A Novel Material Nano-Scale Material Derived from Garlic Shell Integrated with Red Meat Samples

غالباً ما تبدو سلامة الغذاء وكأنها سباق ضد أعداء غير مرئيين؛ فالبكتيريا التي تسبب التلف أو المرض يمكن أن تتكاثر بسرعة على اللحوم الطازجة، خاصة إذا انقطعت سلسلة التبريد أو طالت مدة التخزين. ولعقود من الزمن، اعتمدت صناعة الأغذية على التبريد والمواد الحافظة الكيميائية للفوز بهذا السباق، ولكن هناك رغبة متزايدة في إيجاد حلول طبيعية ومستدامة وفعالة دون إضافة مواد كيميائية اصطناعية. وهنا يأتي دور علم النانو في الصورة. في جوهره، يتضمن علم النانو التلاعب بالمادة على نطاق صغير للغاية، لدرجة أن المواد تسلك سلوكاً مختلفاً عما هي عليه في أشكالها الأكبر. وعندما يصنع العلماء أليافاً على هذا المستوى المجهري، فإنهم يكتسبون مساحة سطح هائلة بالنسبة لحجمها، مما يسمح لها بالتفاعل بكثافة أكبر مع محيطها. ومن خلال دمج هذه الألياف الدقيقة مع المركبات الطبيعية المضادة للميكروبات الموجودة في النباتات، يأمل الباحثون في إنشاء تغليف نشط لا يكتفي بتغليف الطعام فحسب، بل يحميه بنشاط من الداخل إلى الخارج.

في دراسة حديثة، استكشف فريق من الباحثين من تركيا طريقة مبتكرة لإنشاء مثل هذه المواد الواقية باستخدام شيء يلقيه معظم الناس بعيداً: قشور الثوم. فبدلاً من استخدام فصوص الثوم نفسها، قام الفريق بجمع القشور الخارجية، التي تُعتبر عادةً نفايات. قاموا بتجفيف هذه القشور، وطحنها إلى مسحوق، واستخلصوا محلولاً سائلاً غنياً بالمركبات الطبيعية التي تمنح الثوم رائحته النفاذة وقوته المضادة للبكتيريا. ثم خُلط هذا المستخلص مع بوليمر شائع وآمن غذائياً يسمى "بولي فينيل الكحول". تم تغذية الخليط في آلة تستخدم جهداً عالياً لتمطيط السائل إلى خيوط دقيقة للغاية، وهي عملية تُعرف باسم "الغزل الكهربائي" (electrospinning). وكانت النتيجة حصيرة من الألياف النانوية، حيث يبلغ قطر كل خيط جزءاً من ألف من قطر شعرة الإنسان. ثم وُضعت هذه الألياف بعناً على قطع لحم "التندرلواين" الحمراء الطازجة لمعرفة ما إذا كان بإمكانها إطالة مدة صلاحية اللحم والحفاظ على سلامته من البكتيريا الضارة.

كان الباحثون بحاجة أولاً إلى التأكد مما صنعوه بالفعل. وباستخدام مجاهر قوية وأدوات التحليل الطيفي الضوئي، فحصوا البنية الكيميائية والشكل الفيزيائي للمادة الجديدة. وكشف التحليل أن الألياف قد تشكلت بنجاح وتحتوي على مركبات الكبريت النشطة الموجودة في الثوم، مثل "الأليسين"، إلى جانب مجموعات عضوية أخرى مثل الهيدروكسيل والكربونيل. والأهم من ذلك، أنهم اختبروا أيضاً مدى صمود المادة تحت الحرارة. وبما أن اللحم الأحمر غالباً ما يُطهى في درجات حرارة عالية، فقد أراد الباحثون التأكد من أن الألياف النانوية لن تتحلل أو تطلق مواد ضارة قبل تسخين اللحم نفسه. وأظهرت اختباراتهم أن المادة ظلت مستقرة حتى درجات حرارة أعلى بكثير من تلك المستخدمة في الطهي، حيث بدأت تفقد كتلتها بشكل ملحوظ فقط عند درجات حرارة أعلى بكثير من تلك المستخدمة في المطبخ. وهذا يشير إلى أن المادة آمنة ومستقرة بما يكفي للتطبيقات الغذائية الواقعية.

ومع ذلك، كان الاختبار الحقيقي هو ما إذا كانت هذه الألياف القائمة على الثوم قادرة بالفعل على منع نمو البكتيريا. قام الفريق بتخزين اللحم المغطى بجانب عينات ضابطة غير مغطاة في ثلاجة عند درجة حرارة قياسية تبلغ 4 درجات مئوية لمدة أحد عشر يوماً. وقاموا بفحص اللحم على فترات منتظمة لعدّ البكتيريا الموجودة. وأظهرت النتائج فرقاً واضحاً بين المجموعتين؛ حيث أبطأت الألياف النانوية بشكل كبير نمو إجمالي البكتيريا التي تزدهر في درجات الحرارة المنخفضة، والمعروفة باسم البكتيريا المحبة للبرودة (psychrophilic bacteria). وبحلول نهاية فترة الأحد عشر يوماً، كان للحم المغطى عدد بكتيري أقل بشكل ملحوظ من اللحم غير المغطى، الذي وصل إلى مستويات مرتبطة عادةً ببداية التلف. كما أظهر اللحم المعالج انخفاضاً في إجمالي البكتيريا الهوائية المتوسطة (aerobic mesophilic bacteria)، وهي المجموعة العامة من الميكروبات التي تسبب تعفن الطعام.

وبعيداً عن التلف العام، ركزت الدراسة على مسببات الأمراض الخطيرة التي قد تصيب الناس. بحث الباحثون تحديداً عن بكتيريا "السالمونيلا" و"الإشريكية القولونية" (E. coli)، وهما من المسببات الشائعة للأمراض المنقولة بالغذاء. في اللحم غير المغطى، ارتفعت مستويات هذه البكتيريا باطراد بمرور الوقت. وفي المقابل، أظهر اللحم الملفوف بألياف الثوم النانوية تثبيطاً مستمراً لهذه المسببات. وبحلول اليوم الأخير من الدراسة، احتوت العينات المعالجة على خلايا أقل بكثير من "الإشريكية القولونية" و"السالمونيلا" مقارنة بالمجموعة الضابطة. لم يكن هذا الانخفاض مجرد فرق طفيف، بل مثل انخفاضاً قابلاً للقياس في عدد البكتيريا، مما يشير إلى أن المركبات الطبيعية في الألياف كانت تثبط بنشاط نمو هذه الميكروبات الضارة. لم تدّعِ الدراسة القضاء على البكتيريا تماماً، بل هدفت إلى إبطاء تكاثرها بما يكفي لجعل اللحم أكثر أماناً لفترة أطول.

تشير النتائج إلى أن تحويل نفايات الطعام إلى طبقة واقية عالية التقنية هو استراتيجية قابلة للتطبيق لمستقبل سلامة الغذاء. فمن خلال استخدام قشور الثوم، وهي مادة تُهدر عادةً، استطاع الباحثون إنشاء بديل حيوي للمواد الحافظة الاصطناعية. وتوضح الدراسة أن هذه الألياف النانوية يمكن أن تعمل كدرع نشط، يؤخر نمو كل من كائنات التلف ومسببات الأمراض الخطيرة في اللحم الأحمر المخزن تحت التبريد. وبينما يقتصر هذا البحث على هذا النوع من اللحم وظروف التخزين هذه، إلا أنه يشير نحو إمكانية أوسع لاستخدام المواد الطبيعية المشتقة من النفايات لتعزيز سلامة وصلاحية الأطعوات القابلة للتلف. إن هذا العمل يثبت أنه مع المعالجة الصحيحة، يمكن تحويل قشرة خضروات بسيطة إلى أداة متطورة لحماية صحة الإنسان.