Pierwsze wzmianki o nanotechnologii odnotowano pół wieku temu, gdy to Richard Feynman w 1959 roku na corocznym spotkaniu American Physical Society (APS; Amerykańskie Towarzystwo Fizyczne) zaprezentował wykład pt. „There's Plenty Room at the Bottom”, przedstawiając w nim koncepcję nanonauki, czyli tworzenia struktur na poziomie pojedynczych atomów i cząsteczek [Kaya-Celiker i Mallikarjunan, 2012]. Kiedyś traktowana z niedowierzaniem, dziś nanotechnologia jest najbardziej obiecującą sferą nauki, która jak się przypuszcza może zrewolucjonizować świat.

 

Nanocząsteczki

Nanotechnologia to szeroka dziedzina wiedzy mająca charakter interdyscyplinarny, a więc czerpiąca z pogranicza nauk: fizyki, chemii, biologii czy inżynierii. Określana jest jako zespół działań stosowanych w celu otrzymania struktur na poziomie wymiarów nano, czyli od 0,1 do 100 nm. Nanocząsteczki różnią się od swych makroodpowiedników, gdyż dzięki ultra małym rozmiarom łatwiej dochodzi do interakcji pomiędzy nimi, w wyniku czego wytworzone nanostruktury cechują się wyjątkowymi właściwościami biologicznymi, fizykochemicznymi i optycznymi [Kaya-Celiker i Mallikarjunan, 2012; Neethirajan i Jayas, 2011].

Struktury o wielkości nano występują od zawsze w przyrodzie, przykładem może być DNA czy niektóre enzymy, a w żywności struktury globularne białka lub cząsteczki węglowodanowe o wielkości od kilkudziesięciu do kilkuset nanometrów. Nanotechnologia jednak nie zajmuje się tymi strukturami, za wyjątkiem sytuacji, gdy pod wpływem obróbki uzyskałyby one nowe właściwości. Technologia ta wykorzystuje struktury nano, których nowe cechy fizyczne, chemiczne i biologiczne istotnie różnią się od ich makroskopowych odpowiedników [Jakubczyk, 2007].

 

Badania nad nanotechnologią

Obecnie dąży się do wyjaśnienia wielu zjawisk i oddziaływań pomiędzy nanocząsteczkami, w celu zdobycia wiedzy na temat przebiegu procesów oraz funkcji nanosystemów biologicznych, a co za tym idzie lepszej ich kontroli. W tym celu w Stanach Zjednoczonych trwają zaawansowane badania dotyczące nanotechnologii wspomagane finansowo przez rząd. Szacunkowe dane mówią, iż nakłady na tę dziedzinę nauki w ostatnich dziesięciu latach wzrosły z 464 milionów dolarów w 2001 roku do ok. 2,1 biliona dolarów w roku 2012. Również inne kraje prowadzą intensywne badania nad nowymi zastosowaniami nanostruktur. Według informacji z 2008 roku Unia Europejska przeznaczyła na ten cel około 1,7 biliona dolarów, Japonia 950 milionów, Chiny 430 milionów dolarów, Korea 310 milionów dolarów a Tajwan 110 milionów dolarów [Kaya-Celiker i Mallikarjunan, 2012].

 

Zastosowanie nanotechnologii w przemyśle spożywczym

Nanotechnologia przez lata wykorzystywana była głównie w biomedycynie oraz informatyce, od niedawna stosowana jest także w przemyśle spożywczym. Głównym kierunkiem zastosowania techniki w skali nano jest produkcja tzw. „lepszej żywności”, tzn. takiej, która jest bezpieczniejsza, cechuje się wyższą wartością odżywczą oraz jest lepiej dostosowana do upodobań i oczekiwań konsumenta [Ziembicka, 2009].

 

[...]

 

Nanokorzyści

Jedną z zalet nanotechnologii jest możliwość zapewnienia właściwej jakości i bezpieczeństwa produkowanej żywności. Nowe metody stosowane w nanotechnologii są wykorzystywane do wykrywania organizmów patogennych, monitorowania jakości żywności oraz określenia sposobów na zachowanie jej dłuższej świeżości [Nachay, 2007]. Nanotechnologia otwiera nowe perspektywy produkowania żywności o zaprojektowanych właściwościach biologicznych, chemicznych i fizycznych kontrolowanych przez określone struktury molekularne. Prognozuje się, iż nowe materiały będą wykazywać właściwości samonaprawiające, konserwujące i samoorganizujące [Jakubczyk, 2007].

Korzyści ze stosowania nanotechnologii przyczynią się do [Chaundry i Castle, 2011]:
- stworzenia bardziej efektywnych metod produkcji żywności przy mniejszym zużyciu środków chemicznych, takich jak: pestycydy, antybiotyki; obniży to ich szkodliwy wpływ na środowisko naturalne oraz akumulację substancji toksycznych w żywności,
- rozwoju bardziej higienicznej żywności, co zapobiegnie roznoszeniu chorób zakaźnych przez skażoną żywność,
- projektowania nowoczesnych produktów spożywczych, o ulepszonych walorach sensorycznych,
- uzyskania dłuższego terminu przydatności do spożycia wyrobów żywnościowych,
- rozwoju innowacyjnych funkcjonalnych opakowań, o niewielkiej wadze, wytrzymałych mechanicznie, co przyczyni się do ograniczenia powstawania odpadów opakowaniowych, a ponadto pozwoli uzyskać niższe koszty transportu.
- inteligentne etykietowanie opakowań pozwoli z kolei na zapewnienie autentyczności, bezpieczeństwa oraz lepszej identyfikowalności zapakowanych produktów.

 

Nanoryzyko

Oprócz wielu bezsprzecznie cennych zalet nanotechnologii i olbrzymich perspektyw rozwoju tej nauki, problemem w nanotechnologii mogą być obawy konsumentów co do potencjalnie negatywnego oddziaływania nanocząstek na organizm ludzki. Toksyczne działanie nanostruktur może wynikać z ich specyficznych właściwości chemicznych i fizycznych. Nanocząsteczki ze względu na swoje ultra małe wymiary wykazują zdecydowanie inne właściwości, niż ich makro odpowiedniki, gdyż charakteryzują się większą powierzchnią czynną, a tym samym zwiększoną reaktywnością [Ziembicka, 2009]. Niektórzy badacze sugerują, iż nanoczasteczki są w stanie przekraczać barierę krew-mózg, gromadzić się w narządach, czego skutki mogą być katastrofalne [Jakubczyk 2007; Ziembicka, 2009].

 

***

Sprzeciw u konsumentów jaki budzi nanożywność można porównać z nieufnością jaką darzona jest żywność modyfikowana genetycznie [Sozer i Kokini, 2009]. W związku z tym dąży się do tego, aby informacja o obecności nanoskładników w produkcie spożywczym była podawana na jego etykiecie. Obszar szkodliwego działania nanostruktur na organizm konsumenta nie jest jeszcze gruntowanie określony, spowodowane jest to ciągłym odkrywaniem nowych zastosowań nanocząsteczek, które może nieść za sobą nieuświadomione dziś niebezpieczeństwo [Czaja i in., 2009]. Z tego powodu oszacowanie stopnia ryzyka powinno się przeprowadzać indywidualnie dla każdego rodzaju nanocząsteczek [Błaszkiewicz i in., 2011]. Fakt ten stanowi granicę w ich legalizacji i masowym zastosowaniu w technologii żywności [Zientek-Varga, 2009]. W Unii Europejskiej od kilku lat istnieje specjalna Grupa Ekspertów, powołana przez Komisję Europejską, której zadaniem jest opracowanie dokumentu zabezpieczającego przed zagrożeniami mogącymi występować w związku z wprowadzaniem nanoskładników i nanomateriałów podczas produkcji żywności [Piesiewicz, 2008].

 

Cały artykuł został opublikowany w nr 1/2014 magazynu "Agro Przemysł"

Literatura
Alocilja E.C., Wang Y.: Nanobio sensors and integrated microsystems for intelligent food packaging. 2009 Symposium on Nanomaterials for Flexible Packaging.
http://www.tappi.org/content/events/09PLACESY/Symp_Papers/alocilja.pdf
Błaszkiewicz P., Kryża K., Stencel D., Szczepanik D.: Perspektywy nanotechnologii w przechowalnictwie żywności. Kalejdoskop Mleczarski, 1, 2011, 34-39.
Chaundry Q., Castle L.: Food applications of nanotechnologies: an overview of opportunities and challenges for developing countries. Trends in Food Science, 2011
Czaja K., Góralczyk K., Hernik A., Korcz W., Ludwicki J.K, Snopczyński T.: Nanotechnologia – możliwości i zagrożenia. Roczniki PZH, 2, 2009, 101-111.
Ezhilarasi P.N., Karthik P., Chhanwald N., Anandharamakrishnan C.: Nanoencapsulation techniques for food bioactove components: a review. Food Bioprocess and Technology. 6, 2013, 628-647.
Jakubczyk E.: Nanotechnologia w technologii żywności. Przemysł Spożywczy, 4, 2007, 16-22.
Kaya-Celiker H., Mallikarjunan K.: Better nutrients and therapeutics delivery in food through nanotechnology. Food Engineering Review, 4, 2012, 114-123.
Kondratowicz J., Burczyk E.: Nanotechnologia w towaroznawstwie żywności. Chłodnictwo tom XLIII, 9, 2008, 50-53.
Nachay K.: Analyzing nanotechnology. Food Technology, 1, 2007, 35-36.
Neethirajan S., Jayas D.S.: Nanotechnology for the food and bioprocessing industries. Food Bioprocess and Technology. 4, 2011, 39-47.
Nowak M.: Rewolucyjna nanotechnologia. Ekopartner, 2, 2008, 30-31.
Piesiewicz H.: Substancje dodatkowe o właściwościach konserwujących. Przegląd Piekarski i Cukierniczy, 2, 2008, 2-15.
Sastry R.K., Anshul S., Rao N.H.: Nanotechnology in food processing sector – An assessment of emerging trends. Journal of Food Science and Technology, 50(5), 2013; 831-841.
Sekhon B.: Food nanotechnology – an overview. Nanotechnology, Science and Applications, 2, 2010, 1-15.
Silva H.D., Cerqueira M.A., Vicente A.A.: Nanoemulsions for food applications: Development and characterization. Food Bioprocess and Technology, 5(3), 2012, 854-867.
Sozer N., Kokini J.L.: Nanotechnology and its applications in the food sector. Trends in Biotechnology, 27(2), 2009, 82-89.
Ziembicka J.: Mega apetyt na nanożywność. Wiedza i życie.6, 2009, 56-59.
Zientek-Varga J. Mowa era w jakości. Fresh &Cool Market. 11, 2009, 25-26.

Zdjęcie: www.photogenica.pl