بستهبندی آخرین مرحله در فرآوری مواد غذایی و یکی از مهمترین آنها است، زیرا تأثیر زیادی بر عمر نگهداری محصول غذایی دارد. هدف اصلی بستهبندی محافظت از مواد غذایی در برابر خطرات محیط خارجی است. بستهبندی اصولی، نهتنها کیفیت محصول غذایی را حفظ میکند، بلکه اطلاعاتی در مورد مواد تشکیلدهنده و کمک به توزیع و بازاریابی محصول به مصرفکننده نهایی ارائه میدهد (1). مهمترین نقش بستهبندی حفظ کیفیت غذای بستهبندی شده است، زیرا حفظ کیفیت محصول غذایی مهمترین مسئله در کل زنجیره تأمین است (2). در چند سال اخیر روشهای جدیدی همچون بستهبندی با اتمسفر اصلاحشده[1] (MAP)، پوشش خوراکی، بستهبندی ضدمیکروبی و بستهبندی آنتیاکسیدانی توسعه یافته است که معمولاً به دو دسته بستهبندی فعال و غیرفعال تقسیم بندی میشوند. این روشها نقش بهسزایی در افزایش عمر انبارداری و حفظ کیفیت انواع محصولات غذایی تازه و فرآوری شده برای رفع نیاز مصرفکنندگان دارند. بستهبندیهای رایج امروزه میتوانند با محافظت از مواد غذایی، عمر نگهداری محصول غذایی را افزایش دهند، اما توانایی اطلاعرسانی به کاربران را از نظر افت کیفیت، نوسانات دما، تغییر غلظت گاز و رشد میکروارگانیسمها در داخل محیط بستهبندی ندارند.
2. اهمیت بستهبندیهای هوشمند در صنایع غذایی:
از آنجایی که غذاها محصولات ظریفی هستند، هوشیاری مداوم در طول چرخه زندگی آنها ضروری است. کیفیت غذا میتواند از نظر میکروبیولوژیکی یا هر پدیده فیزیکی در طول زنجیره تولید تا مصرف تغییر پیدا کند. از این رو، باید سیستمی وجود داشته باشد که بتواند از نزدیک محصولات غذایی را از مزرعه تا فرآوری و سپس تا رسیدن به مصرفکنندگان نهایی کنترل کند. علاوه بر این، مصرفکنندگان باید بتوانند به اطلاعات دقیقی از مراحل بستهبندی و نگهداری مواد غذایی دسترسی پیدا کنند. این شرایط نیاز به یک رویکرد سیستماتیک دارد که بتواند توانایی بررسی محصولات غذایی را قبل از فرآوری، در طول فرآوری و پس از فرآوری داشته باشد. برای این منظور میتوان از بستهبندی هوشمند برای بررسی کیفیت محصولات غذایی در طول زنجیره تأمین و ارائه اطلاعات لازم به مصرفکننده نهایی استفاده کرد.
همچنین بستهبندی نقش اصلی را در بازاریابی و برندسازی یک محصول غذایی ایفا میکند، زیرا بستهبندی اولین چیزی است که بر تصمیم مصرفکننده برای خرید محصول تأثیر میگذارد؛ بنابراین بخشی جداییناپذیر در کل فرآیند بازاریابی است که تصویر و نمونه کارها از محصول و حتی کل شرکت را توصیف میکند. ازاین رو بستهبندی هوشمند ابزاری عالی برای افزایش فروش محصولات غذایی است. ایجاد ویژگیها و جذابیتهای چشمنواز بر روی بستهها به همراه اطلاعاتی در مورد کیفیت و ایمنی محصول غذایی خاص به مصرفکنندگان کمک میکند تا تصمیمات هوشمندانهتری بگیرند.
3. بستهبندیهای هوشمند:
بستهبندی هوشمند یک روش جدید در صنایع بستهبندی مواد غذایی است که با استفاده از فناوری نانو از مواد غذایی محافظت میکند و همچنین مصرفکننده را در مورد شرایط محیطی غذای بستهبندی شده آگاه میکند (3). لازم به ذکر است که مفهوم بستهبندی هوشمند ارتباط تنگاتنگی با بستهبندی فعال دارد. بستهبندی فعال معمولاً به این معنی است که بسته دارای عملکردهای فعال فراتر از محفظه غیرفعال است و موادی را به داخل محفظه بستهبندی یا از غذای بستهبندی شده به محیط اطراف غذا، آزاد یا جذب میکند که نقش آن، محافظت از محصول غذایی است، در حالی که بستهبندی هوشمند با استفاده از فناوری نانو بر توانایی تشخیص یا اندازهگیری ویژگیهای محصول غذایی بستهبندی شده، شرایط داخل بستهبندی یا محیطزیست تأکید دارد. اطلاعات دریافتی از بستهبندی هوشمند میتواند به کاربران منتقل شود یا میتواند عملکرد بستهبندی فعال را فعال کند؛ به عبارت دیگر بستهبندی هوشمند این قابلیت را دارد که ویژگیهای مواد غذایی بستهبندی شده یا محیط آنها را حس کرده و یادداشت کند و پیامهایی را در مورد خراب شدن یا کیفیت مواد غذایی بستهبندی شده به پردازنده یا کاربران خود منتقل کند (4). از نظر کیفیت و ایمنی مواد غذایی، بستهبندی هوشمند برای صنعت و مصرفکنندگان بسیار مفید است زیرا اطلاعاتی در مورد هرگونه تغییر در سیستم بستهبندی و وضعیت مواد غذایی به موقع بیان میکند بدون اینکه به تاریخ انقضا غیردقیق بستگی داشته باشد. سیستمهای بستهبندی هوشمند این قابلیت را دارند که مصرفکنندگان خود را از کل تاریخچه محصول غذایی مانند ارائه اطلاعات در مورد فرآیند ساخت، تاریخ انقضا، مواد تشکیلدهنده و مشخصات نگهداری مطلع کند. در مواردی بستهبندی هوشمندی طوری طراحی شده است که مصرفکنندگان را مطلع میکند که چه چیزهایی ممکن است به مواد بستهبندی آسیب برساند یا بر عمر محافظت شده آن تأثیر بگذارد. تحقیقاتی در مورد ساخت برچسبها یا مهرهایی بر اساس نانو مواد انجام شده است که تا زمان بازشدن بسته شفاف باشند. هنگامی که بسته آسیب ببیند، برچسب یا مهر رنگ خود را تغییر میدهد و در برخی موارد به صورت «باز شده» یا «توقف» نوشته میشود (5). این عملکردها را میتوان با قرار دادن نانوحسگرها یا ابزارهایی که قادر به اشتراکگذاری اطلاعات مربوط به سیستم بستهبندی هستند، بهدست آورد؛ بنابراین بستهبندی هوشمند یک دستاورد بزرگ برای حفظ کیفیت و ایمنی مواد غذایی است و باعث میشود مواد غذایی برای مدت طولانیتری در دسترس مصرفکنندگان قرار گیرند و از ضایعات هنگفت مواد غذایی جلوگیری میکند.
4. استفاده از فناوری نانو برای بستهبندی هوشمند مواد غذایی:
در صنایع غذایی بهخصوص صنعت بستهبندی، فناوری نانو کاربرد وسیعی دارد، زیرا نانومواد در بستهبندی مواد غذایی به کار میرود و مستقیماً به مواد غذایی اضافه نمیشود. فناوری نانو در بستهبندیهای هوشمند سبب محافظت مواد غذایی در مقابل عوامل بیماریزا و گازهای خطرناک میشود. در این قسمت به پرکاربردترین نانوفناوریهای مورد استفاده در صنایع بستهبندی اشاره میشود:
4. 1. نانوحسگرها:
یکی از ابزارهایی که برای بستهبندیهای هوشمند استفاده میشود، نانوحسگرها هستند. حسگر ابزاری است که برای تشخیص، تعیین محل یا کمیت یک مشکل و سپس ارسال سیگنال برای اندازهگیری ویژگیهای فیزیکی یا شیمیایی آن استفاده میشود. یک حسگر توانایی تشخیص مکرر یک رویداد یا تغییرات در محیط اطراف را دارد. معمولاً حسگرها از یک گیرنده و مبدل تشکیل شدهاند. وظیفه گیرنده تبدیل اطلاعات فیزیکی یا شیمیایی به شکلی از انرژی است و یک مبدل انرژی را به یک سیگنال آنالیزی تغییر میدهد. در بسیاری از کشورهای اروپایی از نانوحسگرهای کوچک و قابل حمل برای جستجوی مواد شیمیایی مضر و سموم در محصولات غذایی استفاده میکنند و با این روش دیگر نیازی به ارسال مواد غذایی به آزمایشگاههای مرجع جهت بررسی کیفیت آنها نیست. همچنین نانوحسگرها اطلاعات مفیدی به مصرفکنندگان و تولیدکنندگان در مورد تاریخ تولید، انقضاء و نحوه نگهداری مواد غذایی ارائه میدهد. یکی دیگر از حسگرها که در صنایع بستهبندی هوشمند مورد استفاده قرار میگیرد حسگرهای زیستی هستند که در ساخت آنها از نانوذرات طلا استفاده میشود که باعث بهبود حساسیت و قابلیت تشخیص سریع ترکیبات شیمیایی، باکتریها و ویروسها در بستهبندی مواد غذایی میشوند. مثالهایی از حسگرهای زیستی در صنایع غذایی عبارتند از:
- حسگر زیستی برپایه آنتیبادی با نام تجاری «سیستم سنتینل فود»[2] تولید شده است که در آن غشا همراه با آنتیبادیهای تثبیت شده به عنوان حسگر عمل میکند و به عنوان بخشی از بارکد قرار میگیرد. هنگامی که پاتوژنهای مواد غذایی با آنتیبادیهای حسگر واکنش میدهند، یک نوار تیره موضعی تشکیل میشود که در این وضعیت بارکد خوانا نیست (6).
- در یک سیستم دیگر، بیوسنسورهایی تولید شده است که در آن آنتیبادیها بر روی مواد بستهبندی پلاستیکی ساخته شده از پلیاتیلن چاپ میشوند. برهمکنش بین پاتوژن و آنتیبادیها منجر به تولید یک سیگنال فلورسنت میشود که نشاندهنده حمله بیماریزا (پاتوژنها) است (6).
4. 2. نانوکامپوزیتها:
نانوکامپوزیتها هم از جمله نانوساختارهایی محسوب میشوند که در صنایع بستهبندی به عنوان اولین نانوموادها مورد استفاده قرار گرفتند. نانوکامپوزیتها معمولاً پلیمرهایی هستند که از دو جزء پلیمر و یک پرکننده آلی یا معدنی تشکیل شدهاند که ابعاد ماده پرکننده در حد نانومتر است. ورقههای پلاستیکی نانوکامپوزیتها در بستهبندی مواد غذایی از نفوذ گازهای دی اکسیدکربن و اکسیژن و همچنین رطوبت به داخل ظرف جلوگیری میکند و باعث افزایش کیفیت و ماندگاری مواد غذایی میشوند. در بستهبندیهای هوشمند امروزه از نانوکامپوزیتهای زیستی استفاده میشود که دارای ترکیبات زیستتخریبپذیر بوده که علاوه بر افزایش کیفیت مواد غذایی به کاهش آلودگی محیطزیست کمک میکند.
شرکت وریدران [3]از ترکیبات ایمپرنی[4] در ساخت بطریهای پلاستیکی نوشیدنیها استفاده کرده است. ایمپرن نوعی پلاستیک است که با نانوذرات خاک رس آمیخته و پلاستیکهایی به سختی شیشه ولی محکمتر را بهوجود آورده است که نسبت به شیشهشکنندگی کمتری دارند. لایه نانوذرات بهگونهای طراحی شده که از فرار مولکولهای دیاکسید کربن از نوشیدنی و نفوذ مولکولهای اکسیژن به درون آن جلوگیری کرده، در نتیجه باعث حفظ تازگی و افزایش زمان ماندگاری محصول میشود.
یکی دیگر از شرکتهای فعال در این زمینه نانوکر[5] است. این شرکت آمریکایی مهمترین تولیدکننده نانوکامپوزیتهای پلاستیکی است. این پلاستیکها ویژگیهای خاصی 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 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 دارند. نانوکامپوزیتهای پلاستیکی در بستهبندیهای جدید مواد غذایی نیز قابل استفاده هستند.
4. 3. نانوذرات:
نانوذرات نقره به طور گستردهای بهعنوان عوامل ضدمیکروبی در بستهبندی مواد غذایی برای افزایش ماندگاری مواد غذایی استفاده میشود. این نانوذرات دارای فعالیت ضدباکتریایی در برابر انواع مختلف باکتریهای گرم مثبت و همچنین گرم منفی هستند. این فعالیت آنتیاکسیدانی و آنتیمیکروبی توسعه برخی فرآیندهای آسان، مقرونبهصرفه و سازگار با محیطزیست را برای سنتز نانوذرات نقره ضروری میکند (7). نانوذرات نقره به عنوان یک عامل ضدمیکروبی در پلیمرهای زیستتخریبپذیر (پلیساکاریدها مانند سلولز، نشاسته، کیتوزان) و غیرقابل تجزیهزیستی (پلیاتن، پلیوینیلکلرید، اتیلن-وینیلکلراید) برای ساخت بستهبندی هوشمند مواد غذایی استفاده میشوند (8). آنها میتوانند با آزاد شدن آهسته خود از مواد بستهبندی در محصولات غذایی علیه میکروبها عمل کنند. استفاده از فیلمهای بستهبندی فعال و پوششهای تعبیهشده با نانوذرات نقره به دلیل انتشار متوسط نانوذرات روی سطح غذا مفید است که به عنوان نقطهای برای شروع فعالیت میکروبها درنظر گرفته میشود، بنابراین رشد آنها را محدود کرده و ماندگاری غذا را طولانیتر میکند.
ظروف جدید تولیدشده در شرکت شارپر ایمیج[6] در آمریکا، دارای نانوذرات نقره با خاصیت ضد باکتری است. به ادعای این شرکت ظروف تولیدی آنها مواد غذایی را 3 تا 4 برابر تازهتر نسبت به حالت معمولی نگه میدارد. این ظروف قادر هستند میوهها، سبزیجات، داروها، نان، پنیر، سوپ، سس و گوشت را در طولانیمدت بدون تغییر رنگ، مزه و خواص غذاییشان نگهداری کنند.
شرکت کرافت فود[7] فیلمهای بستهبندی آلاییده به نانوذرات تولید میکند که سنسورهای هوشمندی موسوم به زبان الکترونیکی در آنها تعبیه شده که میتوانند میزان بسیار کم پاتوژنها را تشخیص داده و تغییر رنگی را در بستهبندی ایجاد نمایند تا مصرفکنندگان را از فساد مواد غذایی داخل بسته آگاه کنند.
نانولولههای کربنی آلوتروپهای کربنی هستند که به شکل استوانهای با قطری در محدوده نانومتر پیچیده شدهاند و ممکن است دو نوع باشند: نانولولههای تک جداره و نانولولههای چند جداره که از چندین استوانه متحدالمرکزتشکیل شدهاند. از نانولولههای کربنی برای بهبود خواص مکانیکی و ضد میکروبی پلیمر مورد استفاده در بستهبندی مواد غذایی استفاده میشود (9). نانولولههای کربنی نیز در شکلگیری حسگرهای اکسیژن برای نظارت بر غلظت آن در بستهبندیهای محیطی اصلاحشده استفاده میشوند (10). نانولولههای کربنی در یک ماتریس پلیمری مصنوعی که برای بستهبندی مواد غذایی استفاده میشوند، ادغام میشوند تا خواص ضدمیکروبی و حسگرهای هوشمندی را ارائه دهند که میتوانند فساد مواد غذایی را تشخیص دهند.
شرکت آمریکایی هانیول [8]از بطریهای 6 لایه نانوکلی[9] برای بستهبندی عسل سود میبرد و آن را با نام ایجیز[10] به بازار عرضه میکنند.
شرکت آمریکایی تریران سیستم[11] در حیطههای نظامی با دولتهای مختلف و ناسا همکاری دارد. این شرکت با تولید بستهبندیهای چند لایه از نانوکلی برای افزایش ماندگاری محصول استفاده میکند.
5. توسعه بستهبندیهای هوشمند در ایران و جهان:
بر اساس آخرین تحقیقات بازار ونتیج[12]، پیشبینی میشود که ارزش سرمایه بازار بستهبندیهای هوشمند به ۲۹.۴۵ میلیارد دلار با شاخص رشد ۶.۲ درصد از سال 2021 تا 2028 برسد. بر اساس تحقیقات انجامشده، شرکتهای بستهبندی در بخش پلاستیک با انجام بستهبندیهای تخصصی و هوشمند برای میوهها، سبزیجات، گوشت و محصولات منجمد با شاخص رشد قابل توجهی در حال پیشرفت و گسترش هستند. شرکت کداک[13] از بستهبندیهای هوشمندی استفاده میکند که اکسیژن را در محفظه بستهبندی برای حفظ کیفیت و تازگی غذا جذب میکند. شرکت کرافت از بستهبندیهایی حاوی نانوحسگرهای تانگوالکترونیک[14] استفاده میکند که حد تشخیص در حد یک در تریلیون (PPT) دارد و مصرف کننده را از تغییرات رنگ و شروع فاسد شدن بلافاصله آگاه میکند (11).
گرانی و شرایط اقتصادی موجود و عدم تمایل صاحبان برند به پرداخت هزینه اضافی برای بستهبندی هوشمند تا حدودی مانع رشد این صنعت شده است. در ایران، چند شرکت در زمینه بستهبندی هوشمند مواد غذایی فعالیت میکنند. در زیر به برخی از این شرکتها اشاره میکنیم:
شرکت پارسکشتزرعت: این شرکت در زمینه بستهبندی هوشمند مواد غذایی فعالیت میکند. محصولات این شرکت شامل بستهبندیهای هوشمند برای محافظت از محصولات در برابر خرابی، رطوبت، گردوغبار و… میشود.
شرکت فنآوری بستهبندی پرشین و شرکت بستهبندی نوینپلاست: این شرکتها در زمینه تولید بستهبندیهای هوشمند برای مواد غذایی فعالیت میکنند. محصولات این شرکت شامل بستهبندیهای هوشمند با قابلیتهای مختلفی مانند جذب اکسیژن، کنترل رطوبت، حفظ طعم و عطر محصول و … است.
شرکت نوینبستهبندیایرانیان: این شرکت نیز در زمینه بستهبندی هوشمند مواد غذایی فعالیت میکند و محصولاتی مانند بستهبندیهای هوشمند با قابلیتهای مختلف مانند جذب اکسیژن، کنترل رطوبت، جلوگیری از پوسیدگی و … تولید میکند.
6. نتیجهگیری:
بستهبندی مواد غذایی در چرخه عمر هر محصول غذایی نقش مهم و غیرقابلانکاری را دارد. بسته بندی هوشمند با نانومواد یک فناوری جدید در بخش بستهبندی مواد غذایی است که هنوز به ظهور کامل خود در بازار دست نیافته، اما اهمیت آن برای حفظ کیفیت و ایمنی موادغذایی ثابت شده است. بستهبندی هوشمند با استفاده از فناوری نانو میتواند کیفیت و ایمنی مواد غذایی را در صنایعغذایی تضمین کند، با این حال هنوز نگرانیهایی در مورد این فناوری جدید از جمله هزینه بالا و جنبههای قانونی وجود دارد و بنابراین باید کارهای آینده برای غلبه بر این مشکلات برای ترویج بیشتر کاربردهای آن در صنایعغذایی انجام شود.
مراجع:
(1)Yam, K. L., Takhistov, P. T., &Miltz, J. (2005). Intelligent packaging: concepts and applications.
Journal of Food Science, 70, 1-10.
(2) Han, J. H. (2014). Intelligent packaging for food products.Innovations in food packaging. 2nd Edition. (pp. 171-209). Amsterdam: Ed. Elsevier Academic Press.
(3) Hutton, T. (2003). Food packaging: An introduction. Key topics in food science and technology- Number 7. Chipping Campden, Gloucestershire, UK: Campden and Chorleywood Food Research Association Group (p. 108).
(4) Bagchi, A. (2012). intelligent sensing and packaging of foods for enhancement of shelf life: concepts and applications. International Journal of Scientific & Engineering Research, 3(10), 1-13.
(5) Vanderroost, M., Ragaert, P., Devlieghere, F., and Meulenaer, B. D. (2014). Intelligent food packaging: The next generation. Trends in Food Science & Technology, 39, 47-62.
(6) WWW.ifood.ir
(7) A.K. Biswal, P.K. Misra. Biosynthesis and characterization of silver nanoparticles for prospective application in food packaging and biomedical fields. Aug Mater. Chem. Phys., 250 (2020)
(8) M. Carbone, D.T. Donia, G. Sabbatella, R. Antiochia, Silver nanoparticles in polymeric matrices for fresh food packaging, J. King Saud Univ. Sci., 28 (4) (2016), pp. 273-279
(9) I. Rezić, T. Haramina, T. Rezić “Metal nanoparticles and carbon nanotubes—perfect antimicrobial nano-fillers in polymer-based food packaging materialsa,” in Food Packaging, Elsevier (2017), pp. 497-532
(10) R. Zhu, M. Desroches, B. Yoon, T.M. Swager, Wireless oxygen sensors enabled by Fe(II)-polymer wrapped carbon nanotubes, Jul, ACS Sens., 2 (7) (2017), pp. 1044-1050
(11) Punuri Jayasekhar Babu, Akriti Tirkey, · Tingirikari Jagan Mohan Rao, European Food Research and Technology (2021) 247:2899–2914
———————————————–
[1] Modified Atmosphere Packaging
[2] Food Sentinel System
[3] Voridran
[4] Impern
[5] Nanocor
[6] Sharper image
[7] Kraft Foods
[8] Honeywell
[9] Nanoclay
[10] Agies
[11] Triron system
[12] Vantage
[13] Kodak
[14] Electronic Tongu
—————————————————
تهیه کنندگان
- نشمیل کریمیان
شرکت توسعه مهندسی الماس واره دانش (tamadco.com)
بخش ترویج صنعتی فناوری های نانو و میکرو
====================================================================================
(توجه: جهت دسترسی به گزارش نهایی محصولات و شرکتهای دارای گواهی نانومقیاس ستاد توسعه فناوریهای نانو و میکرو به «کتب مرجع محصولات و تجهیزات نانو و صنعت» به نشانی (INDnano.ir/category/book) مراجعه کنید)
همچنین برای دسترسی به فایل PDF کلیه گزارشات، به بخش گزارش های صنعتی پایگاه اینترنتی رسانه تخصصی نانو و صنعت (www.INDnano.ir/category/report) مراجعه نمایید.
====================================================================================
