کاربرد نانو تکنولوژی در کشاورزی و صنایع غذایی

[roya 90]

موضوع اصلی نانو تکنولوژی مهار ماده یا دستگاه‌های در ابعاد کمتر از یک میکرومتر، معمولاً حدود 1 تا 100 نانومتر است. در واقع نانوفناوری فهم و به کارگیری خواص جدیدی از مواد و سیستمهایی در این ابعاد است که اثرات فیزیکی جدیدی - عمدتا متاثر از غلبه خواص کوانتومی بر خواص کلاسیک - از خود نشان می دهند. نانوفناوری یک دانش به شدت میان‌رشته‌ای است و به رشته‌هایی چون فیزیک کاربردی، مهندسی مواد، ابزارهای نیم رسانا، شیمی ابرمولکول و حتی مهندسی مکانیک، مهندسی برق و مهندسی شیمی نیز مربوط می‌شود. نانوفناوری می‌تواند به عنوان ادامه دانش کنونی به ابعاد نانو یا طرح‌ریزی دانش کنونی بر پایه‌هایی جدیدتر و امروزی‌تر باشد نانو تکنولوژی از دیدگاه صنایع غذایی نانو تکنولوژی یک افق عمیق علمی با قدرت بالا در تولید محصولات و روش های جدید فرآوری است. مفاهیم نانو تکنولوژی چهارجوبی منطقی را برای توسعه درک واکنش ها و رفتار خود آرایی اجزای غذایی در مقیاس کوچک ایجاد می کند این موضوع در ساختمان ، رئولوژی و خصوصیات زیست فعالی مواد غذایی در مقیاس بزرگ اثر دارد. پیشرفت در فرایندهای تولید نانو ساختارها و نانو مواد با خصوصیات فرمولی مناسب احتمال تولید نانو ذرات پایدار با قابلیت کاربرد در صنایع غذا و صنایع وابسته را فراهم می سازد. نانو تکنولوژی در ارتباط با نگهداری و مخصوصا بسته بندی مواد غذایی کاربرد زیادی دارد و در برخی از موارد دستاوردهای نانو در عمل بکار گرفته شده است. کاربردهای فناوری نانو در کشاورزی
فناوری نانو هیچ زمینه علمی را به حال خود رها نکرده است. علوم کشاورزی نیز از این قاعده جدا نیستند. تا به حال کاربردهای متعددی از فناوری نانو در کشاورزی، صنایع غذایی و علوم دامی مطرح شده است.
رابطه میان فناوری نانو وعلوم کشاورزی در زمینه های زیر قابل بررسی است:
- نیاز به امنیت در کشاورزی و سیستم های تغذیه ای
- ایجاد سیستم های هوشمند برای پیشگیری و درمان بیماریهای گیاهی
- خلق وسایل جدید برای پیشرفت در تحقیقات بیولوژی و سلولی
- بازیافت ضایعات حاصل از محصولات کشاورزی

از بین تدابیر موجود در مدیریت آفات کشاورزی استفاده از آفت کش ها و سموم سریعترین و ارزان ترین روش برای واکنش به یک وضیت اضطراری است.

روش های کنترل زیستی در حال حاضر بسیار هزینه بر هستند. در این روش ها کنترل آفت از طریق یکی از دشمنان طبیعی آن آفت صورت می گیرد. امروزه مصرف بی رویه آفت کش ها مشکلات زیادی را ایجاد کرده اند. این مشکلات شامل اثرات سوء بر سلامت انسان ( ایجاد مسمومیت های حاد یا بیماری های مزمن )، تاثیر این مواد بر حشرات گرده افشان و حیوانات اهلی مزارع و همچنین ورود این مواد به آب و خاک و تاثیر مستقیم و غیر مستقیم آن در این نظام های زیستی می باشد.

مصرف بی رویه آفت کش ها محصولات کشاورزی را نیز به منبع ذخیره سم تبدیل می کند.

مهمترین سوال در زمینه استفاده از آفت کش ها این است که: چقدر از این سموم استفاده کنیم؟

استفاده از داروهای (سموم) هوشمند در ابعاد نانو می تواند راه حل مناسبی باشد. این داروها که قابلیت حرکت در گیاه را دارند در بسته هایی که حاوی نشانی خاصی هستند قرار میگیرند. برچسب نشانی یک کد مولکولی است که بر روی بسته نصب شده و به بسته اجازه میدهد که به بخشی از گیاه که مورد حمله عامل بیماری یا آفت قرار گرفته تحویل داده شود. این ناقلین در ابعاد نانو همچنین دارای خود تنظیمی نیز می باشند به این معنی که دارو فقط به میزان لازم به بافت گیاهی تحویل داده می شود.
دقت در ردیابی بافت هدف و میزان اندک اما موثر دارو باعث می شود استفاده از سموم در کشاورزی به حداقل برسد.
همه ما میدانیم که پیشگیری بر درمان مقدم است. بیماری های گیاهی نیز از روی علائمی مانند تغییر رنگ یا تغییر شکل اندام ها شناسایی می شوند ولی مسئله اینجاست که این علائم مدتها پس از ورود عامل بیماری به بافت گیاه بروز پیدا می کنند به همین خاطر با سریعترین اقدام ها برای جلوگیری از شیوع بیماری باز هم مقداری از محصول از بین می رود. در نتیجه نیاز به ابزاری که به کمک آن بتوان در همان مراحل ابتدایی ورود عامل بیماری، آن را کنترل و مهار کرد بسیار ضروری به نظر میرسد.
نانو حسگرهای زیستی ابزارهایی هستند که که از تلفیق ابزارهای شیمیایی، فیزیکی و زیستی بدست آمده اند.

این حسگرها شامل ترکیبات زیستی مانند یک سلول، آنزیم و یا آنتی بادی متصل به یک مبدل انرژی هستند و قادرند که تغییرات ایجاد شده در مولکول های اطراف خود را گزارش دهند. این گزارش ها توسط سیگنالهایی که مبدل انرژی به تناسب با مقدار آلودگی تولید میکند دریافت می شوند. بنابراین اگر تجمع زیادی از عامل بیماری در اطراف این حسگرها وجود داشته باشد سیگنال های قوی فرستاده می شوند. ارزیابی حضور آلاینده ها در محیط توسط حسگرها در چند دقیقه میسر است اما با استفاده از روش های رایج حداقل 48 ساعت زمان برای تشخیص نیاز است.
استفاده از نانوحسگرهای زیستی در بسته های غذایی نیز کاربرد که در صورت شروع فساد مواد غذایی می توانند هشدار دهنده باشند.

از دیگر کاربردهای فناوری نانو در صنایع غذایی ایجاد پلاستیک های جدید در صنعت بسته بندی مواد غذایی است. در تولید این پلاستیک ها از فناوری نانو ذرات استفاده شده است. اکسیژن مسئله سازترین عامل در بسته بندی مواد غذایی است زیرا این عنصر باعث فساد چربی مواد غذایی و همچنین تغییر رنگ آنها میشود. در این پلاستیک جدید 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.

با طولانی کردن مسیر حرکت مولکولهای اکسیژن، مواد غذایی دیرتر فاسد می شوند.

فناوری نانو با استفاده از فرایندهای طبیعی زیستی، شیمیایی و فیزیکی در بازیافت مواد باقیمانده از محصولات کشاورزی و تبدیل آنها به انرژی و یا مواد شیمیایی صنعتی نیز نقش دارد. به طور مثال از زمان برداشت پنبه تا تولید پارچه بیش از 25% الیاف به ضایعات تبدیل می شوند. در دانشگاه کرنل در آمریکا روشی تحت عنوان «ریسندگی الکتریکی» ابداع شده که با استفاده از این روش از ضایعات پنبه محصولاتی مانند کلافهای پنبه و نخ البته با کیفیت پایین تر تولید میکنند. دانشمندان علوم پلیمر از این روش برای تولید نانو فیبرها از سلولز که90%الیاف پنبه را تشکیل می دهد استفاده کرده اند و الیافی کمتر از 100 نانومتر تولید کرده اند که 1000 بار کوچکتر از الیاف فعلی است.

یکی از کاربردهایی که برای این الیاف ریز سلولزی بیان شده جذب آفت کش ها و کودهای شیمیایی از محیط برای جلوگیری از ورود آنها به اکوسیستم و رها کردن مجدد این مواد در محیط در مواقع مورد نیاز است.

از دیگر محصولات فناوری نانو، نانو کاتالیزورها هستند که قابلیت تبدیل روغن های گیاهی به سوخت را جهت ایجاد منابع جدید انرژی دارند.

پیشرفت در زمینه علوم گیاهی، کشاورزی و صنایع غذایی رابطه مستقیمی با پیشرفت در تحقیقات زیست شناسی سلولی و مولکولی دارد. تولید ابزارهای جدید تحول شگرفی در تحقیقات سلولی و مولکولی ایجاد کرده است. امروزه میکروسکوپ هایی که قابلیت ایجاد مشاهده در مقیاس نانو را دارند در توسعه علوم زیستی نقش مهمی را ایفا می کنند. دیگر اثرات نانو تکنولوژی در کشاورزی
نانوتکنولوژی اثرات زیادی بر روی کشاورزی و صنعت تولید غذا داشته است. این علم قادر است کفایت تولیدات کشاورزی را افزایش دهد، اثرات مثبت و دلخواه غذاهای کاربردی را بهبود بخشد، و بسته بندی مناسب که حاوی سنسورهای نانو بوده و قادر به شناسایی بیماری زاها و آلودگیها می باشد را عرضه کند.
در ایالات متحده آمریکا ، نانوتکنولوژی یکی از مهمترین اولویتهای تحقیقاتی است. این علم تاثیرات معنی داری روی اقتصاد و نیز بهبود استانداردهای زندگی دارد. پیش بینی می شود که نانوتکنولوژی نقش اساسی در زندگی روزانه انسان داشته باشد.
نانوتکنولوژی علمی است که با اجزاء بسیار کوچک سروکار دارد. 100-1 نانومتر ، اندازه محصولات جدیدی است که فرآوری یا تولید می شوند، هر نانومتر ، یک بیلیونیم متر می باشد (حدود یک میلیونیم ته سوزن).
هر جزء نانومتر از سلول زنده کوچکتر می باشد و فقط با میکروسکوپ بسیار قوی قابل رویت است. نانوتکنولوژی چند دهه است که به وجودآمده اما در حال حاضر به عنوان یک تکنولوژی جدید بسیار نوید بخش می باشد.
محصولات نانو اغلب در دسترس مشتریان هستند. مثل توپهای تنیس، کرمهای ضدآفتاب، لوازم آرایشی – بهداشتی، مواد دندانی و داروئی . بعضی از محصولات نانو احتمالا با کشاورزی و غذا مرتبط می باشند. بسیاری از کمپانی های موادغذایی در حال تحقیق بر روی نانوتکنولوژی هستند و تلاش می کنند غذاهایی سالمتر ، مغذی تر با طعم بهتر و با دسترسی راحت تر به مصرف کننده عرضه نمایند.
پروژه های نانوتکنولوژی در حوزه کشاورزی و غذا عبارتند از :
1- نانو قادر به شناسایی حشره کش ها، کودها و سایر مواد بیولوژیکی مهم در مرحله نهایی کنترل کیفی محصولات کشاورزی می باشد.
2- حذف چالش بین مواد زائد حاصل از کشاورزی- صنایع غذایی و محیط زیست از دیگر حوزه های قابل توجه کاربرد این تکنولوژی می باشد. مثلا استفاده از نانوکریستالها برای حذف مواد زاید موادغذایی، صنایع شیمیایی، سوختهای بیو و انرژی و یا استخراج بیوپلیمرها از محصولات کشاورزی به روش نانو
3- توانایی نانو در پایش مواد مغذی ، داروها، حشره کش ها، آفت کش¬ها، انواع کود، واکسن¬ها در موادغذایی، بدن انسان و حیوان، در میان گیاهان، حشرات، میکروارگانیسم ها، خاک و محیط زیست.

[roya 90]

رخدادهای مهم در پژوهش های تغذیه
تامین انرژی و مواد مغذی، هنوز هدف اصلی تحقیقات تغذیه ای می¬باشد، به خصوص در کشورهایی که دستیابی کافی به مواد غذایی تضمین نشده است. غنی سازی مواد خوراکی به اصلاح کمبود موادمغذی کمک می کند و مشخص شده است که غنی سازی غذاهای پایه مردم که گران هم نیستند، روش موفقی است. اما غنی سازی به روشی که در کشورهای پیشرفته دنیا متداول است (موادمغذی را اضافه می کنند) بدون انتقاد نیست.
به عبارت دیگر، دستیابی تقریبا در حدمطلوب به مواد غذایی در محصولاتی که موادمغذی بیشتری را تامین می کنند، افزایش یافته است و به توسعه غذاهای کاربردی که دارای خواص پیش برنده سلامت هستند، منجر می شود.
در میان بیشتر جوامع ، پروبیوتیک ها و پربیوتیک ها، هردو تاثیرات مثبتی روی میزبان میکروفلور، فیتواسترول، بهبود لیپیدهای سرم و کاهش خطر بیماریهای قلبی- عروقی دارند.
اسیدهای چرب W3 اثرات مفیدی روی سیستم قلبی- عروقی و سیستم التهابی و نیز میکرونوترینها و ترکیبات گیاهی با خواص آنتی بیوتیکی دارد. در واقع بسیاری از غذاها خواص کاربردی دارند. نظیر: میوه، سبزیها، دانه های کامل غلات و آجیل (مغزهای درختی و دانه ها).
اخیرا تمرکز تحقیقات تغذیه ای روی واکنش های متقابل بین رژیم غذایی و ژن ها معطوف شده است.
در حال حاضر نوتروژنوبیک و نوتروژنتیک دو راهکار مختلف به منظور کشف عوامل تغذیه ای و غیرتغذیه ای موثر بر ژنها ، اثر ژنها روی متابولیسم مواد مغذی و اجزاء خوراکی شامل تفاوتهای فردی بالقوه در نیازهای تغذیه ای جزء مباحث مورد بحث می باشد.
این پیشرفتها به سایر موضوعات مربوط به تحقیقات تغذیه ای اضافه شده که گستره¬ای وسیع روی سلامت و بهبودی ایجاد می کند. دانشمندان اعلام کردند استفاده از نانوتکنولوژی در صنایع غذایی هیچ اثر سوئی برای سلامت انسان نداشته و می تواند با ایجاد بهبود در سیستم هاضمه به سلامت افراد نیز کمک کند.
دانشمندان هلندی بر این باورند غذاهای تولید شده با استفاده از نانوتکنولوژی از سلامت کامل برخوردار بوده و قدرت جذب مواد غذایی را در بدن انسان به میزان موثری افزایش خواهد داد.
به گفته دانشمندان استفاده از غذاهایی که به واسطه این تکنولوژی فراهم آمده اند به دلیل ذهنیت متفاوت افراد از نانوتکنولوژی و ذرات نانو و تاثیرات احتمالی این نوع غذاها با استقبال چندانی مواجه نمی شود.
با این حال نانوتکنولوژی به راحتی قادر است با تغییر ساختارغذاها، مواد غذایی سالم و تاثیرگذاری را برای بدن انسان آماده کرده و از میزان عوامل نامناسب و آزار دهنده موجود در غذا بکاهد. در نهایت ساختارهای نانو ذرات موجود در غذاها تحت تاثیر سیستم هاضمه از بین می روند و در نتیجه هیچ ذره نانویی در بدن انسان باقی نخواهد ماند.
همچنین در حال حاضر دانشمندان اروپایی موفق به تولید نانو ساختارهایی شده اند که می تواند مواد مغذی را به مناطق خاصی از بدن هدایت کرده و تاثیر گذاری این مواد را بر روی اعضای بدن انسان افزایش دهند.
با این حال برخی از کاربردهای نانو در صنایع غذایی همچنان جدال بر انگیز است. برای مثال مواد فلزی به ویژی ذرات نقره و نانو ذرات در بسته بندیهای که به منظور جلوگیری از فاسد شدن مواد غذایی به صورتی گسترده مورد استفاده قرار می گیرند می توانند به داخل غذا راه یابند که وجود این ذرات می تواند مشکلاتی را برای سلامتی انسان به وجود آورد.
دانشمندان معتقدند با وجود فوائد اثبات شده نانو ذرات در صنعت غذایی، قبل از استفاده انبوه از این مواد باید تحقیقات گسترده ای در رابطه با تاثیرات آن به عمل آید.
فن آوری نانو در شرکت های صنایع غذایی
اختراعات فناوری نانو در محصولات غذایی منجر به ورود محصولات جدید و بدیعی به بازار شده است.در طی چند سال اخیر فناوری‌نانو به عنوان جزء مهمی از صنعت غذا تبدیل شده است. شرکت‌های مطرح در صنایع غذایی به تحقیق و توسعه در این زمینه پرداخته‌اند و انتظار می‌رود اولین موج محصولات در آینده نزدیک به بازار وارد شود. این مقاله نگاهی به تلاش چند شرکت در زمینه نانوغذاهاست که خوانندگان را با قسمتی از پیشرفت‌های ‏جدید در این عرصه آشنا می‌کند. ‏
در طی چند سال اخیر فناوری‌نانو به عنوان جزء مهمی از صنعت غذا تبدیل شده است. شرکت‌های مطرح در صنایع غذایی به تحقیق و توسعه در این زمینه پرداخته‌اند و انتظار می‌رود اولین موج محصولات در آینده نزدیک به بازار وارد شود. البته این تنها شروع است و یقیناً فناوری‌نانو در این عرصه راهی طولانی در پیش خواهد داشت.
بنابر یک پیش بینی اقتصادی به وسیله تحلیل گران، بازار نانوغذاها از 2،6 میلیارد دلار فعلی به 7 میلیارد دلار در سال آینده و به 4.20 میلیارد دلار در سال 2010 خواهد رسید .
فناوری‌نانو می‌تواند در خط تولید به منظور ایجاد ریزحسگرها و ماشین‌های تشخیص به‌کار رود و تولید غذاهای فاقد آلودگی را تضمین کند. این نانوابزارها در تشخیص میکروب‌های مضر و تعیین زمان ماندگاری محصول نیز کاربرد دارند و به مدیران در اتخاذ تصمیمات راهبردی مانند انتخاب بهترین روش حمل و نقل و انبار محصولات کمک می‌کنند. به گفته کامپرز، مدیر برنامه بیو فناوری‌نانو در دانشگاه واخنینگن، استفاده از فناوری‌نانو به منظور تضمین کیفیت فرآورده‌های غذایی، یقیناً به نفع مصرف‌کننده است؛ البته نانوحسگرها و تشخیص‌دهنده‌های روبوتیک فعلاً فقط در مراکز تحقیقات به‌کار می‌روند، اما پیش‌بینی می‌شود اولین سری این ماشین‌ها در طی 4 سال آینده در محصولات غذایی ظاهر ‌شوند .
در حال حاضر شرکت‌‌های زیادی مانند Nestle، Food،Hershey، Keystone و Unilever مشغول کار روی نانوغذاها هستند.
گزارش شده است Nestle و Unilever امولوسیون‌هایی از نانوذرات را کشف کرده‌اند که باعث یکنواخت‌تر شدن بافت غذا شده، و می‌توان در تولید محصولاتی مانند بستنی از آنها استفاده کرد. دیگر پروژه‌های این شرکت، کار روی نانوکپسول‌هایی حاوی غذاهای غنی شده است که مواد مغذی و آنتی اکسیدانت‌ها را به تدریج به بخش‌های خاصی از بدن تحویل می‌دهند. این فناوری موادغذایی قدیمی را به ذراتی در ابعاد نانو تبدیل می‌کند که در داخل بدن رها شده و به خوبی جذب می‌شوند. این فناوری در غذاهای جدید کاربرد زیادی خواهد داشت.

یکی دیگر از شرکت‌های پیشگام در توسعه نانوغذاها، شرکت Kraft است که با تأسیس کنسرسیوم نانوتک (Nanotek) در سال 2000 اولین گام‌های ورود فناوری‌نانو به صنعت غذا را برداشت. این کنسرسیوم مجموعه‌ای از 15 دانشگاه و آزمایشگاه‌های تحقیقاتی ملی است و بیشتر در زمینه تهیه انواع غذاهای تعاملی و فرآورده‌های نوشیدنی فعالیت می‌کند که با ذائقه‌ و نیازهای فردی مصرف کننده سازگار باشد و دامنه وسیعی، از نوشیدنی‌های تغییر رنگ‌دهنده تا غذاهای جدید سازگار با حساسیت مصرف‌کننده (یا نیازهای تغذیه‌ای او) را در برمی‌گیرد. فعالیت دیگر این شرکت، تهیه نانوفیلترهایی است که مولکول‌ها را بیشتر بر اساس شکل و نه بر حسب اندازه غربال می‌کنند، و این مسئله تفکیک اجزای خاصی از یک فرآوده، حتی در دست مصرف کننده را امکان‌پذیر می‌سازد.
از دیگر اهداف این شرکت، کار روی بسته‌بندی‌های هوشمند غذایی است. از نانوحسگرهایی که به رهایش مواد شیمیایی ناشی از فساد غذاها حساس هستند می‌توان در بسته‌بندی‌های هوشمند استفاده کرد، تا به محض شروع خراب شدن غذا، رنگ بسته‌بندی تغییرکرده، به مشتری هشدار می‌دهد. این سیستم به مراتب دقیق‌تر و مطمئن‌تر از فروش با تاریخ مصرف است .
یکی دیگر از شرکت‌‌های فعال در زمینه نانوغذا، NutraLease است که روی فناوری غذاهای غنی شده تحقیق کرده و جهت افزایش رهایش زیستی (Biodelivery) مواد غذایی، از نانوکپسول‌ها استفاده می‌کند. این فناوری در نوعی روغن آشپزی به‌کار برده شده است که از استرول‌های گیاهی به منظور کاهش جذب کلسترول و کاهش خطر بیماری‌های قلبی استفاده می‌کند. بر اساس گزارشی این فرآورده باعث کاهش حدود 14درصد ازمیزان کلسترول LDL می‌شود.
شرکت Oil Fresh از اجزای نانوسرامیکی در تهیه ماهی‌تابه‌های رستوران‌ها استفاده می‌کند که باعث کاهش زمان سرخ کردن و مصرف روغن می‌شود. استفاده از این فرآورده به رستوران‌ها اجازه می‌دهد که از روغن‌های گیاهی به جای روغن‌های هیدروژنه استفاده کنند و در نتیجه میزان چربی‌های ترانس کاهش یافته و غذاهای سالم‌تری به دست می‌آید.
شرکت دیگری به نام Voridian از ترکیباتImpern نانوکامپوزیت ها در ساخت بطری‌های پلاستیکی نوشیدنی‌ها استفاده کرده است. Impern نوعی پلاستیک است که با نانوذرات خاک رس آمیخته و پلاستیک‌هایی به سختی شیشه ولی محکم‌تر را به وجود آورده است، که نسبت به شیشه شکنندگی کمتری دارند. لایه نانوذرات به‌گونه‌ای طراحی شده‌ که فرار مولکول‌های دی‌اکسیدکربن از نوشیدنی و نفوذ مولکول‌های اکسیژن به درون نوشیدنی جلوگیری کرده، در نتیجه باعث حفظ تازگی و افزایش زمان ماندگاری محصول می‌شود.
یکی دیگر از شرکت‌های فعال در این زمینه Nanocor است. این شرکت مهم‌ترین تولیدکننده نانوکامپوزیت های پلاستیکی است. این پلاستیک‌ها ویژگی‌های ویژه‌ای از جمله ایجاد مانع بهتر برای جریان اکسیژن و دی‌اکسیدکربن دارد، که منجر به افزایش زمان نگهداری محصولات نانوکامپوزیت پلاستیک مقاوم می‌شود. همچنین این پلاستیک‌ها از پخش بو جلوگیری کرده، مانع جذب طعم یا ویتامین‌های موجود در غذا به وسیله بسته‌بندی می‌شوند. به طور کلی طراحی مولکولی این پلاستیک‌ها به‌گونه‌ای است که مقاومت محصولات را در برابر آتش و ثبات ساختار آنها را در برابر حرارت بهبود می‌بخشد. به عنوان مثال این مواد در سبدهایی برای جوشاندن مواد غذایی و بسته‌بندی‌هایی برای استفاده در مایکروویو کاربرد دارد. نانوکامپوزیت‌های پلاستیکی در بسته‌بند‌ی های جدید مواد غذایی نیز قابل استفاده هستند .

[roya 90]

از دیگر محصولات کلیدی، حسگرهای بویایی الکترونیکی (بینی الکترونیکی) و هم خانواده جدیدتر آنها حسگرهای چشایی الکترونیکی (زبان الکترونیکی) هستند. این وسایل از زبان و بینی انسان تقلید می‌کنند با این تفاوت که نسبت به طعم‌ها و بوهای ناچیز حساسیت بیشتری دارند.
بینی الکترونیکی آرایه‌ای از حسگرهای گازی در مقیاس نانو است و سطح بالای نانوذرات اجازه عبور بیشترین گاز ممکن از روی آنها را می‌دهد. این فناوری به همراه فناوری تشخیص الگویی، امکان ایجاد یک اثر انگشت دیجیتالی از هر بوی خاص را فراهم می‌کند. این محصولات در آزمایشگاه‌هایی از جمله NASA برای تشخیص مواد شیمیایی در حد ناچیز استفاده شده‌اند؛ اما در حال حاضر در صنایع غذایی جهت کنترل بهترین سطح تولید شده غذاها به‌کار می‌روند. این محصولات همچنین در جهت تشخیص آلاینده‌ها و تجزیه‌ کیفی و کلی‌ غذا مؤثر هستند.
در حال حاضر بعضی شرکت‌ها نوعی زبان الکترونیکی را به کار می‌برند که شامل آرایه‌ای از حسگرهای مایع (الکترودهای پوشش داده شده با پلیمرهای هادی) به همراه فناوری تشخیص الگویی است که قادر به تشخیص طعم‌های ویژه از هم می‌باشد. از کاربردهای مهم این زبان، آزمون چشایی نوشیدنی‌ها مانند آب میوه‌ها، شیر، قهوه، آب معدنی و نوشابه‌ها و همچنین توانایی چشیدن مواد شمیایی در حد PPT است و هزینه تولید آن در حدود 50 سنت می‌باشد. یقیناً این زبان نقش حیاتی خود را در مطالعات غذایی پیدا خواهد کرد. حسگر چشایی، در بسته‌بندی گوشت قادر به تشخیص اولین نشانه‌های فساد مواد غذایی بوده و با تغییر رنگ، فساد ماده غذایی را هشدار می‌دهد.
نوع دیگر فناوری حسگرها، نانوبارکدها هستند که به وسیله شرکت Nanoplex Technologies تولید شده‌اند. نانوبارکدها مدل مولکولی بارکدهای سنتی است و شامل نانوذرات فلزی می‌باشند که اثر انگشت شیمیایی قابل شناسایی و خاصی دارند و می‌توانند از طریق یک ماشین (احتمالاً یک لامپ UV یا میکروسکوپ نوری) تشخیص داده شوند. این نوع بارکدها می‌توانند برای حفاظت مارک و ارزیابی غذاهایی که در حالت عادی نمی‌شود بارکدهای سنتی را روی آنها چسباند، استفاده شود. آنها همچنین برای تشخیص پاتوژن‌ها در غذا مانند E. coli مورد استفاده قرار می‌گیرند. در حقیقت تشخیص پاتوژن‌ها از دیگر اهداف اصلی فناوری‌نانو در صنایع غذایی است.
امروزه پژوهش هایی نیز روی نانو حسگرهای زیست‌شناسانه شده است. این حسگرها قادرند مقادیر اندک پاتوژن‌ها در غذا را تشخیص دهند. همچنین امکان استفاده از آنها در مراکز نگهداری و حمل و نقل غذا به منظور کنترل دقیق در مقیاس مولکولی وجود دارد. وی همچنین روی غذاهایی که ”عملکردی“ نامیده می‌شوند کار کرده و نقش مواد مغذی که موجب سلامت و مانع از بیماری‌ می‌شوند را کشف کرده است.
بسیاری از غذا‌ها به صورت ذاتی قادر به جلوگیری از بیماری‌ها هستند مثل چای سبز، هسته انگور و زنجبیل؛ اما مسئله این است که مصرف مستقیم این غذاها فایده‌ای برای بدن نداشته و بدن نیز به سختی آنها را جذب می‌کند؛ بنابراین به یک سیستم تحویل نیاز داریم که دسترسی زیستی آنها را افزایش دهد.
به خصوص برای جلوگیری از دیابت و چاقی این سؤال مطرح است که چطور می‌توان از غذاهایی مانند بستنی و شکلات‌های خوش طعم استفاده کرد به صورتی که موجب چاقی نشوند؟
در جواب باید گفت استفاده از مواد فیبری و کربوهیدرات‌ها به جای چربی می‌تواند به حل این مسئله کمک کند و برای دیابت نیز باید جایگزین‌های بهتری را برای شکر پیدا کرد.
موفقیت در زمینه ایجاد غذاهایی خوش طعم ولی حاوی مواد جایگزین چربی که با به‌کارگیری نانوذرات مانع از جذب و ذخیره‌سازی چربی و کالری به‌وسیله بدن می گردند، هدف نهایی را در غذا به ارمغان خواهد داشت.


برخی از کاربردهای نانو تکنو لوژی در بسته بندی صنعت غذا بسته بندی نانو بطور کلی بسته بندی های نانو مواد گوشتی را در برابر محیط ناسالم محافظت کند. اگر بسته بندی آسیب دیده باشد، به کیفیت مواد گوشتی لطمه وارد می شود.
بسته بندی مواد گوشتی چیست؟ بسته بندی های مواد گوشتی معمولا از انواع مختلف پلاستیک ها تشکیل می شوند. مواد گوشتی در یک بسته پلاستیکی مصنوعی غیرشفاف گذاشته می شود و روی آن یک بر چسب پلاستیکی نصب می شود. بسیاری از شرکت ها تکنیک هایی برای بسته بندی ابداع کرده اند که از اثرات میکروب ها بر محیط مواد جلوگیری می کند. این اثرات از طریق ذرات نقره ای بدست می آیند که در روی بسته پلاستیکی ایجاد می شود. این ذرات باعث جلوگیری زنده ماندن باکتری ها و قارچ ها می شوند. بدین طریق مواد گوشتی می تواند از نگهداری طولانی تری برخوردار باشد.
نقش نانوتکنولوژی در این رابطه چیست؟ ذرات نقره ای نامبرده در این رابطه بسیار کوچکتر از این هستند که در طبیعت وجود دارند. این ذرات معروف به ذرات نانو می باشند.
مزایا: با بکارگیری ذرات نانو سیستم بسته بندی این فرآیند را بطور کلی انجام می دهد. مدت نگهداری مواد گوشتی طولانی تر می شود .
معایب: کارشناسان هنوز در این مورد که آیا ذرات نقره ای (ذرات نانو) بسته بندی اثراتی را به مواد گوشتی بجا می گذارند یا خیر، اطلاعات کافی ندارند. در دفع بسته بندی این امکان وجود دارد که ذرات نانو احتمالا عواقب بدی را برای محیط زیست و سلامتی انسانها به همراه داشته باشد.
کاربرد نانو تکنولوژی در پوشش های مواد غذایی : بطور کلی می توان در خمیر نان مواد متعددی را به آن اضافه کرد. برای مثال اضافه کردن ویتامین ب و یا اسید چرب امگا-3. لازم به ذکر است که اسید های چرب امگا 3 به صورت کپسول هایی با فن آوری نانو تونلید می شوند.
کارشناسان هنوز در مورد اثرات این نوع کپسول ها که از طریق نانوتکنولوژی بدست می آید بر سلامتی انسان اطلاعات کافی ندارند.
. اسید چرب امگا-3 چیست؟ این مواد که همچنین به عنوان ویتامین اف معروف است برای جسم انسان اثر حفاظت کننده و شفا کننده دارد. برای جلوگیری از زخم های روده و ریه ها و برای تکامل جسمی کودکان مهم می باشد. کمبود چربی اومگا-3 را می توان از طریق استفاده از روغن های گیاهی و حیوانی بر طرف کرد. ماهی های چربی مثل ماهی آزاد یا ساردین بیشترین منبع اسید چربی اومگا-3 را دارا می باشند.
اسید چربی اومگا-3 در کجا مصرف می شوند ؟ هم اکنون قرص های روغن ماهی وجود دارند که با آنها کمبود را می توان جبران کرد.
تکنیک نانو : در این رابطه روشی ابداع شد که با آن روغن ماهی در کپسول های تولیدی نانوتکنولوژی ساخته می شوند. این کپسول های خیلی ریز به خمیر نان اضافه می شوند. پوسته محافظتی کپسول ها در هنگام هضم در روده حل شده و مواد کپسول را وارد روده می کنند.
نقش نانوتکنولوژی در این رابطه چیست؟ پوسته محافظتی را در برابر رطوبت و هوا ایجاد می کند و بدین طریق زمان نگهداری انقضاء را طولانی تر می کند.
کاربرد نانو تکنولو ژی برای پوشش های میوه.
کارشناسان هنوز اثرات این پوسته روی گوجه ها را که از طریق نانوتکنولوژی بدست آمده بر سلامتی انسان و محیط زیست به طور کامل بررسی نکرده اند.
گوجه های نانو: معمولا زمان انقضا مواد غذایی مشخص می کند که چه مدت یک مواد غذایی بدون اینکه باز شود، قابل انبار می باشد. مواد غذایی تازه مانند سبزی و میوه بطور کلی تاریخ انقضا ندارد. اما مشکل ظاهری آنها، حالت آنها، بو و مزه آنها به مصرف کننده نشان می دهد آیا این نوع مواد، قابل مصرف هستند یا خیر.
به چه طریق می توان زمان انقضا/نگهداری را طولانی کرد؟ گیاهان زیادی مانند سبزیجات و میوه جات مانند گوجه در حالت هنوز کاملا نرسیده برداشت می شوند. چون هنوز بافت گوجه برداشت شده سفت می باشد این امکان را ایجاد می کند که برداشت از طریق دستگاه های ماشینی انجام گردد و نیز باعث انبار کردن و حمل و نقل طولانی شود این گوجه می تواند دیرتر برداشت شود و بهتر برسد.
آب میوه های نانو: بطور کلی آب میوه ها با مواد متعددی مانند ویتامین ث و بتا کاروتین غنی می شوند.
بتا کاروتن چیست؟ بتاکاروتن ماده ای است که مرحله قبل از ویتامین آ را تشکیل می دهد. طبیعتا این مواد خصوصا در میوه جات و سبزیجات مانند اسفناج، گوجه، هویج و گل کلم یافت می شوند. ویتامین آ روی پوست، موها و چشمان اثرات مثبت می گذارد و نیز بر رشد، تکامل استخوان و تولید مثل.
بتا کاروتن در کجا کاربرد دارد؟ در آب میوه، بتاکاروتن به عنوان مواد رنگ افزا و به عنوان ویتامین های اضافه کاربرد دارند.
تکنولوژی نانو: با نانو تکنولوژی امروزه امکان آن است که بتا کاروتن به مقدار واحدهای خیلی کم منشعب شوند. این امر باعث می شود که به آسانی بتا کاروتن را با آب میوه مخلوط کرد.
نقش نانوتکنولوژی در این رابطه چیست؟ در این رابطه بتا کاروتن در کپسول قرار می گیرد و این امکان را بوجود می اورد تا در آب حل شود.
مزایا: بتاکاروتن در آب بهتر حل می شود، جذب بهتر بتاکاروتن در جسم انسان، طولانی شدن نگهداری آب میوه ها.
معایب: کارشناسان هنوز در مورد تاثیرات ذرات نانو بر سلامتی انسانها اطلاعات کافی کسب نکرده اند.
نانو سیالات
گروهی جدید از سیالات که قادر به انتقال حرارت می‌باشند، نانوسیال نامیده می‌شوند. نانوسیالات به ‌وسیلة پخش و منتشر کردن ذرات در اندازه‌های نانومتری در سیالات متداول منتقل کنندة گرما، به ‌منظور افزایش هدایت گرمایی و بهبود عملکرد انتقال حرارت، ساخته می‌شوند.
نتایج آزمایش‌هایی که در رابطه با نحوة انتقال حرارت بر روی چندین نمونة نانوسیال انجام شد، نشان می‌دهد که عملکرد نانوسیالات در انتقال حرارت عموماً بیشتر از آن چیزی است که به ‌صورت نظری پیش‌بینی شده است. این واقعیت یک کشف اساسی در مسئلة انتقال حرارت می‌باشد.

http://pnu-club.com/imported/2012/02/815.jpg

نمودار 1- درصد افزایش هدایت گرمایی ذرات مس، اکسید مس و آلومینیم در اتیلن گلیکول (EG). همچنین نمایش افزایش هدایت گرمایی نانولوله‌های کربنی چندجداره در روغن و تطبیق آن با نظریه ماکسول
از نانوسیالات می‌توان به ‌منظور توسعة سیستم‌های کنترل حرارت در بسیاری کاربردها از جمله وسایل نقلیة سنگین استفاده نمود. کنترل حرارت یکی از عوامل کلیدی در فناوری‌‌های مربوط به محصولاتی مانند پیل‌ سوختی و وسایل نقلیة دوگانه سوز– الکتریکی می‌باشد که بیشتر آنها تحت دماهای عمدتاً کمتر از دمای موتورهای احتراقی داخلی متداول، عمل می‌کنند.
بنابراین نیاز مبرمی به توسعة سیالات انتقال ‌دهندة حرارت با هدایت گرمایی خیلی بالا و نیز انتقال این فناوری به صنایع خودرو وجود دارد.
اخیراً پژوهش‌هایی در مورد نانوسیالات فلزی حاوی نانوذراتِ مسِ با قطرِ کمتر از 10 نانومتر که در اتیلن گلیکول پخش شده بودند انجام شده است. این پژوهش‌ها نشان می‌دهد که در جزء حجمی بسیار اندکی از نانوذرات، رسانایی گرمایی می‌تواند بیشتر از قابلیت رسانایی صرف خود سیال و یا نانوسیالات اکسیدی (مانند اکسید مس و اکسید آلومنیوم با قطر متوسط ذرات 35 نانومتر) باشد. همان‌طور که در نمودار 1 نشان داده شده است. به علت اینکه تاکنون هیچکدام از نظریه‌های معمول، اثرات ناشی از قطر ذرات و یا هدایت آنها بر روی میزان هدایت نانوسیالات را پیش‌بینی نکرده‌اند، این نتایج غیر منتظره است.
اخیراً نانوسیالاتی حاوی نانو لوله کربنی ساخته شده‌اند و نتایج آزمایش‌های انجام شده بر روی این نانوسیالات نشان داده است که وجود نانولوله‌ها در یک سیال، هدایت گرمایی آن را بطور چشمگیری افزایش می‌دهد.
جالبتر آنکه افزایش هدایت گرمایی مربوط به نانولوله یک گام از پیش‌بینی ‌های انجام شده به وسیلة نظریه‌‌های موجود فراتر است. از این گذشته نمودار هدایت گرمایی اندازه ‌گیری شده بر حسب حجم‌های جزئی، به ‌صورت غیرخطی می‌باشد حال آنکه تئوری‌های رایج به وضوح وجود یک نسبت خطی را میان این دو پارامتر نشان داده بودند (نمودار 2).
از ویژگی‌های کلیدی نانوسیالات که تاکنون کشف شده‌‌اند می‌توان هدایت‌های گرمایی بسیار بالاتر از آنچه که سوسپانسیون‌های مرسوم از خود نشان داده بودند، وجود نسبت غیر خطی میان هدایت گرمایی و غلظت نانولوله‌های کربنی در نانوسیالات و نیز وابستگی شدید هدایت گرمایی به دما و افزایش چشمگیر در شار حرارتی بحرانی را نام برد. هر کدام از این ویژگی‌ها در جای خود برای سیستم‌های حرارتی بسیار مطلوب می‌باشند و در کنار هم، نانوسیالات را بهترین کاندیدا برای تولید سرد کننده‌های مبتنی بر مایع می‌نمایند. این یافته‌ها همچنین وجود محدودیت‌های اساسی در مدل‌های انتقال گرمایی متداول برای سوسپانسیون‌های جامد/ مایع را به وضوح نشان می‌دهد.
از جمله عوامل انتقال حرارت در نانوسیالات، عبارتند از: حرکت نانوذرات، سطح مولکولی لایه‌ای مایع در سطح مشترک مایع با ذرات، انتقال حرارت پرتابه‌ای در نانوذرات و تأثیر خوشه‌ای شدن نانوذرات از جمله عوامل انتقال حرارت در نانوسیالات می‌باشند.
یک پروژة جدید با هدف کشف پارامترهای کلیدی، که در تئوری‌های موجود و مفاهیم بنیادی مکانیزم‌های افزایش انتقال حرارت نانوسیالات از قلم افتاده‌اند، و نیز کشف مبنای تئوری برای افزایش غیر عادی هدایت گرمایی نانوسیالات در جولای سال 2000 با حمایت وزارت انرژی آمریکا و مرکز انرژی علوم پایه به تصویب رسید.
ساختار نانوذرات در نانوسیالات در حال بررسی و آزمایش بوسیلة منبع فوتونی پیشرفتة آزمایشگاه ملی آرگون می‌باشد. بر طبق نتایج گزارش شده از دانشگاه A&M تگزاس، این دانشگاه در حال مطالعه بر روی ارتباط بین جنبش نانوذرات و افزایش انتقال حرارت در آنها می‌باشد. با استفاده از نتایج جمع‌آوری شده، توسعة یک مدل جدید انتقال انرژی در نانوسیالات که وابسته به اندازة نانوذره، ساختار و تأثیر پویایی بر روی خصوصیات حرارتی نانوسیالات می‌باشد، امکان پذیر شده است.
این نحوة ارتباط رشته‌های مختلف علمی و پروژه‌های مشترک منجر به کشف مرزهای جدیدی در تحقیقات ترموفیزیک برای طراحی و مهندسی در زمینة تولید خنک‌کننده‌ها خواهد گردید. تحقیق در مورد نانوسیالات می‌تواند به یک پیشرفت غیر منتظره در زمینة سیستم‌های ترکیبی مایع/جامد، برای کاربردهای بی‌شمار مهندسی از جمله خنک‌کننده‌های اتومبیل‌ها و کامیون‌های سنگین بیانجامد.
از عمده‌ترین تأثیرات این تحقیقات می‌توان به بیشتر شدن کارایی انرژی، کوچک‌تر و سبک‌تر شدن سیستم‌های حرارتی، کمتر شدن هزینه‌های عملیاتی و پاک‌سازی محیط زیست اشاره نمود.

[roya 90]

نمودار 2- مقادیر اندازه‌گیری شده(منحنی ‌های پیوسته) و مقادیر پیش‌بینی شده(خطوط ناپیوسته) افزایش هدایت گرمایی برای نانولوله در نانوسیالات روغن. به علت تشابه کلیة مقادیر محاسبه شده در حجم‌های کوچک، بعضی از مقادیر محاسبه شده با مقیاس بزرگ‌تری دوباره بر روی نمودار نمایش داده شده‌اند. خط A: همبستگی کروسر هامیلتون، خطB: همبستگی برادی - بونکاز
(Bonnecaze & Brady)، خطC: نظریه ماکسول
نانوسیالات و کامیون های پیشرفته :
به علت نیاز به موتورهایی با نیروی بیشتر، تولید کنندگان کامیون دائماً در جستجوی راه‌هایی برای گسترش طرح‌های آیرودینامیک در وسایل نقلیه‌شان هستند. از جمله تلاش‌ها در این زمینه معطوف به کاهش مقدار انرژی مورد نیاز جهت مقابله با مقاومت‌های بالا می‌باشد. در یک کامیون سنگین معمولی، با سرعت 110 کیلومتر در ساعت، در حدود 65 درصد کل بازده موتور، صرف غلبه بر کشش‌های آیرودینامیک می‌شود که یکی از دلایل بزرگ این امر مقاومت هوا می‌باشد.
در سیستم‌های خنک کننده، با توجه به نوع سیال مورد استفاده رادیاتورهای متفاوتی مورد نیاز است. جهت انتقال حرارت از موتور به رادیاتور و در نهایت آزاد شدن این حرارت به محیط اطراف، به کارگیری سیالات با ظرفیت‌های گرمایی بالا ضروری می‌باشد.
این سیالات قادرند بدون افزایش دمای خودشان حرارت را جذب و سپس آن را بسیار آهسته و بدون نیاز به مقدار سیال بیشتر به محیط اطراف منتقل نمایند که این انتقال آهستۀ گرما به محیط، موجب بزرگی اندازۀ رادیاتورهای وسایل نقلیه معمولی می‌شود.
اگر سرعت انتقال حرارت توسط سیالات به‌گونه‌ای افزایش یابد، طراحی رادیاتورها آسان و مؤثرتر شده و می‌توان آنها را کوچکتر ساخت. همچنین اندازۀ پمپ‌‌های خنک کنندۀ وسایل نقلیه می‌تواند کاهش یابد. موتورهای کامیون‌ها نیز می‌توانند به علت کارکردن تحت دماهای بالاتر نیروی بیشتری تولید نمایند. افزایش هدایت گرمایی خنک‌کننده‌ها نیز می‌تواند ایده‌ای مناسب برای تولید پیل‌های سوختی پیشرفته و وسایل نقلیۀ دوگانه سوز/الکتریکی باشد.
محققان آزمایشگاه آرگون در حال پیدا کردن روشی برای افزایش زیاد هدایت گرمایی خنک کننده‌ها در موتورهای معمولی بدون بروز تأثیراتی مغایر با ظرفیت‌های گرمایی آنها هستند.
بخش انرژی آزمایشگاه آرگون به طور مشترک با کمپانی Valvo Line، در حال کار در زمینۀ توسعۀ خنک‌کننده‌های نانوسیالی و روغن‌های روان‌ساز برای موتورهای کامیون می‌باشد.
محققان آرگون هم‌اکنون از یک روش یک مرحله‌ای برای تولید نانوسیالات بر مبنای نانوذرات فلزی و یک روش دومرحله‌ای برای تولید نانوسیالات بر مبنای نانوذرات اکسیدی، استفاده می‌کنند که هر دو شیوه، روش‌های نسبتاَ آسان و اقتصادی برای تولید نانوسیالات هستند.
هم‌اکنون محققان آرگون در حال بررسی تأثیر دوده در روغن موتور می‌باشند. میزان دوده در روغن موتور گاهی اوقات بیشتر از حد انتظار است. با وجود اینکه ذرات دوده به کوچکی ذرات نانومتری موجود در نانوسیالات نیستند، محققان دریافتند تجمع آنها در روغن موتور منجر به افزایش 15 درصدی در هدایت گرمایی روغن موتور می‌شود.
بر اساس این یافته‌ها محققان حسگری تولید نمودند که با اندازه‌گیری میزان افزایش هدایت گرمایی ذرات دودۀ جمع شده در روغن موتور قادر به نشان‌دادن نحوۀ عملکرد موتور می‌باشد.
نانوسیالات فلزی و موتورهای خنک‌کننده :
ویژگی‌های موتورهای دیزلی از نظر محدودیت در واکنش‌ها و راندمان کار به سرعت در حال دگرگون شدن است. سیستم‌های خنک‌کننده باید بتوانند تحت دماهای بالاتر کار کرده و مقادیر بیشتری گرما به محیط اطراف منتقل کنند. اندازۀ رادیاتورها نیز باید کاهش یابد تا تجهیزات اضافی کامیون‌ها حذف شده و رفت‌و‌آمد با آنها ساده‌تر گردد. به‌طور واقع‌بینانه، محصور کردن نیروی خنک‌کنندۀ بیشتر در فضای کمتر، تنها با به کار بردن فناوری‌‌های جدیدی مانند نانوسیالات ممکن خواهد بود.
کاربرد دیگر این مدل‌سازی‌ها، پیش‌بینی میزان هدایت گرمایی یک نانوسیال بر مبنای غلظت، دمای عملیاتی و اندازۀ نانوذرات پخش شده در سیال می‌باشد. از این گذشته این امکان وجود دارد که خواص نانولایه‌هایی که روی سطح نانوذرات معلق تشکیل می‌شوند، عاملی برای افزایش بیشتر هدایت گرمایی نانوسیالات می باشد.
دو مکانیزم کلیدی حرکت براونی و نانولایه‌ها، توأماً از مهم‌ترین عوامل افزایش هدایت گرمایی سیالات انتقال دهندۀ گرما می‌باشند.
محققان آزمایشگاه آرگون در حال بررسی خطرات احتمالی نانوسیالات برای سیستم های رادیاتور می‌باشند. آنها موفق به ساخت وسیله‌ای شدند که قادر به اندازه‌گیری و آزمایش تأثیرجریان‌های خنک کنندۀ متفاوت بر عملکرد یک رادیاتور می‌باشد.
تحقیقات آینده بیشتر بر روی جنس نانوذرات به کار‌‌رونده در ساخت نانوسیالات از جمله ذرات آلومینیوم و نانوذرات اکسید فلزی روکش شده متمرکز خواهد شد.منبع اولین خبر گزاری صنایع غذایی ایران