بسته بندي هاي غذايي ضد ميکروبي با خاصيت رهايش کنترل شده

معصومه نصراله زاده: دانشجوی دکترای مهندسی شیمی- بیوتکنولوژی، دانشگاه تربیت مدرس

فريبا گنجي: استادیار دانشکده مهندسی شیمی- بیوتکنولوژی، دانشگاه تربیت مدرس

چكيده

افزودني­هاي ضد ميکروبي به فرمولاسيون غذا اضافه مي­شوند تا با مهار رشد ميکروبها، ماندگاري محصول را افزايش دهند. اما اين راهکار همواره مؤثر نيست، زيرا توانايي مهار رشد ميکروبي با از بين رفتن ساختار اوليه افزودني طي واکنش با ماده غذايي کاهش یافته و کيفيت غذا به سرعت رو به كاهش مي­گذارد. علاوه بر آن، ترکيبات ضد ميکروبي که به طور آزاد و مستقيم به غذا اضافه مي­شوند، نمي­توانند به طور انتخابي و هدفمند در سطح غذا (جاييکه بيشتر واکنش­هاي تخريبي مانند اکسيداسيون رخ مي دهد) عمل کنند. بسته­ بندي­هاي ضد ميکروبي يک روش مناسب براي غلبه بر اين محدوديت­ها هستند، زيرا عامل ضد ميکروبی در طي فرايند انبارداري به­ طور آهسته از فيلم به سطح غذا نفوذ مي­كند و غلظت لازم آن براي جلوگيري از رشد ميکروب­ها در محصول حفظ مي­شود.

واژه‌هاي كليدي: بسته بندي غذايي ضدميکروبي، ترکيبات ضد ميکروبي، رهش کنترل شده.

1- مقدمه

به­منظور کنترل رشد ميکروب­ها در مواد غذايي و افزايش عمر قفسه­­­اي و ايمني غذا، عوامل ضدميکروبي متفاوت با ماده غذايي آميخته مي­شود و يا با استفاده از روش­هاي مختلف روي سطح غذا قرار مي­گيرند. افزودن مستقيم عامل ضدميکروبی به ماده غذايي در جايي­که خطر رشد ميکروب­ها هم روي سطح و هم داخل ماده غذايي وجود دارد مناسب و مفيد است. اما هنگاميکه علت اصلي تخريب ماده غذايي ناشي از رشد ميکروب­ها در سطح مي­باشد (مانند کنسروها)، به افزودن مقادير زيادي افزودني به ماده غذايي نیاز است و سلامت مصرف کننده به مخاطره می افتد [1]. همچنین افزودن مستقيم ترکيبات ضد ميکروبي به غذامنجر به از دست رفتن قدرت ضدميکروبی و ساختار اوليه آن به دلیل تداخل با ماده غذايي شده و از سوی دیگرامکان عمل انتخابي و هدف­مند آن در سطح غذا  (جاييکه واکنش­هاي تخريبي مانند اکسیداسیون بيشتر رخ مي دهند) وجود ندارد. استفاده از بسته­ بندي­هاي ضد ميکروب روش مناسب جهت غلبه بر اين محدوديت­ها است، زيرا عامل ضد ميکروبی در طي فرايند انبارمانی به­ طور آهسته از روكش بسته ­بندي به سطح غذا نفوذ مي­كند و غلظت لازم را براي جلوگيري از رشد ميکروب­ها در اختيار ماده غذايي قرار مي­دهد [1].

يك عامل مهم در كيفيت و امنيت غذا، كنترل سرعت رهش عامل ضد ميکروب از پوشش بسته­ بندي است. سرعت رهش زياد عامل ضد ميکروب از فيلم به سطح غذا سبب نفوذ عامل از سطح به داخل غذا گرديده و در نتيجه غلظت سطحي برای مهار رشد ميکروب­ها مناسب نخواهد بود. علاوه بر آن، نفوذ عامل به داخل ماده غذايي سبب آلودگي ماده غذايي مي­شود. اگر سرعت رهش بسيار کم باشد، غلظت مهاری  لازم در سطح حاصل نشده و کيفيت و ایمنی غذا به مخاطره می افتد [2]. 

مطالعات مربوط به فيلم هاي بسته ­بندي غذايي با خواص رهش کنترل شده بسيار محدود و اندک است. مفهوم رهش کنترل شده براي کاربرد در بسته­ بندي­هاي غذايي اولين بار در سال 1998 توسط هانو فلوروزبيان شد. آنها به ­منظور کنترل سرعت رهش، يک ساختار چند لايه شامل يک لايه خارجي غشايي، يک لايه شبکه ­اي شامل عامل فعال و يک لايه کنترلي را پيشنهاد نمودند. حاصل اين روش افزايش زمان رهش ماده ضدميکروب بود. در اين ساختارها، لايه کنترلي داخلي سرعت نفوذ ماده فعال را کنترل مي­کند و مانع تماس مستقيم آن با غذا مي­گردد. لايه خارجي نيز از مهاجرت عامل فعال به سمت بيرون بسته ممانعت به عمل مي­آورد [3، 4].

بر این اساس، بونوکور و همكاران فيلم هاي چند لايه دوتايي شامل ماده فعال  که محتوي دو لايه کنترل کننده خارجي و يک لايه داخلي بود را پيشنهاد نمودند. گروه تحقيقاتي مشابهي نيز تلاش نمودند تا سرعت رهش ترکيبات فعال را با تغيير در درجه اتصالات عرضي شبکه پليمري تنظيم نمايند. ميکرو و نانوریزپوشانی ترکيبات غذايي نيز روش ديگري بود که براي رهش کنترل شده عوامل فعال در کاربردهاي غذايي ارائه شد. آنان درخصوص کاربرد ميکروکپسول­ها براي ترکيبات غذايي حساس مانند آنزيم­ها نشان دادند که سرعت رهش عامل فعال از کپسول­ در غذا، با تغيير در ميزان pH، دما و يا مقاومت يوني قابل کنترل است. لاکوسته و همکاران استفاده از ترکيبات هوشمند را براي نسل جديد مواد بسته بندي با خواص رهش کنترل شده پيشنهاد نمودند [7-5]. آنان ادعا نمودند که با اين روش قادر به تغيير خواص مورفولوژي پليمر و به دست آوردن محدوده وسيعي از خواص آزادسازي مي­باشند. در ميان همه اين روش­ها، تنها استفاده از فيلم هاي چند لايه و اتصالات عرضي به عنوان مواد بسته­ بندي جهت کنترل رهش ترکيبات فعال از فيلم به ماده غذايي مورد استفاده قرار گرفته­ اند. عملي بودن ساير روش­ها نياز به آزمايشات وسيعي هم در محيط آزمايشگاهي و هم در محيط واقعي دارد.

2- بسته­ بندي­هاي غذايي ضدميکروبي

بسته­ بندي­هاي ضد­ميکروبي يکي از پرکاربردترين نوع بسته­ بندي­هاي فعال هستند. اين نوع بسته­ بندي­ها قادر به کشتن ريزسازواره ­ها بوده و يا از تخريب ماده غذايي توسط ميکروب­هاي آلوده ­کننده ممانعت به عمل مي­آورند. به طوركلي سامانه­ هاي بسته­ بندي غذايي ضد ميکروبي به دو دسته اصلي سامانه­ هاي بسته- غذا که در آن مواد بسته ­بندي در تماس مستقيم با سطح غذا قرار دارند؛ و سامانه­ هاي بسته- فضاي بالاسري- غذا که در آن بين ماده غذايي و بسته فاصله وجود دارد، تقسيم مي­شوند. شکل 1 شمايي از هر دو سامانه را نشان مي­دهد. نکته قابل ذکر آن است که در سامانه نوع دوم عامل ضد ميکروب بايد فرار باشد تا بتواند از فضاي بالاسري درون بسته مهاجرت نمايد [ 8].

بسته­ بندي­هاي غذايي یاد شده  با روش­هاي مختلفي تولید مي شوند مانند قرار دادن بسته­ هاي کوچک حاوي عامل ضدميکروب فرار در بسته­ بندي، افزودن عامل ضد­ميکروبي فرار و غيرفرار به پليمر، پوشش دادن و يا جذب سطحي عامل ضدميکروبی در سطح پليمر، تثبیت عامل ضدميکروبی در پليمر با پيوندهاي يوني و يا کووالانسي، و استفاده از پليمرهايي که ذاتاً خاصيت ضد ميکروبي دارند [2، 8].

شکل 1- (سمت راست ) سامانه بسته- غذا، (سمت چپ) بسته- فضاي بالاسري- غذا [8]

عامل ضد ميکروب يک ترکيب شيميايي و يا طبيعي است که سبب از بين رفتن و يا مهار رشد ريزسازواره ها مي­شود و بر اساس نوع فعاليت معمولاً به انواع ضد باکتري، ضد قارچی و ضد ويروسی­دسته­بندي مي­شود. اين عوامل ممکن است از منابع شيميايي و یا طبيعي به دست  آيند. در سالهاي اخير، با توجه به مفهوم سلامتي و افزايش آگاهي جامعه، اکثر افراد ترجيح مي­دهند غذاهايي را مصرف کنند که مواد نگهدارنده شيميايي نداشته باشد. به همين دليل عوامل ضد ميکروبي طبيعي اهميت زيادي يافته­اند. نيسين يک ضد ميکروب طبيعي پلي پپتيدي است که از رشد طیف وسیعی از باکتري­هاي گرم مثبت جلوگيري مي­نمايد [9].

3- جمع بندي مطالب

نياز براي به حداقل رساندن فرايندها، تهيه آسان و آماده خوردن بودن محصولات غذايي تازه، جهاني شدن بازار غذا و توزيع آن، چالشهاي اساسي را براي امنيت و کيفيت غذا مي­طلبد. بيماريهاي ميکروبي اخير ناشي از مواد غذايي، توجه جوامع را به سمت راههاي جديد پيشگيري از رشد ميکروبها در حين حفاظت، کيفيت، تازگي و امنيت غذا سوق مي­دهد. بسته­بندي­هاي ضدميکروبي يکي از راههايي است که کيفيت و امنيت غذا را افزايش مي­دهد. اين نوع بسته­بندي در بين محققان و صنعتگران علاقه­مندان بسياري دارد، اما متأسفانه در حال حاضر تحقيقات در زمينه مواد جديد پليمري و ضدميکروب­ها بسيار محدود است، بطوريکه نياز به گسترش تحقيقات در اين زمينه کاملا محسوس است.

References

 S. Gemili, A. Yemenicioglu, S.A. Altinkaya, Development of antioxidant food packaging materials with controlled release properties, J. of Food Engineering, 96 (2010), 325-332.

 P. Appendini, J.H. Hotchkiss, Review of antimicrobial food packaging, Innovative Food Science & Emerging Technologies. 3 (2002), 113-126 .

D.Y. Arifin, L.Y. Lee, C. Wang, Mathematical modeling and simulation of drug release from microspheres: implications to drug delivery systems, Advanced Drug Delivery Reviews, 58 (2006), 1274-1325.

D.J. Brayden, Controlled release technologies for drug delivery, Drug Discovery Today, 8 (2003), 976-978.

G. Buonocore, A. Conte, M.R. Corbo, M. Sinigaglia, M.A. Nobile, Mono and multilayer active films containing lysozyme as antimcirobial agent, Innovative Food Science & Emerging Technologies, 6 (2005), 459-464.

G. Buonocore, M. Del Nobile, A. Panizza, S. Bove, L. Nicolas, Modeling the lysozyme release kinetics from antimicrobial films intended for food packaging applications, Food Engineering & Physical Properties, 68 (2003), 1365-1370.

 G. Buonocore, M. Del Nobile, A. Panizza, M. R. Corbo, L. Nicolais, A general approach to describe the antimicrobial agent release from highly swellable films intended for food packaging applications, J. Controlled Release, 90 (2003), 97-107.

J.H. Han, Antimicrobial food packaging, Food Technology, 54 (2000), 56-65.

 P.L. Dawson, L. Harmon, A. Sotthibandhu, I.Y. Han, Antimicrobial activity of nisin adsorbed silica and corn starch powders, Food Microbiology, 22 (2005), 93-99.

 C. De Roever, Microbiological safety evaluations and recommendations on fresh produce, Food Control, 9 (1998), 321-400.