کاربردهاي فناوري‌نانو در صنعت مواد غذايي

برگزاري همايش‌‌هايي با موضوع فناوري‌نانو، راه‌اندازي کنسرسيوم‌هايي براي مواد غذايي بهتر و سالم‌تر، همچنين بالا بردن آگاهي مردم از طريق رسانه‌ها، مؤيد تأثيرگذاري فناوري‌نانو بر صنايع غذايي است. در اين مقاله به ارتقاع سطح کيفيت، هضم و جذب مواد غذايي به کمک فناوري نانو وهمچنين چگونگي بسته بندي و نگهداري آن به کمک اين فناوري اشاره شده است.
مقدمه
برگزاري همايش‌‌هايي با موضوع فناوري‌نانو، راه‌اندازي کنسرسيوم‌هايي براي مواد غذايي بهتر و سالم‌تر، همچنين بالا بردن آگاهي مردم از طريق رسانه‌ها، مؤيد تأثيرگذاري فناوري‌نانو بر صنايع غذايي است. انواع کاربردهاي نانو در اين زمينه شامل بسته‌بندي‌هاي هوشمند، مواد نگهدارنده و مواد خوراکي تعاملي (interactive) است، که به مصرف‌کنندگان اجازه مي‌دهد موادغذايي را با توجه به ذائقه و نيازغذايي مورد نظرشان تغيير دهند.
بيشترغول‌هاي توليد کننده موادغذايي مانند Nestle,Kraft,Heinz و Unilever برنامه‌هاي تحقيقاتي مشخصي در اين زمينه دارند تا بتوانند سهم بازار خود را در دهه‌هاي آينده حفظ کنند. اين بدان معنا نيست که مواد غذايي به‌طور اتمي تغيير پيدا کنند و يا با نانوماشين‌ها توليد شوند، زيرا آرزوي توليد غذاهاي مولکولي با کمک نانو ماشين‌ها فعلاً عملي نيست.
با علم به قابليت‌هاي فناوري‌نانو اميد است، بتوان سيستم‌هاي فعلي فراوري مواد غذايي را تغيير داده، محصولاتي مطابق با فرهنگ تغذيه سالم به بازار عرضه كرد. محققان همچنين اميدوارند بتوانند با استفاده از مواد افزودني، کيفيت مواد غذايي و هضم و جذب غذا را در بدن افزايش دهند. اگر چه بعضي از اين اهداف دور از انتظار به نظر مي‌رسد، اما امروزه صنايع بسته بندي از فناوري‌نانو در محصولات خود کمک مي‌گيرند.
1. بسته‌بندي و سلامت مواد غذايي
پيشرفت در بسته بندي هوشمند براي افزايش عمر مفيد محصولات غذايي، هدف بسياري از شرکت‌هاست. اين سيستم‌هاي بسته‌بندي قادر خواهند بود پارگي‌ها و سوراخ‌هاي کوچک را با توجه به شرايط محيطي (مانند تغييرات دما و رطوبت) ترميم و مصرف کننده را از فساد ماده غذايي آگاه سازند. فناوري‌نانو مي‌تواند در مواردي مانند افزايش مقاومت به نفوذ در پوشش‌ها، افزايش ويژگي‌هاي ديواره (مکانيکي، حرارتي، شيميايي وميکروبي)، افزايش مقاومت در برابر گرما، گسترش ضد ميکروب‌هاي فعال و سطوح ضد قارچ کارساز باشد.
چشم اندازهاي مالي فناوري‌نانو، صنايع بسته‌بندي را پررونق نشان مي‌دهد. سهم بازار اين صنعت در حال حاضر حدود 1.1 ميليارد دلار است و پيش‌بيني‌ مي‌شود تا سال 2010 به 7.3 ميليارد دلار آمريکا برسد. با اين وجود، صنعت بسته‌بندي هوشمند از آنچه پيش‌بيني شده بود جلوتر رفته و نشانه‌هاي تکامل آن به خوبي پيداست. تحقيقات سازمان مالي Frost and Sullivan نشان داد که علاقه مشتريان به مواد غذايي سالم و تازه در بسته‌بندي‌هاي مناسب، موجب پيشرفت اين صنعت شده است. سازمان هاي زيادي وجود دارند که در زمينه سيستم‌هاي بسته‌بندي هوشمند فعاليت مي‌کنند، ازجمله شرکت توليدکننده مواد غذايي Kraft كه با همکاري دانشگاه راتگرز در حال فعاليت روي پروژه زبان الکترونيکي (electronic tongue) است تا آن را به بسته‌بندي‌ها اضافه کند. اين نوع بسته‌بندي شامل رشته‌اي از نانوحسگرهاست که نسبت به گازهايي که از مواد غذايي آزاد و موجب فساد آنها مي‌شوند، به شدت حساس بوده و تغيير رنگ مي‌دهند که اين تغيير رنگ، علامت واضحي از سلامت يا فساد ماده غذايي است.
شرکت Bayer Polymer کيسه‌اي پلاستيکي با نام Durethan KU2-2601 توليد کرده است که از محصولات موجود در بازار سبک تر و محکم تر است، همچنين مقاومت بيشتري در برابر گرما از خود نشان مي‌دهد. هدف اوليه از توليد پلاستيک‌هاي بسته‌بندي مواد غذايي، جلوگيري از خشک شدن محتويات آنها و محافظت در مقابل رطوبت و اکسيژن است. پوشش جديد غني از نانوذرات سيليکات است. اين نانوذرات تا حد زيادي از نفوذ اکسيژن، گازهاي ديگر و رطوبت جلوگيري مي‌کنند و فساد مواد غذايي را به تعويق ‌مي اندازند.
سازمان‌هاي ديگر به کمک فناوري‌نانو در حال يافتن راهي براي تشخيص فساد مواد غذايي هستند. به عنوان مثال شرکت AgroMicron، افشانه تشخيص دهنده نانوبيولومينسانس را ساخته که شامل پروتئين لومينسانت است. در اين طرح، افشانه سطح ميکروب‌هايي مانند Salmonella و E.coli را ‌پوشانده، و از خود نوري ساطع مي‌کند و به اين روش فساد مواد غذايي تشخيص داده مي‌شود. اين شرکت اميدوار است بتواند محصول مورد نظر را با نام BioMark وارد بازار کند. در حال حاضر اين شرکت در حال ساخت افشانه‌‌هايي با روش‌‌هاي جديد است تا بتواند از آنها در حمل و نقل دريايي استفاده کند.
در راهبرد مشابه، براي اطمينان از سلامت مواد غذايي، محققان اتحاديه اروپا در پروژه Good Food از نانوحسگرهاي قابل حمل براي يافتن مواد شيميايي مضر، پاتوژن‌ها و سم‌‌ها در مواد غذايي استفاده مي‌کنند.
با اين کار، ديگر نيازي به فرستادن نمونه‌هاي مواد غذايي به آزمايشگاه براي تشخيص سلامت و کيفيت محصولات در کشتزارها و کشتارگاه‌ها نيست. همچنين اين پروژه، در حال توسعه به کارگيري زيست تراشه‌هاي DNA براي کشف پاتوژن‌هاست. اين روش مي‌تواند در تشخيص باکتري‌هاي مضر و متفاوت موجود در گوشت يا ماهي و يا قارچ‌هاي ميوه مؤثر باشد. اين پروژه در نظر دارد با گسترش ميکروحسگرهاي رشته‌ا‌ي، بتواند آفت‌کش‌هاي ميوه و سبزيجات را به همان خوبي که شرايط محيطي کشتزارها را کنترل مي‌کند تشخيص دهد. اين نوآوري به نام حسگرهاي Good Food ناميده مي‌شود.
پروژه سرمايه‌گذاري شده اتحاديه اروپا به نام BioFinger که هدف آن، ساخت ابزارهاي ارزان با توان تشخيص آسان در سلامت محيط زيست است، فعاليت ديگري در زمينه آناليز مواد غذايي دارد. در ابزارهايي که از حامل (cantilever) استفاده مي‌کنند، روش بدين صورت است که تيرک (Tip) با ماده شيميايي پوشانده شده و در برخورد با مولکول‌هاي خاصي، سيگنال ايجاد مي‌کنند. BioFinger با استفاده از اين حامل‌ها که به يک ميکروتراشه متصل است کوچک‌تر و قابل حمل مي‌شود.
ارتش آمريکا در حال ساخت حسگرهاي فوق‌العاده‌اي‌ است که از آنها در مقابل حمله‌کننده‌ها به مواد غذايي استفاده مي‌شود. در سيستم هاي کنوني چندين روز طول مي‌کشد تا وجود پاتوژن‌ها در مواد غذايي تشخيص داده شود. تشخيص سريع پاتوژن‌ها به وسيله اين حسگرها به زودي باعث فراگير شدن اين فناوري در صنعت مواد غذايي خواهد شد.
محققان دانشگاه بُن در حال ساخت پوشش‌هاي دفع کننده آلودگي براي بسته‌بندي‌ها با استفاده از اثر لوتوس (نيلوفر آبي) (قطره آب از سطح برگ‌هاي نيلوفر آبي مي‌لغزد و در نتيجه هرم‌هاي موم مانند نانومقياس، سطح برگ را مي‌پوشاند) هستند. کشتارگاه‌ها و محل‌هاي فرآوري گوشت نيز مي‌توانند از اين فناوري استفاده کنند. گروه تحقيقاتي دانشگاه انگليسي ليدز دريافتند که نانوذرات اکسيد منيزيم و اکسيد روي باعث از بين بردن ميکروارگانيزم‌ها مي‌شوند. استفاده از اين مواد بسيار ارزان‌تر از نانوذرات نقره است و مي‌توانند کاربرد زيادي در بسته‌بندي مواد غذايي داشته باشند. فناوري شناخت فرکانس‌هاي راديويي (RFID) در بيش از 50 سال پيش توسعه يافت، ولي امروزه اين فناوري راه خود را براي کنترل مواد غذايي در مغازه‌ها پيدا کرده است. در اين فناوري با استفاده از ميکروپردازشگر‌ها مي‌توان داده‌ها را به گيرنده‌هاي بي‌سيم ارسال کرد. امروزه مي‌توان از اين روش براي کنترل اقلام غذايي از انبار تا دست مصرف‌کننده بهره گرفت. برخلاف بارکدها که نياز به اسکن دستي و خواندن يک به يک دارند، برچسب‌هاي RFID نيازي به خوانده شدن خطي نداشته و امکان خواندن تعداد زيادي از آنها در يک ثانيه وجود دارد. فروشگاه‌هاي زنجيره‌اي مانند Wal Mart، Home Depot گروه Metro و Tsco در حال آزمايش اين فناوري هستند. ضعف اصلي اين روش، افزايش هزينه توليد است که نتيجه ساخت سيليکوني آن مي‌باشد. با ترکيب فناوري‌نانو و الکترونيک (نانوترونيک) اين برچسب‌ها ارزان‌تر و کاراتر شده، همچنين پياده‌سازي آنها آسان‌تر مي‌شود.
گروهي از دانشمندان شمال اروپا، کنسرسيوم نانوغذايي را با هدف توسعه کاربردهاي فناوري‌نانو دراين صنعت و با تأکيد بر مواد غذايي سالم و مطمئن تشکيل داده‌اند. اين مجمع، متشکل از شرکت‌هاي Arla Foods, Danisco A/S, Ar hus United A/S, Danish Crown amba و مرکز ميان رشته‌اي نانوعلوم است.
با تأکيد بر فراهم آوردن مواد غذايي سالم براي مشتريان، اولويت‌هاي اين کنسرسيوم عبارت از توسعه حسگرهايي که قادر به تشخيص سريع سم در ترکيبات و يا باکتري‌هاي مضر در نمونه‌هاي غذايي باشند، گسترش سطوح ضد باکتري براي ماشين‌هايي که در توليد مواد غذايي به‌کار مي‌روند، گسترش ساخت پوشش‌هاي محکم‌تر و ارزان‌تر، توليد مواد غذايي با ترکيبات خوراکي سالم‌تر مي‌باشد.
تحقيقات مرکز دانمارک در بخش پژوهش‌هاي پيشرفته غذايي (LMC) که از همبستگي مؤسسات دانمارکي فعال در زمينه علوم غذايي تشکيل شده‌اند، برنامه‌هاي خود را در چارچوب هفتمين برنامه خود به صورت زير اعلام مي‌دارد:
درک پايه‌اي از مواد غذايي و تغذيه حيوانات براي نوآوري هوشمند؛
سيستم‌هاي زيست‌شناسي در تحقيقات غذايي؛
بازنگري زيستي در بخش محصولات غذايي؛
پيشرفت‌هاي فناوري؛
علم مواد خوراکي؛
نوآوري‌هايي بر اساس نياز مشتري و ارتباطات غذايي.
آنها معتقدند تمرکز روي اين برنامه‌ها مي‌تواند موجب دستيابي کامل و چند جانبه در تحقيقات و توسعه مواد غذايي در اروپا شود. همچنين اميدوارند از نانوموادي با ويژگي‌هاي کاربردي به منظور استفاده در نانوحسگرها و فناوري ‌نانوسيالات در صنايع غذايي استفاده کنند. پيشرفت در مواد بسته‌بندي هوشمند، امکان کنترل شرايط محصولات در طول حمل و نقل و استفاده از روش‌هاي بسته‌بندي مبتني بر زيست‌شناسي را براي ما مهيا مي‌سازد.
2. فراوري مواد غذايي
فناوري‌نانو علاوه بر بسته‌بندي، تأثير زيادي روي گسترش مواد غذايي کاربردي و تعاملي دارد؛ موادي که به نيازهاي بدن پاسخ داده، مي‌توانند در رسانش مواد غذايي مؤثر باشند. گروه‌هاي تحقيقاتي مختلفي در حال کار روي ساخت مواد غذايي جديد بر اساس تقاضا هستند. اين مواد به صورت غير فعال در بدن باقي مي‌مانند و مواد غذايي را در صورت نياز به سلول‌ها مي‌رسانند. عنصر کليدي اين بخش، توسعه نانوکپسول‌هايي است که با استفاده از آنها در مواد غذايي مي‌توان کار رسانش را به خوبي انجام داد. از پيشرفت‌هاي ديگر در فرآوري مواد غذايي، افزودن نانوذرات به مواد خوراکي براي افزايش جذب آنها در بدن است.
يکي از بهترين نانوايي‌ها در غرب استراليا در استفاده از نانوکپسول‌هايي که شامل روغن ماهي تن (منبع غني از اسيدهاي چرب امگا 3) بوده‌اند؛ موفق بوده است. اين مرکز از نانوکپسول‌ها در پرفروش‌ترين نوع نان خود به نامtip-top استفاده مي‌کند و اين ذرات فقط هنگامي باز و شکسته مي‌شوند که وارد معده شوند، به اين ترتيب از مزه ناخوشايند روغن ماهي جلوگيري مي‌شود.
شرکت Nutralease در رژيم اشغالگر قدس، از فناوري ساختارهاي مايع خودآراي نانومقياس (NSSL) براي رسانش مواد غذايي استفاده مي‌کند. اين ذرات به شکل مايسل (کره‌هاي توخالي که از چربي ساخته شده و درون آن آب است) با قطر حدود 30 نانومتر هستند. مواد خوراکي يا nutraceuticals داراي آب دروني هستند و مي‌توانند براي حمل موادي مانند ليکوپن، بتا-کاروتن، لوتين، فيتوسترول ها، CoQ10 و DHA/EPA مورد استفاده قرار بگيرند. اين ذرات به ترکيبات اجازه مي‌دهند که به راحتي از طريق معده وارد رگ‌هاي خوني شوند. بنابراين دسترسي زيستي آنها افزايش مي‌يابد. اين فناوري را در حال حاضر کارخانجات Shemen براي رسانش روغن فعال Canola وارد بازار كرده‌اند. اين شرکت ادعا مي‌کند مي‌تواند جذب کلسترول را در کيسه صفرا تا 14 درصد کاهش ‌دهد.
تعدادي از شرکت‌هاي شيميايي در حال تحقيق روي افزودني‌هايي هستند که بدن به راحتي قادر به جذب آنهاست و مي‌توانند عمر مفيد محصولات را افزايش دهند. سازمان بين‌المللي علوم رسانش زيستي در حال توسعه نانوحلزون‌هايي با ذرات پيچشي 50 نانومتري است که مي‌تواند در رسانش موادي مانند ويتامين‌ها، ليکوپن و اسيدهاي چرب امگا3 به سلول‌ها به کار گرفته شود، بدون اينکه در مزه و رنگ مواد غذايي تأثير داشته باشد.
صنايع غذايي Kraft، گروهي محقق از 15 دانشگاه مختلف را تشکيل داده است تا با کمک فناوري‌نانو در مورد غذاها تحقيق کند. اين مورد به مصرف‌کنندگان اجازه مي‌دهد تا بين رنگ‌ها و طعم‌هاي مختلف انتخاب کنند. اين مجمع همچنين روي توسعه مواد غذايي هوشمند با کمک نانوحسگرها، که باعث آزاد سازي تدريجي موادغذايي مي‌شود فعاليت مي‌کند. اين نانوکپسول‌ها با مواد غذايي ترکيب مي‌شوند ولي تا زمان مناسب، غير فعال باقي مي‌مانند. تمامي پيشرفت‌هاي جديد موجب مي‌شود مفهوم موادغذايي کامل به واقعيت نزديک شود و انتظار مي‌رود تا فوايد ديگري در زمينه انرژي، عملکردهاي تشخيصي، کاربردهاي ايمني بهتر و توسعه محصولات ضد پيري براي مصرف‌کنندگان وجود داشته باشد.
امروزه از فناوري‌نانو در صنايع آرايشي مانند ساخت کرم‌هاي شفاف استفاده مي‌شود. شرکت Royal BodyCare، که از فناوري‌نانو علوم غذايي استفاده مي‌کند محصول جديدي با نام NanoCeuticals را وارد بازار کرده، که امولسيوني از ذرات با قطر کمتر از 5 نانومتر است. اين شرکت ادعا مي‌کند اين محصول، راديکال‌هاي آزاد را جمع آوري کرده، آب رساني را بالا برده و pH بدن را تنظيم مي‌کند. اين شرکت همچنين در حال توسعه نانوخوشه‌‌ها و پودرهاي نانومقياسي است که با مکمل‌هاي غذايي ترکيب مي‌شوند و هنگام مصرف، قدرت جذب مواد غذايي را در بدن افزايش مي‌دهند.
شرکت‌هاي مواد غذايي و آرايشي در همکاري با يکديگر به دنبال سازوكاري جديد براي رسانش ويتامين‌ها و جذب مستقيم آنها از پوست هستند. به عنوان مثال شرکت Nestle که 49 درصد از سهام شرکت LOreal را داراست در حال ساخت کرم ضدآفتاب شفافي است که ويتامين E را مستقيم به پوست مي‌رساند. هدف، ساخت کرمي است که به وسيله پوست جذب شده و ويتامين E را به آرامي آزاد کند، به‌علاوه داراي ماده محافظ UV نيز باشد. در حال حاضرکرم‌هاي شفاف ضد UV در بازار موجود است و LOreal انتظار دارد اين کرم با کاربردهاي بيشتري بازار را در برگيرد.
رقيبان ديگر مانند Estee Lauder در حال ساخت فرمول‌هاي ضد پيري هستند که از نانوذرات تشکيل شده‌است. شرکت آمريکايي Oilfresh محصول نانوسراميکي جديدي وارد بازار کرده که مصرف روغن را در رستوران‌ها و غذاهاي آماده به نصف کاهش مي‌دهد. در نتيجه اين تغيير بزرگ، از اکسيد شدن محصولات به دليل چربي‌هاي درون روغن جلوگيري مي‌شود. مورد ديگر اين است که روغن سريع‌تر داغ شده و انرژي مورد نياز براي پخت کاهش مي‌يابد.
اخيراً دانشگاه واخنينگن در هلند مرکز تحقيقاتي را تأسيس کرده که در حال کار روي کاربرد فناوري‌نانو در صنايع غذايي است. مرکز بيوفناوري واخنينگن روي موضوعات مختلفي ازجمله تشخيص کيفيت و سلامت غذا، پوشش‌دار کردن و رسانش مواد غذايي، ميکرو و نانو ابزارهايي براي پردازش‌هاي شيميايي و فيزيکي، زيست شناسي شيميايي، نانو سم شناسي؛ بررسي فناوري و علم مشتري متمرکز شده است.
شرکت آلماني Aquanova در حال توسعه فناوري جديدي است که در آن دو ماده فعال را با هم ترکيب کرده و در کاهش چربي از طريق نانوحامل‌ها (کره‌هاي تو خالي با قطر 30 نانومتر) استفاده مي‌کند. اين نوآوري مي‌تواند دستيابي جديدي در کنترل وزن باشد. شرکت NovaSOL Sustain از CoQ10 براي کاهش چربي اسيدهاي alpha-lipoic براي رفع گرسنگي استفاده مي‌کند. همچنين اين فناوري براي توليد ويتامين‌هايي مانند SoluE که از دسته ويتامين‌هاي E است و همچنين SoluC که از دسته ويتامين‌هاي C است استفاده مي‌شود.
در يک راهبرد متفاوت، شرکت Unilever در حال توليد بستني‌هاي کم چرب با کاهش ذرات امولسيون است. با اين عمل اميد است که استفاده از اين ذرات، ميزان چربي را تا 16 درصد کاهش دهد. مرکز بين‌المللي Woodrow Wilson، مؤسسه بورس تحصيلي در آمريکا، پايگاه داده‌اي از مشتريان بازار فناوري‌نانو تشکيل داده و به‌زودي 15 مورد را که ارتباط مستقيم با صنايع غذايي دارند اعلام مي‌کند. اين فهرست شامل nanocetical هاي توليدي شرکت RBC، Life Science و روغن فعال Canola ي صنايع Shemen و نانوذرات نقره استفاده شده در يخچال‌هاي شرکتLG مي باشد.
3. جمع بندي
امروزه بسياري از کشورهاي جهان به توانايي فناوري‌نانو در صنايع غذايي پي برده‌اند‌‌و در حال سرمايه‌گذاري قابل‌توجهي در اين راه هستند. مؤسسه استاندارد مواد‌غذايي انگلستان (FSA) تحقيقاتي براي دستيابي به توانايي استفاده از فناوري‌نانو در غذا و مشخصاً بسته‌بندي موادغذايي ترتيب داده‌است. همزمان دولت اين کشور نيز بودجه بيشتري براي تحقيق و توسعه در زمينه غذاهاي کاربردي، سيستم‌هاي رسانش موادغذايي و شيوه‌هاي بهينه‌سازي ظاهر غذا مانند رنگ، مزه و غلظت در نظرگرفته است.
با افزايش تأثيرات فناوري‌نانو بر صنايع‌غذايي و ورود اين محصولات به بازار مصرف، اهميت سلامت اين دسته از مواد‌غذايي بيشتر مطرح مي‌شود. اين نياز، پذيرش فناوري‌نانو را در کاربردهاي حسي، قوي‌تر خواهد کرد، و از همين راه مي‌توان به سلامت مواد‌غذايي پي برد. مانند نوعي فناوري که نزديک بودن تاريخ انقضاي مواد‌غذايي را به خريداران و فروشندگان هشدار مي‌دهد. پوشش‌هاي ضد‌ميکروبي جديد و کيف‌هاي پلاستيکي دفع‌کننده آلودگي، پيشرفت‌ چشمگيري در اطمينان از سلامت و امنيت غذاهاي بسته‌بندي داشته‌اند. اگرچه توجه زيادي به کاربرد فناوري‌نانو در صنايع‌غذايي و محصولات موجود در بازار شده‌است، اما هنوز هم توانايي‌هاي استخراج نشده بسياري مانند آنچه قبلاً در بحث دستکاري ژنتيکي عنوان شد وجود دارد.
مؤسسه علوم و فناوري غذايي انگلستان، در گزارشي نشان داده است كه داده‌هاي مطمئن بيشتري مورد نياز است تا بتوان نانوذرات را به مواد غذايي اضافه کرد. اين گزارش اشاره مي‌کند که قوانين جاري، شرکت‌ها را براي برچسب‌زدن روي اقلامي که شامل نانوذرات است مجبور نمي‌کند، بنابراين بعيد است مشتريان بتوانند از وجود اين مواد در اقلام غذايي مطلع شوند. گفته مي‌شود براي ارزيابي سلامت اين دسته از مواد غذايي بايد به تأثيرات اندازه ذرات در کنار نوع ترکيبات توجه شود.
گروه ETC همچنين برخي شركت‌هاي مهم و دانشگاه‌هاي فعال را به تلاش براي به انحصار درآوردن غذاهاي جديد (از طريق ثبت اختراع) متهم كرده است؛ زيرا اين كار مي‌تواند براي بسياري از شركت‌هاي مبتكر در كشورهاي در حال توسعه، مانع ايجاد كند.
سرانجام روزي خواهد رسيد که موادغذايي را از ترکيبات اتمي و مولکولي بسازيم که در اصطلاح به آن توليد مواد غذايي مولکولي گفته مي‌شود. امروزه برخي گروه‌هاي تحقيقاتي در حال بررسي اين زمينه هستند، ولي هنوز با روش بالا به پايين، استفاده از سلول‌ها بيش از مولکول‌هاست. اگر‌چه استفاده کاربردي از اين فناوري در آينده دور امکان‌پذير است، اما انتظار مي‌رود اين پيشرفت بتواند راه را براي گسترش پردازش محصولات غذايي مؤثرتر و ماندگارتر باز کند که در اين صورت مواد خام کمتري مصرف شده و غذاهايي با کيفيت بالاتر به دست مي‌آيد.
بکارگیری فناوری نانو در صنایع غذایی
فرض کنید ظهر یکشنبه است و شما بسیار تشنه هستید. سراغ یخچال می روید، اما مردد هستید که چه چیزی را انتخاب کنید. از یک سو، می‌دانید که آب میوه دارای ویتامین های فراوانی است و برای بدن شما مفید است، از سوی دیگر، به نوشیدن نوشابه تمایل زیادی دارید و علاوه بر این می خواهید این نوشیدنی هر چه که هست چند ساعتی شما را بیدار نگه دارد، چون کارهای عقب ماندۀ زیادی دارید که ترجیح می دهید آنها را به هفتۀ بعد موکول نسازید.
بنابراین، یک بطری حاوی مایعی بی رنگ را بر می دارید. ابتدا دکمه ای را برای انتخاب نوشابه فشار می دهید، پس از آن نوبت اضافه کردن افزودنی هاست؛ ویتامین C و کافئین را هم از قسمت افزودنی ها انتخاب می کنید. با فشار دادن این دکمه ها، نانو کپسول های بسیار کوچک حاوی مواد افزودنی مورد نظر شما در سطح محلول آزاد می شوند و این در حالی است که نانو کپسول های دیگر حاوی سایر افزودنی ها و طعم دهنده هایی که شما انتخاب نکرده اید، به صورت کپسول آزاد نشده و در محلول باقی می مانده اند.
غذاهای نانویی
محققان صنعت غذایی نانو در حال کار بر روی چنین غذاهایی هستند، اما به زعم فرانس کمپرز رئیس مرکز بین المللی زیست فناوری و سلامت، هنوز برای نیل به این مقصود در صنعت غذایی راه زیادی در پیش است. وی معتقد است که هدف سالم تر، ایمن تر و ماندگارتر کردن مواد غذایی پدیدۀ جدیدی در این صنعت نیست و سال هاست که دانشمندان با دستکاری و کنترل گیاهان و سایر حیواناتی که انسان از آنها تغذیه می کند، سعی در ارتقای کیفیت و خواص مواد غذایی دارند؛ اما آنچه که در این صنعت جدید است، امکان اعمال تغییر در مواد غذایی آماده و اضافه کردن افزودنی های مورد نظر در اندازه های بسیار ریز و دستکاری محتویات فیزیکی مواد غذایی است. در مقیاس نانو، مولوکول ها بیشتر از قوانین کوانتوم پیروی می کنند تا از قوانین فیزیک در مقیاس بزرگ. ترکیبات غیر قابل حل در آب یا روغن در مقیاس نانو به راحتی حل می‌شوند، حتی این امکان وجود دارد که موادی که عموماً پس از مصرف در معده آزاد می شوند، به صورت آزاد نشده به طرف روده هدایت شوند و از آنجا مستقیما جذب شده و وارد گردش خون شوند. به عقیدۀ کمپرز تا پنج الی ده سال آینده، این فرایند کاملاً کاربردی می شود، به خصوص در مورد افزودن مواد غذایی‌ای مانند ویتامین ها و املاح معدنی. ساده ترین و کاربردی ترین روش اجرای این کار، فرایند نانو کپسوله کردن است. این تکنیک از روی عملکرد غشای سلولی در طبیعت الگوبرداری شده است. با استفاده از این تکنیک، بشر موفق به ساخت محفظه های کیسه ای شکلی در ابعاد بسیار کوچک نانویی خواهد شد که درون آنها فضایی خالی برای مواد غذایی تعبیه شده است، لایۀ بیرونی این کپسول بسته به اینکه لازم است مواد داخل کپسول در آب یا در روغن حل شوند، طراحی می شوند. این کپسولها در برابر اسید معده مقاوم هستند و بسته به ضوروت می توانند در دهان یا در معده باز شوند. در واقع، فرآیند نانو کپسوله کردن به این معنا است که این امکان وجود دارد که مواد غذایی مفید برای بدن بدون اینکه در فرایند ساخت در کارخانه یا هنگام پخت در آشپزخانه و یا توسط آنزیمهای دهان و معده از بین بروند، این کپسول ها به طور مستقیم وارد جریان خون شده و در نتیجه، جذب بدن شوند. این کار حتی مانع از دفع بدون جذب ویتامین های مواد غذایی می شود. یکی دیگر از کاربردهای نانو کپسوله کردن این است که مواد غذایی مفید ولی با طعم های نامطبوع مانند روغن ماهی را می توان از طریق این کپسول ها بدون احساس مزۀ ناخوشایند به غذا اضافه کرد.
نانوغذاهاي ايمن و بي‌خطر
اختراعات فناوري نانو در محصولات غذايي منجر به ورود محصولات جديد و بديعي به بازار شده است.در طي چند سال اخير فناوري‌نانو به عنوان جزء مهمي از صنعت غذا تبديل شده است. شرکت‌هاي مطرح در صنايع غذايي به تحقيق و توسعه در اين زمينه پرداخته‌اند و انتظار مي‌رود اولين موج محصولات در آينده نزديک به بازار وارد شود. اين مقاله نگاهي به تلاش چند شرکت در زمينه نانوغذاهاست که خوانندگان را با قسمتي از پيشرفت‌هاي ‏جديد در اين عرصه آشنا مي‌کند. ‏
در طي چند سال اخير فناوري‌نانو به عنوان جزء مهمي از صنعت غذا تبديل شده است. شرکت‌هاي مطرح در صنايع غذايي به تحقيق و توسعه در اين زمينه پرداخته‌اند و انتظار مي‌رود اولين موج محصولات در آينده نزديک به بازار وارد شود. البته اين تنها شروع است و يقيناً فناوري‌نانو در اين عرصه راهي طولاني در پيش خواهد داشت.
بنابر يک پيش بيني اقتصادي به وسيله تحليل گران، بازار نانوغذاها از 6.2 ميليارد دلار فعلي به 7 ميليارد دلار در سال آينده و به 4.20 ميليارد دلار در سال 2010 خواهد رسيد .
فناوري‌نانو مي‌تواند در خط توليد به منظور ايجاد ريزحسگرها و ماشين‌هاي تشخيص به‌کار رود و توليد غذاهاي فاقد آلودگي را تضمين کند. اين نانوابزارها در تشخيص ميکروب‌هاي مضر و تعيين زمان ماندگاري محصول نيز کاربرد دارند و به مديران در اتخاذ تصميمات راهبردي مانند انتخاب بهترين روش حمل و نقل و انبار محصولات کمک مي‌کنند. به گفته کامپرز، مدير برنامه بيو فناوري‌نانو در دانشگاه واخنينگن، استفاده از فناوري‌نانو به منظور تضمين کيفيت فرآورده‌هاي غذايي، يقيناً به نفع مصرف‌کننده است؛ البته نانوحسگرها و تشخيص‌دهنده‌هاي روبوتيک فعلاً فقط در مراکز تحقيقات به‌کار مي‌روند، اما پيش‌بيني مي‌شود اولين سري اين ماشين‌ها در طي 4 سال آينده در محصولات غذايي ظاهر ‌شوند .
در حال حاضر شرکت‌‌هاي زيادي مانند Nestle، Food،Hershey، Keystone و Unilever مشغول كار روي نانوغذاها هستند.
گزارش شده است Nestle و Unilever امولوسيون‌هايي از نانوذرات را کشف کرده‌اند که باعث يکنواخت‌تر شدن بافت غذا شده، و مي‌توان در توليد محصولاتي مانند بستني از آنها استفاده كرد. ديگر پروژه‌هاي اين شرکت، کار روي نانوکپسول‌هايي حاوي غذاهاي غني شده است که مواد مغذي و آنتي اکسيدانت‌ها را به تدريج به بخش‌هاي خاصي از بدن تحويل مي‌دهند. اين فناوري موادغذايي قديمي را به ذراتي در ابعاد نانو تبديل مي‌کند که در داخل بدن رها شده و به خوبي جذب مي‌شوند. اين فناوري در غذاهاي جديد کاربرد زيادي خواهد داشت.
يکي ديگر از شرکت‌هاي پيشگام در توسعه نانوغذاها، شرکت Kraft است که با تأسيس کنسرسيوم نانوتک (Nanotek) در سال 2000 اولين گام‌هاي ورود فناوري‌نانو به صنعت غذا را برداشت. اين کنسرسيوم مجموعه‌اي از 15 دانشگاه و آزمايشگاه‌هاي تحقيقاتي ملي است و بيشتر در زمينه تهيه انواع غذاهاي تعاملي و فرآورده‌هاي نوشيدني فعاليت مي‌کند که با ذائقه‌ و نيازهاي فردي مصرف کننده سازگار باشد و دامنه وسيعي، از نوشيدني‌هاي تغيير رنگ‌دهنده تا غذاهاي جديد سازگار با حساسيت مصرف‌کننده (يا نيازهاي تغذيه‌اي او) را در برمي‌گيرد. فعاليت ديگر اين شرکت، تهيه نانوفيلترهايي است که مولکول‌ها را بيشتر بر اساس شکل و نه بر حسب اندازه غربال مي‌كنند، و اين مسئله تفكيك اجزاي خاصي از يک فرآوده، حتي در دست مصرف کننده را امكان‌پذير مي‌سازد.
از ديگر اهداف اين شرکت، کار روي بسته‌بندي‌هاي هوشمند غذايي است. از نانوحسگرهايي که به رهايش مواد شيميايي ناشي از فساد غذاها حساس هستند مي‌توان در بسته‌بندي‌هاي هوشمند استفاده كرد، تا به محض شروع خراب شدن غذا، رنگ بسته‌بندي تغييرکرده، به مشتري هشدار مي‌دهد. اين سيستم به مراتب دقيق‌تر و مطمئن‌تر از فروش با تاريخ مصرف است .
يکي ديگر از شركت‌‌هاي فعال در زمينه نانوغذا، NutraLease است که روي فناوري غذاهاي غني شده تحقيق کرده و جهت افزايش رهايش زيستي (Biodelivery) مواد غذايي، از نانوکپسول‌ها استفاده مي‌کند. اين فناوري در نوعي روغن آشپزي به‌کار برده شده است که از استرول‌هاي گياهي به منظور کاهش جذب کلسترول و کاهش خطر بيماري‌هاي قلبي استفاده مي‌کند. بر اساس گزارشي اين فرآورده باعث کاهش حدود 14درصد ازميزان کلسترول LDL مي‌شود.
شركت Oil Fresh از اجزاي نانوسراميکي در تهيه ماهي‌تابه‌هاي رستوران‌ها استفاده مي‌کند که باعث کاهش زمان سرخ کردن و مصرف روغن مي‌شود. استفاده از اين فرآورده به رستوران‌ها اجازه مي‌دهد که از روغن‌هاي گياهي به جاي روغن‌هاي هيدروژنه استفاده کنند و در نتيجه ميزان چربي‌هاي ترانس کاهش يافته و غذاهاي سالم‌تري به دست مي‌آيد.
شركت ديگري به نام Voridian از ترکيباتImpern نانوکامپوزيت ها در ساخت بطري‌هاي پلاستيکي نوشيدني‌ها استفاده کرده است. Impern نوعي پلاستيک است که با نانوذرات خاک رس آميخته و پلاستيک‌هايي به سختي شيشه ولي محکم‌تر را به وجود آورده است، که نسبت به شيشه شکنندگي کمتري دارند. لايه نانوذرات به‌گونه‌اي طراحي شده‌ که فرار مولکول‌هاي دي‌اکسيدکربن از نوشيدني و نفوذ مولکول‌هاي اکسيژن به درون نوشيدني جلوگيري كرده، در نتيجه باعث حفظ تازگي و افزايش زمان ماندگاري محصول مي‌شود.
يکي ديگر از شرکت‌هاي فعال در اين زمينه Nanocor است. اين شرکت مهم‌ترين توليدکننده نانوکامپوزيت هاي پلاستيکي است. اين پلاستيک‌ها ويژگي‌هاي ويژه‌اي از جمله ايجاد مانع بهتر براي جريان اکسيژن و دي‌اکسيدکربن دارد، که منجر به افزايش زمان نگهداري محصولات نانوکامپوزيت پلاستيک مقاوم مي‌شود. همچنين اين پلاستيک‌ها از پخش بو جلوگيري کرده، مانع جذب طعم يا ويتامين‌هاي موجود در غذا به وسيله بسته‌بندي مي‌شوند. به طور کلي طراحي مولکولي اين پلاستيک‌ها به‌گونه‌اي است که مقاومت محصولات را در برابر آتش و ثبات ساختار آنها را در برابر حرارت بهبود مي‌بخشد. به عنوان مثال اين مواد در سبدهايي براي جوشاندن مواد غذايي و بسته‌بندي‌هايي براي استفاده در مايکروويو کاربرد دارد. نانوکامپوزيت‌هاي پلاستيکي در بسته‌بند‌ي هاي جديد مواد غذايي نيز قابل استفاده هستند .
از ديگر محصولات کليدي، حسگرهاي بويايي الکترونيکي (بيني الکترونيکي) و هم خانواده جديدتر آنها حسگرهاي چشايي الکترونيکي (زبان الکترونيکي) هستند. اين وسايل از زبان و بيني انسان تقليد مي‌کنند با اين تفاوت كه نسبت به طعم‌ها و بوهاي ناچيز حساسيت بيشتري دارند.
بيني الکترونيکي آرايه‌اي از حسگرهاي گازي در مقياس نانو است و سطح بالاي نانوذرات اجازه عبور بيشترين گاز ممکن از روي آنها را مي‌دهد. اين فناوري به همراه فناوري تشخيص الگويي، امکان ايجاد يک اثر انگشت ديجيتالي از هر بوي خاص را فراهم مي‌کند. اين محصولات در آزمايشگاه‌هايي از جمله NASA براي تشخيص مواد شيميايي در حد ناچيز استفاده شده‌اند؛ اما در حال حاضر در صنايع غذايي جهت کنترل بهترين سطح توليد شده غذاها به‌کار مي‌روند. اين محصولات همچنين در جهت تشخيص آلاينده‌ها و تجزيه‌ کيفي و کلي‌ غذا مؤثر هستند.
در حال حاضر بعضي شركت‌ها نوعي زبان الکترونيکي را به كار مي‌برند که شامل آرايه‌اي از حسگرهاي مايع (الکترودهاي پوشش داده شده با پليمرهاي هادي) به همراه فناوري تشخيص الگويي است كه قادر به تشخيص طعم‌هاي ويژه از هم مي‌باشد. از کاربردهاي مهم اين زبان، آزمون چشايي نوشيدني‌ها مانند آب ميوه‌ها، شير، قهوه، آب معدني و نوشابه‌ها و همچنين توانايي چشيدن مواد شميايي در حد PPT است و هزينه توليد آن در حدود 50 سنت مي‌باشد. يقيناً اين زبان نقش حياتي خود را در مطالعات غذايي پيدا خواهد کرد. حسگر چشايي، در بسته‌بندي گوشت قادر به تشخيص اولين نشانه‌هاي فساد مواد غذايي بوده و با تغيير رنگ، فساد ماده غذايي را هشدار مي‌دهد.
نوع ديگر فناوري حسگرها، نانوبارکدها هستند که به وسيله شرکت Nanoplex Technologies توليد شده‌اند. نانوبارکدها مدل مولکولي بارکدهاي سنتي است و شامل نانوذرات فلزي مي‌باشند که اثر انگشت شيميايي قابل شناسايي و خاصي دارند و مي‌توانند از طريق يک ماشين (احتمالاً يک لامپ UV يا ميکروسکوپ نوري) تشخيص داده شوند. اين نوع بارکدها مي‌توانند براي حفاظت مارک و ارزيابي غذاهايي که در حالت عادي نمي‌شود بارکدهاي سنتي را روي آنها چسباند، استفاده شود. آنها همچنين براي تشخيص پاتوژن‌ها در غذا مانند E. coli مورد استفاده قرار مي‌گيرند. در حقيقت تشخيص پاتوژن‌ها از ديگر اهداف اصلي فناوري‌نانو در صنايع غذايي است.
هانگ نيز روي نانو حسگرهاي زيست‌شناسانه کار کرده است. اين حسگرها قادرند مقادير اندک پاتوژن‌ها در غذا را تشخيص دهند. همچنين امكان استفاده از آنها در مراکز نگهداري و حمل و نقل غذا به منظور کنترل دقيق در مقياس مولکولي وجود دارد. وي همچنين روي غذاهايي که ”عملکردي“ ناميده مي‌شوند کار کرده و نقش مواد مغذي که موجب سلامت و مانع از بيماري‌ مي‌شوند را کشف کرده است.
هانگ مي‌گويد:«بسياري از غذا‌ها به صورت ذاتي قادر به جلوگيري از بيماري‌ها هستند مثل چاي سبز، هسته انگور و زنجبيل؛ اما مسئله اين است که مصرف مستقيم اين غذاها فايده‌اي براي بدن نداشته و بدن نيز به سختي آنها را جذب مي‌كند؛ بنابراين به يک سيستم تحويل نياز داريم که دسترسي زيستي آنها را افزايش دهد.«
او به خصوص به جلوگيري از ديابت و چاقي علاقه‌مند است و اين سؤال را مطرح مي‌کند که چطور مي‌توان از غذاهايي مانند بستني و شکلات‌هاي خوش طعم استفاده کرد به صورتي که موجب چاقي نشوند؟
در جواب بايد گفت استفاده از مواد فيبري و کربوهيدرات‌ها به جاي چربي مي‌تواند به حل اين مسئله کمک کند و براي ديابت نيز بايد جايگزين‌هاي بهتري را براي شکر پيدا کرد.
اگر هانگ يا ديگران بتوانند موفق به ايجاد غذاهايي خوش طعم ولي حاوي مواد جايگزين چربي شوند و يا با به‌کارگيري نانوذرات مانع از جذب و ذخيره‌سازي چربي و کالري به‌وسيله بدن گردند، هدف نهايي را در غذا به دست آورده‌اند.
هانگ مي‌گويد:»شركت‌‌هاي زيادي درباره غذايي که شما را سير کند ولي تأثيري روي وزن نداشته باشد، تحقيق مي‌کنند ولي به دليل توافق‌هاي محرمانه هنوز جزئيات فاش نشده است « .
گرچه دسترسي به اين فناوري جديد آسان است، اما به دليل گران بودن محصولات، ورود آن به بازار به اين سرعت امکان‌پذير نيست. البته اين مشکلات قابل حل هستند و به زودي شاهد هجوم فرآورده‌هاي فناوري‌نانو از فرآورده‌هايي مؤثر براي ايمني و سلامت گرفته تا غذاهاي قابل برنامه ريزي و مطابق با سليقه افراد، به صنعت غذا خواهيم بودکه نتايج شگفت‌آوري را در بر خواهند داشت، فقط بايد اميدوار باشيم که يک ترس عمومي مانع از موج ابداع نشود همان‌گونه که براي غذاهاي اصلاح شده ژنتيکي اين اتفاق افتاد.
جمع‌بندي:
در طي سه سال گذشته، تأثير عميق فناوري‌نانو در صنايع غذايي و بسته‌بندي به اثبات رسيده است. اکنون بيش از 300 فرآورده نانوغذايي در بازارهاي جهاني موجود است. اين موفقيت شگفت انگيز، منجر به سرمايه‌گذاري‌هاي هنگفتي در زمينه R&D در نانوغذا شده است. امروزه فناوري‌نانو يک شايعه پوچ نيست، بلکه حقيقتي لازم الاجرا در صنايع غذايي است و هر شركتي که بخواهد در صنايع غذايي پيشگام باشد، بايد کار با فناوري‌نانو را سريعاً شروع کند .
در حال حاضر بيش از 400 شركت در سراسر دنيا در امر تحقيق، توسعه و توليد نانوغذاها فعاليت مي‌کنندكه در صدر آنها، ايالات متحده امريکا، ژاپن و چين قرار دارند. تا سال 2010، آسيا با 50 درصد جمعيت دنيا، به بزرگ‌ترين بازار نانوغذا تبديل مي‌شود و چين نيز در موقعيت پيشگام قرار خواهد داشت .
پيشرفت بيشتر در رمزگشايي DNA و آناليز آن، صنايع را قادر به پيش‌بيني، کنترل و بهبود محصولات کشاورزي مي‌کند. تلفيق اين فناوري با فناوري دستکاري مولکول‌ها و اتم‌هاي غذا، روش قدرتمندي را در اختيار صنايع غذايي مي‌گذارد تا غذاهايي با قابليت بسيار بيشتر و هزينه‌اي کمتر را طراحي کنند.
پرسشهای باقیمانده
با وجود تمام این مزیت ها این حقیقت که این ذرات بسیار ریز می توانند از سد سیستم دفاعی بدن نیز بدون هیچ مانعی عبور کنند، موجب نگرانی دانشمندان شده است. دونالد بروس شیمیدان و رئیس مرکز مطالعات تکنولوژی های جدید اسکاتلند خاطر نشان می کند که مشکل اینجا است که این ذرات بسیار کوچک در کپسول ها به راحتی قادرند از غشای خونی دیوارۀ مغز و همچنین دیوارۀ سلول ها که به طور معمول مواد دیگر امکان عبور از آنها را ندارند، عبور کنند. البته این امر به این معنا نیست که چنین فرآیندی لزوماً خطرناک است، اما ماسله این است که هنوز تأثیرات آن به طور کامل مورد مطالعه و بررسی قرار نگرفته و ناشناخته است. دیوید بنت رئیس کمسیون اروپایی نانو بیوتکنولوژی در این باره می گوید: «با اینکه سیستم ایمنی بدن از بدو تولد می تواند با بسیاری از نانوذرات مضر برای بشر، مانند ذرات موجود در دود سیگار مقابله کند، اما این موضوع نباید باعث شود که ما بدون انجام تحقیقات گسترده بر روی اثرات ناشناختۀ نانو کپسول ها آنها را به بازار وارد کنیم.»
ضرورت بکارگيری فناوری نانو در علوم کشاورزی و صنايع غذایی:
طبق آخرين گزارش سازمان ملل متحد ، حدود 800 میلیون نفر از جمعيت جهان دچار فقر غذايی هستند ، شمار افراد قرار گرفته در زير خط فقر (از نظر تامین انرژی مورد نياز روزانه ی بدن) روز به روز در حال افزايش است.
جديد ترين پيش بینی ها حاکی از آن است که اين آمار تا سال 2020 ميلادی به رقمی بالغ بر یک میليارد نفر خواهد رسيد و اين بدان معنا ست که حفظ نوع بشر در بلند مدت و نجات خيل عظيم انسان ها از خطر گرسنگی ، نيازمند توجه ويژه ی متخصصان و سياست مداران امروز جهان به توسعه ی پایدار و همه جانبه ی صنعت کشاورزی است.
همان طور که می دانيد ورود نسل اول فناوری ها به عرصه ی کشاورزی ، در چند دهه ی گذشته منجر به وقوع انقلاب سبز و گذر از کشاورزی سنتی به کشاورزی صنعتی گرديد ، در اين دوره افزايش چشمگيری در کيفيت و کميت محصولات کشاورزی صورت گرفت که البته در کنار آن استفاده ی بی رويه از منابع مشکلاتی را نيز در پی داشت.
اکنون با گذشت سالها از وقوع انقلاب سبز و کاهش مجدد نسبت رشد توليدات کشاورزی به جمعيت جهان ، لزوم به کارگيری فناوری های جديد در صنعت کشاورزی پیش از هر زمان ديگری آشکار است.
در اين بين فناوری نانو به عنوان يک فناوری بین رشته ای و پيشتاز رفع مشکلات و کمبود ها در بسیاری از عرصه های علمی و صنعتی ، به خوبی جايگاه خود را در علوم کشاورزی و صنايع وابسته آن به اثبات رسانيده است. فناوری نانو کاربرد های وسيعی در همه مراحل توليد ، فراوری ، نگهداری ، بسته بندی و انتقال توليدات کشاورزی دارد.
ورود فناوری نانو به صنعت کشاورزی و صنايع غذایی متضمن افزايش ميزان توليدات و کيفيت آن ها ، در کنار حفظ محيط زيست و منابع کره ی زمين می باشد.
در ادامه نگاهی دقيق تر به کاربرد های گسترده ی فناوری نانو در هريک از زير شاخه های صنعت کشاورزی داريم.
کاربردهای نانو در زراعت :
- کشاورزی دقيق (خاص مکانی)
بطور كلی كشاورزی‌ دقيق يك نوع نگرش جديد در مديريت مزرعه است. امروزه با استفاده از نانو سنسورها مشخص می شود كه هر قسمت كوچك از مزرعه به چه ميزان عناصر غذائی و سم نياز دارد و بدين وسيله از آلودگی‌ محيط زيست جلوگيری‌کرده ، سلامت محصولات و افزايش بازده اقتصادی‌ راممكن می سازد.
نانو سنسور ها می توانند با کنترل دقيق وگزارش دهی به موقع نياز های گياهان به مرکز پردازش اطلاعات سيستم را در نگهداری محصولات ياری نمايد.
- ايجاد گلخانه‌هاي كم‌هزينه‌تر با هدف صرفه‌جويي در مصرف انرژي و دوام بيشتر در برابر رطوبت
ساختارهاي نانويي مي توانند گلخانه هايي در حجم كم اما انبوه پديد آورند كه تقريباً با اندازه ای برابر 10 درصد كل مزارع زير كشت در حال حاضر ، مي توانند جمعيت كنوني جهان را تغذيه نمايند. در اين صورت ميليونها هكتار از زمين هاي كشاورزي به محيط هاي طبيعي براي سكونت حيوانات در سراسر جهان باز گردانده مي شوند .
کاربردهای نانو در اصلاح نباتات :
- انتقال ژن های مورد نظر به سلول های گياهی با استفاده از نانومواد
در اين روش از سامانه ی رسانش نانوذرات طلای پوشيده با DNA يا RNA بداخل سلول استفاده می شود.
- ساخت ابزارهاي جديد براي بيولوژي سلولي و مولكولي
اين ابزار ها جهت تعيين مولكول‌هاي خاص ، شناسايي و جداسازی آن ها استفاده می شوند و کاربری بسياری دارند که از این بين می توان به موارد زير اشاره کرد ؛
تكنولوژي و علم توليد مثل ، اصلاح نژاد حيوانات و گياهان ، تبديل ضايعات به انرژي و محصولات جانبي مفيد و علم و تكنولوژي كودسازي
- اصلاح بذور به شيوه اتمی
کاربردهای نانو در توليد سموم و کود های موثر و کم خطر :
ذرات سموم کشاورزی به وسیله عواملی از قبیل باد ، وارد هوا شده و با ورود به سیستم تنفسی انسان ، آن را در معرض انواع بیماری های استنشاقی قرار می دهد ، تحولات نانوفناوری ، با افزایش میزان سوددهی و کاهش عوارض سموم کشاورزی ، معضلات ناشی از این سموم را رفع می کند و آنها را به محصولاتی کاملاً مفید تبدیل می کند.
- توليد سموم و كودهاي شيميایي با استفاده از نانوذرات و نانوكپسول ها
اين نسل از سموم و کود ها قابليت رهايش كنترل شده يا تاخيري ، جذب و تاثيرگذاري بيشتر و سازگاری با محيط زيست را دارا هستند.
- تولید كريستالهاي نانویی جهت افزایش كارايي استفاده از آفت‌كش‌ها
استفاده از كريستالهاي نانویی امکان كاربرد آفت‌كش‌ها با دُز هاي كمتر را فراهم می آورد و اين یعنی به حداقل رساندن ورود این ترکيبات خطرناک به طبيعت.
-توليد نانوکودها (Nanofertilizers)
اين ترکيبات نانويی به سرعت و به صورت کامل جذب گياه شده و به خوبی نيازها و کمبود های غذايی آن را مرتفع می سازد.
کاربردهای نانو در گیاه پزشکی :
- کنترل فعاليت های اجزای سلولی گياهان بدون آسيب رسانی به آنها
شيوه های کنونی برای بررسی سلول ها بسيار ابتدايی است و دانشمندان برای شناخت آنچه که در سلول اتفاق می افتد ناگريزند سلول ها را از هم بشکافند و در اين حال بسياری از اطلاعات مهم مربوط به سيالهای درون سلول یا ارگانهای موجود در آن از بين می رود. پيشرفت های نانوفناوری بطور خاص مطالعات بنيادی زيست شناسی را تقويت خواهد کرد.
محققان اميدوارند در آينده ای نه چندان دور با استفاده از نانوفناوری موفق شوند فعالیت اجزای هر سلول را تحت کنترل خود در آورند.
هم اکنون گام های بلندی در اين زمینه برداشته شده ، به عنوان نمونه دانشمندان میتوانند فعالیت پروتئین ها و مولکول D.N.A را در درون سلول کنترل کنند.
به کمک نانوفناوری روش جدیدی برای بررسی بیان ژن و آنالیز mR.N.A سلولهای زنده بدون مرگ یا تخریب آنها با استفاده از میکروسکوب نیروی اتمی AFM ارائه شده است.
- حسگرهاي هوشمند و سيستم‌هاي حمل هوشمند
به منظور رديابي و مبارزه ی سريع و مفيد با ويروس‌ها و ساير عوامل بيماریزا گياهي به کار می روند.
- تيمار مولكولي بيماريها، رديابي سريع بيماريها، افزايش توانمندي گياهان براي جذب مواد مورد نياز
کاربردهای نانو در تصفيه ی آب و ادوات آبياری:
- نمک زدایی و تصفیه ی اقتصادی تر آبها جهت شرب و کشاورزی
سازمان ملل پیش بینی کرده که در سال 2025 ميلادی ، 48 کشور جهان (معادل 32% جمعیت جهان) دچار کمبود آب آشامیدنی و کشاورزی می شوند، تخلیص و نمک زدایی آب به کمک نانوفناوری از زمینه های مورد توجه در دفاع پیشگیرانه و امنیت زیست محیطی است.
سامانه های نانويی طراحی شده می توانند آب دریا را با صرف انرژی 10 برابر کمتر از دستگاه اسمز معکوس، و 100 برابر کمتر از دستگاه تقطیر،نمک زدایی کنند.
استقاده از نانو ذرات و نانوفیلترها امکان تصفیه و بهسازی آب را با سرعت و دقت بیشتر فراهم می کند همچنين استفاده از نانو فیلترها در حذف آلودگیهای میکروبی آب (Bioremediation) کاربری گسترده ای دارد.
- بي خطر ساختن مواد آلاينده آب و خاک و قابليت بازيافت آنها
- ساخت سوپر جاذبهاي آب از پليمرها و مواد کامپوزيت
اين مواد به منظور ذخيره و حفظ رطوبت بيشتر در خاک طراحی گرديده اند و استفاده از آنها به ويژه در مناطق خشک و کم آب در افزايش ميزان عملکرد بسيار مفيد خواهد بود.
- ساخت مواد پوششي جديد و کارا براي پوشش درون لوله هاي فلزي
این مواد پوششی به منظور جلوگيري از خوردگي ناشي از سيالات و کاهش زبري جداره لوله ها به کار می روند.
- بکار گيري پليمرهاو مواد کامپوزيت براي توليد انواع قطره چکان
قطره چکان هاي ساخته شده با اين مواد قابليت تنظيم دقيق فشار آب را دارند همچنين به واسطه ی نوع مواد اولیه ی مورد استفاده اين قطره چکان ها نسبت به نفوذ ريشه گياه مقاوم هستند.
کاربرد های فناوری نانو در حوزه های زراعت ، اصلاح نباتات ، توليد سموم و کود ، گياه پزشکی و آبياری در اين مقاله بررسی گرديد ، اميد که مطالب ارائه شده مورد استفاده ی علاقمندان اين فناوری نوين قرار گرفته باشد.
در ادامه ی مقالات بررسی کاربرد های فناوری نانو در علوم کشاورزی و صنايع غذایی ، به کاربری نانو در حوزه های خاکشناسی ، ماشين آلات کشاورزي ، صنايع غذايي ، علوم دامی و شاخه ی مهم و پر اهميت ذخیره سازی و انتقال توليدات کشاورزی و صنايع غذایی می پردازيم
کاربردهای نانو در حوزه علوم دامی
استفاده از نانوذرات نقره (نانوسیلورها) در افزایش بهداشت دام و جایگاههای پرورش دام و طیور
نانوذرات نقره به عنوان ضدعفونی کننده قوی ( ضد یاکتری و ضد میکروب ) مطرح بوده و با توجه به پايداری آنها و عدم مصرف این ذرات (عدم نیاز به تهیه مجدد) استفاده از آنها در ضدعفونی کردن جایگاههای نگهداری دام و طیور کاربرد گسترده ای یافته است.
استفاده از نانوفیلترها به منظور فرآوری محصولات لبنی
در فرآوری محصولات لبنی، استفاده از فیلترها بسیار مرسوم است. نانوفیلترها، امکان عبور انتخابی ذرات خاص را فراهم آورده و از این رو فرآوری مورد نظر را ممکن می سازند.
استفاده از نانوکپسولها بعنوان پوششی برای آنزیمهای خوراکی و داروهای دامی
با توجه به کاربرد برخی آنزیمها و پروتئین های خاص در جیره های دام و طیور که بمنظور افزایش عملکرد و تاثیر در بافتی مشخص استفاده می شوند و معمولا در دستگاه گوارش بخوبی جذب نمی شوند، لذا استفاده از نانوکپسولها برای پوشش دار کردن و محافظت از آنها تا رسیدن به بافت هدف، موثر خواهد بود.
استفاده از نانوحسگرها در بخشهای مختلف سیستمهای پرورش دام و طیور و شناسایی انفرادی دامها
استفاده از نانوحسگرها و نانوبيوحسگرها در ماشين‌هاي شيردوشي
شتاب تحقيقاتي در اصلاح نژاد انواع دام ، طيور و آبزيان مؤثر
توليد خوراك‌هاي غيربيولوژيك و داروهای دامي
نانو واكسيناسيون DNA با استفاده از نانوكپسول‌ها و روش‌هاي التراسوند
کاربردهای نانو در حوزه صنايع غذايي
استفاده از نانوفيلتراسيون در صنايع غذايي به منظور تشخيص متابوليت هاي كنترل كيفي و تشخيص عوامل بيماريزا و تحولي اساسي در بسته بندي مواد غذايي و انبارداري
بهسازی ثبات مواد غذایی
این روش برای ترکیبات خاص فعال مثل طعم ها که با سایر ترکیبات مواد غذایی واکنش می دهند استفاده می شود و به این مواد عمر ماندگاری بالاتری می دهند
حفاظت در برابر اکسیداسیون مواد غذایی
تولید غذاهای مولکولی توسط رباط ها با سه عنصر اصلی اکسیژن، کربن و هیدروژن
کاربردهاي نانو در حوزه ماشين آلات کشاورزي
کاربرد در پوششهاي بدنه ادوات و ماشينها و ابزارهاي کشاورزي و حتي شيشه ها براي افزايش در برابر خوردگي و سائيدگي و انعکاس امواج ماوراء بنفش
توليد قطعات مكانيكي مستحكم تر با استفاده از نانوروكش ها و استفاده از بيوحسگرها در ماشين آلات هوشمند جهت مبارزه مكانيكي – شيميايي با علف هاي هرز
بهينه سازي ميزان و شکل سموم مصرفي و وسايل سم پاشي
تولید روکش های نانویی ياتاقانها براي کاهش اصطکاک
تولید قطعات مختلف موتورماشينهاي کشاورزي مقاوم به ساييدگي، خوردگي ، حرارت و کاهش اصطکاک
استفاده از آنها در توليد سوختهاي جايگزين و آلودگي کمتر محيط زيست تا کنون محصولات مختلف نانویی در دنیا تولید شده و برخی از آنها به شکل تجاری در دسترس قرار گرفته است .
از جمله کارهای صورت گرفته در نانوتكنولوژي سبز می توان به موارد زیر اشاره کرد:
استفاده تايلند از اين فناوري به منظور توليد نوع جديدي از برنج (بي تفاوت نسبت به طول شب ، پاكوتاه و معطر ) و ابريشم ( ضد آب و با قدرت جذب كمتر گرد و غبار)
توليد نوعي نانوبرنج توسط شركت نانورايس ايتاليا كه 2 برابر وزن خود آب جذب مي كند .
توليد نانو كودها و نانو سم ها در مقياس آزمايشگاهي
در ایران نیز موسسات مختلفی در این زمینه در حال کار می باشند . که از این بین می توان به پژوهشکده مهندسی جهاد اشاره نمود که با محوریت قرار دادن تولید نانوپودرها گام بلندی را در این زمنه برداشته است. مانند توليد پودر دی اکسيد تيتانيم در ابعاد نانو جهت گندزدايي و نگهداري مواد غذايي و استفاده به عنوان فوتوکاتاليست و تصفيه آب و یا توليد نانوپودر طلا در مقياس نانو جهت استفاده های بيولوژيک.
از دیگر موسسات پیشگام در این زمینه می توان به مؤسسه تحقيقات واكسن و سرم سازي رازي، موسسه گياه‌پزشكي كشور، موسسه تحقيقات خاک و آب، موسسه تحقيقات شيلات ايران، موسسه تحقيقات جنگلها و مراتع و پژوهشکده بیوتکنولوژی اشاره نمود.کاربرد های فناوری نانو در علوم کشاورزی و صنایع وابسته به آن گسترشی روز افزون دارد ،که ادامه ی این روند در آینده ای نه چندان دور تولید و توزیع مواد غذایی سالم ، ارزان و با کیفیت را برای استفاده ی همه ی ملل دنیا محقق خواهد کرد

منبع: مجله دانشگر، شماره 25
http://www.nanoclub.ir/
www.nanoforum.org
http://nano.ir /الف