با وجود پیشرفت های به دست آمده در علم تغذیه، همچنان خطر عفونت با میکروارگانیسم ها مثل کپک، باکتری و ویروس سلامت انسان را تهدید می کند و از آنجایی که به کار بردن مستقیم مواد ضدمیکروبی در غذاهای آماده می تواند برای سلامت مصرف کنندگان مضر باشد، بسته بندی های ضدمیکروب اهمیت زیادی یافته است.

امروزه تدابیر زیادی برای جلوگیری از آسیب های فرآیند حرارتی و در جهت حفظ کیفیت مواد غذایی به همراه افزایش ماندگاری آن اندیشیده شده، اما بیشتر فناوری های پیشنهاد شده بسیار هزینه بر و به تجهیزات پیچیده نیازمندند. حالا پژوهشگران ایرانی با استفاده از فناوری نانو در بسته بندی مواد غذایی توانسته اند راهکاری نوین برای حل این مساله پیدا کنند. دکتر سیدجمال الدین 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 به کارگیری تولید فیلم های نانوکامپوزیتی ضدمیکروبی در بسته بندی فعال مواد غذایی موفق به حل این مساله شده اند. توضیحات بیشتر را در گفت وگو با دکتر سیدجمال الدین پیغمبردوست جویا شده ایم.

درک عنوان «فیلم های نانوکامپوزیتی ضد میکروبی برای بسته بندی فعال مواد غذایی» کمی مشکل است، به زبان ساده بیان می کنید منظور چیست؟

بسته بندی مواد غذایی بیش از جای دادن غذا در یک ظرف مفهوم دارد و فراگیرتر از عواملی از قبیل حفاظت ویژه از مواد غذایی، با دوام بودن بسته بندی، ظاهر مناسب، مناسب بودن جهت عرضه به بازار و مطابق بودن با خواست مصرف کننده است. مهم ترین هدفی که در بسته بندی محصولات غذایی مدنظر است، افزایش طول عمر نگهداری محصول است و یکی از مهم ترین ویژگی هایی که در انتخاب مواد بسته بندی مورد توجه قرار می گیرد، عدم تأثیر متقابل محصول و ماده بسته بندی است . ماده بسته بندی از طرق مختلف می تواند 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 می شوند.

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

باکتری ها و میکروب ها در روش بسته بندی جدید چگونه نابود یا کنترل می شوند؟

سیستم بسته بندی ضدمیکروبی سیستمی است که فساد و رشد میکروارگانیسم های بیماری زا را مهار می کند. عملکرد ضدمیکروبی را می توان با افزودن عوامل ضدمیکروبی در سیستم بسته بندی یا با استفاده از پلیمرهای دارای خاصیت ذاتی ضدمیکروبی که نیازهای اولیه بسته بندی را برآورده می کنند، ایجاد کرد. هنگامی که سیستم بسته بندی فعالیت ضدمیکروبی داشته باشد، از رشد میکروبی جلوگیری کرده یا با گسترش فاز تاخیر و کاهش نرخ رشد، فعالیت میکروارگانیسم ها را مهار می کند. جهت استفاده از عوامل ضدمیکروبی در مواد غذایی، دارویی و محصولات آرایشی و بهداشتی، این صنعت باید از دستورالعمل ها و قوانین کشور مربوط پیروی کند. این مساله حاکی از آن است که توسعه مواد جدید در بسته بندی ضدمیکروبی باید در محدوده مواد تائید شده توسط سازمان های 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 بسته بندی به کار روند که این موارد می تواند شامل مواد ضدمیکروبی شیمیایی ، آنتی اکسیدان ها ، محصولات بیوتکنولوژی، پلیمرهای ضدمیکروب طبیعی، آنتی بیوتیک ها و انواع گازها باشد.

نانوکامپوزیت های مورد استفاده در این فیلم ها چه خواصی دارند؟

بسته بندی فعال بر پایه افزودن انواع خاصی از نانو ذرات به ماتریس های پلیمری، نسل جدیدی از این تکنولوژی در صنایع غذایی است. عملکرد خوب این نانو ذرات به علت نسبت سطح به حجم بسیار بالای آنهاست. بسته بندی فعال یک مفهوم نوآورانه است که در آن بسته بندی 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 می شود. این ایده که برای محصولات تازه با ماندگاری زیاد قابل کاربرد است، بتازگی نانو تکنولوژی را در قالب نانو ذرات و پوشش های نانو به کار گرفته است. نانو کامپوزیت ها یعنی مواد پلیمری حاوی نانوذرات مختلف دارای خواص مکانیکی، نفوذ پذیری به گازها و بخار آب، خواص حرارتی و قابلیت فرآوری فیلم های بسته بندی بسیار مطلوبی هستند. علاوه بر این خواص، افزودن مواد ضدمیکروبی به داخل ماتریس پلیمری که منجر به تهیه نانوکامپوزیت های ضدمیکروبی برای بسته بندی مواد غذایی می شود، می تواند ایده بسیار جالبی از کاربرد فناوری نانو در بسته بندی مواد غذایی و دارویی باشد. مواد ضدمیکروبی مختلفی با عملکرد مناسب بر پایه آلی و غیرآلی وجود دارند که در دهه اخیر نانو ذرات غیرآلی همچون رس و فلزات توجه بسیار زیادی را به علت قابلیت استفاده در محصولات آرایشی، دارویی، بیولوژیکی و بسته بندی مواد غذایی به خود جلب کرده اند.

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

فیلم های نانوکامپوزیتی پلی اتیلنی حاوی نانوذرات فلزی نقره، اکسید مس و اکسید روی، خاک رس آلی و خاک رس اصلاح شده با نانوذرات مس و نقره بوده است. همچنین تلاش داریم تا با استفاده از ترکیبی از نانوذرات به عنوان فیلم های فعال در بسته بندی مواد غذایی خاصیت ضدمیکروبی آنها را افزایش دهیم.

بررسی های آزمایشگاهی شما خاصیت ضدمیکروبی این پوشش نانویی را تائید می کند؟

بله، در این طرح پژوهشی با استفاده از نانوذرات مختلف که خاصیت ضدمیکروبی دارند، در بافت پلی اتیلن دانسیته پایین که مهم ترین ماتریس پلیمری بسته بندی در صنعت غذا به شمار می رود، مشکل آلودگی میکروبی حل شده و از سوی دیگر خصوصیات اصلی پلیمر همچون ویژگی های مکانیکی آن بهبود یافته و حتی در برخی موارد نسبت به عبور امواج ماوراءبنفش و انجام واکنش های اکسیداسیونی نوری ایمن تر شده است. در این حالت از انجام فرآیندهای شدید و آسیب زای صنعتی بر غذا کاسته شده و نیاز به مواد شیمیایی نگهدارنده از بین می رود. با استفاده از این نانوذرات، سیکل رشد دو باکتری مهم و خطرناک اشرشیاکلای و استافیلوکوکوس اورئوس کاملا به تاخیر افتاده که این نشان دهنده 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، می تواند فعالیت ضدمیکروبی را از طریق اثرات هم افزایی افزایش دهد. بنابراین مطالعه بهینه سازی ترکیب مواد ضدمیکروبی مختلف موجب گسترش فعالیت ضدمیکروبی ترکیب و افزایش بازده و ایمنی سیستم بسته بندی ضدمیکروبی می شود. 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 فیلم های نانوکامپوزیتی ضدمیکروبی تولیدی نسبت به نمونه های مشابه (در صورت وجود) چیست؟

مزیت اصلی فیلم های نانوکامپوزیتی ضدمیکروبی تولیدی نسبت به فیلم های نانوکامپوزیتی مشابه موجود، استفاده ترکیبی از نانوذرات و بهینه سازی مقادیر ترکیبات موجود است