش ترکیبی از ترکیبات آلی و معدنی در مقیاس نانو نشان میدهد ( فیگویرو56 و همکاران، 2004).
در واقع بایو نانو کامپوزیتها نسل جدیدی از نانوکامپوزیتها هستند که شامل ترکیبی از بیوپلیمرها و مواد معدنی هستند که حداقل یکی از ابعاد آنها در مقیاس نانومتری باشد ( لیو57 و همکاران، 2004). علاوه بر این، مواد بیوپلیمر به عنوان یک فن آوری سبز شناخته شده ( میر58 و همکاران، 1959). و در صنایع دارویی، بسته بندی مواد غذایی و تکنولوژیهای کشاورزی قابلیت تجزیه بیولوژیک و زیست سازگاری از خود نشان داده اند ( رایس59، 1994).

2-3-5- فلز تیتانیوم
بسیاری از مهندسین و طراحان هنوز تیتانیوم را فلزی گران و ناشناخته قلمداد میکنند اما پیشرفت های اخیری که در زمینه تولید این فلز صورت گرفته است نشان می دهد که تیتانیوم ماده ای بسیار فوق العاده برای استفاده های مهندسی است. تیتانیوم با عدد اتمی 22 و نماد Ti از عناصر گروه فلزات واسطه میباشد. نقطه ذوب 1668درجه سانتیگراد، نقطه جوش 3287 درجه سانتیگراد و وزن اتمی 88/47 دارد. یکی از ویژگی های مهم تیتانیوم چگالی پایین آن 506/4 گرم بر سانتیمتر مکعب می باشد. این ویژگی همراه با استحکام و مقاومت بالا در برابر خراشیدگی تیتانیوم را به فلزی ایده آل تبدیل کرد
ه است. تیتانیوم عمدتاً در صنایع هوا فضا و همینطور در کارخانه ها و تجهیزات صنایع شیمیایی مورد استفاده قرار می گیرد. این فلز همچنین در ساخت عینک ها، مهندسی کنترل و فناوری پزشکی خصوصاً مواردی که حد تحمل بیولوژیک از اهمیت زیادی برخوردار است مورد استفاده قرار می گیرد. تیانیوم ماده ای غیر سمی حتی در مقادیر بالا می باشد. همچنین این ماده هیچ نقشی در سیستم طبیعی بدن انسان ایفا نمی کند. بطور تخمینی روزانه 8 میلی گرم تیتانیوم وارد بدن انسان می شود. اگر چه تقریباً بدون جذب شدن از بدن دفع میگردد ( بهاور و همکاران، 1392).

2-3-5-1- نانو دی اکسید تیتانیوم
دی اکسید تیتانیوم در اندازه نانومتری یک فوتو کاتالیست ایده آل است که مهم ترین دلیل وجود این خاصیت در این ماده قابلیت جذب اشعه فرابنفش است. فوتون های فرابنفش بسیار پرانرژی هستند و در بیشتر موارد می توانند به سادگی باعث تخریب اجسام گردند. دی اکسید تیتانیوم با جذب اشعه فرابنفش و به واسطه خاصیت فوتوکاتالیستی خود می تواند پوششی ضد باکتری روی سطوح ایجاد کند و هم چنین مانع از عبور اشعه گردد. وجود همین خواص ویژه، نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم را تبدیل به گزینه ای مناسب برای استفاده در کرم های ضدآفتاب نموده است. حذف بوی نامطبوع و تجزیه سموم آلی و معدنی و میکروارگانیسم های مضر و بیماری زای موجود در آب و فاضلاب کاربرد عمده دیگر این ماده است. نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم خاصیت آب دوستی بالایی دارند ( بهاور و همکاران، 1392).

2-3-6- فیلمهای خوراکی
امروزه آلودگیهای ناشی از پلیمرهای سنتزی، توجه همگان را به استفاده از مواد زیست تخریب پذیر معطوف کرده است و در طی دو دهه اخیر مطالعه بر روی مواد زیست تخریب پذیر حاصل از پروتئین ها و کربوهیدارت ها گسترش وسیعی یافته است. این ماکرومولکول ها به طور بالقوه میتوانند جایگزینی مناسب برای پلیمرهای سنتزی حاصل از مشتقات نفتی به شمار روند. بسته بندی های زیست تخریب پذیر که قابلیت خوراکی بودن و مصرف به همراه ماده غذایی را دارند به دو دسته فیلمها و پوشش های خوراکی تقسیم میشوند. فیلمهای خوراکی قبل از کاربرد در بسته بندی ماده غذایی به صورت لایه ای نازک تولید میشوند و بعد همانند پلیمرهای سنتزی برای بسته بندی به کار میروند. فیلم پوششی یکنواخت و یکپارچه با ضخامت کمتر از 01/0 اینچ است. فیلم ها می توانند به شکل لفاف، کپسول و کیسه تولید شوند که این محصولات با ضخامت مشخصی قالب گیری میشوند. پوششهای خوراکی بر خلاف فیلمها بر روی ماده غذایی تشکیل میشوند. بنابراین پوشش به عنوان بخشی از محصول بوده و موقع استفاده روی محصول باقی میماند. این کار توسط روش هایی نظیر واکس زدن، اسپری کردن و غوطه ور کردن صورت می گیرد. فیلم ها و پوشش های خوراکی در مقایسه با پلیمرهای سنتی دارای مزایای منحصر به فردی میباشند. زیست تخریب پذیری، بازدارندگی خوب از تبادل گازهای تنفسی CO2 و O2 و در نتیجه کنترل تنفس میوهها و سبزیها، بازندارندگی از انتقال و تبادل ترکیبات بودار و طعم دار و همچنین حفاظت محصول در مقابل صدمات مکانیکی از جمله مهمترین مزایای فیلم ها و پوشش های خوراکی می باشند. زمان ماندگاری مواد غذایی از طریق برهمکنش های متعدد آنها با محیط اطراف کنترل شده و با استفاده از فیلم های محافظ افزایش مییابد

دیدگاهتان را بنویسید