فیلترها بر اساس اندازه منافذشان دسته‌بندی می‌شوند و بر این اساس به میکرو فیلترها، آلترافیلتر‌ها و نانوفیلترها طبقه‌بندی می‌شوند. نانو فیلتراسیون در اصل فیلتراسیون با فشار پایین‌تر از اسمز معکوس است. بنابراین قیمت تمام‌شده نانوفیلترها و انرژی مصرفی کمتر است. نانو فیلترها علاوه بر بازیابی عناصری مثل نمک و کلسیم از آب قادر به بازیابی ویروس‌ها و باکتری‌ها نیز هستند.
بنابراین می‌توانند در رفع آلودگی آب‌های ذخیره، نوشیدنی انسان و آب‌های کشاورزی استفاده شوند. همچنین در تغلیظ عوامل بیولوژیکی موجود در هوا و آب و تجزیه آئروسل از جریان‌های هوا و پاتوژن موثرند. ]نانو فیلترها می‌توانند به فیلتراسیون سریع خون کمک فراوانی کنند. در حال حاضر مسمومیت خونی یکی از مشکلات جدی در جهان است و خطر عفونت در واحد‌هایی که نیاز به مراقبت شدیدتری دارند بیشتر است چون مریض‌ها آسیب‌پذیرترند. اگر مسمومیت خونی اتفاق بیافتد باید هرچه سریع‌تر خون از عامل مسمومیت پاک شود.[
برای تشخیص، بایستی عامل عفونت پلاسما و اندوتوکسین از هم جدا شوند تا عامل عفونت شناسایی شود با استفاده از نانوفیلترها می‌توان در یک مرحله پلاسما و‌اندوتوکسین را جدا کرده و عامل مسمومیت شناسایی شده و خون تمیز شود.
علاوه بر این نانو فیلترها می‌توانند در جداسازی بیوتکنولوژی باکتری، ویروس و اسید نوکلئیک، تصفیه DNA، جذب پروتئین و اسید نوکلئیک‌ها، سوبستراها برای کشت batch، آلترافیلتراسیون محصولات آشامیدنی و غذایی و استرلیزه کردن سرم‌های پزشکی و سیالات بیولوژیکی استفاده شوند.
نانوفیلترهای سلولزی طبق ویژگی‌های زیر بهسازی شده‌اند.
- انتقال موثر‌تر و بیشتر ویروس و باکتری (بیش از 9999/99 درصد)
- قدرت جریانی چندین برابر، با نفوذتر از فیلتر‌های غشایی دارند.
- ظرفیت بیشتر برای ذرات و گرفتگی کمتر توسط نانو ذرات یا نانو کلوئیدها، ظرفیت با افزایش ضخامت فیلتر بیشتر می‌شود.
- نقطه معیوبی مقاومتر و ترمیم‌گر، در حالی که چنین عملی در فیلتر غشایی وجود ندارد.
- فلزات سنگین محلول را توسط تبادل یونی جدا می‌کنند
- فیلتراسیون نانو ذرات و میکرون‌هایی که حاوی ایزوتوپ‌های پرتوزا هستند.
نانو فیلتر برای رفع آلودگی از سطوح سوربانت یکی از عوامل فعال فاضلاب که برای سطوح به کار می‌رود، استفاده می‌شود و پس از آن عوامل بیولوژیکی چسبیده شده را جمع‌آوری می‌کند. برخی از کارشناسان مفهوم ساخت و تولید مولکولی را که در آن اشیا، اتم به اتم یا مولکول به مولکول ساخته می‌شوند را ابداع کرده‌اند. با استفاده از این روش و بلوک‌های سازنده می‌توان ماشین مولکولی را تولید کرد. این ماشین مولکولی که با عنوان نانوروبات از آن یاد می‌شود کاربردهای متعددی دارد. از جمله کاربردهای نانوروبات‌ها می‌توان به ثبت برخی پارامترهای مهم فیزیکی یا بیولوژیکی برای محافظت مواد غذایی یا محصولات کشاورزی اشاره کرد. همچنین با استفاده از آنها می‌توان سلامت محصول یا دام را به‌طور مرتب بررسی کرد. عناوین زیر به عنوان قسمت‌های مهم صنعت غذا و کشاورزی مطرح هستند.
میکرو سیال
سیال‌ها در اندازه ماکرو در زندگی بشر استفاده می‌شوند. در مقیاس میکروکانال‌های میکرو، سیالات را جا‌به‌جا می‌کنند و امکان کنترل دقیق مواد به محیط‌زیست و سلول‌های ظریف میکروسکوپی را می‌دهند. در مقیاس میکروسکوپی به نظر می‌رسد که میکرو کانال‌ها برای جابه جایی مواد ویسکوز مثل ملاس استفاده می‌شوند. زمانی که دو یا چند کانال میکرو سیال به جو واحدی ملحق می‌شوند مخلوط نشده و این ویژگی جریان لمینار است. سلول‌های زنده امکان استفاده از جریان لمینار را می‌دهند. میکروسیال‌ها برای تشخیص بیماری، دستکاری DNA، فرآیند تنظیم و کنترل غذا استفاده می‌شوند.
نانو بیوپروسس
بیوپروسس از فرآیند‌های بیولوژیکی طبیعی برای ایجاد ترکیبات مطلوب از مواد خام معین مثل مواد کمپوست (کود) از فضولات حیوانی و گیاهی در نانو پروسس از ردیاب‌های مولکولی (کاوشگر) یا ابزار‌هایی که امکان تشخیص سریع میکروب موجود در مواد خام را می‌دهد استفاده می‌کند.
نانو سنسور‌های بیو آنالیزی
با استفاده از این سنسورها شناسایی مقادیر بسیار کم آلودگی شیمیایی، ویروس یا باکتری در سیستم کشاورزی و غذایی امکان پذیر است. این سنسورها به عنوان بخش‌های بیولوژیکی استفاده می‌شوند.
بیوتکنولوژی و بهداشت
بیش از 40 سال پیش بود که ریچارد فینمن تکنولوژی را مطرح کرد که با استفاده از جعبه ابزار طبیعت اجسام را اتم به اتم یا مولکول به مولکول می‌ساخت. در دو دهة اخیر شاهد اولین جرقه‌های این تصور بوده‌ایم و برخی نوآوری‌ها و کشفیات کلیدی در این مدت مشاهده شده‌اند، مثلا میکروسکوپ تونلی روبشی (Scanning Tunneling Microscope) که می‌تواند تصویری از یک اتم واحد به ما دهد و با مهارت آن را کنترل کند، و یا خانواده‌ای از مولکول‌ها نظیر باکی‌بال‌ها و نانوتیوپ‌های کربنی را که خواص منحصر به فردی دارند تصویر‌سازی کند و خواص‌شان را کنترل کند.
همچنین مقیاس‌های نانومتری اندازه مولکول‌های بیولوژیکی نظیر DNA و پروتئین‌ها و مواد غیرآلی شامل نیمه‌‌هادی‌ها، سرامیک‌ها و فلزات نانو ساختاری را پوشش می‌دهد. این همپوشانی تشکیل مواد هیبریدی نانومتری که خواص و عملکرد‌های منحصر به فردی دارند را امکان‌پذیر ساخته است.
اگر ما تخیلاتمان را گسترش دهیم، می‌توانیم تکنولوژی‌هایی را تصور کنیم که متفاوت از تکنولوژی‌های فعلی خواهند بود. به عنوان مثال پردازش و ذخیره اطلاعات می‌تواند بر پایه بیت‌های اطلاعاتی انجام گیرد که به عنوان ذرات واحدی (الکترون‌ها یا فوتون‌ها) تعریف شده‌اند، بنابراین تغییرات عظیمی در چگالی و مصرف برق ایجاد می‌شود. مراقبت‌های بهداشتی و بیوتکنولوژیکی می‌توانند متکی بر اسمبل‌های مولکولی نانو ساخته شوند که دارو را در بدن ما به محل دقیق مورد نیاز آن می‌فرستند و یا تومور‌های سرطانی را در آغاز تکوین ردیابی می‌کنند.
انسان می‌تواند موتور‌هایی بر پایه مواد نانو ترموالکتریک را متصور شود که نه‌تنها قابلیت عملکرد بالاتری از دستگاههای امروزی خواهند داشت، بلکه از نظر زیست‌محیطی نیز بی‌خطرتر هستند. اگر تمامی این اهداف برآورده شوند، یک پایه تکنولوژیکی جدید پدید خواهد آورد که اثرات اجتماعی و اقتصادی اساسی خواهد داشت.
در شماره‌های قبل گفتیم علم نانو، عبارت است از مطالعه و پژوهش وسایل و ساختار‌هایی در کوچک‌ترین واحد دیمانسیون (200) نانومتر یا کوچک‌تر است. در واقع می‌توان گفت نانو تکنولوژی یک رشته نیست بلکه رویکرد جدیدی در تمام رشته هاست. برای نانو تکنولوژی کاربرد‌هایی را در حوزه‌های مختلف از غذا، دارو تشخیص پزشکی و بیوتکنولوژی تا الکترونیک، کامپیوتر، ارتباطات، حمل ونقل، انرژی، محیط زیست، مواد هوا و فضا و امنیت ملی برشمرده‌اند. کاربردهای وسیع این عرصه و پیامد‌های اجتماعی سیاسی و حقوقی آن، این فناوری را به‌عنوان زمینه فرارشته‌ای و فرا بخش مطرح کرده است.
همچنین در شماره‌های قبل گفته شد از نانو تکنولوژی می‌توان برای توسعه کاربردهای مواد در اندازه‌های کوچک، بهسازی، کنترل انتقال محموله، شناسایی آلودگی و تولید ابزار هایی بسیارکوچک که کاربرد در صنایع غذایی دارند استفاده کرد، در این شماره به دو کاربرد مهم دیگر از این تکنولوژی در صنایع غذایی خواهیم پرداخت.
کاربردهای نانو در صنعت بسته‌بندی غذا Nano packaging
امروزه بسته‌بندی غذا به خصوص روی کنترل و تنظیم متمرکز شده است. در تکنولوژی‌های پیشرفته بسته‌بندی با استفاده از نانو موادی هوشمند انجام می‌شود که می‌توانند نسبت به شرایط محیطی پاسخ دهند و خود را ترمیم کنند و مصرف‌کننده را نسبت به آلودگی یا حضور پاتوژن آگاه کنند.
بسته‌بندی‌های هوشمند در صنایع غذایی به محض شروع فساد در ماده غذایی در داخل بسته، از خود ماده نگهدارنده آزاد کرده و تغییرات دمایی، ترشح رطوبت و مایعات را از ماده غذایی داخل بسته تشخیص داده و به مصرف‌کننده اعلام می‌کنند. فیلم پلاستیکی شفافی به نام دورتان که حاوی نانو مواد رسی است در سراسر پلاستیک پراکنده است و قادر است که اکسیژن، دی اکسید کربن و رطوبت را برای حفظ گوشت و سایر غذاها بلوکه کند. این ماده می‌تواند پلاستیک‌های روشن‌تر و مقاوم به حرارت ایجاد کند. پژوهشگران روی بطری‌های پلاستیکی برای بسته‌بندی نوشیدنی‌ها در حال تحقیق‌اند . این مواد عمر ماندگاری شش ماهه به نوشیدنی‌ها خواهند داد. با استفاده از نانوآکرها می‌توان پلاستیکی تولید کرد که عمر ماندگاری نوشیدنی‌ها را تا حدود 18 ماه افزایش دهد.
شرکت کداک از بسته‌بندی اکتیو که اکسیژن را برای حفظ کیفیت و تازگی غذا جذب می‌کند استفاده کرده است .همچنین شرکت کرافت از بسته بندی حاوی سنسور به نام Electronic Tongue استفاده می‌کند این بسته بندی تا حد PPT(part per trillion) را شناسایی و مصرف کننده را از تغییرات رنگ و آغاز فساد غذا آگاه می‌سازد .
فرآیند تولید پلاستیک آنتی باکتریال برای ظروف نوشیدنی و غذایی با استفاده از نانو پودرهای آنتی باکتریایی فیلم های مورد استفاده برای مواد غذایی که حداقل یک لایه کوپلی آمیدی از 10 تا1000 ppm نانو مواد پخش شده باشد استفاده می‌کنند.
یکی دیگرازکاربردهای تکنولوژی نانو، ساخت ظروف غذا و نوشیدنی خود سرد کن Self-cooling است. مواد پلی الفین که از تلفیق ذرات نانو فاز تشکیل شده است. بسته‌بندی لمینت برای مواد سیال مثل شیر و آب‌میوه به همراه یک لایه پلی‌الفین که از ذرات رسی در اندازه نانو با خاصیت مقاومت به گاز تشکیل شده از نمونه‌های این کاربرد است .
از کاربردهای دیگر نانو در صنعت بسته‌بندی غذا، برچسب‌گذاری و پایش مواد غذایی است. برچسب‌ها به گونه‌ای طراحی شده‌اند، که از فاصله بسیار دور قابل اسکن بوده و صندوق‌دار در فروشگاه می‌تواند در یک لحظه تمام خرید مشتری و تاریخ مصرف محصولات را کنترل کند.
بسته‌بندی هوشمند منجر به طولانی‌شدن عمر ماندگاری محصول می‌شود. نانو کپسول‌ها در سس‌های گوجه یا کلوچه‌های شکلاتی به بهبود ایمنی محصول کمک می‌کنند. برخی شرکت‌ها بسته‌بندی هوشمندی را طراحی کرده‌اند که می‌تواند برای جلوگیری از پوکی استخوان مولکول‌های کلسیم آزاد کنند. همچنین نوشیدنی‌های فاقد طعمی طراحی شده است که حاوی صدها طعم در نانو کپسول‌ها هستند.
تولید غذاهای نانو Nano Food
از دیگر کاربردهای نانوتکنولوژی در صنایع غذایی، غذاهای مولکولی است. بر پایه پیشرفت‌هایی که در چندین سال آینده این علم خواهد داشت، نانو رباط‌ها قادر خواهند بود که از کربن، هیدروژن و اکسیژن موجود در آب یا هوا برای انسان غذا تولید کنند به گونه‌ای که دیگر برای تولید غذا نیازی به مزارع کشاورزی و دامپروری نخواهد بود. غذاهای مولکولی می‌توانند در داخل گردش خون به حرکت درآمده و عروق را از بقایای چربی پاک کنند و پاتوژن‌ها را بکشند. همچنین برخی شرکت‌ها غذاهای هوشمندی را طراحی کرده‌اند که با توجه به شخصیت مصرف‌کننده رنگ، طعم و مواد مغذی آن تغییر می‌کند. ماکروویوهای خانگی می‌توانند رنگ، طعم، غلظت و بافت انتخابی را آزاد کنند. در عوض برداشت غلات، گوشت برای تامین کربوهیدرات و پروتئین Nanobots می‌توانند استیک یا آرد را از اتم‌های موجود در هوا تامین کنند.
مهندسی مولکولی قادر است که رشد را بدون محدودیت خاک، مزرعه، دانه و کشاورز انجام دهند و دنیای بدون قحطی را فراهم کنند. نانو ماشین‌ها می‌توانند مقدار نامحدودی غذا را از طریق سنتز در سطح اتمی ایجاد و گرسنگی را از بین ببرند . تولید غذا در سطح مولکولی بیشتر یک هدف جاه‌طلبانه نانوتکنولوژی است و آنها مدعی‌اند که راندمان کشاورزی بالا رفته و محتوای مواد مغذی غذاها زیاد شده و عوامل آلرژی‌زا حذف می‌شود .
نتیجه گیری
در این سلسله مقالات فرصت‌های روشنی از نانوتکنولوژی در صنعت غذا ارائه شد. برخی از کاربردهای پیش‌بینی‌شده ما را سریع‌تر به هدف می‌رساند اگرچه با پیشرفت علوم در ابتدا، نوآوری تکنولوژیکی را نمی‌توان پیش‌بینی کرد اما در صنعت فعلی نقطه عطفی محسوب می‌شود و می‌توان امیدوار بود که با پیشرفت در نانوتکنولوژی توانایی‌های جدیدی فرا گرفت و اهداف خاصی را دنبال کرد .
نانوتکنولوژی بیش از 135 کاربرد در صنعت غذا دارد و این مقدار همچنان رو به فزونی است. معمولا نانوتکنولوژی به‌عنوان روشی مدرن برای دستکاری مواد قابل توجه است و این ویژگی نوین علم مواد، درصنعت غذا تاثیرگذار است. حال جای این پرسش است که آیا صنعت غذا می‌تواند از پیشرفت علم مواد نهایت استفاده را ببرد و به تمامی اهداف بیان شده برسد یا نه؟ آیا افزودن نانو مواد به غذا سلامتی را تهدید می‌کند یا نه؟
در پایان باید به این نکته نیز اشاره کرد که نانو مواد با تمامی جذابیت‌های گفته شده درحال حاضر دارای مضراتی هم است و فرضیه‌هایی برای جنبه‌های منفی آن مطرح است . یکی از این فرضیه‌ها، فرضیه Gray Goo است که بر این اساس استوار است که نانو اسمبلرها ممکن است زمانی خارج از کنترل انسان در آیند و در نتیجه آن سیاره و هر موجود زنده دیگر موجود در آن را به توده جرمی یکنواخت اما کاملا بدون استفاده از ذرات و اشیا تبدیل کند. Gray Goo فرضیه نانواسمبلرهای خودکار و غبار خاکستری رنگ یا توده لزج خاکستری رنگ است و از جمله معایب نانو است. امید است با گسترش هرچه بیشتر این علم جنبه‌های تاریک آن روشن‌تر و مضرات آن نیز کاهش یابد.
بنابراین می‌توانند در رفع آلودگی آب‌های ذخیره، نوشیدنی انسان و آب‌های کشاورزی استفاده شوند. همچنین در تغلیظ عوامل بیولوژیکی موجود در هوا و آب و تجزیه آئروسل از جریان‌های هوا و پاتوژن موثرند. ]نانو فیلترها می‌توانند به فیلتراسیون سریع خون کمک فراوانی کنند. در حال حاضر مسمومیت خونی یکی از مشکلات جدی در جهان است و خطر عفونت در واحد‌هایی که نیاز به مراقبت شدیدتری دارند بیشتر است چون مریض‌ها آسیب‌پذیرترند. اگر مسمومیت خونی اتفاق بیافتد باید هرچه سریع‌تر خون از عامل مسمومیت پاک شود.[
برای تشخیص، بایستی عامل عفونت پلاسما و اندوتوکسین از هم جدا شوند تا عامل عفونت شناسایی شود با استفاده از نانوفیلترها می‌توان در یک مرحله پلاسما و‌اندوتوکسین را جدا کرده و عامل مسمومیت شناسایی شده و خون تمیز شود.
علاوه بر این نانو فیلترها می‌توانند در جداسازی بیوتکنولوژی باکتری، ویروس و اسید نوکلئیک، تصفیه DNA، جذب پروتئین و اسید نوکلئیک‌ها، سوبستراها برای کشت batch، آلترافیلتراسیون محصولات آشامیدنی و غذایی و استرلیزه کردن سرم‌های پزشکی و سیالات بیولوژیکی استفاده شوند.
نانوفیلترهای سلولزی طبق ویژگی‌های زیر بهسازی شده‌اند.
- انتقال موثر‌تر و بیشتر ویروس و باکتری (بیش از 9999/99 درصد)
- قدرت جریانی چندین برابر، با نفوذتر از فیلتر‌های غشایی دارند.
- ظرفیت بیشتر برای ذرات و گرفتگی کمتر توسط نانو ذرات یا نانو کلوئیدها، ظرفیت با افزایش ضخامت فیلتر بیشتر می‌شود.
- نقطه معیوبی مقاومتر و ترمیم‌گر، در حالی که چنین عملی در فیلتر غشایی وجود ندارد.
- فلزات سنگین محلول را توسط تبادل یونی جدا می‌کنند
- فیلتراسیون نانو ذرات و میکرون‌هایی که حاوی ایزوتوپ‌های پرتوزا هستند.
نانو فیلتر برای رفع آلودگی از سطوح سوربانت یکی از عوامل فعال فاضلاب که برای سطوح به کار می‌رود، استفاده می‌شود و پس از آن عوامل بیولوژیکی چسبیده شده را جمع‌آوری می‌کند. برخی از کارشناسان مفهوم ساخت و تولید مولکولی را که در آن اشیا، اتم به اتم یا مولکول به مولکول ساخته می‌شوند را ابداع کرده‌اند. با استفاده از این روش و بلوک‌های سازنده می‌توان ماشین مولکولی را تولید کرد. این ماشین مولکولی که با عنوان نانوروبات از آن یاد می‌شود کاربردهای متعددی دارد. از جمله کاربردهای نانوروبات‌ها می‌توان به ثبت برخی پارامترهای مهم فیزیکی یا بیولوژیکی برای محافظت مواد غذایی یا محصولات کشاورزی اشاره کرد. همچنین با استفاده از آنها می‌توان سلامت محصول یا دام را به‌طور مرتب بررسی کرد. عناوین زیر به عنوان قسمت‌های مهم صنعت غذا و کشاورزی مطرح هستند.
میکرو سیال
سیال‌ها در اندازه ماکرو در زندگی بشر استفاده می‌شوند. در مقیاس میکروکانال‌های میکرو، سیالات را جا‌به‌جا می‌کنند و امکان کنترل دقیق مواد به محیط‌زیست و سلول‌های ظریف میکروسکوپی را می‌دهند. در مقیاس میکروسکوپی به نظر می‌رسد که میکرو کانال‌ها برای جابه جایی مواد ویسکوز مثل ملاس استفاده می‌شوند. زمانی که دو یا چند کانال میکرو سیال به جو واحدی ملحق می‌شوند مخلوط نشده و این ویژگی جریان لمینار است. سلول‌های زنده امکان استفاده از جریان لمینار را می‌دهند. میکروسیال‌ها برای تشخیص بیماری، دستکاری DNA، فرآیند تنظیم و کنترل غذا استفاده می‌شوند.
نانو بیوپروسس
بیوپروسس از فرآیند‌های بیولوژیکی طبیعی برای ایجاد ترکیبات مطلوب از مواد خام معین مثل مواد کمپوست (کود) از فضولات حیوانی و گیاهی در نانو پروسس از ردیاب‌های مولکولی (کاوشگر) یا ابزار‌هایی که امکان تشخیص سریع میکروب موجود در مواد خام را می‌دهد استفاده می‌کند.
نانو سنسور‌های بیو آنالیزی
با استفاده از این سنسورها شناسایی مقادیر بسیار کم آلودگی شیمیایی، ویروس یا باکتری در سیستم کشاورزی و غذایی امکان پذیر است. این سنسورها به عنوان بخش‌های بیولوژیکی استفاده می‌شوند.
بیوتکنولوژی و بهداشت
بیش از 40 سال پیش بود که ریچارد فینمن تکنولوژی را مطرح کرد که با استفاده از جعبه ابزار طبیعت اجسام را اتم به اتم یا مولکول به مولکول می‌ساخت. در دو دهة اخیر شاهد اولین جرقه‌های این تصور بوده‌ایم و برخی نوآوری‌ها و کشفیات کلیدی در این مدت مشاهده شده‌اند، مثلا میکروسکوپ تونلی روبشی (Scanning Tunneling Microscope) که می‌تواند تصویری از یک اتم واحد به ما دهد و با مهارت آن را کنترل کند، و یا خانواده‌ای از مولکول‌ها نظیر باکی‌بال‌ها و نانوتیوپ‌های کربنی را که خواص منحصر به فردی دارند تصویر‌سازی کند و خواص‌شان را کنترل کند.
همچنین مقیاس‌های نانومتری اندازه مولکول‌های بیولوژیکی نظیر DNA و پروتئین‌ها و مواد غیرآلی شامل نیمه‌‌هادی‌ها، سرامیک‌ها و فلزات نانو ساختاری را پوشش می‌دهد. این همپوشانی تشکیل مواد هیبریدی نانومتری که خواص و عملکرد‌های منحصر به فردی دارند را امکان‌پذیر ساخته است.
اگر ما تخیلاتمان را گسترش دهیم، می‌توانیم تکنولوژی‌هایی را تصور کنیم که متفاوت از تکنولوژی‌های فعلی خواهند بود. به عنوان مثال پردازش و ذخیره اطلاعات می‌تواند بر پایه بیت‌های اطلاعاتی انجام گیرد که به عنوان ذرات واحدی (الکترون‌ها یا فوتون‌ها) تعریف شده‌اند، بنابراین تغییرات عظیمی در چگالی و مصرف برق ایجاد می‌شود. مراقبت‌های بهداشتی و بیوتکنولوژیکی می‌توانند متکی بر اسمبل‌های مولکولی نانو ساخته شوند که دارو را در بدن ما به محل دقیق مورد نیاز آن می‌فرستند و یا تومور‌های سرطانی را در آغاز تکوین ردیابی می‌کنند.
انسان می‌تواند موتور‌هایی بر پایه مواد نانو ترموالکتریک را متصور شود که نه‌تنها قابلیت عملکرد بالاتری از دستگاههای امروزی خواهند داشت، بلکه از نظر زیست‌محیطی نیز بی‌خطرتر هستند. اگر تمامی این اهداف برآورده شوند، یک پایه تکنولوژیکی جدید پدید خواهد آورد که اثرات اجتماعی و اقتصادی اساسی خواهد داشت.
در شماره‌های قبل گفتیم علم نانو، عبارت است از مطالعه و پژوهش وسایل و ساختار‌هایی در کوچک‌ترین واحد دیمانسیون (200) نانومتر یا کوچک‌تر است. در واقع می‌توان گفت نانو تکنولوژی یک رشته نیست بلکه رویکرد جدیدی در تمام رشته هاست. برای نانو تکنولوژی کاربرد‌هایی را در حوزه‌های مختلف از غذا، دارو تشخیص پزشکی و بیوتکنولوژی تا الکترونیک، کامپیوتر، ارتباطات، حمل ونقل، انرژی، محیط زیست، مواد هوا و فضا و امنیت ملی برشمرده‌اند. کاربردهای وسیع این عرصه و پیامد‌های اجتماعی سیاسی و حقوقی آن، این فناوری را به‌عنوان زمینه فرارشته‌ای و فرا بخش مطرح کرده است.
همچنین در شماره‌های قبل گفته شد از نانو تکنولوژی می‌توان برای توسعه کاربردهای مواد در اندازه‌های کوچک، بهسازی، کنترل انتقال محموله، شناسایی آلودگی و تولید ابزار هایی بسیارکوچک که کاربرد در صنایع غذایی دارند استفاده کرد، در این شماره به دو کاربرد مهم دیگر از این تکنولوژی در صنایع غذایی خواهیم پرداخت.
کاربردهای نانو در صنعت بسته‌بندی غذا Nano packaging
امروزه بسته‌بندی غذا به خصوص روی کنترل و تنظیم متمرکز شده است. در تکنولوژی‌های پیشرفته بسته‌بندی با استفاده از نانو موادی هوشمند انجام می‌شود که می‌توانند نسبت به شرایط محیطی پاسخ دهند و خود را ترمیم کنند و مصرف‌کننده را نسبت به آلودگی یا حضور پاتوژن آگاه کنند.
بسته‌بندی‌های هوشمند در صنایع غذایی به محض شروع فساد در ماده غذایی در داخل بسته، از خود ماده نگهدارنده آزاد کرده و تغییرات دمایی، ترشح رطوبت و مایعات را از ماده غذایی داخل بسته تشخیص داده و به مصرف‌کننده اعلام می‌کنند. فیلم پلاستیکی شفافی به نام دورتان که حاوی نانو مواد رسی است در سراسر پلاستیک پراکنده است و قادر است که اکسیژن، دی اکسید کربن و رطوبت را برای حفظ گوشت و سایر غذاها بلوکه کند. این ماده می‌تواند پلاستیک‌های روشن‌تر و مقاوم به حرارت ایجاد کند. پژوهشگران روی بطری‌های پلاستیکی برای بسته‌بندی نوشیدنی‌ها در حال تحقیق‌اند . این مواد عمر ماندگاری شش ماهه به نوشیدنی‌ها خواهند داد. با استفاده از نانوآکرها می‌توان پلاستیکی تولید کرد که عمر ماندگاری نوشیدنی‌ها را تا حدود 18 ماه افزایش دهد.
شرکت کداک از بسته‌بندی اکتیو که اکسیژن را برای حفظ کیفیت و تازگی غذا جذب می‌کند استفاده کرده است .همچنین شرکت کرافت از بسته بندی حاوی سنسور به نام Electronic Tongue استفاده می‌کند این بسته بندی تا حد PPT(part per trillion) را شناسایی و مصرف کننده را از تغییرات رنگ و آغاز فساد غذا آگاه می‌سازد .
فرآیند تولید پلاستیک آنتی باکتریال برای ظروف نوشیدنی و غذایی با استفاده از نانو پودرهای آنتی باکتریایی فیلم های مورد استفاده برای مواد غذایی که حداقل یک لایه کوپلی آمیدی از 10 تا1000 ppm نانو مواد پخش شده باشد استفاده می‌کنند.
یکی دیگرازکاربردهای تکنولوژی نانو، ساخت ظروف غذا و نوشیدنی خود سرد کن Self-cooling است. مواد پلی الفین که از تلفیق ذرات نانو فاز تشکیل شده است. بسته‌بندی لمینت برای مواد سیال مثل شیر و آب‌میوه به همراه یک لایه پلی‌الفین که از ذرات رسی در اندازه نانو با خاصیت مقاومت به گاز تشکیل شده از نمونه‌های این کاربرد است .
از کاربردهای دیگر نانو در صنعت بسته‌بندی غذا، برچسب‌گذاری و پایش مواد غذایی است. برچسب‌ها به گونه‌ای طراحی شده‌اند، که از فاصله بسیار دور قابل اسکن بوده و صندوق‌دار در فروشگاه می‌تواند در یک لحظه تمام خرید مشتری و تاریخ مصرف محصولات را کنترل کند.
بسته‌بندی هوشمند منجر به طولانی‌شدن عمر ماندگاری محصول می‌شود. نانو کپسول‌ها در سس‌های گوجه یا کلوچه‌های شکلاتی به بهبود ایمنی محصول کمک می‌کنند. برخی شرکت‌ها بسته‌بندی هوشمندی را طراحی کرده‌اند که می‌تواند برای جلوگیری از پوکی استخوان مولکول‌های کلسیم آزاد کنند. همچنین نوشیدنی‌های فاقد طعمی طراحی شده است که حاوی صدها طعم در نانو کپسول‌ها هستند.
تولید غذاهای نانو Nano Food
از دیگر کاربردهای نانوتکنولوژی در صنایع غذایی، غذاهای مولکولی است. بر پایه پیشرفت‌هایی که در چندین سال آینده این علم خواهد داشت، نانو رباط‌ها قادر خواهند بود که از کربن، هیدروژن و اکسیژن موجود در آب یا هوا برای انسان غذا تولید کنند به گونه‌ای که دیگر برای تولید غذا نیازی به مزارع کشاورزی و دامپروری نخواهد بود. غذاهای مولکولی می‌توانند در داخل گردش خون به حرکت درآمده و عروق را از بقایای چربی پاک کنند و پاتوژن‌ها را بکشند. همچنین برخی شرکت‌ها غذاهای هوشمندی را طراحی کرده‌اند که با توجه به شخصیت مصرف‌کننده رنگ، طعم و مواد مغذی آن تغییر می‌کند. ماکروویوهای خانگی می‌توانند رنگ، طعم، غلظت و بافت انتخابی را آزاد کنند. در عوض برداشت غلات، گوشت برای تامین کربوهیدرات و پروتئین Nanobots می‌توانند استیک یا آرد را از اتم‌های موجود در هوا تامین کنند.
مهندسی مولکولی قادر است که رشد را بدون محدودیت خاک، مزرعه، دانه و کشاورز انجام دهند و دنیای بدون قحطی را فراهم کنند. نانو ماشین‌ها می‌توانند مقدار نامحدودی غذا را از طریق سنتز در سطح اتمی ایجاد و گرسنگی را از بین ببرند . تولید غذا در سطح مولکولی بیشتر یک هدف جاه‌طلبانه نانوتکنولوژی است و آنها مدعی‌اند که راندمان کشاورزی بالا رفته و محتوای مواد مغذی غذاها زیاد شده و عوامل آلرژی‌زا حذف می‌شود .
نتیجه گیری
در این سلسله مقالات فرصت‌های روشنی از نانوتکنولوژی در صنعت غذا ارائه شد. برخی از کاربردهای پیش‌بینی‌شده ما را سریع‌تر به هدف می‌رساند اگرچه با پیشرفت علوم در ابتدا، نوآوری تکنولوژیکی را نمی‌توان پیش‌بینی کرد اما در صنعت فعلی نقطه عطفی محسوب می‌شود و می‌توان امیدوار بود که با پیشرفت در نانوتکنولوژی توانایی‌های جدیدی فرا گرفت و اهداف خاصی را دنبال کرد .
نانوتکنولوژی بیش از 135 کاربرد در صنعت غذا دارد و این مقدار همچنان رو به فزونی است. معمولا نانوتکنولوژی به‌عنوان روشی مدرن برای دستکاری مواد قابل توجه است و این ویژگی نوین علم مواد، درصنعت غذا تاثیرگذار است. حال جای این پرسش است که آیا صنعت غذا می‌تواند از پیشرفت علم مواد نهایت استفاده را ببرد و به تمامی اهداف بیان شده برسد یا نه؟ آیا افزودن نانو مواد به غذا سلامتی را تهدید می‌کند یا نه؟
در پایان باید به این نکته نیز اشاره کرد که نانو مواد با تمامی جذابیت‌های گفته شده درحال حاضر دارای مضراتی هم است و فرضیه‌هایی برای جنبه‌های منفی آن مطرح است . یکی از این فرضیه‌ها، فرضیه Gray Goo است که بر این اساس استوار است که نانو اسمبلرها ممکن است زمانی خارج از کنترل انسان در آیند و در نتیجه آن سیاره و هر موجود زنده دیگر موجود در آن را به توده جرمی یکنواخت اما کاملا بدون استفاده از ذرات و اشیا تبدیل کند. Gray Goo فرضیه نانواسمبلرهای خودکار و غبار خاکستری رنگ یا توده لزج خاکستری رنگ است و از جمله معایب نانو است. امید است با گسترش هرچه بیشتر این علم جنبه‌های تاریک آن روشن‌تر و مضرات آن نیز کاهش یابد.
دیدگاه ها