موضوع : نانوذرات ضد میکروبی و کامپوزیت های پلیمری زیست تخریب پذیر برای کاربردهای بسته بندی مواد غذایی فعال
فهرست مطالب
چکیده
معرفی
معایب و مشکلات مواد پلاستیکی
فعال آنتی باکتریال
پلیمرهای زیست تخریب پذیر
بسته بندی فعال
نانوپرکننده ها
نانوذرات اکسید فلز و فلز به عنوان نانوپرکننده های آنتی باکتریال
بیوپلیمرهای NP نقره
بیوپلیمرهای NP طلا
نانوذرات مس و اکسید مس
نانوذرات دی اکسید تیتانیوم
نانوذرات اکسید روی
نانوذرات اکسید منیزیم
نانو ذرات سیلیکا مزوپور به عنوان نانوپرکننده های آنتی باکتریال
نانوپرکننده های مبتنی بر کربن به عنوان آنتی باکتریال NP
رگولاتوری و بازار وضعیت
نتیجه گیری و آینده روندها
چکیده
نگهداری طولانی مدت با کیفیت بالا صنعت غذا را با چالش های متعددی مواجه است.
در این بررسی مواد کامپوزیتی ضد میکروبی ونانومواد را در بسته بندی مواد غذایی فعال که ترکیبی از نانوذرات ضد باکتری بسیار کارآمد بحث میکنیم
تحقیق و توسعه مواد ضد میکروبی برای کاربردهای غذایی فناوری های بسته بندی آنتی باکتریایی فعالی را ارائه کرده اند که قادر به مقابله با این چالش ها هستند.
معرفی
بیماری های منتقله از غذا یکی از نگرانی های بهداشت عمومی جهانی است که سالانه 600 میلیون مورد بیماری ناشی از مواد غذایی آلوده و به طور متوسط سالانه 420000 مرگ و میر را شامل می شود.
حفظ ایمنی و کیفیت محصولات از پردازش و ساخت تا جابجایی و نگهداری تا زمانی که محصولات برای مدت طولانی ضروری است.
موادپلاستیکی مبتنی بر نفت (مانند پلی اتیلن ترفتالات، پلی پروپیلن و پلی استایرن) برای بسته بندی مواد غذایی برای محافظت از محتویات در برابر آلودگی و فساد و تسهیل حمل و نقل و ذخیره سازی استفاده می شود.
مواد پلاستیکی نمی توانند به طور کامل از مواد غذایی در برابرمحیط محافظت کنند.
معایب و مشکلات مواد پلاستیکی
به همین علت عوامل جدید مبتنی بر نانومواد فعال در بسته بندی گنجانده شده اند تا توانایی فیلم های پلیمری سازگار با محیط زیست را برای محافظت از محصولات غذایی در برابر، نور، رطوبت اکسیژن و سایرعوامل محیطی که باعث تخریب غذا میشوند، بهبود بخشند.
1. نمی توانند به طور کامل از مواد غذایی در برابرمحیط محافظت کنند.
2. نمی توانند کیفیت و ایمنی محصول را به طور کامل تضمین کنند.
3. باعث ایجاد مشکلات زیست محیطی
4. باعث ایجاد مواد زیست تخریب پذیر جدید
فعال آنتی باکتریال
نسخه ای از بسته بندی فعال است که حاوی عوامل ضد میکروبی است که میتواند با فضای سر و مواد غذایی بسته بندی شده با هدف جلوگیری از آلودگی باکتریایی تعامل داشته باشد.
بسته بندی ضدباکتری با آزاد کردن مواد فعال بر روی ماده غذایی با محیط اطراف عمل می کند و فاز رشد میکروارگانیسم های موجود در سطح غذای بسته بندی شده را مهار می کنند.
حفظ کیفیت و ایمنی غذا
شرایط نگهداری بهبود
ماندگاری و تازگی غذا افزایش
خواص منحصر به فرد نانوساختارها و نانومواد، مانند اندازه کوچک نسبت سطح به حجم بالا و اثرات کوانتومی آنها را برای کاربردهای متنوع در صنایع غذایی مناسب می کند.
پلیمرهای زیست تخریب پذیر
پلیمرهای زیست تخریب پذیر یک نوع خاص از پلیمر است که پس از هدف مورد نظر خود با فرایند تجزیه باکتریایی تجزیه می شود و منجر به تشکیل فراورده های فرعی مانند گازها 𝐶𝑂 2 ، 𝑁 2 ، آب، زیست توده، و نمک های معدنی می شود. این پلیمرها به صورت طبیعی و مصنوعی ساخته شده اند و عمدتاً از گروه های عملکردی استر، آمید و اتر تشکیل شده اند.
پلیمرهای مصنوعی زیست تخریب پذیر مجموعه ای از ویژگی های فیزیکی و شیمیایی و مکانیکی را اعمال می کنند که آنها را برای کاربردهای بسته بندی مناسب می کند.
پلاستیک تجزیه ناپذیر در محیط باقی میماند و ممکن است با هموستاز اکوسیستم ها تداخل داشته باشد و اثرات سمی بر سلامت انسان و حیوانات بگذارد. تخمین زده می شود که پلاستیک ها حدود 10 درصد زباله های جهانی را تشکیل می دهند و حدود 70 درصد از زباله های دریایی را محصولات پلاستیکی یکبار مصرف مانندنی یا ظروف غذا و نوشیدنی تشکیل می دهند.
چرخه مواد زیست تخریب پذیر در محیط زیست
بسته بندی فعال
بسته بندی فعال شرایط جو بسته را به گونه ای تغییر میدهد که موجب افزایش عمر نگهداری مواد غذایی می گردد. این نوع بسته در انواع مختلفی که دارای افزودنی هایی به منظور حفظ تازگی محصول است که می توانند کاربردهای متعددی داشته و در مقایسه با بسته بندی قدیمی در نگهداری ماده غذایی موثر است.
اصول بسته بندی فعال: ترکیب کامپوزیت های نانوذرات-بیوپلیمر و اثرات مفید آنها در مواد غذایی
نانوپرکننده ها
انتظار می رود پیشرفتهای سریع در زمینه فناوری نانو در چند سال گذشته مزایای قابل توجهی را برای صنایع غذایی و مرتبط با مواد غذایی از طریق کل زنجیره غذایی از جمله بسته بندی حمل نقل ذخیره سازی و تحویل به همراه داشته باشد. تعریف کمیسیون اروپا برای شناسایی نانومواد بیان میکند که اگر نیمی یا بیشتر از
تعداد کل ذرات یک ماده، یک یا چند بعد خارجی خود را بین 1 تا 100 نانومتر داشته باشند ماده ای به عنوان نانو ماده در نظر گرفته می شود.
نانوپلاکت ها
نانوالیاف
NPS
نانوپرکننده ها را می توان به سه دسته طبقه بندی کرد
برخی از مکانیسم های ضدباکتریایی نانومواد مورد استفاده در توسعه بسته بندی فعال را نشان می دهد.
مکانیسم های مختلف ضد باکتریایی نانوذرات که به عنوان محرک در بسته بندی مواد غذایی استفاده می شوند.
نانوذرات اکسید فلز و فلز به عنوان نانوپرکننده های آنتی باکتریال
اکسیداتیوناشی از گونه های اکسیژن فعال ROS یکی از برجسته ترین مکانیسم های مرتبط با عملکرد ضد میکروبی نانوذرات اکسید فلز و فلزاست.
رادیکال سوپراکسید
رادیکال هیدروکسید
پراکسید هیدروژن
اکسیژن منفرد
تولید بیش از حد یک یا چند ROS میتواند توسط NP های مختلف القاشود.
نانوذرات فلزی و اکسید فلزی کارایی ضد باکتریایی متفاوتی نسبت به باکتری های گرم مثبت و گرم منفی نشان می دهند و حتی ممکن است اثرات متفاوتی بر روی سویه های باکتری در یک گروه گرم مثبت یا گرم منفی داشته باشند.
چهار نوع ROS بیشتر تولید می شود :
نانوذرات نقره متداول ترین نانوپرکننده های مورد استفاده برای اعطای خواص ضد میکروبی به لایه های کامپوزیتی هستند.
اثر ضد باکتریایی نانوذرات نقره از طریق چسبندگی نانو ذرات نقره به غشای باکتری و یا نفوذ به داخل سلول های باکتری حاصل می شود. نانوذرات نقره ممکن است با لیپیدهای غشاء یا با DNA و پروتئینهای داخل سلول ها تعامل داشته باشند.
بیوپلیمرهای NP نقره
نانوکامپوزیت زیستی کیتوزان را با پتانسیل برای استفاده دربسته بندی مواد غذایی فعال ساخت. چند کارکردی از طریق ترکیب نانوذرات نقره فعال شد که به عنوان عوامل ضد میکروبی عمل می کند و عصاره ذرت بنفش غنی از آنتوسیانین، به عنوان یک آنتی اکسیدانو نشانگر ph عمل می کند.
ذرات نانو طلا یا به غشای باکتری متصل میشوند و پتانسیل آن را تغییر میدهند یا در سلول ها درونی می شوند که در آنجا سطح آدنوزین تری فسفات را کاهش می دهند یا اتصال Trna به ریبوزوم را مهار میکنند.
یک بسته بندی ضد باکتری حاوی نانوذرات طلا نیز ساخته شد. برخلاف اکثر نانومواد ضد باکتری که ROS سیتوتوکسیک تولید می کنند. نانوذرات طلا سلولهای باکتری را از طریق مکانیسم های مستقل از ROS از بین میبرند علاوه بر این نشان داده شد که اثرضد باکتریایی نانوذرات طلا تا حد زیادی به اندازه ذرات عامل دار شدن و سویه باکتریایی که به آن اعمال میشود بستگی دارد
بیوپلیمرهای NP طلا
در صنایع غذایی استفاده میشود
ایمن شناخته میشود.
به عنوان یک ریز مغذی ضروری برای سلامت انسان و حیوان طبقه بندی شده وبه عنوان یک مکمل غذایی و به عنوان یک افزودنی غذایی به دلیل ظاهر سفید آن برای بسته بندی مواد غذایی استفاده می شود.
نانوذرات مس و اکسید مس
نانوذرات دی اکسید تیتانیوم
نانوذرات اکسید روی
نانوذرات اکسید مس CuO NPS خواص مکانیکی مانند استحکام کششی و مدول الاستیک و ضد باکتریایی پلیمرهای کربوهیدراتی را تقویت می کنند. اثر افزودن نانوذرات CuO به بیوپلیمرهای کربوهیدراتی با استفاده از آگار آلژینات کاراژینان کیتوزان و کربوکسی متیل سلولز مورد آزمایش قرار گرفت.
معمولا از ذرات به عنوان یک افزودنی غذایی برای ایجاد یک اثر سفید کننده استفاده میشود که باعث میشود مواد غذایی درخشان ترو جذاب تر به نظر برسند.
نانوذرات اکسید منیزیم
در کاربردهای بسته بندی مواد غذایی استفاده می شود یک ماده معدنی طبیعی است که در مقیاس بزرگ تولید می شود. نانو ذرات اکسید منیزیم یکی از مهم ترین و پر کاربردترین اکسیدهای فلزی است که تشکیل شده از یون های Mg+2 و O-2 با ساختار کریستالی ساده نمک است. MgO دارای باند گپ پهنی به اندازه 7.8 eV است که موجب شده در کاربردهای بسته بندی مواد غذایی استفاده شود.
نانو ذرات سیلیکا مزوپور به عنوان نانوپرکننده های آنتی باکتریال
سطح ویژه بالا تقریبا 1000 متر 2 گرم نانوذرات سیلیکا مزوپور MSN و حجم منافذ بزرگ آنها تقریباً 1 سانتی متر برای ساخت کامپوزیت های ضد میکروبی کارآمد سود قابل توجهی دارند. تعداد زیادی از ضد میکروبی های مختلف را میتوان در داخل آن پر کرد.
نانوپرکننده های مبتنی بر کربن به عنوان آنتی باکتریال NP
گرافن یک ضخامت یک اتم و نانوصفحه دو بعدی از گرافیت است که دارای رسانایی حرارتی استثنایی خواص مکانیکی برتر سطح ویژه بزرگ توانایی انتقال الکترون خوب و زیست سازگاری خوب است .
علاوه بر این میتوان از گرافیت بر اثر اکسیداسیون شیمیایی با لایه برداری الکتروشیمیایی به دست آورد .
در چند سال گذشته مواد مبتنی بر گرافن توجه زیادی را به خود جلب کردند و در صنایع غذایی برای تضمین کیفیت و ایمنی مواد غذایی مورد استفاده قرار گرفتند
استحکام کششی فوق العاده گرافن را به یک کاندید بسیار جذاب برای توسعه مواد بسته بندی مواد غذایی تبدیل می کند، زیرا افزودن آن به لایه ها به طور قابل توجهی استقامت مواد را افزایش میدهد و در عین حال وزن را کاهش می دهد.
بسته بندی فعال مبتنی بر اکسید گرافن و سالیسیل آلدئید که برای نگهداری میوه ها ساخته شده است.
رگولاتوری و بازار وضعیت
بسته بندی مواد غذایی سومین صنعت بزرگ جهان است که تقریباً 2 درصد از تولید ناخالص ملی کشورهای توسعه یافته را تشکیل می دهد
رویکردهای جدید اغلب مبتنی بر فناوری نانو به طور گسترده برای استفاده در بسته بندی مواد غذایی به منظور دستیابی به حفاظت پایدار و مقرون به صرفه از مواد غذایی توسعه یافته است. چنین فناوری های جدیدی نیاز به چارچوب های قانونی و قانونی مناسب دارند.
با توجه به علاقه زیاد به تحقیقات نانوتکنولوژی در سطح جهانی(حتی در میان کشورهای در حال توسعه) و افزایش پذیرش درمیان مصرف کنندگان، اصلاح بیشتر قوانین و به دنبال آن نرخ بالاتریاز پذیرش در میان تولیدکنندگان انتظارمی رود.
در اکثر کشورها در جهان این مقررات رعایت می شود.
نتیجه گیری و آینده روندها
عموم مردم از نیاز به کاهش ضایعات عمومی ناشی از بسته بندی های پلاستیکی سنتی مواد غذایی ساخته شده از نفت غیر قابل تجزیه و تجدید ناپذیر آگاه هستند در عین حال، سازمان خواربار و کشاورزی تخمین زده است که زبان کشاورزی پس از برداشت سالانه 20 تا 50 درصد از تولید مواد غذایی را تشکیل میدهد در نتیجه بسته بندی مواد غذایی کارآمدتر و پایدارتر به منظور کاهش ضایعات کاهش تلفات پس از برداشت و افزایش ایمنی به طور مداوم در حال توسعه است این بررسی پتانسیل بزرگ فیلم های زیست تخریب پذیر با نانومواد را برای بسته بندی فعال نشان می دهد که ماندگاری طولانی تری را فراهم می کند و وضعیت غذای بسته بندی شده را حفظ یا بهبود میبخشد. پلیمرهای مبتنی بر زیست مواد سازگار با محیط زیست با عملکرد بالا هستند که می توانند جایگزین بسته بندی های سنتی مبتنی بر نفت شوند. ناتوپرکننده ها برای بهبود خواص مکانیکی بسته بندی مواد غذایی استفاده می شوند.
چشم انداز اصلی آینده در بسته بندی فعال، بهبود ایمنی
نانوپرکننده های ضد میکروبی است.