۱-۲۷- تولید نانوذرات سلولزی
نانوسلولز را می توان از هر منبع سلولزی آماده سازی کرد. عمدتا” خمیر چوب برای تولید آن استفاده می شود.فیبرهای آن از الیاف مبتنی بر چوب با بهره گرفتن از هموژنایزرهای فشار بالا جدا شده است. هموژنایزرها جهت ورقه ورقه شدن دیواره سلولی الیاف استفاده می شوند.این عمل برای آزادی فیبرهای در ابعاد نانو کمک می کند. نانو ویسکرهای سلولزی فرم بلوری تری از نانوسلولز هستند. نانوسلولز توسط هیدرولیز اسیدی الیاف سلولز بومی تشکیل شده است که در آن نمک معدنی غلیظ، سولفوریک و یا هیدروکلریک اسید استفاده شده است. بخش آمورف سلولز بومی هیدرولیز می شود و پس از زمان بندی دقیق، بخش های کریستالی می توانند با بهره گرفتن از سانتریفیوژ پس از شستشو از محلول اسیدی بازیابی شوند. نانو ویسکرهای سلولزی ذرات بسیار کریستالی با سطح مقطع مستطیلی میله مانند هستند. ابعاد آن بستگی به منبع مواد سلولز بومی و زمان و دمای هیدرولیز دارد(Hentze, 2010). علاوه بر این، هیدرولیز اسیدی با اسید سولفوریک، گروه های استر سولفات در سطح NCCبه دلیل استری کردن گروه های هیدروکسیل تولید می کند.گروه های بار منفی استر سولفات، سوسپانسیونNCC آبی بسیار پایدار به علت دافعه الکترواستاتیک بین کاتالیزورهاییNCC فردی تولید می کنند.از سوی دیگر، هیدرولیز اسیدی با اسید هیدروکلریک بارهای منفی زیادی بر روی سطح نانو سلولز را تولید نمی کند و منجر به سوسپانسیون NCCبا پایداری کمتری می شود (Beck-Candanedo et al., 2005).

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

عمل آوری اسیدی (هیدرولیز اسیدی) فرایند اصلی مورد استفاده برای تولید نانوسلولز کریستالین است که ساختمان بلوک های کوچکتر منتشر شده از الیاف سلولزی اصلی هستند. سلولز بومی شامل نواحی غیر متبلور (آمورف) و کریستالی (متبلور) می شود و مناطق آمورف دارای چگالی پایین تری در مقایسه با نواحی متبلور هستند، به طوری که وقتی الیاف سلولز در معرض عمل آوری اسیدی تند قرار می گیرد، نواحی آمورف تفکیک شده و باعث آزادشدن کریستال های تکی می شود. خواص NCCبه فاکتورهای مختلف، از جمله منابع سلولز، زمان واکنش و درجه حرارت و نوع اسید مورد استفاده برای هیدرولیز بستگی دارد. از آنجا که Ranby (1951) برای اولین بار تجزیه کاتالیز شده ی اسید سولفوریک کلوئیدی الیاف سلولز را گزارش کرد ، یک سری از محصولات NCCاز انواع منابع، مانند چوب (Beck-Candanedo et al., 2005)، پنبه (Araki et al., 2001; Miller & Donald, 2003)، SISAL(De Rodriguez et al., 2006)، جانوران نیام دار (M. de Souza Lima et al., 2003; Kimura et al., 2005) ، باکتری ها (Roman et al., 2004)، الیاف گیاه (Junior de Menezes et al., 2009) و سلولز والونا (J-F Revol, 1982) توسط محققان مختلف تولید شده بودند.
تنوع ابعاد به منبع مواد سلولزی و شرایطی که تحت آن هیدرولیز انجام شده است بستگی دارد(Habibi et al.,). گزارش شده که سلولز نانوکریستالین مشتق شده از سلولز باکتریایی و جانوران نیام دار معمولاً در ابعاد بزرگتری است نسبت به آن هایی که از چوب و پنبه به دست آمده است
(M. de Souza Lima et al., 2003; Heux et al., 2000) این به این دلیل است که جانوران نیام دار و سلولز باکتریایی بسیار متبلور هستند، از این رو، بخش های کمتری از نواحی آمورف وجود دارد که لازم است در نتیجه تولید نانوکریستال های بزرگتر شکسته شود.Beck-Candanedoو همکاران (۲۰۰۵) خواص NCCاز چوب نرم (صنوبر سیاه) و چوب سخت (اکالیپتوس) تولید شده در زمان واکنش مشابه، دما و نسبت اسید به پالپ (مغز ساقه) مورد مقایسه قرار داده اند. آن­ها دریافتند که این سوسپانسیون های NCC، ابعاد مشابه و بار سطحی یکسان را داشتند. همچنین مشاهده شد که در نسبت بالاتر اسید به پالپ و زمان واکنش طولانی تر، نانوکریستال های کوتاه تر با پراکندگی سایزی^[۴] کوچکتر تولید شده بودند و غلظت بحرانی برای تشکیل فاز ناهمسانگرد افزایش یافته بود. همانطور که از شکستن زنجیره های سلولز به طور تصادفی در طی فرایند هیدرولیز اسیدی رخ می دهد، ابعاد NCCیکسان نیستند(Beck-Candanedo et al., 2005). بای و همکاران (۲۰۰۹)، یک روشی را برای به دست آوردن NCCبا توزیع اندازه باریک از طریق روش سانتریفیوژ پیشنهاد کرده اند. شش بخش مختلف NCCبا PDIباریک با بهره گرفتن از سرعت زاویه ای تولید شده است که نیروی (RCF) گریز از مرکز نسبی را برای هر بخش در یک زمان ثابت سانتریفوژ تولید می کند(Bai et al., 2009). با بهره گرفتن از روش پاسخ سطحی، Bondesonو همکاران (۲۰۰۶) شرایط واکنش را برای هیدرولیز NCCاز صنوبر نروژی بهینه کردند. غلظت NCCو اسید سولفوریک، زمان هیدرولیز، دما و زمان تصفیه اولتراسونیک در طی فرایند متفاوت بود. آن ها دریافتند که زمان واکنش، دما و غلظت اسید، فاکتورهای بحرانی برای تولید NCC بودند. ویسکرهای سلولز با بازده ۳۰٪ (از وزن اولیه) با غلظت اسید سولفوریک ۵/۶۳٪ (w/w) در حدود ۲ ساعت به بازده NCCبا طول بین nm 200 و ۴۰۰و قطر کمتر از ۱۰ نانومتر تولید شد(Bondeson et al., 2006).Elazzouzi-Hafraouiو همکاران (۲۰۰۸) اثر دما را بر روی توزیع اندازه NCCتولید شده از هیدرولیز اسید سولفوریک پنبه مورد مطالعه قرار دادند و نشان دادند که NCCکوتاهتر با افزایش دما به دست آمده است. اسید سولفوریک و هیدروکلریک به طور گسترده در آماده سازی NCCمورد استفاده قرار گرفته اند، با این حال، قابلیت پراکندگی NCCمشتق شده از این دو نوع اسید متفاوت است. به علت فراوانی گروه های باردار سولفات بر روی سطح آن، NCCبه دست آمده از هیدرولیز اسید سولفوریک به آسانی در آب پراکنده می شود، در حالی که آن هایی که از هیدرولیز اسید هیدروکلریک تولید شده اند، به آسانی پراکنده نشده و سوسپانسیون­های آبی آن ها تمایل به لخته شدن دارند. علاوه بر این، تفاوت های موجود در ثبات حرارتی و رفتار رئولوژیکی بین NCCتولید شده از اسید سولفوریک و آن هایی که از اسید هیدروکلریک تولید شده اند، مشاهده شده است(Elazzouzi-Hafraoui etal., 2009). NCCهمچنین از خمیر بازیافتی با بهره گرفتن از مایکروویو به کمک هیدرولیز آنزیمی تولید شده است.Filsonو همکاران (۲۰۰۹)، روشی برای تولید NCCبا استفاده از آنزیم اندوگلوکاناز، جزء اصلی سلولاز، را گزارش کردند. آن­ها مشاهده کردند که NCCتولید شده با حرارت مایکروویو بازده بالاتری نسبت به حرارت معمولی دارد، چون حرارت مایکروویو، بیشتر انتخابی است و زمان واکنش را نیز کاهش می دهد(Filson et al., 2009).
۱-۲۸- خواص نانوسلولز و سوسپانسیون آن
نانوسلولز دارای ویژگی های منحصر به فردی می باشد.خواص زیر ماهیت نانوسلولز را توصیف می کنند.
نانوسلولز کریستالین مشتق شده از هیدرولیز اسیدی با بهره گرفتن از منابع جنگلی مختلف می تواند به دلیل سطوح با بار منفی خود، در آب پراکنده شوند. در غلظت پایین، همانند یک فاز ایزوتروپیک، ذرات NCCبه صورت تصادفی متمایل به سوسپانسیون آبی هستند و هنگامی که غلظت به یک مقدار بحرانی می رسد(J-F Revol et al., 1992). همچنان که غلظت بیشتر افزایش می یابد، سوسپانسیون نانوذرهای پدیده انکسارمضاعف را نشان می دهند. غلظت بحرانی برایNCC سولفاته به طور معمول در محدوده بین ۱ و ۱۰٪ (w/w) است که تابعی از نسبت سطح به حجم، چگالی بار و اسمولاریته است. بعضی نظریه ها بر اساس پارامترهای مختلف مورد مطالعه قرار گرفته اند تا این پدیده را توضیح دهند(Stroobants et al., 1986). رفتار فاز نانوذرات به وجود الکترولیت ها و یون های مقابل آن­ها و همچنین به ماکرومولکول­ها، حساس است. اثر الکترولیت اضافه شده بر روی فاز جداسازیNCC توسط دونگ و همکاران (۱۹۹۶)مورد بررسی قرار گرفتو آن­ها دریافتند که افزودن الکترولیت ها، به عنوان مثال HCl، NaClو KCLبه میزان قابل توجهی حجم قسمتی از فاز ناهمسانگرد را کاهش می دهد(Dong et al., 1996). همچنین دونگ و گری (۱۹۹۷)، اثر یون ها را بر روی رفتار فاز جداسازی و پایداری سوسپانسیون های NCC با افزودن یون های مخالف معدنی، یون های مخالف با پایه آلی ضعیف و نمک های تترا آلکیل با پایه آلی بالا مطالعه کردند. مشاهده شد که انواع یون های مخالف اثر قابل توجهی بر رفتار فاز جداسازی سوسپانسیون های NCCداشت. همانند الکترولیت­ها، فاز جداسازی سوسپانسیون های NCCبه شدت تحت تاثیر افزودن ماکرومولکول­ها قرار می گیرد(Dong et al., 1997).
گری و همکارانش(Beck-Candanedo et al., 2006, ۲۰۰۷; Edgar et al., 2002) مطالعه دقیقی بر روی اثر رنگ­های دکسترانی و یونی بر روی فاز تعادل سوسپانسیون­هایNCC انجام دادند. پوشش سورفاکتانت مورد استفاده برای پراکنده کردن ویسکرهای NCCدر حلال­های غیر قطبی برای اولین بار توسط Heuxو همکاران(۲۰۰۰) گزارش شد که ویسکرهای NCCاز پنبه با سورفاکتانت مخلوط میشوند. آنها همچنین نشان دادند که فازهای پایدار نانوسلولز با وجود یک لایه سورفاکتانت در اطراف ویسکرهای NCCتشکیل میشوند(Heux et al., 2000). بررسی دقیق ساختار نانویی سلولز در مطالعات محققین گزارش شده است(Elazzouzi-Hafraoui et al., 2009).Zhouو همکاران (۲۰۰۹) نشان دادند که NCCبا زایلوگلوکان پلی الیگو ساکارید و اتیلن گلیکول قابلیت پراکندگی عالی را در حلال های غیر قطبی دارند(Zhou et al.,2009). علاوه بر این، سورفاکتانت ها، پراکندگی NCCرا در ماتریس پلی استایرن افزایش می دهند(Kim etal., 2009).اخیراً، خاصیت خود تجمعی NCCتحت میدان خارجی یا بیرونی، همانند میدان الکتریکی ACو میدان مغناطیسی(Bordel et al., 2006; Fleming et al., 2000;Sugiyama et al., 1992) بررسی شدند. اثر میدان الکتریکی ACبر روی جهت دهی NCCتوسط حبیبی و همکاران مورد بررسی قرار گرفت (Habibiet al., 2008). آن­ها مشاهده کردند که کاربرد یک میدان الکتریکی ACبه سوسپانسیون­های NCCترسیب شده بین دو الکترود فلزی منجر به جهت دهی همگن مولکول­های NCCمی­شود. علاوه بر این، جهت دهی فیلم های تولید شده از نانوکریستال­های سلولز، تا حد زیادی تحت تاثیر فرکانس و قدرت میدان الکتریکی بود، در حالی که نانو کریستال­های سلولز با افزایش میدان الکتریکی به بیشتر از V/cm2000 با فرکانس در محدوده بین ۱۰۴ و ۱۰۶ هرتز، همگن تر شدند. مطالعات قبلی(Jean-François Revol et al., 1994) نشان دادند که سوسپانسیون­های NCC، دارای ناهمسانگردی دیامغناطیسی داشتند. همچنین نویسندگان نشان دادند که برای فیلم­های NCC، حضور میدان مغناطیسی، تشکیل فاز کایرال را تسهیل نمی کند.اخیراً، مطالعه مشابهی توسط پان و همکارانش (۲۰۱۰) انجام شد. آن­ها عوامل مختلف موثر بر خواص نماتیک کایرال فیلم های NCCرا آزمایش کردند(Pan et al., 2010) و نتایج مشابهی بدست آوردند.فراساختارسلولز به دست آمده از منابع مختلف به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنین تکنیک های مانند میکروسکوپ الکترونی عبوری(TEM)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، میکروسکوپ نیروی اتمی(AFM)، اسکن زاویه باز اشعه ایکس^[۵] ، پراش جزئی زاویه تابش اشعه X ، رزونانس مغناطیسی هسته ای^[۶]، طیف سنجی، برای توصیف مورفولوژی نانوسلولزاستفاده شده اند.این روش ها به بررسی مورفولوژی نانوسلولزخشک شده، استفاده شده اند.ترکیبی از تکنیک های میکروسکوپی با آنالیز تصویری می توانند اطلاعاتی در مورد عرض رشته کوچک فیبریلی نانوسلولز ارائه کنند، اما برای تعیین طول رشته کوچک فیبریلی نانوسلولز سخت تر است.گزارش شده است که سوسپانسیون نانوسلولزهمگن نیست زیرا که آنها از نانوالیاف سلولزی با ابعاد مختلف تشکیل شده است.روش های بسیاری به بررسی ابعاد نانوسلولزخشک استفاده می شوند، کمترین ابعاد ضخامت حدود ۴/۰ نانومتر است، اعتقاد بر این است که این سایز ضخامت ورق سلولز تک لایه است. (Hentze, 2010).درجه تبلور و ساختار بلوری نانوسلولز مورد مطالعه قرار گرفته و به وضوح می توان دید که نانوسلولز دارای ساختار کریستالی I سلولز داشته و درجه تبلور آن در حدود ۶۳٪بود(Hentze, 2010).
رئولوژی منحصر به فرد دیسپرسیون نانوسلولزتوسط محققان به رسمیت شناخته شده بود. ویسکوزیته ی بالا در غلظت کم این ماده را به عنوان یک تثبیت کننده ی بدون کالری و عالیدر کاربردهای غذایی مطرح می کند.خواص رئولوژیکی دینامیک در جزئیات بیشتری بررسی شده اند و مشخص شده است که مدول های ذخیره سازی و اتلاف در تمام غلظت های نانوسلولزبین ۱۲۵/۰% تا ۹/۵% مستقل از فرکانس زاویه ای بودند (Hentze, 2010).سلولز کریستالی دارای خواص مکانیکی بسیار جالبی است.سختی سلولز کریستالی در حدود GPa 220-140 است. فیلم های ساخته شده از نانوسلولزدارای استحکام بالا (بیش از ۲۰۰ مگاپاسکال)، سختی بالا(در حدود ۲۰ گیگا پاسکال)و کشیدگى بالا (۱۲٪) بودند (Hentze, 2010). مناطق بلوری نانوسلولز، در پلیمرهای نیمه کریستالی نفوذ ناپذیر به گاز هستند.با توجه به بلورینی نسبتا” بالا و توانایی نانوالیاف جهت تشکیل یک شبکه متراکم با پیوند های قوی بین رشته های فیبریلی، پیشنهاد شده است که نانوسلولز ممکن است به عنوان یک ماده مانع(سدی) عمل کند.گزارشات، خواص نفوذپذیری بالای اکسیژن را به فیلم نانوسلولز نسبت می دهند، اگر چه تعداد مقادیر گزارش شده ی نفوذپذیری اکسیژن محدود است. همچنین عامل دار کردن سطح نانوذرات سلولزی می تواند نفوذپذیری فیلم های نانوسلولز را تحت تاثیر بگذارد.فیلم های تشکیل شده از نانوویسکرهای سلولزی دارای بار منفی می توانند به طور مؤثری نفوذ یون های بار منفی را کاهش دهند، در حالی که یون های خنثی تقریبا” به صورت بی اثر ترک می شوند.یون های با بار مثبت در غشاء تجمع می یابند(Hentze, 2010).
۱-۲۹- انواع نانو سلولز
نانوسلولز ها بر اساس ابعاد، عملکرد و روش تهیه که به نوبه خود وابسته به منابع سلولزی وشرایط تولید است، عمدتاً در سه شاخه طبقه بندی می شوند:
شکل ۱-۴: انواع نانوسلولز a)MFC و b)NCC وc)BNC(Hentze, 2010)
هر یک از خصوصیات ترکیبات نانو سلولزی توسط روش های دستگاهی خاص مورد مطالعه قرار می گیرد که در زیر آورده شده است:

1. 1. قطر: ((Atomic Force Microscopy/(Transmission Electron Microscopy)/ (Scanning Electron Microscopy)

1. 1. طول: میکروسکوپ الکترونی

1. 1. خواص سطح: IR (Infrared Spectroscopy) / NMR(Nuclear Magnetic Resonance و تیتراسیون

1. 1. سطح مقطع: BET

1. 1. تبلور: (WAXS(Wide Angle X-ray Scattering

خواصی از این ترکیبات همچون ویسکوزیته بالا و سختی سلولز بلوری (۲۲۰-۱۴۰ گیگاپاسکال) نیز مورد بررسی قرار گرفته است. الیاف نانوسلولزی به عنوان جایگزین برای کولار (Kevlar) و الیاف شیشه ای جهت تقویت پلاستیک معرفی شده اند. فیلم های متشکل از الیاف نانوسلولز، سدّی نفوذناپذیر در برابر یون ها ایجاد می نمایند. همچنین خصوصیات ترکیبات می تواند با اضافه نمودن افزودنی ها تغییر یابد که مواردی در جدول زیر آورده شده است. به طور کلی فیبر های نانو سلولزی از پیش ماده های چوبی با بهره گرفتن از یک ماده همگن کننده (Hemogenizer) در فشار بالا تهیه می شود. این فرایند منجر به ورقه ورقه شدن دیواره های سلولی الیاف ها گیاهی شده و فیبریل های سلولزی نانوساختار به صورت مجزا به دست می آیند.حالت بلوری نانو سلولز توسط هیدرولیز اسیدی (Acidic Hydrolysis) فیبر های سلولزی طبیعی با بهره گرفتن از محلول های غلیظ نمک معدنی و اسید سولفوریک و اسید هیدروکلریک بدست می آید. حالت آمورف سلولز طبیعی نیز از محصول هیدرولیز شده، پس از زمان بندی دقیق و جداسازی از بخش های بلوری و مراحل شستشو قابل استحصال است
۱-۳۰- کاربرد های واقعی از استفاده نانوذرات
نانوسلولز به عنوان یکی از نانو مواد جدید با قابلیت های بالا همچون پایداری مناسب، عامل دار شدن شیمیایی و کنترل بر هم کنش های سطحی، و … بسیار قابل توجه است و کاربردهای متعدد و قابل دسترسی پیدا کرده است.اهمیّت موادی از این دست، از دیدگاه علمی به دلیل کاربرد مواد خام تجدید پذیر و دوستدار محیط زیست است که باعث حرکت حیاتی توسعه نانوسلولز ها در صنایع غذایی، نانوکامپوزیت ها و تجهیزات پزشکی شده است.خواص نانوسلولز (مانند خواص مکانیکی، خواص لایه نازک، ویسکوزیته و غیره) آن را ماده ای جالب برای بسیاری از برنامه های کاربردی تبدیل می کند. در صنایع کاغذ و مقوا از نانوسلولز به دلیل اثر تقویتی قوی بر روی مواد کاغذ بهره می برند. در صنایع غذایی، پزشکی، آرایشی و دارویی این مواد به دلیل مصرف در ابرجاذب های آب و فیلم های ضد باکتری کاربرد دارند. از جمله دیگر کاربرد های این مواد می توان به ساخت کامپوزیت ها، تجهیزات الکترونیکی، صنایع چوب و مواد ساختمانی، بازیافت نفت (در شکست زنجیره های هیدروکربنی) و خودروسازی اشاره کرد. از کاربرد آن در صنایع غذایی می توان به موارد زیر اشاره کرد:
یک جایگزین کم کالری برای مکمل های کربوهیدرات
قوام دهنده
تثبیت کننده سوسپانسیون
برای محصولات نرم و له و به عنوان پر کننده چیپس ، ویفر ، سوپ ها ،سبزی ها و دسرها اشاره نمود.
۱-۳۱- کاربرد فناوری نانودر صنایع غذایی
نانو تکنولوژی، فناوری جدیدی است که همه دنیا را فرا گرفته است و به بیانی دقیق تر می توان گفت که نانوتکنولوژی بخشی از آینده نیست بلکه همه آینده است. نانوتکنولوژی توانمندی تولید مواد، ابزارها و سیستم های جدید و در دست گرفتن کنترل این سیستم ها در سطح مولکولی و اتمی و استفاده از خواص مواد تولیدی در مقیاس نانو است. هر چند آزمایش ها و تحقیقات فراوانی پیرامون نانوتکنولوژی از اوایل قرن بیستم آغاز شده است و دانشمندان به طور مستمر در حال پیگیری این مطالعات هستند اما اثرات عمیق و معجزه آفرین نانوتکنولوژی در روند تحقیق و توسعه(Research & Development)سبب شده است که نظر تمامی کشورها به سوی این فناوری جدید جلب شود و فناوری نانو را به عنوان یکی از مهمترین اولویت های تحقیقاتی کشور خویش در قرن جاری نیز معرفی کنند. به عنوان نمونه کشور ژاپن رقم اختصاص یافته برای تحقیقات در زمینه فناوری نانو را در سال های اخیر دو برابر افزایش داده و این رقم در کشور آمریکا در حدود۳‎/۷بیلیون دلار برآورد شده است. نانوتکنولوژی می تواند برای توسعه مواد در اندازه های کوچک بهسازی، کنترل و انتقال محموله، شناسایی آلودگی و ابداع نانو ابزارهایی برای زیست شناسی سلولی و مولکولی مورد استفاده واقع شود. این تکنولوژی شامل ابداع، استفاده از مواد آلی و غیرآلی در مقیاس نانو است. نانو تکنولوژی نوید بخش روش هایی برای طراحی نانو مواد است و مواد ساخته شده با بهره گرفتن از فناوری نانو سازگار با ویژگی های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی هستند و توسط ساختارهای مولکولی و دینامیکی مشخص و از پیش تعیین شده ای کنترل می شوند، دراین تکنیک ها قبل از تشکیل فرآورده ژن ها دچار تغییر می شوند. دستکاری در پلیمرهای غذایی و مجموعه های پلیمری باعث بهبود کیفیت غذا و سلامتی بیشتر مصرف کنندگان می شود. نانوتکنولوژی می تواند موادی با ویژگی های خود جمع کن، خود التیام بخش و خودنگهدارنده تولید کند. صنعت لبنیات ،آبمیوه وصنایع دیگری که در حوزه ی صنایع غذایی قرار میگیرند ،یکی دیگر از مصرف کنندگان اصلی فرایند فیلتراسیون محسوب می شوند بطور مثال ،سیستم های اولترافیلتراسیون در تولید پنیر استفاده می شود .هم چنین از سیستم های فیلتراسیون در پاستوریزاسیون وهموژنیزاسیون نیز استفاده می شود. غذاهای نانو (Nano Food) یکی از مهمترین کاربردهای نانوتکنولوژی در صنایع غذایی است که براساس پیشرفت هایی که در سال های اخیر در این رشته حاصل شده است به وجود آمده. در این غذاها با بهره گرفتن از توانمندی نانوربات ها در تولید غذا برای انسان از طریق اکسیژن ، کربن و هیدروژن موجود در آب یا هوا بهره گرفته می شود و دیگر برای تولید غذا نیازی به مزارع کشاورزی و دامپروری نخواهد بود. این نانو غذاها با گردش خون در بدن به حرکت درآمده و عروق خونی را از بقایای چربی ها پاک می کند و این خود یکی از دلایل کاهش التهاب شرائین در بدن شده و احتمال بروز سکته های قلبی را بشدت کاهش می دهد. همچنین نانو غذاها این توانمند ی را دارند که با توجه به شخصیت مصرف کننده غذا، رنگ، طعم و مواد مغذی غذا را تغییر دهند. با بهره گرفتن از فناوری نانو انسان قادر خواهد بود که رشد گیاهان را بدون محدودیت خاک، مزرعه و آب انجام دهد و دنیای بدون قحطی و کمبود مواد غذایی را برای همه فراهم کند. نانو تکنولوژی بیش از ۱۳۵ نوع کاربرد در صنایع غذایی دارد. معمولاً نانوتکنولوژی به عنوان روشی مدرن برای دستکاری در مواد غذایی مورد توجه واقع می شود، این دستکاری در مواد غذایی علاوه بر مزایای یاد شده فوق، دارای مضراتی نیز هست. به عنوان مثال بر اساس فرضیهGorg Gooاین احتمال وجود دارد که این نانوفناوری ها زمانی خارج از کنترل انسان درآید(Augustin et al., 2009).
کاربردهای فناوری نانو در غذا و صنایع غذایی را می توان به ۶ گروه تقسیم کرد:
۱- فرآیندهای غذایی
۲- سلامت غذا
۳- تولید غذا
۴- بسته بندی
۵- نگه داری غذا
۶- بهبود طعم و رنگ غذا
در بخش نگهداری غذا، فناوری نانو می تواند با جابه جا کردن سطح پوشش مواد از ورود هر نوع میکروارگانیسم یا میکروب به غذا جلوگیری کرده و سبب ضد عفونی شدن سطوح غذاها شود، به علاوه با بهره گرفتن از نانو حفره ها می توان از خراب شدن مواد بی ثباتی مانند آنتی اکسیدان های حساس از جمله ویتامین هایA، D، E، K و «امگا ۳» جلوگیری به عمل آورد و همچنین در شناسایی و طراحی ساختمان آنزیم ها، کنترل متابولیسم آنزیم ها توسط تغییر در ساختمان و افزودن ذرات فعال به مواد غذایی از آن بهره گرفت. در بخش تولید می توان هم در صنعت کشاورزی و هم در ابداع روش های جدید برای تولید غذا مانند به کارگیری نانوسنسورها در شناسایی آفت ها، آنتی بیوتیک ها و ژن های مختلف گیاهان و همچنین تولید آفت کش های بی خطر و نیز کاهش اثرات منفی آفت کش های موجود از این فناوری بهره گرفت، به علاوه می توان با سنتز مواد تغذیه ای در گروه های غذایی مورد نیاز طعم دهی، ترکیبات و پیوند آنزیم ها را به هم ریخته و به تولید مواد جدید غذایی با طعم ها و رنگ های مختلف دست یافت.هم اکنون برخی از شرکت ها در حال کار بر روی طراحی زبان الکترونیکی هستند که شامل آرایه ای از حسگرهای مایع به همراه فناوری تشخیص الگویی است که قادر به تشخیص طعم های ویژه و مجزا می باشد. از مهم ترین کاربردهای این زبان، آزمون چشایی نوشیدنی ها، چشیدن مواد شیمیایی در حد مولکول است. این حسگر در بسته بندی گوشت و فرآورده های گوشتی به کار گرفته می شود و قادر به تشخیص اولین نشانه های فساد در مواد غذایی است و با تغییر رنگ، فساد ماده غذایی را هشدار می دهد.
از دیگر نمونه های تولیدی این حسگرها، نانوبارکدها هستند که مدل مولکولی بارکدهای سنتی است و شامل نانوذرات فلزی می باشد که اثر انگشت شیمیایی قابل شناسایی و خاصی دارد و می تواند از طریق ماشین هایی که برای این منظور طراحی شده است، تشخیص داده شود. این قبیل از بارکدها می تواند برای حفاظت از مارک و ارزیابی غذاهایی که در حالت عادی نمی توان بارکد بر روی آنها چسباند، استفاده می شود.
در چند سال گذشته، تأثیر عمیق فناوری نانو در صنایع غذایی و بسته بندی محصولات غذایی رشد چشمگیری داشته است و هم اکنون بیش از ۳۰۰ فرآورده نانوغذایی در بازار محصولات خوراکی موجود است. این موفقیت منجر به سرمایه گذاری فراوانی در زمینه تحقیق و توسعه در نانوغذاها شده است. امروزه فناوری نانو یک قضیه لازم الاجرا در صنایع غذایی است و هر شرکتی که بخواهد در این زمینه پیشتاز باشد، ناگزیر به سرمایه گذاری در فناوری نانو است. هم اکنون حدود ۳۰۰شرکت در سراسر دنیا در حال تولید نانوغذاها هستند که کشور آمریکا بیشترین درصد را به خود اختصاص داده است و سپس کشورهای ژاپن و چین در این زمینه فعالند. بر طبق پیش بینی های انجام شده، تا ۴ سال آینده قاره پهناور آسیا با دارا بودن بیش از ۵۰ درصد جمعیت جهان بزرگترین مصرف کننده نانوغذاها خواهد بود و در این میان کشور چین را می توان گسترده ترین بازار مصرف نامید.پیشرفت های چشمگیر در رمزگشاییDNAمحصولات کشاورزی و گیاهی صنایع را قادر به پیش بینی، کنترل و بهبود محصولات کشاورزی کرده است که تلفیق این فناوری با فناوری دستکاری در مولکول ها و اتم های موجود در مواد غذایی و گیاهی، روشی را در اختیار صنایع غذایی می گذارد تا غذاهایی با قابلیت بیشتر و هزینه کمتر را طراحی و در اختیار مصرف کنندگان نهایی قرار دهند.(Sozer et al., 2009Weiss et al., 2006)
۱-۳۲-اهداف:
هدف اصلی :سنتز نانو ذرات سلولز کونژوگه شده با طلا و بررسی قابلیت جذب سم دیازینون توسط آن.
اهداف ویژه:
کونژوگاسیون نانو ذرات سلولز با طلا
شبیه ساز رایانه‌ای جذب دیازینون توسط نانو ذرات کونژوگه شده
بررسی فرایند جذب دیازینون توسط نانو ذرات کونژوگه شده در شرایط واقعی یعنی داخل ماده غذایی
بررسی فرایند جذب دیازینون توسط نانو ذرات کونژوگه شده در شرایط زمان و دما وpH
۱-۳۳-سوالات
آیا می‌توان نانوذرات سلولز را با فلز طلاکونژوگه نمود؟
آیا نرم افزار شبیه ساز می‌تواند جذب دیازینون توسط نانوذرات کونژوگه شده را نشان دهد؟
آیا فرایند جذب دیازینون توسط نانوذرات کونژوگه تابعی از زمان و دما و pH می باشد؟