چالش ها و فرصت ها در تهیه پلیمرهای خوراکی
پلیمرهای خوراکی به دلیل مزایایی همچون قابلیت استفاده بعنوان مواد خوراکی نسبت به پلیمرهای مصنوعی، امروزه بسیار بحث برانگیز شده است. این امر می تواند به کاهش آلودگی محیط زیست کمک کند. پلیمرهای خوراکی عملاً می توانند دشواری ها را کاهش داده و در نتیجه، بازیافت پذیری مواد را در مقایسه با مواد سنتی تر غیرسازگار با محیط زیست بهبود بخشند و حتی ممکن است بتوانند جایگزین پلیمرهای مصنوعی شوند. ساخت پلیمر هیدروژل مصنوعی فرصت جدیدی را برای توسعه فیلم ها، پوشش ها، پلت های قابل اکسترود و نانوپلیمرهای مصنوعی در زمینه های پزشکی، کشاورزی و صنعتی ایجاد کرد. پلیمرهای خوراکی از مزایای منحصر به فردی در سیستم دارورسانی و مهندسی بافت برخوردار هستند. فناوری پلیمر خوراکی به صنایع غذایی کمک می کند تا محصولات جذاب تر و ایمن تری داشته باشند. مواد خوراکی جدید از بسیاری منابع طبیعی که معمولاً دور ریخته شده اند، به دست آمده اند. هدف از این مقاله ارائه مقدمه ای جامع از پلیمرهای خوراکی با بیان توضیحاتی از منشاء، خواص و کاربردهای بالقوه آنها است.
افزایش تقاضا برای محصولات غذایی با کیفیت بالا و آماده مصرف با ماندگاری طولانی به گسترش فناوری های جدید پردازش کمک می کند و از طرفی، توسعه این فناوری ها تضمین می کند که خواص و ظاهر طبیعی محصول تغییر زیادی نداشته باشد. بسته بندی مواد غذایی ضایعات خانگی زیادی به دنبال دارد و این چیزی است که اکثر ما آن را قبول داریم. پلیمرهای خوراکی مواد پلیمری هستند که می توانند به راحتی توسط انسان یا حیوانات در مقادیر مختلف از طریق حفره دهان بلعیده شوند؛ بدون اینکه سلامتی آنها را تهدید کنند. پلیمرهای خوراکی ممکن است برای حفظ کیفیت و پایداری محصول مورد نظر مستقیم روی سطح اعمال شوند. کیفیت نهایی پلیمر خوراکی مورد استفاده با بررسی خواص محصول نهایی و تغییر این خواص در طول فرایند تولید و ذخیره‌سازی تعیین می شود. دلایل مختلفی برای بررسی پلیمرهای خوراکی وجود داشت که یکی از آنها، معرفی دسته بندی های جدید محصولات غذایی مانند محصولات ایمن، راحت و با کیفیت بود؛ آنها از هدر رفتن مواد مغذی موجود در مواد غذایی جلوگیری می کنند. پوشش های خوراکی که سرعت انتقال اجزای مولکولی محصول را از داخل به بیرون بسته بندی کنترل می کنند، ممکن است واکنش های نامطلوب را که عامل ایجاد تغییرات نامطلوب در محصولات غذایی هستند، کند کنند. عملکرد پلیمرهای خوراکی با توجه به خواص انتقال انبوه آنها تعیین می شود. متخصصان و فناوران توانسته اند فناوری سیستم های دارورسانی ایمپلنت ساخته شده از پلیمرها با قابلیت جذب زیستی را ایجاد کرده و توسعه دهند که مقادیر مشخصی از دارو را به تدریج در طول زمان آزاد می کنند. ترکیبات دارویی پلیمری نانوداروهایی هستند که در تشخیص و درمان سرطان کاربرد دارند. پلیمرهای طبیعی به دلیل طعم مشخص و زیست تخریب پذیری می توانند بعنوان منبع جایگزین در توسعه صنعت بسته بندی استفاده شوند. پلیمرهای خوراکی نیز بعنوان جایگزین پلاستیک مصنوعی در کاربردهای غذایی وارد بازار شده و در سال های اخیر به دلیل مزایایی قابل توجهی که نسبت به پلیمرهای مصنوعی دارند، بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. مزیت اصلی پلیمرهای خوراکی نسبت به مواد مصنوعی سنتی این بود که می توان آنها را همراه با دیگر محصولات مصرف کرد؛ بسته بندی خاصی ندارد و حتی اگر فیلم های بسته بندی مصرف نشوند، باز هم می توانند به کاهش پسماندهای محیطی کمک کنند.
پلیمرهای خوراکی منحصراً از مواد تجدید پذیر و خوراکی تولید می شوند و بنابراین پیش بینی می شود که سریع تر از سایر مواد پلیمری در طبیعت تجزیه شوند. علاوه براین، می توانند خواص ارگانولپتیک مواد غذایی بسته بندی شده را افزایش دهند؛ مشروط بر اینکه آنها حاوی اجزای مختلفی مانند طعم دهنده ها، رنگ ها و شیرین کننده ها باشند. استفاده از آنها بر اساس پلیمرهای طبیعی و مواد افزودنی غذایی به طور مداوم 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 آنها عمدتاً به خواص بازدارندگی، مکانیکی و رنگی آنها بستگی دارد که به نوبه خود به ترکیب فیلم و فرآیند تشکیل آن وابسته است. محصولات غذایی معمولاً با غوطه وری یا اسپری پوشانده شده و یک لایه نازک روی سطح غذا تشکیل می دهند که بعنوان یک غشای نیمه تراوا عمل می کند که رطوبت را کنترل کرده و یا از انتقال گاز را جلوگیری می کند. پلیمر خوراکی همچنین بعنوان حامل عوامل ضد میکروبی و آنتی اکسیدانی عمل می کند. تولید پلیمر خوراکی باعث کاهش ضایعات و آلودگی کمتری می شود. با این حال، نفوذپذیری و خواص مکانیکی آنها به طور کلی ضعیف تر از پلیمر مصنوعی است. در حال حاضر، سالانه حدود 150 میلیون تن پلاستیک در سراسر جهان تولید می شود و تولید و مصرف آن همچنان رو به افزایش است. بیشتر این پلاستیک ها از فرآورده های نفت خام تهیه شدند و هر گونه افزایش در تولید آنها منجر به افزایش استفاده از نفت نیز می شود و این امر به دلیل هدر رفت و عدم تجزیه پلیمر آلودگی های زیست محیطی جدی را به دنبال دارد. پلیمرهای خوراکی و زیست تخریب پذیر بایستی بعنوان روشی جایگزین برای بازیافت سنتی در نظر گرفته شوند و این امر محققان را به سنتز پلیمرهای جدیدی که می توانند پس از مصرف به چرخه بیولوژیکی بازگردانده شوند، ترغیب کرده است. با این حال، استفاده از پلیمرهای کشاورزی که به راحتی قابلیت تجزیه زیستی را دارند، نه تنها این مشکلات را حل می کند بلکه فرصت جدیدی برای استفاده بالقوه از ضایعات کشاورزی را هم فراهم می کند. در صنعت بسته بندی مواد غذایی، مواد نشاسته ای به دلیل زیست تخریب پذیری، خوراکی بودن، دسترسی فراوان، کم هزینه، بدون حساسیت و حتی پردازش حرارتی آسان مورد توجه قرار گرفته اند. ترکیبات مورد استفاده در تهیه پلیمر خوراکی را می توان به چهار دسته دسته بندی کرد: هیدروکلوئیدها، پلی پپتیدها، لیپیدها و کامپوزیت ها. با توجه به شکل های زیر، فیلم های هیدروکلوئیدی از خواص بازدارندگی خوبی برای اکسیژن، دی اکسید کربن و لیپیدها برخوردار هستند (شکل 1) اما نه در برابر بخار آب (شکل 2).
شکل 1:
شکل 2:
اکثر پلیمرهای هیدروکلوئیدی همچنین دارای خواص مکانیکی فوق العاده ای هستند که برای مواد غذایی شکننده (ترد) بسیار مفید بودند. در این میان پلیمرهای خوراکی تهیه شده از پروتئین پر مصرف ترین و محبوب ترین نوع هستند که در مقایسه با پلیمرهای تهیه شده از لیپیدها و پلی ساکاریدها، خواص مانع گاز قابل توجهی دارند.
استفاده از پلیمرهای خوراکی در بسیاری از محصولات غذایی همچنان در حال توسعه است. استفاده از پلیمرهای خوراکی بعنوان حامل عوامل ضد میکروبی، طعم دهنده ها، آنتی اکسیدان ها، رنگ دانه ها، ویتامین ها، پروبیوتیک ها و مواد مغذی باعث ادامه تحقیقات در این زمینه می‌شود. امروزه استفاده از محصولات کشاورزی قابل بازیافت و تجدیدپذیر در تولید مواد بسته بندی، فیلم های خوراکی و پوشش ها بعنوان فناوری جدیدی در نگهداری مواد غذایی محسوب می شود. فناوری پلیمر خوراکی نقش پررنگی در کشف دارو ایفا می کند و حتی توانسته است درمان بیماران را نیز بهبود بخشد. حتی این پتانسیل را دارد که نیازهای درمانی در آینده را نیز برطرف کند. اکنون ثابت شده است که سیستم های دارورسانی واکسیناسیون در درمان بیماران مناسب هستند زیرا نیاز به تجویز دوزهای تقویت کننده را به حداقل می رسانند. از سوی دیگر، واکسن های تهیه شده از پلیمر خوراکی مسیر جدیدی را برای تحویل خوراکی واکسن ها باز می کنند. توسعه فنناوری های جدید با هدف بهبود خواص دارورسانی از طریق پلیمر خوراکی موضوع اصلی پژوهش های آینده خواهد بود. با این حال، به تحقیقات بیشتری با هدف ارائه اطلاعات دقیق تر نیاز است که تجاری سازی محصولات تهیه شده از پلیمرهای خوراکی را پوشش دهند. صنایع غذایی به دنبال پلیمرهای خوراکی هستند که بتوانند در طیف وسیعی از مواد غذایی کاربرد داشته و در عین افزایش عمر مفید محصولات شان، بتوانند ارزش افزوده آنها را هم بالا ببرند.
