تحقیق مقاله کاربرد نانوتکنولوژی در صنایع غذایی

کاربرد نانوتکنولوژی در صنایع غذایی

سابقه و هدف :

نانو فناوری یکی از جدید ترین علومی است که در سه شاخه مرطوب ، خشک و محاسبه ای اینده زندگی بشر را دگرگون خواهد ساخت . یکی از مهمترین زمینه های تاثیر گذاری نانو فناوری در زندگی انسان ، علم غذا است که به دلیل احتیاج روزمره و دائمی انسان به غذا هر گونه تغییر و تحو لی در ان نقش به سزایی در تغییر کیفیت زندگی انسان خواهد داشت . لذا به منظور تبیین جایگاه نانو فناوری و نانو علم در علوم غذا و صنایع این مقاله نوشته شده است .

مواد و روش :

پژوهش به صورت مروری و با استفاده از کلمات کلیدی نانوفناوری ، نانو علم ، علوم غذایی و صنایع غذا یی انجام شد . خلاصه و اصل مقالات در سایت های جستجو گر همچون ، Yahoo ، Google ، Med ، Pub ، Elsevir و نیز در کتب ، مجلات ، مقالات کنگر ه ها جستجو و پس از تکمیل با دیدی تحلیلی مورد بررسی قرار گرفتند .

یافته ها :

نانو فناوری و نانو علم از پتا نسیل قوی برای بهبود اقتصاد و استاندارد های زندگی بشر برخودار است و کاربرد ان در حوزه های مختلف از جمله ساخت مواد ، الکترونیک و رایانه ، پزشکی و بهداشت ، امنیت ملی و دفاعی ئ غیره روز به روز بیشتر می شود . مهمترین ابزار نانو فناوری ساخت نانو مواد است که در شاخه های مختلف علوم از جمله علوم ذا کاربرد دارند . از جمله کاربرد های نانو مواد در علوم غذا و صنایع غذایی ، می توان به بسته بندی ، تولید غذا های ملکو لی ، برچسب گذاری و پایش ، افزودنی های غذایی ، غذا های دارای انتشار مخصوص در بدن و روکش کردن انزیم ها اشاره نمود .

نتیجه گیری و توصیه ها :

بر اساس نظر غالب پژوهشگران نانو فناوری و نانو علم ، دستیابی به فناوری نانو یکی از پایه های تحیکم استقلال و امنیت ملی کشور ها است . جایگاه نانو فناوری در علوم غذا از دو جنبه سلامت غذا و تغذیه و نیز مبارزه با گرسنگی اشکار و پنهان قابل بررسی می باشد . با تو جه به ضرورت اشنایی دانشجویان و پژوهشگران رشته های و ابسته به علو م غذا ، تد ریس مبانی کاربردی نانو فناوری در دور ه های تحصیلات تکمیلی رشته های وابسته به علو م غذا همچون علوم صنایع غذا یی ، دامپزشکی و تغذیه توصیه می گردد.

مقدمه :

نانو فناوری توانا یی کار در سطح ملکو لی یا اتمی ، برای ایجاد ساختار های بزرگ و کاملا نو با سازماندهی ملکو لی است . تاکنون تعاریف متعدد ی بای نا نو فناوری ارایه شده است . در حالی که برنامه های پیشگامی ملی نانو تکنو لو ژی امریکا برای اینکه موضوعی را درسطح نانو فناوری بشناسد سه شرط قایل است :

1 _ هر گونه تحقیق یا توسعه فناوری که در سطح اتمی ، ملکو لی یا ماکرو ملکولی و در مقیاس طولی تقریبی یک تا 100 نانو متر انجام شود .

2 _ ایجاد ویا استفاده از ساختارها، ابزار ها ودستگاه ه ها یی که دارای ویژگی ها و عملکرد ها ی جدید به دلیل اندازه کوچک یا متوسط خود باشند .

3 _ توانا یی کنترل در سطح اتمی .

برای این که درک واقعی تری از نانو فناو ری پیدا کنیم ، ابتدا لازم است تعریفی از نانو متری داشته باشیم . نانو متر یک بیلینوم متر است . برای مقایسه می توان گفت که عرض (پهنای) موی سر انسان تقریبا 80 هزار نانو متر می باشد . یک جسم در مقیاس نانو متری حتی از یاخته نیز کوچکتر است و فقط توسط ریزبین های اتمی خاص ، که امروزه در کشورهای پیشرفته تولید می شوند قابل مشاهده است .

به طور کلی مطالعات نانو فناوری را می توان به سه دسته تقسیم کرد . اگر چه روش های تحقیقاتی در انها با یکدیگر متفاوت است ، اما این سه شاخه کاملا با یکدیگر مرتبط است هستند و پیشرفت در یکی از شاخه ها ، مکن است بر شاخه های دیگر نیز موثر باشد . این شاخه ها عبارتند از :

1 _ نانو فناوری مرطوب :

این شاخه به مطالعه ساختار های زند ه ای می پردازد ، که در محیط های ابی قرار دارند . در این شاخه از نانو فناوری ، ساختمان مواد ژنتیکی ، غشا ها و سایر ترکیبات یاخته ای در مقیاس نانوم تر مورد مطالعه قرار می گیرد . این شاخه در بر گیرنده علوم پزشکی ، دارو یی و به طور کلی علوم و روش های مرتبط با زیست فناوری است .

2 _ نانو فناوری خشک:

این شاخه از نانو فناوری علوم پایه شیمی و فیزیک مشتق می شود و به مطالعه تشکیل ساختا رهای کربنی ، سیلیکونی ، مواد غیر الی و فلزی می پر دازد . در نانو فناوری خشک ، کاربردمواد نانو یی در الکترونیک ،مغناطیس و ابزا های نوری مورد مطالعه قرار می گیرد . برای مثال طراحی و ساخت ریزبین هایی که بتوان با استفاده از انها مواد را در ابعاد نانو متر دید در این شاخه قرار می گیرد .

3 _ نانو فناوری محاسبه ای :

در بسیاری از مواقع ابزار های ازمایشگاهی موجود برای انجام برخی ازمایش ها و تحقیقات در مقیاس نانو مناسب نیستند و با این که انجام این گونه ازمایش ها بسیار گران تمام می شود . در این حالت از را یانه ها برای شبیه سازی فرایند ها و واکنش ها ی اتم ها و ملکو ل ها به دست می اید باعث افزایش سرعت پیشرفت نانو تکنو لو ژی خشک و نانو تکنو لو ژی مرطوب می شود .

اهمیت نان وفناوری در جهان امروز و اینده بشریت

نانو فناوری و نانو علم از پتانسیلی قوی ، برای بهبود اقتصاد و استاندارد های زندگی بشر بر خوارند . تغییراتی که نانو فناوری در زندگی بشرا یجاد خواهد کرد به پیشرفت های ایجاد شده توسط فناوری اطلاعات در دو دهه گذشته بی شباهت نمی باشد . تا5 یا 10 سال اینده محصولات تجاری بیشتری از نانو فناوری وارد بازار خواهند شد .

هر چند از هم اکنون نیز ورود این محصولات به با زار های جهانی اغاز شده است . در حال حاضر محصولاتی با بکار گیری ویژگی مواد در مقیاس نانو برای مصرف کنندگان و صاحبان صنایع فراهم هستند .برای مثال جستجو گر های مین های زمینی ، پانسمان مخصوص سوختگی و زخم ، فیلتر های مخصو ص اب ، کاتا لیزو رها ، سپر خودرو ها پوشش های ضد خیرگی برای عینک های افتابی و شیشه خودرو ها ، کرم های ضد افتاب و لوازم ارایش ، توپ های تنیس با دوام ، راکت های تنیس سبک و مقاوم ، پارچه ها ولباس های ضد لک و جوهر خودکار همگی محصولاتی جدید از نانو فناوری هستند .

در مجموع شاید بتوان حوزه ها ، کاربرد ها و منافع بالقوه نانو تکنو لوژی را در حیطه های زیر طبقه بندی نمود ، اما باید در نظر داشت که زمان لازم برای تبدیل علم به تکنو لو ژی تقریبا 10 الی 15 سال است و نمی توان از هم اکنون تمامی جنبه های کار بردی این علم را بیش بینی نمود

1 _ حوزه ساخت وتو لید مواد :

نانو تکنولو ژِ ی در اینده شیو ه های تولید مواد و وسایل را از ریشه دگر گون می سازد . توانا یی تولید واحد های ساختمانی در مقیاس نانو ، کنترل بسیار دقیق ابعاد ، ترکیب و سپس سوار سازی انها در ساختا رها ی بزرگتر و با ویژگی ها و کارکرد های بی نظیر ، در صنعت مواد تحولاتی انقلا بی پدید خواهد اورد .

2 _ حوزه الکترونیک و رایانه :

بهبود مستمر مینیاتور سازی ، افزایش سرعت و کاهش مصرف انرژی در وساسل پردازش اطلا عات ( حسگر ها ی گیرنده سیگنال ، مدار های منطقی برای پردازش ، وسایل ذخیره سازی برای حافظه و صحفات نمایش گر دستگاه های فرستنده مخابراتی ) از پیشرفت های قابل پیش بینی این حوزه هستند .

8 _سایر حوز ه ها :

حوز هایی همچون بیو تکنولوژی ، اموزش علوم ، صنعت حمل ونقل و خودرو سازی ، صنعت چاپ ، و تجارت سایر حو زه های هستند که تشریح کاربرد نانو فناوری در انها ، از حوصله این مقاله خارج است . لازم به ذکر است که با توجه به اهمیت کاربر دهای نانو فناوری و نانوعلم در تمامی شاخه ها و حوز ه های زندگی بشر ، میزان سرمایه گذاری بودجه دولتی امریکا در بخش تحقیق و توسعه نانو فناوری از 464 میلیون دلار در سال 2001 به 1240 میلیون دلار در سال 2005 افزایش یافته است . سایر کشور های جهان نیز به این موضوع توجه خاصی مبذول نموده اند . به عنوا ن مثال در قاره اسیا کشور های ژاپن ، چین و کره پا به پای کشور های اروپا یی از پیشتازان نانو فناوری به شمار می روند .

عوامل موثر بر خواص مواد

برای این که بتوان به صورتی عمیق تر مباحث نانو تکنو لو ژی را دنبال نمود ، لازم است عوامل موثر بر خواص توده ای مواد به صورت اجمالی مرور شود .

 عوامل موثر بر ساختار مواد عبارتند از :

 1 _ عناصر تشکیل دهنده مواد

2 _  ساختار مواد

 3_  زیر ساختار

عناصر تشکیل دهنده مواد :

در نگاه اول شاید این گمان حاصل شود که تفاوت های موجود در مواد مختلف ، حاصل تفاوت عناصر تشکیل دهنده انها است . هر چند عناصر و ترکیب شیمیایی مواد تا حدی خواص انها را مشخص می کند اما با کمی دقت در ترکیب شیمیایی مواد پیرامون ، مشخص می شود که بسیاری از انها با وجود انکه دارای عناصر تشکیل دهنده و ترکیب شیمیا یی یکسان می باشند از نظر رفتار و خواص بسیار متفاوتند و برخی دیگر از مواد نیز با داشتن عناصر تشکیل دهنده و مواد شیمیا یی متفا وت با یکدیگر ، دارای خواص و رفتار مشابهی هستند . مثال معروف ان گرافیت و الماس است که هردو از اتم های کربن تشکیل شده اند اما (( ریخت های )) متفاوتی از عنصر کربن هستند .

2 _ ساختار مواد :

ساختار مواد ، ارتباط بین این اتم ها ، یون ها و ملکو ل ها ی تشکیل دهنده مواد را مشخص می کند . برای شناخت سا ختار مواد ، ابتدا باید به نوع اتصا لات بین اتم ها و یون ها پی برد . در مثال الماس و گرافیت علیرغم انک عنصر سازنده هر دو یکی است اما الماس به عنوان سخت ترین ماده طبیعی معرفی می گردد در صورتی که گرافیت به دلیل نرمی بسیار به عنوان ماده (( روانساز )) به کار گرفته می شود . علت این امر در (( چگونگی اتصا لات و پیوند های شیمیا یی )) این دو شکل کربن است . در گرافیت ، اتم های کربن ، شش ضعلی پیوسته ای شبیه به یک لانه زنبورتشکیل می دهند که در یک سطح گسترده شده است و لایه های شش ضعلی ساخته شده با قرار گرفتن روی هم ، حجمی را تشکیل می دهند که به ان گرافیت می گوییم . بنابراین در ساختار گرافیت دو نوع اتصال وجود ارد . یک نوع اتصال ، اتصال داخلی بین اتم های کربن لانه های زنبو ری است ( پیوند کوالا نسی ) و نوع دوم اتصالی است که لایه های لانه زنبوری را به یکدیگر وصل می کند و ضعیفتر از پیوند کوالانسی می باشد . یعنی گرافیت در جهت صحفات لانه زنبوری به لیل داشتن پیوند قوی استحکام بالا یی دارد . اما در جهت عمد بر صحفات لانه زنبوری و به دلیل پیوند ضعیف ثانویه ، استحکام ان به مراتب کمتر است . بنابراین با اعمال نیرویی بیشتر می توان لایه های لانه زنبوری را بر روی یکدیگر لغزاند .

در مقابل الماس ، دارای یک ساختار شبکه ای است . یعنی در گرافیت پیوند ههای اولیه ( پیوند های اتمی ) تنها در یک سطح ( در یک وجه ) برقرار می شوند در حالی که در ساختار الماس ، این پیوند ها به صورت شبکه ای سه بعدی ، فضا را پر می کنند . در ساختار گرافیت هر اتم کربن با سه اتم کربن دیگر پیوند اتمی از جنس کوالا نسی ایجاد می کند در حالی که در ساختار الماس هر اتم کربن با چهار اتم کربن دیگر پیوند اتمی از جنس کوالانسی برقرار می نماید .