Application of nanotechnology in food processing, safety and packaging
Subject Areas : Innovative Packaging Technologies for Food and Agriculture
1 - Assistant Professor, Department of Chemistry, Savadkooh Branch, Islamic Azad University, Savadkooh, Iran
Keywords: Nanotechnology, Food, Processing, Safety, Packaging ,
Abstract :
Nanotechnology is a novel and promising technology that has been introduced into many fields, including medicine, agriculture, and the food industry. For the food industry, nanotechnology is of great interest as an emerging technology in the area of food processing, safety, and packaging. With regard to food safety, nanotechnology is utilized to detect pathogens and toxins in food products and to strengthen barrier properties. Nanotechnologies for packaging ensure food safety and lead to extended shelf lives, through the prevention of decomposition and nutrient loss. Apart from providing protection against environmental conditions, active packaging also plays a crucial role in preserving food. Additionally, nanotechnology is widely used in food packaging as an antimicrobial and to produce intelligent packaging. However, nanoparticles may have a potential toxicity risk to human health. Therefore, establishing an adequate regulatory system to manage the potential risks associated with nanotechnology applications is recommended. The Organization of Economic Co-operation and Development recommended the standard test guidelines be used for the hazard assessment of nanomaterials for chemical safety. This review covered nanotechnology in food safety and packaging concerns.
1. Dera MW, Teseme WB, Mulugeta Wegari Dera WB. Review on the application of food nanotechnology in food processing. Am. J. Eng. Technol. Manag. 2020; 5:41-7.
2. Duncan TV. Applications of nanotechnology in food packaging and food safety: barrier materials, antimicrobials and sensors. J Colloid Interface Sci. 2011; 363(1):1–24.
3. Berekaa MM. Nanotechnology in food industry; advances in food processing, packaging and food safety. Int J Curr Microbiol Appl Sci. 2015; 4(5):345–57.
4. Nile SH, Baskar V, Selvaraj D, Nile A, Xiao J, Kai G. Nanotechnologies in Food Science: Applications, Recent Trends, and Future Perspectives. Nanomicro Lett. 2020;12(1):45.
5. Mohammad ZH, Ahmad F, Ibrahim SA, Zaidi S. Application of nanotechnology in different aspects of the food industry. Discov Food. 2022; 2: 12.
6. Roselli M, Finamore A, Garaguso I, Britti MS, and Mengheri E. Zinc oxide protects cultured enterocytes from the damage induced by Escherichia coli. J. Nutri. 2003; 133: 4077–4082.
7. Sawai J. Quantitative evaluation of antibacterial activities of metallic oxide powders (ZnO, MgO and CaO) by conductimetric assay. J. Microbiol. Method.2003; 54: 177–182.
8. Ezhilarasi P N, Karthik P, Chhanwal N, and Anandharamakrishnan C. Nanoencapsulation techniques for food bioactive components: a review. Food Bioprocess Technol. 2013; 6: 628–647.
9. Bansal V, Bharde A, Ramanathan R, Bhargava SK. Inorganic materials using ‘unusual ’microorganisms. Advances In Colloid and Interface Science. 2012; 179:150-68.
10. Kulkarni SK, Synthesis of nanomaterials—III (Biological methods). In Nanotechnology: Principles and Practices. Springer, Cham. 2015; 111-123.
11. Sankar R, Karthik A, Prabu A, Karthik S, Shivashangari KS, Ravikumar V. Origanum vulgare mediated biosynthesis of silver nanoparticles for its antibacterial and anticancer activity. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2013; 1:108:80-4.
12. Reddy NJ, Vali DN, Rani M, Rani SS. Evaluation of antioxidant, antibacterial and cytotoxic effects of green synthesized silver nanoparticles by Piper longum fruit. Materials Science and Engineering: C. 2014; 1; 34:115-22.
13. Abbas K, Saleh A, Mohamed A, Mohd Azhan N. The recent advances in the nanotechnology and its applications in food processing: a review. Food Agric Environ. 2009; 7 (3-4): 14–17.
14. Singh H. Nanotechnology applications in functional foods; opportunities and challenges. Prev. Nutr. Food Sci.2016; 21 (1): 1.
15. Pathakoti K, Manubolu M, Hwang HM. Nanostructures: current uses and future applications in food science. J. Food Drug Anal. 2017; 25 (2): 245–253.
16. Kentish S, Wooster T, Ashokkumar M, Balachandran S, Mawson R, Simons L. The use of ultrasonics for nanoemulsion preparation. Innovat. Food Sci. Emerg. Technol. 2008; 9 (2):170–175.
17. Sharma C, Dhiman R, Rokana N, Panwar H. Nanotechnology: an untapped resource for food packaging. Front. Microbiol. 2017; 8: 1735.
18. Sharma C, Dhiman R, Rokana N, Panwar H. Nanotechnology: an untapped resource for food packaging. Front. Microbiol. 2017; 8:1735.
19. Hosseini Sadr S, Sablan Vand S, Valizadeh R. The use of nanotechnology in food packaging". Poivesh in basic science education. third period, 2016; 3: 41-51.
20. Drago E, Campardelli R, Pettinato M, & Perego P. Innovations in smart packaging concepts for food: An extensive review. Foods. 2020; 9(11):1628.
21. Biji KB, Ravishankar C N, Mohan CO, Gopal TS. Smart packaging systems for food applications: a review. Journal of food science and technology. 2015; 52(10):6125-6135.
22. BArskA A, & WyrWA J. Innovations in the food packaging market–intelligent packaging–a review.Czech Journal of Food Sciences. 2017; 35(1):1-6
23. Müller P, Schmid M. Intelligent packaging in the food sector: A brief overview. Foods, 2019; 8(1):16.
24. Young E, Mirosa M, Bremer P. A systematic review of consumer perceptions of smart packaging technologies for food. Frontiers in Sustainable Food Systems. 2020;4: 63.
25. Yan M R, Hsieh S, Ricacho N. Innovative food packaging, food quality and safety, and consumer perspectives. Processes. 2022; 10(4):747.
26. Sohail M, Sun D W, Zhu Z. Recent developments in intelligent packaging for enhancing food quality and safety. Critical reviews in food science and nutrition. 2018; 58(15):2650-2662.
27. Bajpai VK, Kamle M, Shukla S, Mahato DK, Chandra P, Hwang SK, Kumar P, Huh YS, Han YK. Prospects of using nanotechnology for food preservation, safety, and security. Journal of food and drug analysis. 2018; 26(4):1201-14.
28. Gómez-Arribas LN, Benito-Peña E, Hurtado-Sanchez MD, Moreno-Bondi MC. Biosensing based on nanoparticles for food allergens detection. Sensors. 2018; 18(4):1087.
29. Dewey-Mattia D, Manikonda K, Hall AJ, Wise ME, Crowe SJ. Surveillance for foodborne disease outbreaks—United States, 2009–2015. MMWR Surveillance Summaries. 2018; 67(10):1.
30. Dewey-Mattia D, Manikonda K, Hall AJ, Wise ME, Crowe SJ. Surveillance for foodborne disease outbreaks—United States, 2009–2015. MMWR Surveillance Summaries. 2017; 67(10):1.
31. Grumezescu AM, Holban AM, editors. Impact of nanoscience in the food industry. Academic Press; 2018 Jan 20.
32. Kumar A, Pratush A, Bera S. Significance of nanoscience in food microbiology: current trend and future prospects. In: Nanotechnology for advances in medical microbiology. Singapore: Springer. 2021;249–67.
33. Nasr NF. Applications of nanotechnology in food microbiology. Int J Curr Microbiol App Sci. 2015;4(4):846–53.
34. Nile SH, Baskar V, Selvaraj D, Nile A, Xiao J, Kai S. Nanotechnologies in Food Science: Applications, Recent Trends, and Future Perspectives. Nano-Micro Lett.2020; 12: 45.
35. Morsy MK, Khalaf HH, Sharoba AM, El-Tanahi HH, Cutter CN. Incorporation of Essential Oils and Nanoparticles in Pullulan Films to Control Foodborne Pathogens on Meat and Poultry Products. Journal of Food Science. 2014; 79(4):M675-M684.
36. Myszka K, Czaczyk K. Bacterial biofilms on food contact surfaces-a review. Polish J Food Nutr Sci. 2011;61(3):173–80.
37. Khan ST, Al-Khedhairy AA, Musarrat J. ZnO and TiO2 nanoparticles as novel antimicrobial agents for oral hygiene: a review. J Nanopart Res. 2015;17(6):1–16.
38. Eleftheriadou M, Pyrgiotakis G, Demokritou P. Nanotechnology to the rescue: using nano-enabled approaches in microbiological food safety and quality. Curr Opin. 2017; 44:87–93.
39. Colica C, et al. The role of nanotechnology in food safety. New York: Nova Science Publisher’s, Inc.; 2018.
40. Berekaa MM. Nanotechnology in food industry; advances in food processing, packaging and food safety. Int J Curr Microbiol Appl Sci. 2015;4(5):345–57.
|
Review Paper
Application of Nanotechnology in Food Processing, Safety and Packaging
Tahereh Navaie Diva1
Assistant Professor, Department of Chemistry, Savadkooh Branch, Islamic Azad University, Savadkooh, Iran
Received: 10/11/2023, Accepted: 07/07/2024
Abstract
Nanotechnology is a novel and promising technology that has been introduced into many fields, including medicine, agriculture, and the food industry. For the food industry, nanotechnology is of great interest as an emerging technology in the area of food processing, safety, and packaging. With regard to food safety, nanotechnology is utilized to detect pathogens and toxins in food products and to strengthen barrier properties. Nanotechnologies for packaging ensure food safety and lead to extended shelf lives, through the prevention of decomposition and nutrient loss. Apart from providing protection against environmental conditions, active packaging also plays a crucial role in preserving food. Additionally, nanotechnology is widely used in food packaging as an antimicrobial and to produce intelligent packaging. However, nanoparticles may have a potential toxicity risk to human health. Therefore, establishing an adequate regulatory system to manage the potential risks associated with nanotechnology applications is recommended. The Organization of Economic Co-operation and Development recommended the standard test guidelines be used for the hazard assessment of nanomaterials for chemical safety. This review covered nanotechnology in food safety and packaging concerns.
Keywords: Nanotechnology, Food, Processing, Safety, Packaging
| Citation: Navaie Diva T. Application of nanotechnology in food processing, safety and packaging. Quality and Durability of Agricultural Products and Food Stuffs, 2024; 3(4):
DOI: https://doi.org/10.71516/qafj.2024.1127150
|
[1] Corresponding author: Tahereh Navaie Diva, Email: taherehnavaie@gmail.com
Extended Abstract
Introduction
Nanotechnology has emerged as a revolutionary field with significant applications in diverse industries, including medicine, agriculture, and food sciences. The application of nanotechnology in the food industry has attracted growing interest due to its potential to enhance food processing, safety, and packaging. Nanotechnology has been utilized in food production to improve the overall quality of food products, including taste, texture, bioavailability, and shelf life. Additionally, it plays a crucial role in food safety by detecting pathogens and toxins in food products. In food packaging, nanomaterials are used to strengthen barrier properties, delay food decomposition, and prevent nutrient loss, ultimately ensuring longer shelf life. However, concerns regarding the potential toxicity of nanoparticles and their implications for human health have been raised, necessitating the establishment of regulatory frameworks for their safe use. This study reviews the applications, benefits, and challenges of nanotechnology in food processing, safety, and packaging.
Methods
This review provides an in-depth examination of the current and emerging applications of nanotechnology within the food industry, drawing upon a wide range of published literature to offer a comprehensive perspective on the field. To achieve this, diverse information sources—including peer-reviewed scientific journals, industry white papers, and technical reports—were systematically analyzed to identify trends, innovations, and gaps in knowledge. The review focuses on how nanotechnology has been integrated into various aspects of food production, with particular emphasis on food processing, safety monitoring, and packaging innovations. It explores both the potential benefits and the associated challenges of adopting nanotechnology, such as improving product quality, extending shelf life, ensuring consumer safety, and meeting regulatory requirements. Special attention is given to the evaluation of different classes of nanomaterials, including nanoemulsions, nanocapsules, nanocomposites, and nanosensors. These materials have been utilized to enhance the sensory and nutritional qualities of food, detect and quantify chemical or microbial contaminants in real time, and develop more efficient, durable, and environmentally sustainable packaging solutions. By synthesizing current research findings, this review aims to provide valuable insights for scientists, policymakers, and industry stakeholders interested in harnessing nanotechnology to advance food innovation while addressing safety, ethical, and regulatory considerations.
Results and Discussion
Nanotechnology has significantly improved food processing through the incorporation of nanoemulsions and nanocapsules, which enhance nutrient absorption and improve the stability of bioactive compounds. Nanoencapsulation is employed to protect sensitive food ingredients, such as vitamins and probiotics, from degradation. Furthermore, nanoparticles are used to introduce antimicrobial properties into food products, reducing microbial growth and extending shelf life. In food safety, nanosensors and nano-biosensors play a critical role in the rapid detection of foodborne pathogens and toxins. These sensors provide real-time monitoring of contaminants, ensuring food quality and consumer safety. The application of nanostructured materials for antimicrobial coatings has further strengthened food safety by preventing microbial contamination in food processing environments. Nanotechnology has also revolutionized food packaging by enhancing barrier properties and improving mechanical strength. Nanocomposites, such as clay nanoparticles and metal oxide nanoparticles, enhance the durability of packaging materials while reducing permeability to gases and moisture. Active and intelligent packaging systems incorporate nanotechnology to monitor food freshness, detect spoilage, and release antimicrobial agents to maintain food quality. However, concerns regarding the migration of nanoparticles from packaging materials into food products and their potential health risks necessitate further investigation. Despite the numerous benefits, challenges remain regarding the regulation and public acceptance of nanotechnology in the food industry. The potential toxicity of engineered nanoparticles, their environmental impact, and their long-term effects on human health are areas requiring rigorous assessment. Regulatory agencies, such as the Food and Drug Administration (FDA) and the European Food Safety Authority (EFSA), emphasize the need for standardized safety evaluations and guidelines to ensure responsible use.
Conclusion
Nanotechnology offers promising advancements in food processing, safety, and packaging, contributing to improved food quality, extended shelf life, and enhanced safety measures. Its application in nutrient delivery, pathogen detection, and intelligent packaging has transformed the food industry. However, concerns regarding nanoparticle toxicity and regulatory frameworks highlight the need for further research and stringent safety measures. Establishing comprehensive guidelines and conducting extensive risk assessments will be crucial for ensuring the safe and sustainable integration of nanotechnology in the food sector. Future research should focus on the development of eco-friendly and biodegradable nanomaterials to address environmental concerns while maximizing the benefits of nanotechnology in food applications.
Keywords: Nanotechnology, Food, Processing, Safety, Packaging.
Funding: There was no external funding in this study.
Conflict of interest: The author does not have any conflicts of interest with any commercial or other association with the article.
|
مقاله مروری
کاربرد فناوری نانو در فرآوری، ایمنی و بستهبندی مواد غذایی
طاهره نوایی دیوا1
استادیار، گروه شیمی، واحد سوادکوه، دانشگاه آزاد اسلامی، سوادکوه، ایران
دریافت: 20/09/1402، پذیرش: 03/10/1402
چکیده
نانوتکنولوژی بهعنوان یک فناوری جدید و امیدوارکننده در بسیاری از زمینهها ازجمله پزشکی، کشاورزی و صنایع غذایی معرفی شده است. برای صنایع غذایی، فناوری نانو بهعنوان یک فناوری نوظهور در زمینه فرآوری، ایمنی و بستهبندی مواد غذایی از اهمیت زیادی برخوردار است. بهعنوانمثال، نانوتکنولوژی در فرآوری مواد غذایی برای افزایش کیفیت کلی غذا ازجمله طعم، مزه، قابلیت جذب و افزایش عمر مفید محصول کمک میکند. با افزایش زمان ماندگاری و افزایش کیفیت بستههای خوراکی با استفاده از فناوری لایه نازک، فاسد شدن مواد غذایی به تأخیر میافتد. با توجه به ایمنی مواد غذایی، نانوتکنولوژی برای شناسایی عوامل بیماریزا و سموم در محصولات غذایی استفاده میشود. ازنظر بستهبندی، فناوری نانو با جلوگیری از تجزیه و از بین رفتن مواد مغذی، ایمنی و درنتیجه ماندگاری طولانیتر مواد غذایی را تضمین میکند. بستهبندی فعال علاوه بر محافظت در برابر شرایط محیطی، نقش مهمی در حفظ مواد غذایی دارد. علاوه بر این، فناوری نانو بهطور گسترده در بستهبندی مواد غذایی بهعنوان یک ضدمیکروب و برای تولید بستهبندی هوشمند استفاده میشود. بااینحال، نانوذرات ممکن است خطر سمیت بالقوهای برای سلامت انسان داشته باشند؛ بنابراین، ایجاد یک سیستم نظارتی کافی برای مدیریت خطرات بالقوه مرتبط با کاربردهای فناوری نانو توصیه میشود. سازمان همکاری و توسعه اقتصادی توصیه میکند که از دستورالعملهای تست استاندارد برای ارزیابی خطر نانومواد برای ایمنی شیمیایی استفاده شود. این بررسی، استفاده از فناوری نانو در فراوری، ایمنی و بستهبندی مواد غذایی را پوشش میدهد.
واژههای کلیدی: نانوفناوری، مواد غذایی، فراوری، ایمنی، بستهبندی
| استناد طاهره نوایی دیوا، کاربرد فناوری نانو در فرآوری، ایمنی و بستهبندی مواد غذایی، کیفیت و ماندگاری تولیدات کشاورزی و مواد غذایی، (1403)، دوره3، شماره4، صفحات 73- 86.
DOI: https://doi.org/10.71516/qafj.2024.1127150
|
[1] نویسنده مسئول: طاهره نوایی دیوا، پست الکترونیک: taherehnavaie@gmail.com
مقدمه
نانو در زبان یونانی به معنی کوتوله است. در مجامع علمی نیز بهعنوان یک مقیاس بسیار کوچک برای اندازهگیری به کار میرود. در واقع اگر یک متر، به یک میلیارد قسمت مساوی تقسیم شود، هر یک از آن قسمتها، یک نانومتر است؛ بنابراین یک نانومتر، یک میلیاردم متر یا ۹- ۱۰ متر است. بهطور خاص، هنگامیکه اندازه ذرات مواد از ابتدا به حدود 1 تا 100 نانومتر کاهش مییابد، خواص فیزیکی، شیمیایی، مکانیکی و یا حتی ترمودینامیکی مواد به دلیل نسبت سطح به حجم بالای آنها تفاوتهای قابلتوجهی در مقایسه با مواد اولیه نشان میدهند. همین موضوع سبب شده است تا نانومواد پنجرهای نو به روی کاربردهایی پیشرفته و نوین در همه رشتهها خصوصاً صنایع غذایی، کشاورزی و پزشکی باز کنند (4-1). نگرانی فزاینده مصرفکنندگان در مورد کیفیت و ایمنی غذا و مزایای سلامتی، محققان را وادار میکند تا از نانوتکنولوژی بهعنوان یک فناوری امیدوارکننده برای حل مشکلات از طریق راهحلهای نوآورانهای که به ایمنی، فراوری و بستهبندی مواد غذایی مرتبط، استفاده کنند (5). تقاضا برای مواد مبتنی بر نانوذرات در صنایع غذایی افزایش یافته است زیرا بسیاری از آنها حاوی عناصر ضروری و غیرسمی و پایدار در دما و فشار بالا هستند (7-6) کاربردهای نانوتکنولوژی در مواد غذایی را میتوان در دو گروه اصلی ترکیبات نانوساختار مواد غذایی و نانوحسگر مواد غذایی تقسیم کرد. مواد غذایی با ترکیبات حاوی نانوساختار، محدوده وسیعی از فرآوری تا بستهبندی مواد غذایی را در بر میگیرد. در فرآوری مواد غذایی، این نانوساختارها را میتوان بهعنوان افزودنیهای مواد غذایی، حاملهایی برای تحویل هوشمند مواد مغذی و حمل ترکیبات فعال زیستی به ناحیه موردنظر، حمل آنتیبیوتیکها، عوامل ضدمیکروبی، پرکنندهها برای بهبود استحکام مکانیکی و دوام مواد بستهبندی و غیره استفاده کرد. درحالیکه نانوحسگرهای مواد غذایی برای دستیابی به افزایش کیفیت و ایمنی مواد غذایی به کار میروند (8). از نانوکپسولها و نانوذرات بهمنظور حفظ و نگهداری ویتامینها، آنتیاکسیدانها، داروها، آنزیمها، نگهدارندهها، آهن، مواد مغذی با ارزش و غیره استفاده میشود. مواد نانوساختار عمدتاً از نقاط کوانتومی1، نانومیلهها، نانوذرات، نانوسیمها، نانوصفحه و غیره تشکیل شدهاند و عمدتاً ساختارهای لایهای، اتمی و سیمی دارند. نانوساختارها با استفاده از مواد غذایی به سادگی از طریق تکنیکهای لایه به لایه تولید میشوند. سه روش برای سنتز انواع نانومواد وجود دارد: 1. روش فیزیکی: در این روش از نیروهای مکانیکی و تبخیر برای سنتز نانومواد استفاده میشود که شامل آسیاب کردن، امولسیونسازی اولتراسوند، همگنسازی و میکروسیال سازی میباشد.2. روش شیمیایی: این روشها نسبت به روشهای فیزیکی مزایای خاصی دارند ازجمله: سادگی در عملیات، سنتز در دمای پایین (کمتر از 300 درجه سانتیگراد)، تبدیل آسان محصول مایع به لایههای نازک یا پودر خشک، گزینههای متنوع برای اشکال و اندازههای مختلف از نانوذرات و مواد معدنی مفید در طول سنتز.3. روش بیولوژیکی: این روش به دلیل مزایایی مانند بیخطر بودن، عدم استفاده از مواد شیمیایی سمی، سازگار بودن با محیطزیست، ارزان بودن، تکرارپذیری در تولید، مقیاسبندی آسان و مورفولوژی، توجه منحصربهفردی را در بین محققان به خود جلب کرده است. در بیوسنتز، نانوذرات توسط عصارههای گیاهی و میکروارگانیسمهایی مانند باکتریها، قارچها، مخمرها و غیره تولید میشوند (10-9). نانوذرات تهیه شده با روش سنتز با واسطه عصاره گیاهی برای فعالیتهای آنتیاکسیدانی، خواص ضدباکتریایی، کاربردهای سمیت سلولی آزمایشگاهی، فعالیت ضدسرطانی، در درمان فتودینامیک و در درمان هیپرترمی2 تومور مورد مطالعه قرار میگیرند (12-11). هر یک از روشهای سنتز منحصربهفرد نانوذرات مزایا و معایب خاص دارد. نانومواد تولید شده با هر تکنیکی توجه گستردهای را در صنایع غذایی به خود جلب کرده و کاربردهای ویژه پیدا میکنند که ذخیرهسازی مواد غذایی، غنیسازی مواد غذایی و همچنین تحویل مطمئن اجزای زیستفعال و عملکردی را تسهیل میکند. هدف از اين تحقيق، بررسي کاربرد فنّاوري نانو در صنعت فراوری، بستهبندی و ایمنی مواد غذایی ميباشد.
فناوری نانو در فراوری مواد غذایی
فراوری مواد غذایی، به عملیاتی گفته میشود که بر روی ماده غذایی خام برای ایمنتر و خوشطعمتر شدن غذاهای موردنیاز مصرفکنندگان صورت میگیرد. اغلب مواد خام، فسادپذیر بوده و به حملونقل دقیق یا فرایند نیاز دارند تا از بین نروند. غذاهای تازهای که از مزرعه، اقیانوس، دریاچه یا سایر منابع به دست میآیند، تنها در فصول خاصی وجود دارند که استفاده از آنها را محدود میسازد. غذاهای فرآوری شده محصولاتی هستند که امکان نگهداری آنها وجود داشته و مانند غذاهای تازه و مواد خامی که از آن تهیه شدهاند، به سرعت فاسد نمیشوند. برخی از واحدهای عملیاتی در بسیاری از فرایندهای غذایی متداول هستند. این مراحل شامل، کنسرو کردن، انجماد، خشککردن، پرتودهی و پاستوریزهکردن و... از زمان تخلیه ماده خام شروع شده و تا زمانی که محصولات بستهبندی شده به محل فروش منتقل شوند، ادامه مییابد. پیشرفتهای نانوتکنولوژی در فرآوری مواد غذایی عمدتاً بر بهبود بافت غذا، محصور کردن افزودنیها یا مواد غذایی، ایجاد مزهها و احساسات جدید، تنظیم آزادسازی طعم و افزایش دسترسی زیستی محتوای مواد مغذی متمرکز است (13). آنتیاکسیدانها، ضدمیکروبها، ویتامینها، طعمدهندهها، رنگها و نگهدارندهها ازجمله بسیاری از عناصر کاربردی مورد استفاده در صنایع غذایی هستند. در طول فراوری، ذخیرهسازی و استفاده مواد غذایی، این اجزای عملکردی باید از تخریب محافظت شوند. برای اینکه بدن ما بتواند از انتشار اجزای غذا در آن سود ببرد، ماده مغذی باید به محل خاصی از بدن رفته و وقتی به آنجا رسید فعال شود. کنترل و مهندسی انتشار مواد مغذی در بدن یکی از زمینههای تحقیقاتی نانوفناوری است. این مواد غذایی که (غذا - دارو نامیده میشوند) اجزای فعالشان توسط نانوکپسول در بدن توزیع میگردد؛ زیرا یکی از راههای حفظ یک جزء فعال غذایی، قرار دادن آن در یک پوشش محافظ است. فرآیند نانوکپسوله کردن به این معناست که این امکان وجود دارد که مواد غذایی مفید برای بدن بدون اینکه در فرآیند ساخت در کارخانه یا هنگام پخت در آشپزخانه و یا توسط آنزیمهای دهان و معده از بین بروند این کپسولها بهطور مستقیم وارد جریان خون شده و درنتیجه جذب بدن شوند. این پوشش را میتوان طوری طراحی کرد که با تحریک شدن توسط محرک مناسبی حل شده و ماده فعال داخل آن از طریق پوشش انتشار یابد. این کار حتی مانع از دفع بدون جذب
ویتامینهای مواد غذایی میشود. یکی دیگر از کاربردهای نانوکپسوله کردن این است که مواد غذایی مفید ولی با طعمهای نامطبوع مانند روغن ماهی را میتوان از طریق این کپسولها بدون احساس مزه ناخوشایند به غذا اضافه کرد. بهعنوانمثال موسسه غذایی جورج و ستون3 در استرالیا نوعی نان به نام نان تیپ تاپ اپ4 تولید کرده که حاوی روغنی از اسید چرب امگا 3 حاصل از ماهی تن میباشد؛ اما روغن ماهی تن در داخل میکروکپسول قرار داده شده است و بنابراین مصرفکننده طعم روغن ماهی را حس نمیکند و فقط وقتی این روغن به معده رسید و کپسول هضم شد، آزاد میشود. با استفاده از نانوکپسول از جنس پلیمر خوراکی میتوان مزه و بوی مولکولهای غذا را از تخریب تدریجی حفظ نمود و با این روش مدتزمان ماندگاری محصول را افزایش داد. یکی از نانوساختارهای پرکاربرد در صنعت که قابلیت صنعتی شدن را نیز دارد نانوالیاف پلیمری هستند. نانوالیاف گستره متنوعی از نانومواد رشتهای شکل هستند که در جامعترین تعریف، قطر آنها نانومتری است. ساختارهای نانوالیاف به دلیل خصوصیات منحصربهفرد و کاربردهای فراوانی که دارند در صنایع غذایی بسیار مورد توجه قرارگرفتهاند. روشهای مختلفی برای تولید چنین ساختارهای نانوالیاف استفاده میشود. از میان این روشها الکتروریسی5 سادهترین روشی میباشد که میتواند الیافی بسیار ظریف و پیوسته از مواد مختلف مانند پلیمرها در حالت محلول و در حالت مذاب تهیه کند. قطر چنین الیافی در محدوده میکرومتر تا چندین نانومتر است. ابعاد کوچک این الیاف منجر به افزایش نسبت سطح به حجم آنها میشود. با استفاده از این روش میتوان اندازه و شکل الیاف و حتی تخلخل زیرلایه حاصل شده از الیاف را به خوبی کنترل کرد و مواد مختلف را در آنها جای داد. مساحت سطح ویژه بالا و وزن کم از ویژگیهای اصلی نانوالیاف بهکاررفته در این ساختار است که منجر به بهبود ماندگاری مواد خوراکی میشود. ساختار متخلخل نانوالیاف امکان تنفس بهتر مواد غذایی را فراهم میکند و مانع از تجمع بخار آب در لایه داخلی پوشش میشود. نانوالیاف میتوانند از مواد پلیمری مختلفی تهیه شوند که هر کدام ویژگیها و کارکردهای خاص خود را دارند. یکی دیگر از کاربردهای کلیدی فناوری نانو استفاده از افزودنیهایی است که به راحتی در بدن جذب میشوند و ماندگاری کالاها را طولانیتر میکنند. کلوئیدهای نانوذرات، امولسیونها و کپسولهای بستهبندی شده نانو تهنشین نمیشوند و درنتیجه عمر محصول و عمر ذخیرهسازی بیشتر میشود. پردازش خشک، همگنسازی با فشار بالا یا میکروسیال سازی و امولسیونسازی اولتراسونیک تکنیکهایی هستند که در روش از بالا به پایین برای آمادهسازی نانوذرات برای ساخت سسهای سالاد، ماستها، خامهها، شکلات، شربتها و نوشیدنیهای مالتدار و همچنین مواد پرکننده، امولسیونهای روغنی طعمدهنده و آیسینگ6 استفاده میشوند (16-14).
فناوری نانو در بستهبندی و نگهداری مواد غذایی
در سالهای اخیر با توجه به افزایش جمعیت، نیاز به ارائه مواد غذایی تازه و با کیفیت رو به افزایش است. این موضوع نیازمند استفاده از روشهاي جدید براي نگهداري محصولات با کیفیت بالا و زمان ماندگاري مناسب میباشد. سازمان بستهبندی جهانی7 تخمین زد که بیش از 25 درصد از مواد غذایی به خاطر بستهبندی نامناسب به هدر میرود (17 و 18). با توجه به هزینهی بالای تولید و تهیه منابع سالم و کافی غذایی، افزایش زمان ماندگاری مواد غذایی، حفظ مواد غذایی از هرگونه آلودگی خارجی، ایجاد یک محیط به دور از اتمسفر، نور و میکروارگانیسمهای خارجی امری بسیار ضروری و مهم است. اهمیت این موضوع بهمنظور تولید مواد با کمترین هزینه و بیشترین ارزش غذایی است. ماهیت نفوذپذیر و متخلخل مواد بستهبندی سنتی مواد غذایی یک نقص اساسی است. هیچ ماده بستهبندی که بهطور کامل در برابر بخار آب و سایر گازهای محیطی غیرقابل نفوذ باشد، وجود ندارد (17 و 18). راههای مختلفی برای جلوگیری از فساد مواد غذایی وجود دارد که از آن جمله میتوان به استفاده از مواد نگهدارنده و همچنین بستهبندی مواد غذایی اشاره کرد. به هنگام استفاده از مواد نگهدارنده، مجبور به اضافه نمودن مواد شیمیایی به مواد غذایی هستیم تا مانع از رشد میکروارگانیسمها شویم. بهترین روش برای حفاظت از فساد مواد غذایی استفاده از بستهبندیهای اصولی و بهداشتی است. کاربرد انواع بستهبندي محصولات غذایی مختلف روز به روز در حال گسترش است. علاوه بر این بهبود روشهای نگهداری مواد غذایی میتواند منجر به افزایش صادرات این محصولات و درنتیجه رشد اقتصادی کشور شود. امروز پس از گذشت 5 هزار سال از تاریخ نگهداری از مواد غذایی محققان در تلاشند تا از تکنولوژیهای جدید مانند تکنولوژی نانو در بستهبندی مدرن مواد غذایی استفاده کنند تا کیفیت و طول عمر مواد غذایی را افزایش دهند. این بستهبندیها را میتوان به سه دسته مختلف تقسیم نمود: دسته اول بستهبندیهای فعال که حاوی موادی با عملکردی خاص هستند (شبیه به بستهبندیهایی که از ورود اکسیژن و فساد غذا جلوگیری میکنند)؛ اما دسته دوم بستهبندیهای هوشمند است که به تغییرات محیط واکنش نشان میدهند (مثل شناسایی پاتوژنها)؛ دسته سوم بستهبندیهای بهبودیافته هستند.
فناوری نانو در بستهبندی فعال
بستهبندی فعال، نوع جديدی از بستهبندی مواد غذایی است که با غذا و محيط اطراف ارتباط برقرار ميکند و علاوه بر اینکه یک سپر بیاثر در برابر شرایط محیطی ارائه میدهد، نقش مهمی در تقویت خواص مکانیکی و حرارتی، حفظ کیفیت مواد غذایی در مدتزمان نگهداري و کاهش هزینهها دارد. این بستهبندیها با آزاد کردن مواد شیمیایی مفید مانند مواد ضدمیکروبی براي جلوگيري از رشد و کاهش میکروارگانیسمها یا آنتیاکسیدان و یا بهعنوان جاذب گاز عمل میکنند. ضدمیکروبیها، جاذبهای اکسیژن و تکنیکهای بیحرکتی آنزیمها تنها تعدادی از فناوریهای بستهبندی هستند که به دلیل چنین فعل و انفعالی، پایداری غذا را بهبود میبخشند. در اين بين، استفاده از نانوذراتی مانند مس، اکسید مس، نقره، اکسید نقره، دیاکسید تيانيوم، اکسید منیزیم و نانولولههاي کربني که در ارتباط مستقيم با غذا يا محيط اطراف آن خواص ضدمیکروبی را نشان ميدهند؛ متداول میباشند. نانوذرات کربن و نانولولههای کربنی در پليمر بستهبندي قادر است بوي انتشاریافته درون بستهبندي را به خود جذب کند. بستهبندي فعال که بيشتر براي برنامههاي ضدميکروبي توسعه يافته است، اميدهاي زيادي را براي ايمني، بهبود کيفيت و عمر مفيد محصولات غذايي ايجاد نموده است (19).
فناوری نانو در بستهبندی هوشمند
بر اساس تعریف یك بستهبندی اگر دارای توانایی ردیابی فرآورده، حسکردن محیط داخلی و خارجی بسته و سایر ملاحظات باشد، هوشمند است. بستهبندی هوشمند اصطلاحی است که برای نشان دادن بستهبندی با قابلیتهای ویژهای استفاده میشود که ازجمله این قابلیتها این است که میتوانند بر وضعیت مواد غذایی بستهبندی شده یا محیط مواد غذایی داخل بستهبندی را که شامل: دما،pH و غیره میشود نظارت کنند و اطلاعات مربوط به آنها را در اختیار کاربر قرار دهند. بستهبندی هوشمند دستگاهی است که قادر به انجام عملکردهای هوشمندانه نظیر تشخیص، حسکردن، ثبتکردن، ردیابی، ارتباط و کاربرد منطق علمی بهمنظور تسهیل تصمیمگیری در جهت افزایش زمان ماندگاری، افزایش ایمنی، بهبود کیفیت، فراهم کردن اطلاعات و هشدار درباره مشکلات احتمالی است. بستهبندی فعال، شامل مکانیزمهایی برای بهبود پایداری مواد غذایی است؛ مانند حذف عوامل مضر یا رهاسازی اجزایی که پایداری غذا را افزایش میدهد. برخلاف سایر بستهبندیها فناوری سیستمهای بستهبندی هوشمند معمولاً بهطور مستقیم ماندگاری مواد غذایی را افزایش نمیدهند، بلکه اطلاعات مربوط به کیفیت مواد غذایی را به ذینفعان زنجیره تأمین مواد غذایی منتقل میکنند. بستهبندی هوشمند را میتوان بهعنوان یک تکنیک بستهبندی حاوی یک نشانگر خارجی یا داخلی برای بیان کیفیت و تاریخچه محصول تعریف کرد (20-21). سیستمهای هوشمند را میتوان به سه دسته طبقهبندی کرد. حسگرها، نشانگرها و سیستمهای شناسایی فرکانس رادیویی8 که مهمترین نشانگرها شامل نشانگر زمان- دما، اکسیژن، دیاکسیدکربن، تازگی و نشانگر نشت هستند و از انواع حسگر میتوان به حسگر شیمیایی، حسگر زیستی و حسگرهای اکسیژن مبتنی بر فلورسانس اشاره کرد. از مهمترین کاربردهای فناوری بستهبندی هوشمند مواد غذایی میتوان به نشانگر نشت برای تشخیص هرگونه شکستگی و نشتی در بستهبندی استفاده کرد و از نشانگرهای کیفیت و ایمنی محصولات از نشانگرهای زمان -دما، رشد میکروبی، دستگاههای سنجش گاز، تشخیص پاتوژن، دستگاههای ردیابی، برچسبهای شناسایی فرکانس رادیویی برای اصالت محصول و جلوگیری از جعل و سرقت استفاده کرد. اين نوع از بستهبندی توليدکننده، فروشنده و مصرفکننده را از وضعيت محصول در مورد شرايط غذا یا محيط اطراف آن آگاه ساخته و قابليت شناسايي مواد شیمیايي، میکروارگانیسمهای بیماریزا و سموم مختلف را در مواد غذایی دارد. بهعنوانمثال بستهبندی مواد غذایی به همراه نانو حسگرها يا نانوکپسولها میتواند فساد ناشي از میکروارگانیسمها را با تغيير رنگ مشخص کند؛ يا در مواقع موردنیاز با آزاد کردن مواد نگهدارنده از فساد محصول غذايي جلوگيري کند. در حال حاضر، بستهبندی هوشمند کاربردهاي گستردهتری نسبت به بستهبندی فعال دارد (22-24).
فناوری نانو در بستهبندی بهبودیافته
با وجود پیشرفتهای فراواني که در علم تغذيه به وجود آمده، هم چنان خطر آلودگی با میکروارگانیسمها مثل کپک، باکتری و ويروس وجود دارد که سلامت انسان را تهديد میکند. ازآنجاییکه به کار بردن مستقيم مواد ضدميکروبي در غذاها میتواند برای سلامت مصرفکنندگان مضر باشد، بستهبنديهای ضدميکروبي از اهميت زيادی برخوردار شده است. يکي از اين بستهبنديها، بستهبندی بهبودیافته است که شامل زنجيرههاي پليمری به همراه 5 درصد وزني از نانوذرات و نانوکامپوزيتها است که در محصولاتی مانند بطریهای نوشيدنی گازدار، فیلمها و روغنهاي خوراکي استفاده میشود. در واقع نانوذراتي که در بستهبنديهای بهبودیافته به کار میروند، سبب افزايش انعطافپذيری، افزايش ممانعت از ورود و خروج گازها و افزايش پايداری حرارتي و رطوبتی پليمرهای تشکيل شده از آنها میشوند (25-26).
ایمنی مواد غذایی
ایمنی مواد غذایی به معنی حصول اطمینان از اینکه مواد غذایی در هنگام حمل و آمادهسازی و نگهداری، آلودگیهای میکربی و شیمیایی و فیزیکی پیدا نمیکنند و سبب بیماری مصرفکنندگان نمیشوند. علیرغم پیشرفتهای فناوری در زمینههای نگهداری مواد غذایی، بهداشت و مقررات، ایمنی مواد غذایی همچنان یک نگرانی عمومی بزرگ در سطح ملی و بینالمللی است (28 -27). پاتوژنها و سموم موجود در غذا میتوانند باعث بیماریهای ناشی از غذا شوند و خطرات جدی برای سلامت انسان ایجاد کنند (27). در ایالاتمتحده، تخمین زده میشود که بیماریهای ناشی از غذا سالانه باعث تقریباً 4/9 میلیون بیماری میشوند (29). بر اساس گزارش مرکز کنترل و پیشگیری از بیماری9 در سال 2013، حدود 818 شیوع بیماری ناشی از غذا وجود داشت که منجر به 13360 بیماری، 1062 بستری شدن در بیمارستان و 16 مرگ در ایالاتمتحده شد (30). در همین حال، دادههای سیستم نظارت بر شیوع بیماریهای منتقله از طریق غذا10 دریافت شده برای دوره 2015-2009 نشان داد که 5760 شیوع بیماری ناشی از غذا ثبت شده و منجر به 100039 بیماری، 5699 بستری شدن در بیمارستان، 1450 مرگ در همه 50 ایالت شده است. بدیهی است که صنایع غذایی باید دارای یک سیستم قوی برای شناسایی و تشخیص عوامل بیماریزا، ازجمله باکتریها، ویروسها، قارچها و هرگونه آلاینده بالقوه در محصولات غذایی یا سطوح تماس با غذا باشد. این هدف همچنان آرزوی اصلی جامعه علمی و محققان است. روشهای تشخیص سریع آلایندهها که ارزان، دقیق هستند و به کارگران کمتری با مهارتهای آموزشی کمتر نیاز دارند، برای صنایع غذایی ضروری هستند. بااینحال، روشهای تشخیص سنتی و تکنیکهای مولکولی سریع که برای شناسایی و تشخیص میکروارگانیسمها یا سموم بیماریزا استفاده میشوند، گران هستند و به زمان و کار نیاز دارند. مهمتر از آن، چنین روشهای سنتی میتوانند نادرست باشند یا در معرض خودآلودگی در طول پردازش باشند (28، 31). امروزه کاربردهای نانوتکنولوژی در صنایع غذایی گسترش یافته و نقش مهمی در تمامی جنبههای این بخش ایفا میکند، با توجه به ایمنی مواد غذایی، فناوری نانو ابزارها و تکنیکهای مختلفی را ارائه میدهد که میتواند مسائل ایمنی مواد غذایی ازجمله تشخیص میکروبی و سموم، افزایش عمر مفید و بهبود در بستهبندی مواد غذایی را حل کند. رویکردهای نانوتکنولوژی در ایمنی مواد غذایی بر روی خواص ضدمیکروبی نانوذرات و نانوحسگرها برای تشخیص پاتوژنهای غذایی و سایر آلایندهها متمرکز شده است (27، 30،32). در صنایع فرآوری مواد غذایی از نانوذرات برای تقویت پایداری و حفظ رنگ مواد غذایی استفاده میشود. نانوذرات سیلیکات میتوانند از جریان اکسیژن در ظروف بستهبندی جلوگیری کرده و نشت رطوبت را محدود کنند. این امر تضمین میکند که غذا برای مدت طولانیتری تازه باقی بماند. چندین نانوذره نیز میتوانند بهطور انتخابی به عوامل بیماریزا متصل شوند و در طی فرآیند بهطورکلی حذف شوند. بااینحال، نانوذرات معدنی، در غلظتهای کم فعالیت ضدباکتریایی قوی نشان میدهند و در شرایط حاد پایدارتر هستند؛ بنابراین، اخیراً تولیدکنندگان به استفاده از این نانوذرات در بستهبندیهای ضدمیکروبی مواد غذایی علاقه بسیاری نشان دادهاند. مطالعات همچنین نشان داد که ترکیب نانوذرات مختلف مانند نقره، طلا، روی، کیتوزان، پلاتین، آهن، نانولولههای کربنی با روغنهای ضروری مشتقات طبیعی، اثرات ضدمیکروبی همافزایی در برابر پاتوژنهای مختلف مواد غذایی ایجاد میکند که قویتر از نانوذرات بهتنهایی یا اسانسها به تنهایی است (33-35). نانوتکنولوژی همچنین میتواند برای سطوح در حذف یا غلبه بر رشد بیوفیلمها با استفاده از پوششهای ضدمیکروبی استفاده شود (27، 34). نانوذرات میتوانند مانع از تشکیل بیوفیلم شوند. معمولاً باکتریها به سطوح متصل میشوند و یک بیوفیلم تشکیل میدهند. این بیوفیلم متشکل از تجمع پیچیدهای از میکروارگانیسمها است که رویهم قرار میگیرند تا یک بیوفیلم سخت بر روی سطوح، ازجمله سطوح در تماس با غذا، تشکیل دهند. حذف بیوفیلمها معمولاً آسان نیست زیرا در برابر بیشتر عوامل ضدعفونیکننده مقاوم هستند؛ بنابراین، چنین بیوفیلمی به منبع آلودگی محصولات غذایی تبدیل میشود که میتواند منجر به بیماریهای منتقله از غذا شود (36). در این راستا، سطوح نانومهندسی با پوششهای ضدمیکروبی یکی از قویترین عوامل ضدمیکروبی در برابر بیوفیلمها هستند و درنتیجه ایمنی سطوح تماس با غذا و همچنین ایمنی و کیفیت خود محصولات غذایی را بهبود میبخشند. برای این منظور از پوششهای نانو مانند نقره در مقیاس نانو، تیتانیم اکسید و روی اکسید بهعنوان مواد ضدعفونیکننده سطوح در صنایع غذایی استفاده میشود (34). علاوه بر این، تیتانیم اکسید فعال شده با اشعه فرابنفش UV-C در کنترل مسائل آلودگی زیستی در عملیات طیور، فرآوری مواد غذایی و حملونقل مواد غذایی مؤثر است (37). درنهایت، نانوتکنولوژی و بهطور خاص، با استفاده از پوششهای نانومواد ضدمیکروبی، پتانسیل ارائه راهحلی برای مسائل آلودگی سطحی در صنایع غذایی با جلوگیری از چسبندگی میکروبی و تشکیل بیوفیلمها را دارد. در حوزه میکروبیولوژی غذایی، از نانوحسگرها بهطور مؤثر برای هشدار به مصرفکنندگان و توزیعکنندگان در مورد وضعیت ایمنی مواد غذایی استفاده میشود، زیرا دقیقاً میتوانند حضور هر گونه عوامل بیماریزا را در مواد غذایی نشان دهند. نانوحسگرها تغییرات جزئی مانند رطوبت، دما و آلودگی میکروبی را که ممکن است در محیط ذخیرهسازی (مثل انبارها) سبب تخریب محصول شود، نشان میدهند. بسیاری از نانوساختارها (نانومیلهها، نانوذرات و نانوالیاف) بهعنوان حسگرهای زیستی استفاده میشوند. بااینحال، حسگرهای زیستی مبتنی بر پایه نانولوله کربنی به دلیل تشخیص سریع، سادگی و مقرونبهصرفه بودن، کارایی بیشتری دارند. در سالهای اخیر، ظهور کاربردهای نانوتکنولوژی در حوزه ایمنی مواد غذایی، ازجمله تکنیکهای تشخیص و دستگاههای نانوحسگر، اهمیت بیشتری برای محققان پیدا کرده است و توجه بیشتری را از سوی صنایع غذایی و عموم مردم برای تشخیص سریع پاتوژنها یا انواع دیگر آلایندهها به خود جلب کرده است (28). نانوحسگرها یکی دیگر از کاربردهای امیدوارکننده برای تشخیص میکروبهای بیماریزا ازجمله ویروسها و باکتریها و همچنین آلایندههای شیمیایی در مواد غذایی هستند (38). برای این منظور، حسگرهای زیستی متعددی برای شناسایی پاتوژنهای موجود در مواد غذایی ازجمله لیستریا مونوسیتوژنز11، ایکولای12 و سالمونلا13 که شایعترین پاتوژنهای منتقله از غذا هستند که علاوه بر مایکوتوکسینها14 با آلودگی مواد غذایی مرتبط هستند، توسعه یافتهاند (39-40). مشابه نانوذرات ضدمیکروبی، نانوحسگرها در تشخیص میکروارگانیسمهای بیماریزا و متابولیتهای سمی آنها سریعتر، قابلاعتمادتر و مختصرتر از روشهای تشخیص مرسوم هستند. این امر بهویژه برای حسگرهای زیستی با ذرات رنگ فلورسنت که به آنتیبادیهای روی نانوآرایههای سیلیکونی/طلا میچسبند صادق است. برای این منظور، محققان نانوحسگرهای مختلفی را با استفاده از نانوذرات فلزی، نانوذرات کربن، نانوذرات مغناطیسی یا نقاط کوانتومی کادمیوم برای شناسایی پاتوژنهای خاص غذایی یا متابولیتهای سمی آنها و همچنین تشکیل بیوفیلم توسعه دادهاند (31). از این نقطه میتوان گفت که فناوری نانو به دلیل خواص ضدمیکروبی قوی و پتانسیل آن برای غلبه بر چالشهای ایمنی مواد غذایی در بخش مواد غذایی، نقش فوقالعادهای در ایمنی مواد غذایی ایفا میکند.
نتیجهگیری
نانوتکنولوژی بهعنوان علمي نوين، از طریق کاربردهایی که به تمام بخشهای صنایع غذایی ازجمله فرآوری، ایمنی و بستهبندی مواد غذایی رسیده است، امکانات بالقوهای را براي بهبود کيفيت و امنيت مواد غذایی، ثبات و پايداري و همچنین ايمني آنها فراهم آورده است. البته، در طراحی سیستمهای نانویی باید دقت شود تا هم سازگار با محیطزیست باشند و هم اثر سمی روی غذا نداشته باشند. فرآوری غذا شامل فرآیندهایی است که برای تغییر پارامترهای ظاهری، کیفیت احساسی و نگهداری مواد غذایی انجام میگیرد تا با کمک این روشها و تکنیکها مواد غذایی خام تبدیل به حالتی شود که موردعلاقه مصرفکننده است. این تکنیکها بهگونهای طراحی شدهاند که طعم و کیفیت غذا دستنخورده باقی بماند، اما از هجوم میکروارگانیسمها که منجر به فساد غذا میشود نیز محافظت شوند. در زمینه ایمنی مواد غذایی، کاربردهای نانوتکنولوژی بهعنوان عوامل ضدمیکروبی برای سطوح تماس مواد غذایی، بستهبندی مواد غذایی و پوششها به کار گرفته شده است. امروزه فناوری نانو در صنایع غذایی از طریق کاربرد آن در تشخیص عوامل بیماریزا و سموم و با ارائه اطلاعات در مورد وضعیت تغذیه، به افزایش ایمنی محصولات غذایی کمک میکند. فناوری نانو در بستهبندی مواد غذایی این پتانسیل را دارد که روش بستهبندی مواد غذایی را تغییر دهد. امروزه بستهبندی مواد غذایی گذشته از حفظ فیزیکی مواد غذایی در برابر آلودگیها و راحتی توزیع، میتواند در راستای رصد ماده غذایی از کارخانه تا زمانی که به دست مصرفکننده میرسد، مورد استفاده قرار گیرد. درنتیجه، کاربردهای نانوتکنولوژی در بستهبندی مواد غذایی امیدوارکننده است، زیرا میتواند ایمنی، کیفیت و ماندگاری محصولات غذایی را افزایش دهد.
تعارض منافع
نویسنده بدینوسیله اعلام میدارد که هیچگونه تعارض منافع، اعم از مالی، تجاری، حرفهای یا غیرتجاری، در ارتباط با تهیه، نگارش و انتشار این مقاله وجود ندارد.
[1] Quantum Dots (QDs)
[2] Hyperthermia
[3] George and Seton Food Institute
[4] Top-up bread
[5] Electrospinning
[6] Icing
[7] World Packaging Organization (WPO)
[8] Radio frequency identification systems (RFID)
[9] Centers for Disease Control and Prevention (CDCP)
[10] Foodborne Disease Surveillance System (FDOSS)
[11] Listeria monocytogenes
[12] Escherichia coli (E. coli)
[13] Salmonella
[14] Mycotoxins
References
1. Dera MW, Teseme WB, Mulugeta Wegari Dera WB. Review on the application of food nanotechnology in food processing. Am. J. Eng. Technol. Manag. 2020; 5:41-7.
2. Duncan TV. Applications of nanotechnology in food packaging and food safety: barrier materials, antimicrobials and sensors. J Colloid Interface Sci. 2011; 363(1):1–24.
3. Berekaa MM. Nanotechnology in food industry; advances in food processing, packaging and food safety. Int J Curr Microbiol Appl Sci. 2015; 4(5):345–57.
4. Nile SH, Baskar V, Selvaraj D, Nile A, Xiao J, Kai G. Nanotechnologies in Food Science: Applications, Recent Trends, and Future Perspectives. Nanomicro Lett. 2020;12(1):45.
5. Mohammad ZH, Ahmad F, Ibrahim SA, Zaidi S. Application of nanotechnology in different aspects of the food industry. Discov Food. 2022; 2: 12.
6. Roselli M, Finamore A, Garaguso I, Britti MS, and Mengheri E. Zinc oxide protects cultured enterocytes from the damage induced by Escherichia coli. J. Nutri. 2003; 133: 4077–4082.
7. Sawai J. Quantitative evaluation of antibacterial activities of metallic oxide powders (ZnO, MgO and CaO) by conductimetric assay. J. Microbiol. Method.2003; 54: 177–182.
8. Ezhilarasi P N, Karthik P, Chhanwal N, and Anandharamakrishnan C. Nanoencapsulation techniques for food bioactive components: a review. Food Bioprocess Technol. 2013; 6: 628–647.
9. Bansal V, Bharde A, Ramanathan R, Bhargava SK. Inorganic materials using ‘unusual ’microorganisms. Advances In Colloid and Interface Science. 2012; 179:150-68.
10. Kulkarni SK, Synthesis of nanomaterials—III (Biological methods). In Nanotechnology: Principles and Practices. Springer, Cham. 2015; 111-123.
11. Sankar R, Karthik A, Prabu A, Karthik S, Shivashangari KS, Ravikumar V. Origanum vulgare mediated biosynthesis of silver nanoparticles for its antibacterial and anticancer activity. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2013; 1:108:80-4.
12. Reddy NJ, Vali DN, Rani M, Rani SS. Evaluation of antioxidant, antibacterial and cytotoxic effects of green synthesized silver nanoparticles by Piper longum fruit. Materials Science and Engineering: C. 2014; 1; 34:115-22.
13. Abbas K, Saleh A, Mohamed A, Mohd Azhan N. The recent advances in the nanotechnology and its applications in food processing: a review. Food Agric Environ. 2009; 7 (3-4): 14–17.
14. Singh H. Nanotechnology applications in functional foods; opportunities and challenges. Prev. Nutr. Food Sci.2016; 21 (1): 1.
16. Kentish S, Wooster T, Ashokkumar M, Balachandran S, Mawson R, Simons L. The use of ultrasonics for nanoemulsion preparation. Innovat. Food Sci. Emerg. Technol. 2008; 9 (2):170–175.
17. Sharma C, Dhiman R, Rokana N, Panwar H. Nanotechnology: an untapped resource for food packaging. Front. Microbiol. 2017; 8: 1735.
18. Sharma C, Dhiman R, Rokana N, Panwar H. Nanotechnology: an untapped resource for food packaging. Front. Microbiol. 2017; 8:1735.
19. Hosseini Sadr S, Sablan Vand S, Valizadeh R. The use of nanotechnology in food packaging". Poivesh in basic science education. third period, 2016; 3: 41-51.
20. Drago E, Campardelli R, Pettinato M, & Perego P. Innovations in smart packaging concepts for food: An extensive review. Foods. 2020; 9(11):1628.
21. Biji KB, Ravishankar C N, Mohan CO, Gopal TS. Smart packaging systems for food applications: a review. Journal of food science and technology. 2015; 52(10):6125-6135.
22. BArskA A, & WyrWA J. Innovations in the food packaging market–intelligent packaging–a review.Czech Journal of Food Sciences. 2017; 35(1):1-6
23. Müller P, Schmid M. Intelligent packaging in the food sector: A brief overview. Foods, 2019; 8(1):16.
24. Young E, Mirosa M, Bremer P. A systematic review of consumer perceptions of smart packaging technologies for food. Frontiers in Sustainable Food Systems. 2020;4: 63.
25. Yan M R, Hsieh S, Ricacho N. Innovative food packaging, food quality and safety, and consumer perspectives. Processes. 2022; 10(4):747.
26. Sohail M, Sun D W, Zhu Z. Recent developments in intelligent packaging for enhancing food quality and safety. Critical reviews in food science and nutrition. 2018; 58(15):2650-2662.
27. Bajpai VK, Kamle M, Shukla S, Mahato DK, Chandra P, Hwang SK, Kumar P, Huh YS, Han YK. Prospects of using nanotechnology for food preservation, safety, and security. Journal of food and drug analysis. 2018; 26(4):1201-14.
28. Gómez-Arribas LN, Benito-Peña E, Hurtado-Sanchez MD, Moreno-Bondi MC. Biosensing based on nanoparticles for food allergens detection. Sensors. 2018; 18(4):1087.
29. Dewey-Mattia D, Manikonda K, Hall AJ, Wise ME, Crowe SJ. Surveillance for foodborne disease outbreaks—United States, 2009–2015. MMWR Surveillance Summaries. 2018; 67(10):1.
30. Dewey-Mattia D, Manikonda K, Hall AJ, Wise ME, Crowe SJ. Surveillance for foodborne disease outbreaks—United States, 2009–2015. MMWR Surveillance Summaries. 2017; 67(10):1.
31. Grumezescu AM, Holban AM, editors. Impact of nanoscience in the food industry. Academic Press; 2018 Jan 20.
32. Kumar A, Pratush A, Bera S. Significance of nanoscience in food microbiology: current trend and future prospects. In: Nanotechnology for advances in medical microbiology. Singapore: Springer. 2021;249–67.
33. Nasr NF. Applications of nanotechnology in food microbiology. Int J Curr Microbiol App Sci. 2015;4(4):846–53.
34. Nile SH, Baskar V, Selvaraj D, Nile A, Xiao J, Kai S. Nanotechnologies in Food Science: Applications, Recent Trends, and Future Perspectives. Nano-Micro Lett.2020; 12: 45.
35. Morsy MK, Khalaf HH, Sharoba AM, El-Tanahi HH, Cutter CN. Incorporation of Essential Oils and Nanoparticles in Pullulan Films to Control Foodborne Pathogens on Meat and Poultry Products. Journal of Food Science. 2014; 79(4):M675-M684.
36. Myszka K, Czaczyk K. Bacterial biofilms on food contact surfaces-a review. Polish J Food Nutr Sci. 2011;61(3):173–80.
37. Khan ST, Al-Khedhairy AA, Musarrat J. ZnO and TiO2 nanoparticles as novel antimicrobial agents for oral hygiene: a review. J Nanopart Res. 2015;17(6):1–16.
38. Eleftheriadou M, Pyrgiotakis G, Demokritou P. Nanotechnology to the rescue: using nano-enabled approaches in microbiological food safety and quality. Curr Opin. 2017; 44:87–93.
39. Colica C, et al. The role of nanotechnology in food safety. New York: Nova Science Publisher’s, Inc.; 2018.
40. Berekaa MM. Nanotechnology in food industry; advances in food processing, packaging and food safety. Int J Curr Microbiol Appl Sci. 2015;4(5):345–57.
