مقدمه

با افزایش جمعیت جهان و افزایش فشارها بر محیط‌زیست، حجم وسیع ضایعات مواد غذایی، به یک چالش کلیدی بدل شده است که توجه بسیاری از محققین، دولتمردان و فعالان حوزه محیط‌زیست را به خود جلب نموده است. سازمان غذا و کشاورزی سازمان ملل، در این خصوص اعلام نموده که هر ساله، تقریباً یک‌سوم مواد غذایی تولید شده برای مصارف انسانی، از دست می‌رود. این میزان از ضایعات مواد غذایی، ضررهای اقتصادی فراوانی را به کشورهای مختلف تحمیل می‌کند، به‌طوری که بر اساس گزارشات موجود، ضرر و زیان جهانی ناشی از زباله‌های غذایی، بالغ بر 984 میلیارد دلار است.

اما چطور با مشکلی به این بزرگی مقابله کنیم؟ رویکردهای امکان‌پذیر زیادی برای مقابله با مسئله ضایعات مواد غذایی در سطح جهان وجود دارد که از نوآوری در بسته‌بندی مواد غذایی، تا به‌کارگیری فناوری نانو و روش‌های حمل‌ونقل هوشمند را در بر می‌گیرد. البته باید دقت داشت که هیچ راه‌حل ساده یا منفردی وجود ندارد. طیفی گسترده از فناوری‌ها در زمینه‌های مختلف، توسعه یافته‌اند تا با کاهش ضایعات مواد غذایی، فشارها بر محیط‌زیست را کاهش داده و ضرر و زیان ناشی از این پدیده را با توجه به نیاز مبرم برخی از مناطق جهان (مانند آفریقا) به مواد غذایی، رفع نمایند. در این نوشتار، سعی خواهد شد تا مروری بر فناوری‌های مختلف توسعه‌یافته برای رفع چالش زباله‌های غذایی داشته باشیم. گفتنی است، اغلب این فناوری‌ها از سوی استارت‌آپ‌ها و کسب‌وکارهای نوپای مبتنی بر فناوری‌های پیشرفته توسعه یافته‌اند. تلاش‌های کارآفرینان استارت‌آپی، روزنه امیدی برای حل این مشکل ایجاد نموده است.

بهبود فرآیندهای بهداشتی (ضدعفونی کردن)

یکی از راهکارهای مقابله با از بین رفتن مواد غذایی، ارتقاء شرایط بهداشتی آن است که فناوری‌های توسعه‌یافته از سوی شرکت استارت‌آپی «E-beam»، از آن جمله است. این شرکت نوپای سوئیسی، از پرتوهای الکترونی برای ضدعفونی کردن دانه‌ها و دیگر خوراک‌های خشک، استفاده می‌کند. با توجه به جذابیت این ایده، غول صنایع غذایی سوئیس، «Bühler»، اقدام به سرمایه‌گذاری در آن نموده و دو شرکت، در حال نصب و راه‌اندازی تسهیلات تولیدی در آلمان، برای آزمایش فناوری هستند.

یکی از جنبه‌های مهم این فناوری، این است که می‌تواند مواد غذایی را ضدعفونی نموده و عمر مفید آن‌ها را افزایش دهد، بدون این‌که آسیبی به ویژگی‌های اساسی، از جمله طعم و ارزش غذایی، وارد نماید. به‌عنوان مثال، با کاربرد این فناوری روی گشنیز، تنها کمی کاهش در روغن‌های ضروری گیاه اتفاق می‌افتد (تقریباً به میزان یک‌سوم روغنی که از طریق اصلاح با بخار از دست می‌رود).

راهکارهای مبتنی بر حمل‌ونقل هوشمند

یکی دیگر از چالش‌های مهم، آسیب مواد غذایی حین حمل‌ونقل آن‌ها است که با تمرکز بر این چالش، روش‌های مختلفی برای کاهش آسیب‌ها از طریق حمل‌ونقل هوشمند مواد غذایی، پدید آمده است. برای مثال، تیمی از آزمایشگاه علم و فناوری «Empa»، در حال کار بر روی این موضوع هستند. آن‌ها حس‌گرهایی را برای نظارت بر وضعیت حمل‌ونقل میوه‌ها از مزرعه تا فروشگاه، توسعه داده‌اند. این حس‌گرها دقیقاً شکل و ترکیب میوه را دارند تا در حد امکان، حوادثی که برای میوه پیش می‌آید را تجربه کنند. آن‌ها، بازخورد مداوم نسبت به دمای کانتینر دارند، چرا که کوچک‌ترین تغییرات هم می‌تواند عمر مفید میوه را تحت تأثیر قرار دهد. تمرکز بر روش‌های هوشمند حمل‌ونقل، می‌تواند خراب شدن میوه را به تأخیر انداخته و عمر مفید محصول را افزایش دهد.

نوآوری در بسته‌بندی مواد غذایی

به‌کارگیری بسته‌بندی‌های هوشمندانه‌تر برای مقابله با بحران ضایعات مواد غذایی، یکی دیگر از روش‌های مقابله با ضایعات مواد غذایی است. این رویکرد، می‌تواند به شکل‌های مختلف انجام گیرد که یکی از مهم‌ترین آن‌ها، بهبود خواص بسته‌بندی در نگهداری از مواد غذایی است. برای مثال، بسته‌بندی‌های هوشمند که می‌توانند با محیط‌زیست ارتباط برقرار نموده و نرخ زوال را کنترل کنند، امروزه از سوی شرکت‌های متعددی دنبال می‌شود.

یک مانع جدی بر سر راه توسعه فناوری‌های این‌چنینی، خطرات زیست‌محیطی بسته‌بندی‌های جدید است. اگر از مواد بسته‌بندی با نفوذناپذیری بالا استفاده کنیم، مواد غذایی در برابر آب، اکسیژن و عوامل بیماری‌زا محافظت می‌شوند، اما معمولاً این مواد، از منابع تجزیه‌ناپذیر تولید می‌شوند. بنابراین تنشی بین نیاز به کاهش اثرات زیست‌محیطی و بسته‌بندی برای محافظت از غذا، وجود دارد. ایجاد توازن میان این دو، مشکل بوده و یکی از مواردی است که محققان در حال کار و تحقیق برای رفع آن هستند.

یکی از استارت‌آپ‌هایی که بر این قضیه متمرکز شده است، «Aquapak Polymers» نام دارد که در سال 2017 میلادی، گستره‌ای از پلیمرهای انعطاف‌پذیر مبتنی بر پلی وینیل کلراید به نام «HydroPol» را مورد استفاده قرار داد. این مواد که از نفت به دست می‌آیند، هیچ‌گونه آسیب و زیان زیست‌محیطی ندارند. مواد فوق، به صورت کامل به طبیعت بازگشته و زیست‌تخریب‌پذیر محسوب می‌شوند. به گفته دکتر «جان ویلیامز»، مدیر توسعه کسب‌وکار شرکت: «هیدروپول نوعی پلاستیک غیرمعمول و آب‌دوست است که به همین دلیل، مواد غذایی کمتر در اثر عرق کردن، از بین می‌روند. بیشتر پلاستیک‌ها، یک‌بارمصرف هستند و ظرف مدت کوتاهی، تبدیل به زباله می‌شوند. هیدروپول تولیدی ما، بدون نیاز به تغییر در رفتار مصرف‌کننده، به‌طور قابل توجهی اثرات زیست‌محیطی بسته‌بندی‌های پلاستیک انعطاف‌پذیر را کاهش می‌دهد.»

نانو فناوری

یکی از روش‌های کلیدی و اثرگذار برای مقابله با چالش زباله‌های غذایی، استفاده از فناوری نانو است. این فناوری نوظهور که کاربردهای وسیعی در حوزه‌های مختلف، اعم از پزشکی، ساخت و تولید، ذخیره‌سازی انرژی و ... دارد، امروزه به یکی از اثرگذارترین حوزه‌های فناوری بدل شده است. یکی از کاربردهای ساده و ملموس نانو فناوری در زمینه ضایعات مواد غذایی، استفاده از نانوپوشش‌ها در بسته‌بندی مواد غذایی و یا استفاده از نانو مواد، در ساختار خود مواد غذایی است. برای مثال، نانوذراتی که می‌توانند به‌عنوان مانعی در برابر اکسیژن ،در بسته‌بندی‌های پلاستیکی عمل نمایند، کاهش نرخ فساد مواد غذایی را موجب می‌شوند و یا استفاده از نانوحس‌گرها که می‌توانند برای تشخیص باکتری‌ها و کاهش خطر آلودگی مورد استفاده قرار گیرند. از این منظر، می‌توان گفت که به‌کارگیری فناوری نانو، تا حدی با دیگر روش‌های اشاره شده در سطور پیشین متفاوت است، چرا که از آن، می‌توان در طیفی گسترده از کاربردها، اعم از بهبود خواص بسته‌بندی، ضدعفونی کردن مواد غذایی و حتی بهبود روش‌های حمل‌ونقل، استفاده نمود. بر این اساس، نانو فناوری یکی از ابزارهای اصلی برای مقابله با چالش زباله‌های غذایی به شمار می‌آید.

دکتر «جولیان مک کلمنتس»، استاد برجسته گروه علوم مواد غذایی در دانشگاه ماساچوست، در این باره می‌گوید: «حس‌گرهای مبتنی بر فناوری نانو، برای نظارت بر ایمنی و کیفیت مواد غذایی توسعه می‌یابند، به گونه‌ای که مصرف‌کننده بتواند در مورد زمان صرف غذا، تصمیمات آگاهانه‌تری بگیرد، به جای آن‌که تنها بر خرید بر اساس تاریخ‌ها تکیه کند. این حس‌گرها، می‌توانند به بسته‌بندی اضافه شوند. امروزه استفاده از موادی مانند نانوسلولز، در مواد تشکیل‌دهنده بسته‌بندی، کاملاً پذیرفته شده است و بقیه پلیمرها نیز ممکن است در آینده بکار گرفته شوند. البته تحقیقات بیشتری لازم است تا آن‌ها را بادوام، مقرون‌به‌صرفه و مقیاس‌پذیر سازد». یکی از مثال‌هایی که می‌توان برای بکارگیری نانوسنسورها در صنایع غذایی نام برد، تلاش محققین چینی، برای استفاده از سنسورهای پایه گرافنی برای تشخیص همزمان چندین میکروب و دیگر پاتوژن‌ها است که علاوه بر ایمنی غذایی، می‌تواند برای تشخیص گازها و مواد شیمیایی، به منظور بکارگیری در طیف وسیعی از کاربردها، استفاده شود.

یکی از پروژه‌هایی که از نانو فناوری برای مواد بسته‌بندی استفاده می‌کند، «NanoPack» است که توسط اتحادیه اروپا، تأمین مالی شده است. بسته‌های تولیدی، در واقع نوعی فیلم بسته‌بندی فعال با خواص ضد باکتری هستند که به تدریج، مقادیر بسیار کمی از مواد ضدمیکروبی (چربی‌های ضروری) را در فضای آزاد بسته‌بندی آزاد نموده و از این طریق، غذا و فضای خالی را ضدعفونی می‌نمایند. بهبود عمر مفید ماده غذایی، از اثرات مستقیم این بسته‌بندی‌های نانویی جدید، محسوب می‌شود.

زمانی که به بهبود دوام خود مواد غذایی در سطح مولکولی می‌رسیم، حشره‌کش‌های نانو و نانو کودها، می‌توانند بازده کشاورزی را بالا برده، تلفات را کاهش داده و مقاومت مواد غذایی را نیز افزایش دهند. این ذرات کوچک، درون گیاهان نفوذ نموده و به محلی می‌رسند که به مواد غذایی نیاز دارند. دکتر «مک کلمنتس» در این خصوص می‌گوید: «ما در حال کار بر روی سیستم‌های رهایش مبتنی بر نانو و سیستم‌های تکمیلی هستیم که می‌توانند دسترسی زیستی ویتامین‌ها، مواد مغذی و روغن‌های مؤثر در سلامت (مانند امگا-3) را افزایش دهد». لازم به ذکر است که فناوری نانو در بخش‌های غذایی و کشاورزی، کاربردهای متعددی دارند که از جمله، می‌توان به: «تحویل هدفمند ذرات، افزایش خواص، شامل عطروطعم محصولات غذایی، افزودن نانوذرات ضد باکتری و افزایش طول عمر، شناسایی آلودگی و بهبود فرآیند ذخیره‌سازی محصولات» اشاره نمود. علاوه بر این، فناوری نانو در مواد غذایی، می‌تواند موجب تغییر خواص تغذیه‌ای و حذف انواع مواد شیمیایی و پاتوژن‌ها شود. در حال حاضر، ارزش بازار نانو فناوری در صنایع غذایی، به بیش از یک میلیارد دلار رسیده است و پتانسیل بسیار زیاد نانو فناوری، موجب شده تا بیش از 400 شرکت در سرتاسر جهان، نظیر «Nestle»، «Unilever» و «Kraft»، متمرکز بر توسعه کاربردهای جدید مبتنی بر این فناوری در کشاورزی و صنایع غذایی شوند. از طرف دیگر، مسئله بکارگیری فناوری نانو برای تغییر در خواص مواد غذایی تا جایی پیش رفته که مکمل‌های نانویی نیز به بازار عرضه می‌شوند.

نمونه‌های مشابه زیادی برای کمک گرفتن از نانوفناوری برای بسته‌بندی مواد غذایی وجود دارد. تحقیق دانشگاه پوردو در خصوص استفاده از نانو کریستال‌های سلولزی برای بسته‌بندی‌های مواد غذایی و یا مطالعات گسترده در دانشگاه سلطان قابوس در خصوص استفاده از بسته‌بندی‌های نانو کامپوزیتی برای افزایش دوام و ماندگاری بامیه، تنها نمونه‌های کوچکی از تلاش محققین برای بهره‌برداری از ویژگی‌های منحصر به فرد فناوری نانو، در نگهداری از محصولات غذایی است. این رویکرد نسبت به فناوری نانو برای بسته‌بندی مواد غذایی، تنها محدود به مواد غذایی خشک نبوده و حتی در بسته‌بندی مواد آشامیدنی نیز ورود نموده است. گفتنی است، با توجه به کاربرد فراگیر نانو فناوری در صنایع غذایی و کشاورزی، فهرستی از نانو ذرات مرتبط با فلزات و ترکیبات مختلف توسط سازمان غذا و داروی آمریکا «FDA»، تحت عنوان مواد ایمن «GRAS»، تأیید و انتشار یافته است که به‌کارگیری آن‌ها توسط شرکت‌های تولیدی و بسته‌بندی، جهت افزایش جذب مواد غذایی، ماندگاری محصول و دیگر کاربردهای مرتبط را ممکن می‌سازد.

اهمیت فناوری نانو در حوزه‌های مختلف کاربردی مرتبط با مواد غذایی، آنقدر مورد توجه شرکت‌های مختلف قرار گرفته است که موجب تلاش‌های سازمان‌ها و نهادهای مرتبط با بهداشت و سلامت مواد غذایی، برای تدوین دستورالعمل‌های مربوط با این مواد شده است. در همین راستا، دفتر ایمنی مواد غذایی اروپا «EFSA»، اقدام به انتشار راهنمای جدیدی در مورد چگونگی ارزیابی ایمنی کاربردهای علوم و فناوری‌های نانو نموده است که تحت عنوان «راهنمای ارزیابی ریسک استفاده از علوم و فناوری‌های نانو در زنجیره غذایی؛ بخش اول: سلامت انسان و حیوانات» انتشار یافته است و پیشنهاداتی عملی پیرامون انواع آزمون‌های مورد نیاز و روش‌هایی که می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد، ارائه می‌دهد. 

استفاده از ضایعات غذایی

سازمان‌های زیست‌محیطی، به مشکل ضایعات مواد غذایی، از منظر دیگری می‌نگرند. آن‌ها با تمرکز بر قسمت‌های بالایی زنجیره، به این نتیجه رسیده‌اند که حتی با سرمایه‌گذاری و توسعه فناوری‌های جدید، حذف کامل چالش زباله‌های غذایی، عملاً ممکن نخواهد بود. پس چطور می‌توانیم از مواد غذایی مازاد، ارزش اقتصادی به وجود آوریم؟

یک روش، هضم بی‌هوازی این ضایعات، به‌عنوان ماده اولیه است که می‌تواند برای تولید انرژی، به بیوگاز تبدیل شده یا به‌عنوان کود زیستی، مورد استفاده قرار گیرد. (هضم بی‌هوازی، به معنای استفاده از توده‌های میکروبی، برای تبدیل مواد آلی به محصولات مفید است. مثلاً با استفاده از باکتری‌های خاصی، می‌توان زباله‌های آلی را تبدیل به سوخت نمود. یکی از این سوخت‌ها، بیوگاز است که عمدتاً از متان تشکیل شده و ساختاری مشابه گاز شهری دارد.)

یک مثال خوب برای این قضیه، شرکت استارت‌آپی «Revive Eco» در انگلستان است که ایده اصلی آن، تبدیل مواد زائد با زمینه قهوه، به کود و قرص‌های زیست‌توده است. محصول نهایی این فرآیند، می‌تواند به‌عنوان منبع حرارتی با کربن کم، مورد استفاده قرار گیرد. «فرگوس مور»، یکی از بنیان‌گذاران استارت‌آپ فوق، می‌گوید: «طبق آمار سازمان بین‌المللی قهوه، هر ساله در انگلستان، حدود 500 هزار تن ضایعات با زمینه قهوه، دفن می‌شود. راه‌اندازی رویو اکو، پاسخی برای حل این چالش بود.»

مثال دیگر در این خصوص، گروهی از فارغ‌التحصیلان دانشگاه کانادایی تورنتو هستند که اقدام به راه‌اندازی یک شرکت استارت‌آپی به نام «جنسیس» نموده‌اند که ایده محوری آن، بازیافت ضایعات مواد غذایی و تبدیل آن به پلاستیک‌های زیست‌تخریب‌پذیر قابل‌استفاده در فرآیند چاپ سه‌بعدی است. این استارت‌آپ، از زیست‌شناسی و تکنیک‌های علمی بیوپلیمر، برای تبدیل ضایعات به رشته‌های مورد استفاده در فرآیند چاپ سه‌بعدی و نیز، ساخت بسته‌بندی‌ها و ظروف انعطاف‌پذیر، استفاده نموده است.

مثال دیگر، «YPACK» نام دارد که یک پروژه تحت حمایت مالی اتحادیه اروپا است. این پروژه که در نوامبر 2017 شروع به کار نموده، از محصولات غذایی فرعی که به صورت عادی ضایعات محسوب می‌شوند (مانند آب پنیر خالص یا پوسته بادام)، فیلم‌های بسته‌بندی با قابلیت بازیافت کامل تولید می‌کند. جعبه‌های بسته‌بندی، کاملاً زیست‌تخریب‌پذیر بوده و به دلیل خواص ضدمیکروبی فعال، طول عمر مواد غذایی را افزایش می‌دهد. موفقیت احتمالی پروژه مذکور، مثالی عالی است که نشان می‌دهد چگونه یک بسته‌بندی، می‌تواند حلقه را خاتمه داده و علاوه بر استفاده از ضایعات غذایی، از تولید ضایعات بیشتر در زنجیره تأمین نیز جلوگیری نماید. لازم به ذکر است که فناوری نانو، در این حوزه نیز می‌تواند کمک‌های شایان توجهی نماید.

مرجع: «Industry Europe»