محصول تازه و سالم در یک بسته بندی مناسب
از آنجا که آلودگی غذایی بیشتر در سطح مواد غذایی رخ می‌دهد، بسته بندی مواد غذایی نقش مهمی در جلوگیری از فساد و رشد میکروارگانیسم‌های بیماری‌زا دارد. بیماری‌های ناشی از مصرف غذاهای آلوده به عوامل بیماری‌زا تأثیر زیادی در اقتصاد و بهداشت عمومی در سراسر جهان دارد.
مراکز کنترل و پیشگیری از بیماری‌های ایالات متحده تخمین می‌زند که هر ساله از هر 6 نفر 1 نفر در ایالات متحده بیمار می‌شود، 128000 نفر در بیمارستان بستری می‌شوند و 3000 نفر به دلیل بیماری‌های ناشی از مصرف غذا می‌میرند. از آنجا که بیشتر محصولات تازه به صورت خام خورده می‌شوند و حداقل فرآوری را دارند، آلودگی با عوامل بیماری‌زا یک خطر جدی است.
این آلودگی می‌تواند قبل یا بعد از برداشت رخ دهد. منابع قبل از برداشت شامل خاک، آب آبیاری، حشرات، کود کمپوست ناکافی و حیوانات وحشی یا اهلی است. آلودگی بعد از برداشت مربوط به دست‌زدن و آماده سازی مانند برش یا پوست کندن محصولاتی است که به بافت‌های آن‌ها آسیب می‌رساند، مواد مغذی آزاد می‌شود و رشد میکروارگانیسم‌ها را تسهیل می‌کند. تخمین‌زده می‌شود که به دلیل فعالیت میکروبی، 25 درصد از کل مواد غذایی تولید شده پس از برداشت از بین برود.
عملیات بسته بندی مواد غذایی
از آنجا که آلودگی مواد غذایی بیشتر در سطح مواد غذایی رخ می‌دهد، بسته بندی مواد غذایی نقش مهمی در جلوگیری از رشد میکروارگانیسم‌ها دارد، بنابراین ایمنی را افزایش می‌دهد و کیفیت مواد غذایی بسته بندی شده را حفظ می‌کند. هدف اصلی بسته بندی محافظت از مواد غذایی در محیط و حفظ آن‌ها در شرایط مناسب هنگام حمل، توزیع و نگهداری است. بسته بندی مواد غذایی باعث می‌شود غذاها از محل تولد خود با خیال راحت انتقال پیدا کنند و در زمان مصرف همچنان سالم باشند. با این حال، بسته بندی مواد غذایی باید تعادل محافظت از غذا را با سایر موارد مانند تأثیر بر محیط زیست حفظ کند.
انواع اصلی بسته بندی که در حال حاضر مورد استفاده قرار می‌گیرند از منابع غیر قابل تجدید نفت، از جمله مواد پلاستیکی غیر قابل تجزیه زیستی تهیه می‌شوند. حجم پلاستیک‌های دور انداخته شده سالانه مسئله قابل توجهی برای دفع زباله ایجاد می‌کند. 37 درصد پسماند جامد شهری از 179.6 میلیون تن در سال 1988 به 245.7 میلیون تن در سال 2005 به دلیل بسته بندی پلاستیکی افزایش یافته است. بسته بندی بیشترین مقدار زباله تولید شده را با 31.2 درصد تشکیل می‌داد. بسته بندی مواد غذایی به تنهایی تقریباً دو سوم کل مواد زائد بسته بندی را از نظر حجم تشکیل می‌دهد.
بنابراین، بسته بندی مواد غذایی به تلاش کاهش زباله تبدیل شده است زیرا مدیریت صحیح پسماندها برای محافظت از سلامت انسان و محیط زیست مهم است. اگرچه برخی از مواد قابل بازیافت هستند، اما بسیاری از مواد مبتنی بر پلیمر مصنوعی در محل دفن زباله یا در محیط قرار می‌گیرند. برای رفع برخی از این مشکلات، تحقیقات قابل توجهی برای به دست آوردن مواد بسته بندی مواد غذایی سازگار با محیط زیست انجام شده است.
در چند سال گذشته، این تحقیق با هدف تولید مواد مشتق شده از گیاهان انجام شده است که مزیت اصلی آن‌ها تجزیه بیولوژیکی آن‌ها است. فیلم‌های زیست تخریب پذیر به عنوان جایگزین بسته بندی مواد غذایی برای بهبود کیفیت و ایمنی محصولات غذایی پیشنهاد شده است. این فناوری از غذاها در برابر کمبود آب محافظت می‌کند و به عنوان یک سد گازی با محیط اطراف عمل می‌کند و باعث ماندگاری مواد غذایی می‌شود.
گزینه‌های جدید برای بسته بندی مواد غذایی
چندین مطالعه نشان داد که تأثیر نشاسته برای بسته بندی مواد غذایی برای حفظ کیفیت غذا در برابر میکروارگانیسم‌ها است. نشاسته به دلیل هزینه نسبتاً کم، مزایای پلیمریزاسیون طبیعی، در دسترس بودن مواد اولیه فراوان و تجزیه سریع زیست، سریع‌ترین ماده خام در کشاورزی است. نشاسته مشتق شده از سیب‌زمینی، ذرت، گندم، برنج و کاساوا به طور مکرر برای تولید و خصوصیات فیلم‌های خوراکی مبتنی بر نشاسته مورد بررسی قرار گرفته است.
سیب‌زمینی شیرین (SP) یک سبزی ارزان قیمت و در دسترس است که به دلیل ارزش غذایی زیاد در بسیاری از مناطق جهان کشت می‌شود. در 15 سال گذشته، صنعت سیب‌زمینی شیرین ایالات متحده رشد چشمگیری داشته است. در سال 2014، کارولینای شمالی 53 درصد از کل SP تولید شده در این کشور را تولید کرد. برنامه‌های کاربردی فن‌آوری از نشاسته خواص مکانیکی محدود خود را در مقایسه با پلیمرهای مصنوعی معمولی توجه به خواص آب دوست نشاسته را نشان داد.
نشاسته به خودی خود جایگزین مناسب و گسترده‌ای برای بسته بندی مواد غذایی معمولی نیست، اما دانشمندان در حال کشف روش‌هایی برای ترکیب نشاسته با مواد جدید برای بهبود پتانسیل آن به عنوان بسته بندی مواد غذایی هستند. نانوکامپوزیت‌های بیوپلیمر-رس رده جدیدی از مواد با ویژگی‌های مکانیکی بالقوه بهبود یافته هستند. این کامپوزیت‌ها با افزودن مقادیر کم نانو رس به ماتریس بیوپلیمر تهیه می‌شوند. افزودن ذرات در مقیاس نانو به نشاسته می‌تواند سینتیک تبلور، مورفولوژی بلوری، اشکال بلوری و اندازه بلور را تغییر دهد. در نتیجه، این ذرات ممکن است خواص مکانیکی و سدی نشاسته را بهبود ببخشند.
مونتموریونیت (MMT) متداول‌ترین رس طبیعی است که در بسیاری از سیستم‌های نانوکامپوزیتی استفاده می‌شود. محبوبیت نانوذرات MMT در کاربردهای تماس با مواد غذایی از کم هزینه بودن، اثربخشی و پایداری بالا ناشی می‌شود. ضخامت متوسط نانوذرات حدود 1 نانومتر و ابعاد جانبی متوسط آن از چند دهم نانومتر تا چند میکرون است. از ترکیب MMT در ماتریس‌های نشاسته برای افزایش خواص مکانیکی و مانع استفاده شده است. در برخی مطالعات، ایمنی مواد بسته بندی ساخته شده با نانو ذرات مورد بررسی قرار گرفت.
خطر اصلی قرار گرفتن در معرض بسته بندی نانو رس از طریق مهاجرت ذرات نانو یا سایر مواد از بسته بندی‌ها به مواد غذایی است که بلعیده می‌شوند. مطالعات نشان داده است که سبزیجات در تماس با فیلم‌های نانوکامپوزیتی رس / نشاسته هیچ تغییری در محتوای آهن یا منیزیم خود نشان نمی‌دهند.
علاوه بر این، فیلم‌های نانوکامپوزیت وسیله نقلیه بسیار خوبی برای ترکیب طیف گسترده‌ای از مواد افزودنی مانند آنتی اکسیدان‌ها و عوامل ضد میکروبی هستند. اثر این افزودنی‌ها ممکن است در بهبود کیفیت و ایمنی مواد غذایی باشد. فعالیت‌های ضد باکتریایی فیلم‌ها تا حدی توسط میزان انتشار عوامل ضد باکتری تعیین می‌شود. سرعت انتشار بسیار کند و رشد میکروبی به اندازه کافی مهار نمی‌شود، بیش از حد سریع آزاد می‌شوند و مهار آن‌ها پایدار نیست. از نانو رس به طور بالقوه می توان برای کنترل میزان انتشار مواد ضد میکروبی از مواد فیلم استفاده کرد.
در حال حاضر، مصرف کنندگان نسبت به خطرات احتمالی سلامتی مرتبط با مصرف مواد افزودنی مصنوعی در محصولات غذایی برای نگهداری و سایر کاربردها آگاهی بیشتری دارند. در واقع، تغییر جهت ترکیب مواد ضد میکروبی در بسته بندی به جای افزودن مستقیم آن‌ها به محصولات غذایی، تمرکز قابل توجهی در تحقیقات بسته بندی بوده است.
چندین ماده ضد میکروبی طبیعی در بسته بندی مواد غذایی مانند روغن‌های ضروری گیاه، نیسین و کیتوزان (بیوپلیمر طبیعی استخراج شده از پوسته‌های سخت پوستان) گنجانده شده است. با این حال، نیسین دارای طیف محدودی از فعالیت است، باکتری‌ها و قارچ‌های گرم منفی را مهار نمی‌کند و فقط در pH پایین مؤثر است. نگرانی در مورد آلرژی‌زایی کیتوزان موجود در بسته بندی وجود دارد.
اسانس آویشن (TEO) ارزیابی شده و به طور مؤثری فعالیت ضد میکروبی را در برابر میکروارگانیسم‌های بیماری‌زا به نمایش گذاشته است. دانشمندان دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی یک فیلم نانوکامپوزیتی قابل تجزیه برای بسته بندی مواد غذایی ایجاد کردند که شامل TEO و نانو پرکننده‌های MMT زیست تخریب پذیر در نشاسته سیب‌زمینی شیرین (SPS) برای رسیدگی به مسائل ایمنی مواد غذایی، تأثیرات زیست محیطی و پایداری کشاورزی است.
خصوصیات فیزیکی-مکانیکی و سد فیلم مشخص شد. سپس فعالیت ضد باکتریایی فیلم ساخته شده در طی 8 روز نگهداری در یخچال در برابر دو عامل بیماری‌زای ناشی از مواد غذایی (سالمونلا و E. coli) بر روی برگ‌های اسفناج نوزاد تلقیح شده آزمایش شد. نتایج نشان داد که ترکیب MMT و TEO در فیلم SPS قابلیت حلالیت آب و نفوذ پذیری بخار آب را بیش از 50 درصد بهبود می بخشد.
از آنجا که عملکرد اصلی بسته بندی مواد غذایی جلوگیری یا به حداقل رساندن انتقال رطوبت بین غذا و جو اطراف است، نفوذ پذیری بخار آب باید تا حد ممکن کم باشد تا محیط بسته بندی مواد غذایی بهینه شود و به طور بالقوه ماندگاری محصول افزایش یابد. به طور کلی، این مطالعه نشان می‌دهد که SPS همراه با TEO ممکن است یک راه حل مناسب برای حذف مواد زائد پلاستیکی بسته بندی مواد غذایی ارائه دهد و پتانسیل بالایی را برای استفاده به عنوان بسته بندی فعال نشان می‌دهد.
