با استفاده از نانو حسگرها می توان دریافت که هر قسمت از مزرعه به چه میزان عناصر غذایی و سم نیاز دارد
فناوری نانو از جمله مباحث علمی جدیدی است که انتظار می رود در آینده نقش به سزایی در فناوری های تولید و طراحی داشته باشد. با توجه به سهم انکارناپذیر ارزش افزوده ایجاد شده توسط محصولات فن محور در توسعه اقتصادی کشورها و نیز درصد بالای نرخ بیکاری افراد تحصیل کرده در ایران، به نظر می رسد این فناوری راه حل مناسبی برای شتاب بخشیدن به توسعه اقتصادی کشور و نیز اشتغال در جامعه باشد. فناوری نانو در بخش های مختلف کشاورزی نظیر زراعت، اصلاح نباتات و تولید سم ها و کودها و نیز صنایع غذایی نقش به سزایی دارد.

فناوری نانو در کشاورزی

ورود نسل اول فناوری ها به عرصه کشاورزی، در چند دهه گذشته منجر به وقوع انقلاب سبز و گذر از کشاورزی سنتی به کشاورزی صنعتی شد. در این دوره افزایش چشمگیری در کیفیت و کمیت محصولات کشاورزی صورت گرفت، ولی استفاده بی رویه از منابع، مشکلاتی را نیز در پی داشت. گذشت سال ها از وقوع انقلاب سبز و کاهش مجددِ نسبت رشد تولیدات کشاورزی به جمعیت جهان، لزوم به کارگیری فناوری های جدید در صنعت کشاورزی را بیش از هر زمان دیگری ضروری ساخته است. فناوری نانو کاربردهای وسیعی در همه مراحل تولید، فراوری، نگهداری، بسته بندی و انتقال تولیدات کشاورزی دارد. ورود فناوری نانو به صنعت کشاورزی و صنایع غذایی متضمن افزایش میزان تولیدات و کیفیت آنها، و حفظ محیط زیست و منابع کره زمین است.

فناوری نانو در زراعت

نانو می تواند در بخش های مختلف زراعت نظیر موارد زیر کاربرد داشته باشد:
1- با استفاده از نانو حسگرها می توان دریافت که هر قسمت از مزرعه به چه میزان عناصر غذایی و سم نیاز دارد و بدین وسیله از آلودگی محیط زیست جلوگیری کرد و سلامت محصولات را افزایش داده در نتیجه بازده اقتصادی نیز افزایش می یابد.
2- نانوحسگرها می توانند با کنترل دقیق و گزارش دهی به موقع نیازهای گیاهان به مرکز پردازش اطلاعات سیستم در نگهداری محصولات یاری رساند.
3- ایجاد گلخانه های کم هزینه تر با هدف صرفه جویی در مصرف انرژی و دوام بیشتر در برابر رطوبت.

کاربرد نانو در اصلاح نباتات

1- انتقال ژن های مورد نظر به سلول های گیاهی با استفاده از نانو مواد. (در این روش از سامانه رسانش نانو ذرات طلای پوشیده با آران ای یا دی ان ای داخل سلول استفاده می شود.)
2- ساخت ابزارهای جدید برای زیست شناسی سلولی و مولکولی. این ابزارها جهت تعین مولکول های خاص، شناسایی و جداسازی آنها استفاده می شوند و کاربری بسیاری دارند که می توان به این موارد اشاره کرد: فناوری و علم تولید مثل، اصلاح نژاد حیوانات و گیاهان، تبدیل ضایعات به انرژی و محصولات جانبی مفید و فناوری کودسازی.
3- اصلاح بذرها به شیوه اتمی.

کاربردهای نانو در تولید سموم و کودهای مؤثر و کم خطر

1- تولید سموم و کودهای شیمیایی با استفاده از نانو ذرات و نانو کپسول ها. این نسل از سموم و کودها قابلیت رهایش کنترل شده یا تأخیری، جذب و تأثیرگذاری بیشتر و سازگاری با محیط زیست را دارند.
2- تولید بلورهای نانویی جهت افزایش کارایی استفاده از آفت کش ها. استفاده از بلورهای نانویی امکان کاربرد آفت کش ها با مقادیر کمتر
را فراهم می آورد و ورود این ترکیبات خطرناک به طبیعت را به حداقل می رساند.
3- تولید نانوکودها. این ترکیبات نانویی به سرعت و به صورت کامل جذب گیاه شده و به خوبی نیازها و کمبودهای غذایی آن را مرتفع می کند.

ارتباط نانو با غذا

یکی از مهم ترین بخش های صنعتی تمام کشورها صنایع غذایی است. با کمبود منابع غذایی و افزایش جمعیت، توسعه این بخش از صنعت ضروری به نظر می رسد. کشور ما از جمله وارد کنندگان محصولات کشاورزی و اگر امروز به فکر تولید و فرآوری غذا نباشیم، واردات این محصولات در آینده افزایش خواهد یافت.
تفاوت اصلی فناوری نانو با سایر فناوری ها در مقیاس مواد و ساختارهایی است که در این فناوری استفاده می شود. عناصر پایه در حقیقت همان عناصر در مقایس نانو هستند که خواص آنها در مقیاس نانو با خواصشان در مقیاس بزرگ تر فرق می کند. عناصر پایه عبارتند از: نانو ذرات، نانو کپسول، نانو لوله های کربنی، نانو کامپوزیت و...

نانو ذرات

اولین و مهم ترین عناصر پایه، نانو ذرات ها و متداول ترین آنها نانو ذرات نیمه رسانا، نانو ذرات سرامیکی و نانو ذرات فلزی هستند. نانو ذرات در اندازه پایین را نانو خوشه می گویند. که در بسته بندی مواد غذایی، ظروف نگهداری مواد غذایی، از بین بردن زیر ساختارهای زنده و تولید روغن هایی که سریع تر داغ می شوند، کاربرد دارند.

نانو کپسول

به هر نانو ذره ای که یک پوسته و یک فضای خالی در آن باشد نانو کپسول گفته می شود. نانو کپسول در طبیعت نیز تولید می شوند و به دو دسته پلیمری و نانو امولسیون ها تقسیم می شوند. فرایند نانو کپسوله کردن به این معنی است که این امکان وجود دارد که مواد غذایی مفید برای بدن، بدون این که در فرایند ساخت در کارخانه و یا هنگام پخت و پز در آشپزخانه و یا توسط آنزیم های دهان و معده از بین بروند، به طور مستقیم وارد جریان خون شده و جذب بدن می شود. این کار حتی مانع از دفع بدون جذب ویتامین های مواد غذایی می شود. یکی مزایای 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 مزه ناخوشایند به غذا اضافه کرد. از جمله کاربردهای آن عبارتند از: ساختن مواد غذایی کاربردی و تعاملی، رساندن مواد مغذی به بدن، ارسال ترکیب های چربی گیاهی برای جایگزینی چربی گوشت قرمز در غذا.

نانو لوله های کربنی

از صفحات کربن به ضخامت یک اتم و به شکل استوانه تو خالی ساخته شده اند، از فولاد سخت تر و از آلومینیوم سبک تر هستند و ضریب هدایت بیشتری نسبت به مس دارند نانو لوله های کربنی به دو دسته تک جداره و چند جداره تقسیم می شوند. مهم ترین کاربرد آنها، تولید نانو حسگرهایی است که در صنایع غذایی به کار می روند و تشخیص فساد مواد غذایی، تشخیص میکروب های مضر، تشخیص مواد شیمیایی مضر و سم ها در مواد غذایی را ممکن می سازد. همچنین با استفاده از آنها می توان، حسگرهای بویایی و چشایی الکترونیکی تولید کرد.

نانو کامپوزیت ها

استفاده از نانو کامپوزیت های زیستی برای بسته بندی غذا نه تنها غذا را حفظ می کند و طول عمر آن را افزایش می دهد، بلکه در حفظ محیط زیست مفید است. اکثر مواد بسته بندی معمولی از مواد پلاستیکی غیر قابل بازیافتی هستند که آلودگی محیط زیست را افزایش می دهد. برای تولید این پلاستیک ها از سوخت های فسیلی استفاده می شود. از نانو کامپوزیت های خاک رس نیز می توان برای تولید مواد اولیه بطری های نوشابه استفاده کرد. مهم ترین خصوصیت این مواد، خاصیت بازدارندگی و به حداقل رساندن خروج گاز دی اکسید کربن در این نوشیدنی ها است.

کاربردهای فناوری نانو در صنایع غذایی

کاربردی فناوری نانو در غذا و صنایع غذایی را می توان به پنج دسته زیر تقسیم بندی کرد:
- تولید غذا
- بهبود طعم و رنگ
- سلامت غذا
- بسته بندی
- نگهداری غذا

تولید غذا

در بخش تولید می توان در صنعت کشاورزی و هم چنین در ابداع روش های جدید برای تولید غذا از این فناوری بهره گرفت. مانند: به کارگیری نانو حسگرها در شناسایی آفت کش ها، تولید آفت کش های بی خطر، آنتی بیوتیک ها و ژن های گوناگون گیاهان، کاهش اثرات منفی آفت کش های موجود از جمله کاربردهای نانو فناوری در این بخش است.

بهبود طعم و رنگ غذا

متخصصان صنایع غذایی به کمک فناوری نانو توانسته اند در مواد غذایی مختلف خواصی ایجاد کنند که مصرف کننده طعم و بوی خاص احساس کند. مثلاً سس کم چربی تولید کرده اند که مزه چربی می دهد در حالی که چربی ندارد.

سلامت غذا

برای اطمینان از سلامت غذایی، پژوهشگران در پروژه ای از نانو حسگرهای قابل حمل برای یافتن مواد شیمیایی مضر، پاتوژن ها و سم ها در مواد غذایی استفاده کرده اند، با این کار، دیگر نیازی به فرستادن نمونه های مواد غذایی به آزمایشگاه برای تشخیص سلامت و کیفیت محصول در کشتزارها و کشتارگاه ها نیست. همچنین این پروژه، در حال توسعه به کارگیری زیست تراشه های دی ان ای برای کشف پاتوژنهاست. این روش می تواند در تشخیص باکتری های مضر و متفاوت موجود در گوشت یا ماهی و یا قارچ های میوه مؤثر باشد. این پروژه در نظر دارد با گسترش میکروحسگرهای رشته ای، بتواند آفت کش های میوه و سبزیجات را به همان خوبی که شرایط محیطی کشتزارها را کنترل می کند تشخیص دهد. این نوآوری به نام حسگرهای Good Food نامیده می شود.

بسته بندی

بسته بندی چهره کالاست و به همراه مواردی مانند طرح و نام تجاری و کیفیت به نحوی با هم ترکیب می شوند تا کالا به راحتی معرفی شود. بسته بندی در واقع اولین ارتباط مشتری با محصول است. بیشترین کاربردی که نانو در صنعت غذایی دارد مربوط به بسته بندی است.

بسته بندی نانویی:

1- محصول را از صدمات فیزیکی و آلودگی ها حفظ می کند.
2- با کارایی وسیع و مؤثر در برابر انواع زیر ساختارهای زنده می توانند باعث افزایش عمر مفید و ماندگاری دراز مدت محصول شوند.
3- کیفیت ضد میکروبی و خواص ممانعتی آن، بهداشت بهتر، کنترل بیشتر، ممانعت از بی رنگی و خسارت کمتر به ساختار آن را باعث می شود.
4- استحکام در مقابل حرارت. یعنی از فساد و پلاسیدگی میوه ها و سبزی ها در دمای بالا جلوگیری می کند.
5- زمان ماندگاری محصولات در بسته بندی های نانو از سه یا چهار روز به دو تا سه هفته در شرایط دمای محیط بیرون از یخچال افزایش می یابد.

بسته بندی های نانویی به دو دسته تقسیم می شود:

الف) بسته بندی کنترل کننده مواد غذایی با استفاده از نانو ذرات. اکسیژن مسئله سازترین عامل در بسته بندی مواد غذایی است زیرا این عنصر باعث فساد چربی مواد غذایی و هم چنین باعث تغییر در رنگ آنها می شود. در این نوع بسته بندی ها، نانوذرات به صورت زیگزاگ قرار گرفته اند و مانند سدی مانع از نفوذ اکسیژن می شوند. به بیان دیگر مسیری که گاز باید برای ورود به بسته طی کند طولانی می شود. به همین خاطر مواد غذایی در این بسته ها تازگی خود را بیشتر حفظ می کنند.
ب) بسته بندی هوشمند. در این نوع بسته بندی که برای افزایش عمر مفید محصول های غذایی است، سیستم های بسته بندی قادر خواهد بود پارگی ها و سوراخ های کوچک را با توجه به شرایط محیطی (مانند تغییرات دما و رطوبت) ترمیم و مصرف کننده را از فساد مواد غذایی آگاه سازند. در این نوع بسته بندی نانوحسگرهایی وجود دارد که نسبت به گازهایی که از مواد غذایی آزاد و موجب فساد می شوند به شدت حساس بوده و تغییر رنگ می دهند. این تغییر رنگ علامت واضحی از سلامت یا فساد مواد غذایی است. این سیستم به مراتب دقیق تر و مطمئن تر از فروش با تاریخ مصرف است.

نگهداری غذا

الف- ضدعفونی و میکروب زدایی سطوح: نانو می تواند با جابه جا کردن سطح پوشش مواد، از ورود هر نوع زیر ساختارهای زنده یا میکروب به غذا جلوگیری کند و سبب ضدعفونی شدن سطوح غذاها شود.
ب- حفاظت ضد اکسیدان ها: با استفاده از نانو حفره ها می توان از خراب شدن مواد بی ثباتی مثل آنتی اکسیدان های حساس از جمله ویتامین های A، D، E و امگا 3 جلوگیری کرد.
ج- دست کاری و کنترل فعالیت آنزیم ها: نانو حفره ها می تواند در شناسایی و طراحی ساختمان آنزیم ها و کنترل سوخت و ساز آنها با تغییر در ساختار و افزودن ذرات فعال به مواد غذایی استفاده شود.
منبع: نشریه دانشمند، شماره 581..