مروری بر فناوری نانو
طبق تعریف، فناوری نانو، دستکاری مواد و خواص آن‌ها در مقیاس نانو، به طور معمول در محدوده اندازه 1 تا 100 نانومتر (nm) است. با تبدیل مواد به مقیاس نانو، مساحت سطح زیادی ایجاد می‌شود که ویژگی‌های فیزیکی مانند خواص مغناطیسی، نوری یا الکتریکی را افزایش می‌دهد. به دنبال پیشرفت علم در کنار فناوری نانو، پژوهشگران پیش‌بینی می‌کنند تأثیر این فناوری بر صنعت ساخت و خدمات در بخش‌های مختلف بسیار گسترده خواهد شد. تخمین زده می‌شود در سال ۲۰۲۰، در صنعت مواد غذایی و نوشیدنی تنها در ایالات‌متحده، ارزش خالص بازار فناوری نانو 20.4 میلیارد دلار خواهد بود.
چگونه از فناوری نانو برای نوشیدنی‌ها استفاده می‌شود؟
فناوری نانو به طور گسترده در صنعت نوشیدنی برای اهداف مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. یکی از رایج‌ترین کاربردهای فناوری نانو در نوشیدنی را می‌توان در تصفیه و خالص‌سازی آب یافت. یکی دیگر از کاربردهای فناوری نانو در نوشیدنی‌ها، نانوامولسیون است که می‌توان آن را در بسیاری از نوشیدنی‌های غیر الکلی استاندارد، آب غنی‌شده، آب‌میوه و یا محصولات لبنی یافت.
بهبود کیفیت آب
دسترسی گسترده به آب پاک برای حفظ سلامت جهانی و توسعه کلی جمعیت در حال رشد، ضروری است. متاسفانه، عوامل متعددی در کمبود آب تمیز و پاک در سراسر جهان سهیم هستند، از جمله افزایش تقاضا به دلیل افزایش تصاعدی جمعیت و تغییر آب و هوا، که باعث خشکسالی و نفوذ شورآب به مناطق ساحلی شده‌است. آلودگی آب، می‌تواند به صورت آلاینده‌های طبیعی، از جمله میکروارگانیسم‌های بیماری‌زا و مواد شیمیایی سنتزی مثل فلزات سنگین رخ دهد و ایمنی آب را در بسیاری از نقاط جهان تهدید کند.
به طور کلی، تخمین زده می‌شود این عوامل باعث شود بیش از ۶۵۰ میلیون نفر در سراسر جهان به آب سالم دسترسی نداشته باشند. علاوه بر کمبود آب، کیفیت پایین آب و عدم وجود سیستم‌های بهداشتی مناسب منجر می‌شود هر دو دقیقه یک کودک زیر پنج سال از بیماری‌های اسهال قابل پیشگیری از دنیا برود.
علی‌رغم این مشکلات جهانی، فرصت‌های بیشماری وجود دارد که در آن‌ها فناوری نانو می‌تواند بهره‌وری تصفیه و استفاده مجدد از آب را برای بهبود کیفیت منابع آب در سراسر جهان افزایش دهد. به عنوان مثال، پوشش دانه‌های ماسه‌ای، که اغلب به تنهایی برای حذف کلوئیدها و سایر مواد جامد معلق (مانند باکتری‌ها) از منابع آب استفاده می‌شود، با مگنتیت در مقیاس نانو، ظرفیت جذب شن را افزایش می‌دهد و هر گونه ریزدانه مگنتیت که ممکن است در هنگام فرآیند فیلتراسیون استفاده شود را جدا می‌کند.
فناوری نانو همچنین با موفقیت برای ضد عفونی کردن منابع آب از طریق اکسیداسیون فوتوکاتالیستی استفاده شده است. علاوه بر این، نانو فوتوکاتالیست‌ها را می‌توان در این فرآیند اکسیداسیون پیشرفته گنجانید تا جذب آلاینده‌های آلی را در نزدیکی سایت‌های فوتوکاتالیستی افزایش دهد. این کار باعث افزایش گزینش‌پذیری فرآیند تصفیه آب می‌شود در حالی که به طور همزمان کارایی استفاده از گونه‌های اکسیژن واکنش‌پذیر (ROS) را نیز بهبود می‌بخشد.
نانوامولسیون‌ها در نوشیدنی
نانوامولسیون را می‌توان به عنوان سوسپانسیون کلوئیدی در محدوده اندازه ۵۰ تا حداکثر ۱۰۰۰ نانومتر تعریف کرد. هر نوشیدنی حاوی قطرات کوچک روغن پراکنده شده در سراسر نوشیدنی را می‌توان به عنوان امولسیون نوشیدنی دسته‌بندی کرد. با این حال، هنگامی که این بخش از قطرات روغن در محدوده مقیاس کم‌تر از ۱۰۰ نانومتر باشند، به عنوان نانوامولسیون طبقه‌بندی می‌شوند.
نانوذرات لیپید به طور فزاینده‌ای در نانوامولسیون‌ها به عنوان سیستم‌های محافظ رهایش برای اجزای مختلف نوشیدنی، از جمله طعم‌دهنده‌ها، رنگ‌ها، آنتی‌اکسیدان‌ها، مواد مغذی و غذاداروها (nutraceuticals) استفاده می‌شوند. در مقایسه با سایر عوامل امولسیون‌ساز (emulsifying) بالقوه، نانوذرات لیپید از این اجراء در برابر تخریب ناخواسته محافظت می‌کنند در حالی که همزمان فراهمی زیستی و یا عملکرد آن‌ها را نیز افزایش می‌دهند.
نانوذرات لیپید همچنین پایداری فیزیکی اجزای کپسوله‌شده را افزایش می‌دهند که در غیر این صورت در برابر جداسازی و تجمع گرانشی آسیب‌پذیر خواهند بود. برخی از نمونه‌های نانوذرات لیپیدی که می‌توانند برای این اهداف مورد استفاده قرار گیرند عبارتند از؛ مایسل‌ها، وزیکول‌ها، قطرات روغن و کریستال‌های چربی، که در صورت استفاده برای نانوامولسیون همه آن‌ها می‌توانند در ترکیب، ساختار و قطر متفاوت باشند.
بهبود بهداشت نوشیدنی‌ها
فناوری نانو علاوه بر استفاده در سیستم‌های خالص‌سازی و تصفیه آب، به طور گسترده در سراسر صنعت نوشیدنی به کار گرفته می‌شود تا ایمنی بهداشت نوشیدنی‌ها را قبل از توزیع به مصرف‌کنندگان تضمین نماید. برای مثال، محصولات لبنی pH خنثی و فعالیت آبی (water activity) بالایی دارند که محیط مناسبی برای رشد میکروبی ایجاد می‌کنند. محصولات لبنی باید از نظر وجود عوامل بیماری‌زای مختلف مورد آزمایش قرار گیرند، که می‌توان آن‌ها را از طریق واکنش زنجیره‌ای پلیمراز (PCR)، روش‌های طیف‌سنجی و تکنیک‌های چندحسی (multisensory) مورد سنجش قرار داد.
نانوذرات طلا و نانوذرات مغناطیسی در سیستم‌های طیف سنجی رامان ارتقاء یافته سطحی (SERS) گنجانده شده‌اند تا بر برخی از محدودیت‌های این روش‌ها غلبه نمایند. چنین پیشرفت‌های فناورانه‌ای باعث شده است که آزمایش‌های پاتوژن شیر سریع‌تر انجام شود و حساسیت آزمایش افزایش یابد تا ایمنی مصرف‌کنندگان تضمین شود.