پلیمر های خوراکی

دسته: مقالات منتشر شده در 29 فروردين 1401
نوشته شده توسط Admin بازدید: 1181

پلیمرهای خوراکی: چالش ها و فرصت ها

پلیمرهای خوراکی به دلیل مزایایی همچون استفاده بعنوان مواد خوراکی، در مقایسه با پلیمرهای مصنوعی بسیار مورد توجه قرار گرفته اند که می تواند به کاهش آلودگی محیط زیست کمک کند. پلیمرهای خوراکی عملآ می توانند بازیافت مواد را بهبود بخشیده و به دلیل زیست سازگار بودن شان، می توان آنها را جایگزین پلیمرهای مصنوعی کرد. همچنین از کاربردهای صنعتی من جمله دارو رسانی و مهندسی بافت برخوردار هستند. یک پلیمر هیدروژل مصنوعی امکان توسعه فیلم ها، پوشش ها، پلت های قابل اکسترود و نانو پلیمرهای مصنوعی به ویژه در حوزه پزشکی، کشاورزی و صنعت را فراهم می کند. علاوه براین، فناوری پلیمر خوراکی به صنایع غذایی کمک می کند تا محصولات جالب و با کیفیتی تولید کنند. مواد خوراکی جدید از منابع متعددی حاصل می شوند که به طور معمول بعنوان مواد دور ریختنی محسوب می شوند. هدف از این مقاله ارائه یک بررسی جامع از پلیمرهای خوراکی با بیان منبع اصلی آنها، خواص و کاربردهای بالقوه شان است.

 

نیاز روزافزون به تولید محصولات غذایی آماده با کیفیت عالی و ماندگاری بالا به گسترش فناوری های فرآوری جدید کمک می کند تا از عدم تغییر خواص و ظاهر طبیعی این محصولات به طور قابل ملاحظه ای اطمینان حاصل شود. بسته بندی مواد غذایی به کاهش ضایعات کمک کرده و این چیزی است که اکثر ما آن را می پسندیم. پلیمرهای خوراکی نوعی مواد پلیمری قابل مصرف برای انسان یا دیگر جانداران هستند و تأثیر منفی بر سلامتی آنها ندارند. از این پلیمرها ممکن است برای حفظ کیفیت و ماندگاری محصول استفاده شود. دلایل متعددی برای بررسی پلیمرهای خوراکی وجود دارد که یکی از آنها تولید محصولات غذایی جدید با کیفیت و سالم است. پوشش های خوراکی عملآ سرعت انتقال اجزای مولکولی محصول را از داخل به بیرون از بسته بندی کنترل کرده و ممکن است واکنش های نامطلوب را که موجب تغییرات نامطلوبی در مواد غذایی می شوند را نیز کاهش دهند. عملکرد پلیمر خوراکی همچنین با خواص انتقال تودۀ آنها تعیین شد. تکنولوژیست ها سیستم های دارورسانی داروی ایمپلنت ساخته شده از بیوپلیمرهای قابل جذب که مقادیر دقیقی از عوامل درمانی را به تدریج در طول زمان آزاد می کنند، توسعه داده و فرموله می کنند. امتزاج های دارویی پلیمر بعنوان محصولات نانوپزشکی در تشخیص و درمان سرطان کاربرد داشتند. پلیمرهای طبیعی می توانند منبع جایگزینی برای توسعه بسته بندی باشند زیرا از قابلیت زیست تخریب پذیری و ماندگاری بالا برخوردار هستند. پلیمرهای خوراکی بعنوان جایگزین پلاستیک مصنوعی برای کاربردهای غذایی به بازار وارد شدند و در سال های اخیر به دلیل مزایایی که نسبت به پلیمرهای مصنوعی داشتند، مورد توجه قرار گرفتند. مزیت اصلی پلیمرهای خوراکی نسبت به مواد مصنوعی سنتی این بود که می توان آنها را با دیگر محصولات به کار برد. پلیمرهای خوراکی منحصرآ از مواد تجدید پذیر و خوراکی تولید می شوند و با این حال، پیش بینی می شود که سریع تر از سایر مواد پلیمری تجزیه شوند.

 

اگر غذاهای بسته بندی شده حاوی اجزای مختلفی مانند طعم دهنده ها، رنگ ها و شیرین کننده ها باشد، پلیمرهای خوراکی می توانند خواص ارگانولپتیک آنها را افزایش دهند. استفاده از آنها بر اساس پلیمرهای طبیعی و مواد افزودنی به طور مستمر در صنایع غذایی و پزشکی رو به افزایش است. پلیمر خوراکی را می توان با انواع محصولات طبیعی مانند پلی ساکاریدها، پروتئین ها و لیپیدها با افزودن نرم کننده ها و سورفکتانت ها تولید کرد. عملکرد این پلیمرها عمدتآ به خواص مانع، مکانیکی و رنگ آنها بستگی دارد که آنها هم به نوبۀ خود به ترکیب فیلم و فرایند شکل گیری آن بستگی دارند. علاوه براین، پلیمرهای خوراکی بعنوان حامل برای عوامل ضد میکروبی و آنتی اکسیدان عمل می کنند. تولید این پلیمرها باعث کاهش میزان پسماند و حتی آلودگی می شود. با این حال، نفوذپذیری و خواص مکانیکی آنها به طور کلی ضعیف تر از پلیمرهای مصنوعی بود. در حال حاضر، سالانه حدود 150 میلیون تن پلاستیک در سراسر جهان تولید می شود و در مقابل، تولید و مصرف آنها رو به افزایش است. پلیمرهای خوراکی و زیست تخریب پذیر بایستی بعنوان جایگزین مناسبی برای بازیافت سنتی در نظر گرفته شوند و این امر محققان را به سنتز پلیمرهای جدیدی ترغیب کرده است که می توانند پس از بازیافت، به چرخه بیولوژیکی بازگردانده شوند. بنابراین، استفاده از پلیمرهای کشاورزی که زیست تخریب پذیر هستند، نه تنها این مشکلات را حل می کند بلکه زمینۀ جدیدی از کاربرد آنها را فراهم می کند. مواد نشاسته ای در بسته بندی مواد غذایی به دلیل زیست تخریب پذیری، دسترسی آسان، کم هزینه بودن، حساسیت زا نبودن و قابل پردازش بسیار مورد توجه هستند. مؤلفه های بکار رفته در تهیۀ پلیمرهای خوراکی به چهار دسته تقسیم می شوند: هیدروکلوئیدها، پلی پپتیدها، لیپیدها و کامپوزیت ها. با توجه به شکل 1، فیلم هیدروکلوئیدی دارای خواص مانع خوبی از اکسیژن، دی اکسید کربن و لیپیدها است؛

 

شکل 1:

 Common structure of lipids

 

نه بخار آب (شکل زیر).

 

شکل 2:

Common structure of hydrocolloids 

 

با توجه به جداول زیر، اکثر پلیمرهای هیدروکلوئیدی دارای خواص مکانیکی فوق العاده ای هستند.

 

جدول 1:

 Tensile strength and elongation at break properties of hydrocolloid polymers

 

جدول 2:

 Water vapor permeability WVP properties of different polymers

 

در این میان، پلیمرهای خوراکی با پایه پروتئین جذاب ترین پلیمرها بودند که در مقایسه با پلیمرهای لیپیدی و پلی ساکارید از خواص مانع گاز خوبی برخوردار هستند. خواص مکانیکی برخی از پلیمرهای پروتئین مانند پروتئین کلزا مخلوط شده با ژلاتین بهتر از پلیمرهای پلی ساکارید یا لیپیدی بود. پلیمرهای خوراکی پروتئینی در موقعیت های مختلف پیوند داشته و پتانسیل بالایی برای ایجاد پیوندهای متعدد ارائه می دهند. بر همین اساس، آنها تاکنون بیشتر بعنوان خوراک دام استفاده می شده اند و یا به دلیل نبود تکنیک های مناسب با قیمت پایینی فروخته می شدند.

 

استفاده از پلیمرهای خوراکی در بسیاری از محصولات غذایی همچنان رو به افزایش است. امروزه، روش جدید برای نگهداری مواد غذایی در صنایع غذایی استفاده از محصولات کشاورزی قابل بازیافت و تجدیدپذیر به منظور تولید بسته ها، فیلم های خوراکی و پوشش ها است. فناوری پلیمرهای خوراکی نقش مهمی در کشف دارو دارد و مسلمآ نیازهای درمانی را در آینده برطرف خواهد کرد. اکنون اثبات شده است که سیستم های دارورسانی واکسنی برای بیماران مناسب است زیرا به تجویز دوزهای تقویت کننده نیاز نداشته و یک درمان طولانی مدت با دوزهای کمتر را فراهم می کند. از سوی دیگر، واکسن های پلیمری خوراکی رویکرد مناسبی برای دارورسانی خوراکی فراهم می کنند. توسعه فناوری های جدید برای بهبود خواص دارورسانی پلیمری خوراکی در تحقیقات آینده به یک موضوع کلیدی بدل خواهد شد. در حال حاضر، اکثر مطالعات در حیطه صنایع غذایی در مقیاس آزمایشگاهی صورت می گیرد. با این حال، تحقیقات بایستی با هدف تجاری سازی محصولات پیش بروند. صنایع غذایی به دنبال پلیمرهای خوراکی بودند که بتوانند در مواد غذایی مختلف مورد استفاده قرار گیرند و ضمن افزایش ماندگاری آنها، به ارزش محصولات نیز بیفزایند. با افزودن مواد فعال (ضد میکروب ها، آنتی اکسیدان ها و مواد مغذی) به پلیمرهای خوراکی، خواص مکانیکی و حسی یا حتی عملکردی به طور قابل توجهی تحت تأثیر قرار می گیرند. با توجه به تحقیقات گستردۀ انجام شده، پلیمر خوراکی ممکن است با هدف افزایش ماندگاری مواد غذایی، کنترل انتقال مواد غذایی، بهبود خواص حسی، افزایش ارزش غذایی و جذابیت محصولات استفاده شود. در صورت جایگزینی پلیمرهای نفتی با بیوپلیمرها، می توان از بیوپلیمرهای خوراکی حاصل شده از مواد غذایی در صنایع غذایی استفاده کرد. در نتیجه، توسعه مداوم عملکرد و پردازش این مواد برای پیشرفت تجاری ضرورت دارد.