التأثير البكتيري المضاد لجزيئات النانو ودورها في حفظ الأغذية ذات الأصل الحيواني

بقلم: الدكتور/ علاء عبد المنعم عمر

 باحث بكتريولوجي – معهد بحوث الصحة الحيوانية – فرع دمنهور- مركز البحوث الزراعية– مصر

التأثير البكتيري المضاد لجزيئات النانو ودورها في حفظ الأغذية ذات الأصل الحيواني

تعتبر اللحوم ومنتجاتها المصدر الرئيسي للبروتين للإنسان ، وبسبب ارتفاع استهلاك اللحوم في السنوات الأخيرة ، فقد أدى ذلك إلى تهديد” مباشر ” لصحة المستهلكين ، مما أدى إلى تعرض اللحوم للتلوث بالبكتيريا ، سواء من البيئة المحيطة ، أو في مراحل مختلفة من التصنيع أو أثناء التخزين والتوزيع.

لذلك ، أصبح استخدام المواد الكيميائية في حفظ اللحوم ومنتجاتها ضروريا لتجنب تلف هذه المنتجات ، ولكن وجد أن هذه المواد لها آثار ضارة على الصحة العامة.

ومع التقدم العلمي وظهور تكنولوجيا النانو ، ظهرت حلول عملية ترضي منتجي اللحوم والمستهلكين على حد سواء.

تم استبدال هذه المواد الضارة بمواد آمنة تستخدم في التخزين الفعال والآمن للأغذية ذات الأصل الحيواني ، بحيث يمكن للمستهلكين الحصول على منتجات عالية الجودة يمكن تخزينها وحفظها لفترة أطول دون تلف وتعفن ، ودون التأثير على الصحة العامة.

ماهو علم النانوتكنولوجي:

يعرف النانو علي أنه ذلك العلم الذي يعني بدراسة معالجة المادة على المقياس الذري والجزيئي، حيث يختص النانوتكنولوجي باستحداث تقنيات وطرق جديدة تقاس أبعادها بالنانومتر وهو جزء من الألف من الميكرومتر أي جزء من المليون من الميليمتر وهو أدق وحدة قياس مترية معلومة حتى الآن توفر مجموعة واسعة من الفرص لتطوير منتجات وتطبيقات مبتكرة في النظام الغذائي.

تقنية النانو: لتصنيع الجزيئات الصغيرة على المستوى الذري من المواد الأساسية لاستخدامها في العديد من المجالات والصناعات مثل الأدوية والأغذية والإلكترونيات ومستحضرات التجميل ، وكلمة (نانو) هي كلمة يونانية تعني قزم أو متناهية الصغر.

كما تقدر وحدة النانو بأنها واحد من المليار من المتر حيث يتم التعامل مع المواد التي يقع حجم قطرها في المدى من 100 – 1نانو متر .

وهي تقنية لديها القدرة على  تغيير المجتمع لإنشاء وتخليق مواد جديدة وفريدة من نوعها ، كالأجهزة والتطبيقات الجديدة وحتى الآلآت وفي مجالات الهندسة والتكنولوجيا، والتصوير، والقياس وتتميز المواد الناتجة عن النانو بإختلاف خواصها الفزيائية والكيميائبة والبيولوجية في نواح أساسية ومهمة حيث يمكن أن تكتسب هذه المواد خصائص جديدة عن تلك التي كانت تمتلكها في حالتها العادية، فمثلا يمكن أن تزداد صلابتها وقوتها أوتعزيز توصيلها للكهرباء والحرارة أو زيادة خواصها المغناطيسية ، كذلك يمكن أيضا أن يحدث تغيرفي ألوانها حسب أحجامها ونتيجة لهذه المميزات يمكن الإستفادة منها في توجيه تكنولوجيا النانو نحو تخليق مواد وأجهزة ونظم محسنة.

  تقنية الجسيمات النانوية هي تقنية صياغة يتم استخدامها بشكل متزايد للتغلب على قيود توصيل الأدوية عن طريق الفم. تتمتع الجسيمات النانوية بالعديد من المزايا مثل حجم الجسيمات الصغيرة ومساحة السطح الكبيرة والسطح القابل للتعديل. حجم الجسيمات الصغيرة معروف جيدا بزيادة معدل انحلال الدواء.

تتخصص تقنية النانو في تطوير تقنيات وأساليب جديدة يتم قياسها بالنانومتر ، وهي 1000/1 من الميكرومتر ، أو وحدة القياس الأكثر دقة المعروفة حتى الآن ، مما يوفر مجموعة واسعة من الفرص لتطوير منتجات وتطبيقات مبتكرة.النظام الغذائي.

و ” نظرا للتطور السريع والمستمر للكائنات الحية الدقيقة نتيجة حدوث طفرات جينية جديدة مما ترتبت علية  ممانعتها للأدوية ، الامر الذي استلزم استحداث عقاقير جديدة  أكثر فاعلية ، فقد أصبحت تقنية النانو ، على الرغم من صغر حجمها ، توفر حلولا بمساحة سطحها الكبيرة ، المؤهلة للتعامل بشكل أفضل مع التفاعلات المهمة التي تحدث في الخلايا.”

تعتمد فكرة استخدام الجسيمات النانوية على إعادة وضع الذرات التي تتكون منها المادة إلى الموضع الصحيح.تعتمد خصائص هذه المنتجات على كيفية ترتيب هذه الذرات ، ومعالجة المواد على المستوى الذري والجزيئي النانوي لإنشاء مواد جديدة بترتيبات مبتكرة ومجاميع وخصائص غير موجودة بشكل طبيعي ، بالإضافة إلى إمكانية تحريك الذرات والجزيئات بدقة لإحداث تفاعلات كيميائية.

مميزات استخدام الجسيمات النانوية في حفظ اللحوم:

• إطالة العمر الافتراضي و صلاحية اللحوم من خلال النشاط البكتيري المضاد لها .

• استخدام العبوات الذكية للحفاظ على سلامة وصحة المستهلكين ولديهم القدرة على اكتشاف تلف الطعام مبكرا.

• الحفاظ على الأمن الغذائي وزيادة نسبته عن طريق تسهيل وسائل الكشف عن مسببات الأمراض.

• يؤثر على السلسلة الغذائية من الإنتاج إلى المستهلكين.

• تطوير الغذاء وتقليل التلوث وإنتاج طعام عالي الجودة.

التطبيقات العلمية للجسيمات النانوية في صناعة حفظ اللحوم:

• يحسن المادة الغذائية نفسها ، مثل امتصاص ومحسنات الذوق المعروفة باسم التطبيقات الداخلية.

• إطالة العمر الافتراضي للغداء و تغليفه بمواد نانوية و تعرف بالتطبيقات الخارجية.

تطبيقات الجسيمات النانوية في صناعة حفظ اللحوم:

1- دعم سلامة اللحوم وإطالة عمرها الافتراضي :

وذلك باستخدام الأحبار الذكية ، التي تحتوي على جزيئات نانوية حساسة للأكسجين وحساسة للغاية لأشعة الضوء ، مدمجة في عبوات الطعام ومعرضة لأي منها ، يتغير لون الحبر ، مما يسمح للمستهلكين بالتعرف بسهولة على فعالية الطعام الموجود فيه ، والتعرف على التغيرات الناتجة عن التلوث الميكروبي فيما يعرف بالعبوات الذكية او (الاغلفة الذكية).

2- إنتاج أغلفة نانوية نشطة :

كما تستخدم في حفظ و تغليف المنتجات الغذائية الطازجة كاللحوم وغيرها من المواد الغذائية حتى بعد فتح العبوة و ذلك بمعالجة أسطح العبوات الخارجية بطبقة رقيقة شفافة مضادة للأكسدة يقل سمكها عن 5 نانومترات

 وتتميز بأنها آمنة علي صحة و سلامة المستهلك ، و لا يتطلب  إزالتها من المنتج الغذائي قبل الاستهلاك.

كما تتميز بقدرتها على تحليل الملوثات من المواد العضوية والبكتريا، ومقاومة الميكروبات التي قد تتراكم على الأسطح الخارجية للمنتجات الغذائية خلال فترات الحفظ (مثل جسيمات الفضة أوأكسيد الزنك النانوية أو غيرها )

وتتكون هذة الاغلفة من قوالب من البوليمرات، يتم التحكم في مقاييس أبعاد فتحات مسامها ولها مواصفات ميكانيكية ووظيفية جيدة تمكنها من منع حدوث تبادل للرطوبة والغازات مع الوسط الخارجي والتي تؤثر في عملية توزيع المواد الملونة ومواد النكهة والمواد المضادة للأكسدة والإنزيمات والمواد المضادة للتلون البني.

• العبوات النانوية الحافظة للأغذية :

تستخدم لإطالة فترة الصلاحية أو تحسين النكهة أو اللون أو القيمة الغذائية، وتطوير عبوات غذائية نانوية يمكنها امتصاص أي نكهات أو روائح غير مرغوبة تنشأ داخلها وإنتاج عبوات تستطيع طرد أو التخلص من غاز ثاني أكسيد الكربون أو الأكسجين إلى خارجها .

كما أن هذة العبوات  لها القدرة علي إطلاق بعض المواد الكيميائية النانوية داخل العبوات، كالمواد المضادة لنمو الميكروبات والمواد المضادة للأكسدة والملونات والمدعمات الغذائية داخل الأغذية.

  مثال فى مجال الاغذية:

– تصنيع أغلفة الكيتوزان مثالية بسبب خصائصها الممانعة لنفوذ الغازات التي تعزى إلـى الروابط بين جزيئاته ومن خصائص أغلفة الكيتوزان أنها ذات بنية متجانسة ومستقرة غيـر نفـوذة للماء و المرونـة وقابليـة التـشكيل و تتحلّل أغلفة الكيتوزان حيوياً بفضل إنزيمات الشيتوزانـيز المختـصة بالروابط التي تربط جزيئات الشيتوزان وتوجد هذه الإنزيمات في العديد من الأحياء الدقيقة منها بكتيريا التربـة كما تُفرز من قبل الفطريات والنباتات وبعض أنواع الفيروسـات وهي صالحة للاستهلاك البشري حيث إن وظيفته الأساسية هي حفظ اللّحوم الطّازجة أو المجمدة مدة طويلة وحمايه المنتج من الميكروبات وهي غير قابلة للهضم في جسم الإنسان.

– إعداد أغلفة لحفظ الأغذية باستخدام هذه المادة مع جزيئات أكسيد الزنك في حجم النانو، لتعظيم فوائد الكيتوزان كمادة مثبطة للنشاط البكتيري.
– الكيتوزان، بوليمر طبيعي، ومن ثمّ فهو لن يتفاعل مع المواد الغذائية ولن يسبب اضرارا صحيه

–  كما يتم إستخدام تقنية النانوتكنولوجي في تجهيز الأغذية وتغليفها مع الإهتمام بجودتها وسلامتها  حيث تستخدم في تطوير الأغذية من حيث لونها أو نكهتها أو خصائصها وفقا للإحتياجات الغذائية المطلوبة فضلاً عن إنتاج أقوى المنكهات، الملونات والإضافات الغذائية .

كذلك يمكن تخفيض تكاليف المكونات المضافة للأغذية وزيادة العمر الإفتراضي للمنتجات الغذائية بإستخدام هذه التكنولوجيا .

كما يمكن إطالة العمر الإفترضى للمنتج وكذلك تحسين نوعية الغذاء.

– كما توجد عدة تطبيقات صناعية للكيتوزان، منها استخدامها في إزالة الملوثات الميكروبية والعناصر الثّقيلة والملوثات.

– أعداد  تركيبة مشكّله من الكيتوزان في حجم النانو مع تطعيمها بنسب من عنصري الفضة والنحاس، من ثمّ إضافة الكربون الأنبوبي النانوي متعدد الطبقات.

الخلاصة

الجسيمات النانوية تمنع بشكل آمن وفعال النشاط الميكروبي في الغذاء ، وتزيل مسببات الأمراض وتطيل العمر الافتراضي للطعام.

لذلك ، نظرا لفعاليتها وتكلفتها المنخفضة ، دون مراقبة الآثار الضارة على صحة المستهلك ، لذا يوصى بتطبيق هذه التكنولوجيا الجديدة على نطاق أوسع في مجال إنتاج وتخزين الأغذية ذات الأصل الحيواني؛

نظرا” لما  لديها خصائص ممتازة وقدرات هائلة اكتسبتها نتيجة للتحكم في حجم وترتيب الجسيمات المكونة لها.

كما أدى صغر حجم هذه المواد ومساحة سطحها الكبيرة إلى زيادة احتمالية تغلغلها في أغشية الخلايا ، مما يثبط بشكل فعال نشاط الكائنات الحية الدقيقة ويلعب دورا “كبيرا” في السماح لها بالقضاء على الميكروبات ، مما أدى إلى الحفاظ على الاغذية لأطول فترة ممكنة دون تلف وتلف ، مع الحفاظ على جودة المنتج.

المراجع:

Aider, M. (2009). Chitosan application for active bio-based films production and potential in the food industry: review. http:// www.ebah.com.br/content/ABAAA A4rUAD.

Benjakul, S.; Visessanguan, W.; Phatchrat, S. and Tanaka, M. (2003). Chitosan affects transglutaminase-induced surimi gelation. Journal of Food Biochemistry, 27, 53-66.

Duncan TV (2011): Applications of nanotechnology in food packaging and food safety: Barrier materials, antimicrobials and sensors. J. Colloid Interface Sci. 363:1-24.

Kumar C (2006): Nanomaterials: Toxicity,Health, and Environmental Issues, 1st Ed., Nanotechnologies for the Life Sciences Vol 5.Wiley-VHC,Weinheim, Germany.

Papadimitriou, S.; Bikiaris, D.; Avgoustakis, K.; Karavas, E. and Georgarakis, M. (2008). Chitosan nanoparticles loaded with dorzolamide and pramipexole. Carbohydrate Polymers 73 (1), 44-54.

Rai M, Yadav A, Gade  A (2009): Silver nanoparticles as a new generation of antimicrobials. Biotechnol Adv. 27:76–83.

Shi, L.E.; Fang, X.J.; Xing, L.Y.; Chen, M.; Zhu, D.S.; Guo, X.F.; Zhao, L.M. and Tang, Z.X. (2011). Chitosan nanoparticles as drug delivery carriers for biomedical engineering. J Chem Soc. Pak. 33:929–934.