نقش نانوکامپوزيت نقره به عنوان نگهدارنده در بسته‌بندي مواد غذايي

زهرا ميرخاور: عضو کميته پژوهشي انستيتو تحقيقات تغذيه و صنايع غذايي

كيانوش خسروي داراني:دانشيار گروه تحقيقات علوم و صنايع غذايي

حميد حقاني:کارشناس آزمايشگاه غذا و داروي دانشگاه علوم پزشکي شهيد بهشتي

مهسا یگانه:عضو کميته پژوهشي انستيتو تحقيقات تغذيه و صنايع غذايي

چکيده:

بسته‌بندي مواد غذايي مي‌تواند به کنترل رشد ميکروب‌هاي فسادزا و بيماريزا در آن کمک کند. مواد زيادي به اين منظور مورد بررسي قرار گرفته اند و نانوکامپوزيت‌هاي نقره يکي از موارد جذاب مي‌باشد.اين مقاله به بررسي تاثير نانوذرات نقره به تنهايي و در ترکيب با ساير مواد بسته‌بندي بر روي باکتري‌ها و قارچ‌هاي بيماريزا پرداخته است.

در اين مقاله مشخص شد که نانو ذرات نقره نقش به سزايي در مهار رشد باکتري‌هاي Alicyclobacillus acidoterrestris و E.coli و Bacillus subtilis و سه گونه S. aureus و Candida و Penicillium و Aspergillus و Rhizopus و Enterobacterو Marinobacter دارد. اين مطالعه نشان داد که استفاده از مواد بسته‌بندي نانوکامپوزيت‌هاي حاوي نانوذرات نقره،از طريق ممانعت از رشد باکتري‌هاي بيماريزاي غذايي، يک رويکرد جديد براي حفظ و گسترش عمر مفيد مواد غذايي مي باشد.

واژه‌هاي کليدي:بسته بندي،عمر مفيد، مهار رشد، نانوذرات نقره.

مقدمه:

بسته‌بندي‌هاي پليمري معمول از منابع فسيلي توليد شده و زيست‌تخريب نا‌پذير مي باشند. يک راه براي جلوگيري از مشکل تجمع پلاستيک‌ها در طبيعت استفاده از پليمرهاي زيست‌تخريب‌پذير از منابع تجديد‌‌پذير مي‌باشد. از مخلوط شدن زيست‌پليمرها (نظير سلولز) با ذرات نانوکلي نانوکامپوزيت‌هاي توليد مي‌شوند که خواص ممانعتي بهتري نسبت به پليمر خالص دارند. همچنين بعد از عمر مفيد مي‌توانند کمپوست شوند و به چرخه مواد برگردند.

از سوی دیگر از زمان‌‌هاي بسيار دور، انسان براي نگهداري غذا به مدت طولاني و جلوگيري از به هدر رفتن آن، راه‌هائي را آموخته است. امروزه مواد غذائي به ندرت به همان صورت اوليه و در مدت كوتاهي به مصرف مي‌رسند و گاهي ممكن است بين توليد و مصرف غذاها مدت‌ها فاصله بيفتد. به همين دليل راه‌‌هاي مؤثري براي حفظ كيفيت بهداشتي مواد غذائي بايد در نظر گرفته شود (1،2). اكنون بيش از دهها نوع تركيب گوناگون به عنوان نگهدارنده و ضدميكروب وجود دارند كه تركيبات فنلي، سديم بنزوات و اسيد بنزوئيك، اسيد‌هاي معدني، اسيد‌هاي چرب با زنجيره متوسط و استر‌هاي آن‌ها، سوربات‌ها، سولفات‌ها، نيتريت‌ها، هالوژن‌ها و كربنات‌ها از جمله قديمي‌ترين آن‌ها هستند. ولي انتخاب هر يك از آنها بستگي به شرايط خاصي دارد كه مي‌توان به نوع و اجزا ماده غذائي، سيستم نگهداري، نوع و تعداد ميكروارگانيسم‌‌هاي احتمالي، ميزان تأثير تركيب ضد ميكروب، هزينه توليد و از همه مهم‌تر سلامت ماده ضدميكروبي براي انسان اشاره نمود (1،2). تاكنون مشكلات زيادي در اثر استفاده اين تركيبات در انسان مشاهده شده كه مصرف آن‌ها را دچار محدوديت كرده است. ايجاد مسموميت در اثر عدم رعايت دوز مجاز، اثر سوء بر دستگاه گوارش و تنفس، واكنش‌‌هاي آلرژيك و از همه مهمتر اثر سرطان‌زائي در انسان گزارش شده است (2). بسته‌بندي نانو با خاصيت ضدميکروبي مي‌تواند در افزايش زمان ماندگاري محصول مؤثر مي‌باشد. همچنين مواد به کار برده شده سمي ‌نمي‌باشد و عوارض سموم شيميايي را ندارد (4-1). کارايي نانوکامپوزيت حاوي نقره در مهار رشد Alicyclobacillus acidoterrestris بررسی شده‌اند. اثرات پوشش دهي نانونقره با انواع پوشش بر ويژگي‌‌‌هاي فیزیکوشیمیایی انواع نگهدارنده مانند مارچوبه سبز و کيتوزان مطالعه شده است. ويژگي‌‌‌هاي ضدميکروبي نانوذرات نقره و مس را روي گونه های E.Coli, Bacillus subtilis و S. aureus انجام شد که با استفاده از TEM ميانگين سايز ذرات به ترتيب 3 و 9 نانومتر اندازه گیری شد. تأثير باکتري کشي اين نانوذرات براساس قطر ناحيه بازداري در محيط کشت جامد و حداقل غلظت مهار کننده (MIC) و حداقل غلظت باکتري کش (MBC) بررسي می شود. اثر ضدقارچي نانوذرات نقره را عليه Candida براساس MIC, MBC و وابستگي زماني مهار رشد مخمرها مورد ارزيابي قرار گرفته است. تـأثير نانوذرات نقره- سلولز در کنترل فلور ميکروبي پد‌‌‌هاي جاذب قرار گرفته در ظروف حاوي برش‌‌‌هاي خربزه ي تازه را بررسي کردند. برش‌‌‌هاي خربزه تازه در دماي 4 درجه سانتيگراد به مدت 10 روز در حضور و عدم حضور پد‌‌هاي جاذب نگهداري شدند. پس از جذب آب برش‌‌‌هاي خربزه توسط پد‌‌هاي جاذب يون‌‌‌هاي نقره آزاد شدند. فيلمي از مخلوط کيتوزان و نانوذرات نقره و ZnO تهيه شده و اثرات ضدميکروبي آنرا ارزيابي نموده اند. مشخصات فيلم با استفاده از اسپکتروسکوپي جذب UV–vis, XRD, TEM, SEMو EDX تعيين شد (6-2).

نتایج تحقیقات یاد شده نشان دادند که نانوکامپوزيت موجب کاهش ريزسازواره در هر دو سامانه شد ولي در سامانه مشابه ماده غذايي کاهش سريع‌تر اتفاق افتاد. نتايج نشان داد کاهش ريزسازواره‌ها بستگي زيادي به ميزان آزادسازي يون نقره به محيط دارد.در طي 25 روز نگهداري در دو دماي 2 و 5 درجه سانتيگراد نمونه‌‌‌هاي پوشش دهي شده افت وزني کمتر, رنگ سبزتر و بافت تردتري در مقايسه با نمونه‌‌‌هاي کنترل نشان دادند. همچنين رشد ميکروبي به صورت معني داري در اثر پوشش دهي کاهش يافت. E.Coli مورد مطالعه در اين پژوهش قادر به بيان پروتئين نوترکيب فلورسنس سبز بود و اين فاکتور جهت ارزيابي کارايي باکتري کشي نانوکامپوزيت بکار گرفته شد. حضور درصد کمي نانوذره فلزي2.15%, w/w) ) در کامپوزيت در مقايسه با کيتوزان، غيرفعال سازي E.Coli را به طور معني داري افزايش داد. اسپکتروسکوپي فلورسنس نشان دهنده توقف رشد باکتريايي بلافاصله پس از قرار گرفتن E. coli در معرض کامپوزيت بود. حساسيت باکتري‌ها نسبت به نانوذرات بين گونه‌‌‌هاي مختلف متفاوت است. نانوذرات نقره نسبت به مس عليه باکتري‌‌‌هاي E. coli و S. aureus موثرتر بودند. Bacillus subtilis حساس‌ترين باکتری بود. به علاوه در مقايسه با نانوذرات نقره نسبت به نانوذرات مس حساس‌تر بود. نانوذرات نقره در غلظت 0.21 mg/L روي مخمرها اثر بازدرندگي داشتند و اثر بازدارندگي از طريق پايدار سازي به وسيله ي سديم دودسيل سولفات در غلظت‌‌‌هاي پايين‌تر (0.05 mg/L) مشاهده شد. نانوذرات نقره در غلظت 30 mg/L اثر سيتوتوکسيک بر فيبروپلاست انسان داشتند. يون‌‌‌هاي نقره آزاد شده سبب کاهش ريزسازواره‌‌‌هاي عامل فساد در پد‌‌‌هاي جاذب شدند. به علاوه حضور يون نقره در پدها موجب حفظ تازگي خربزه به مدت بيشتر شد و برش‌‌‌هاي خربزه پس از 10 روز نگهداري به طور قابل توجهي مقادير بريکس و مخمر کمتر و ظاهر آبدارتري داشتند.اين فيلم فعاليت ضدميکروبي بسيارخوبي عليه B. subtilis, E. coli, S. aureus, Penicillium, Aspergillus, Rhizopus و مخمر نشان داد. فيلم مخلوط کيتوزان/ نقره/ ZnO اثر ضدميکروبي بيشتري نسبت به مخلوط کيتوزان/ نقره و مخلوط کيتوزان/ ZnO داشت (6-1).

نتيجه گيري

نوعی سیستم بسته بندی که در آن از فساد و رشد میکروارگانیزمهای بیماریزای موجود در مواد غذایی جلوگیری می شود بسته بندی ضد میکروب است. با افزودن مواد ضد میکروب مانند برخی نانو مواد ایمن در سیستم بسته بندی مواد غذایی می توان به عملکرد جدیدی دست یافت. در بسته بندی ضد میکروب انتشار مواد ضد میکروب از پلیمر به سطح ماده غذایی به شکل آهسته و در زمان طولانی انجام می شود. در نتیجه برای مدت طولانی غلظت زیادی از ماده ضد میکروب در سطح فرآورده وجود دارد. مواد ضد میکروب از راه کاهش سرعت رشد و غیر فعال کردن و نابودی میکروبها باعث افزایش ماندگاری فراورده های غذایی می شوند.

نانومواد حامل آنتي‌بيوتيک، و عوامل ميکروب‌کش در جلوگيري از رشد ميکروبي مورد بررسي قرار گرفته‌اند. يون‌هاي نقره آزادي نسبتا کم و اثرات سمي کم بر روي انسان دارند. از اين رو ميتوانند به عنوان نگهدارنده‌هاي بيولوژيک در صنعت غذا مورد استفاده قرار گيرند. استفاده از مواد با دانسيته کم و مقاومت مکانيکي بالا، استفاده از نانوذرات کربني (با توجه به ويژگي آن در قابليت لحيم کاري و افزايش قابليت مکانيکي) کوشش در جهت کاهش هزينه‌ها، ساخت بسته‌بندي‌هاي الکترونيکي با استفاده از نانوفن‌‌آوري براي افزايش هدايت الکتريکي و قابليت لحيم کاري از موضوعات تحقيق آينده خواهد بود.

:References

[1] R. N. Tharanathan, Biodegradable films and composite coatings: past, present and future, Trends Food Sci Technol. 14(2003) 71–78.

[2] N.E. Suyatma, A .Copinet, L. Tighzert, V.Coma, Mechanical and barrier properties ofbiodegradable films made from chitosan and poly (lactic acid)blends, J. Polym and Environment. 12(2004)1–6.

[3] G. L. Robertson, Food Packaging: Principles and Practice 2006; Second Edition.

[4] K. Marsh, B. Bugusu, Food Packaging—Roles, Materials, and Environmental Issues, j. Food Sci. 72(2007) 39-55.