Если вы когда-нибудь задумывались о том, куда нас приведут нанотехнологии, посмотрите на их потенциальные применения в области функционального питания, позволяющие биологическим молекулам выполнять функции, очень отличающиеся от тех, которые они имеют в природе, открывая совершенно новую область исследований и разработок. Конечно, кажется, что нет предела тому, что технологи пищевой промышленности готовы сделать с пищевыми продуктами и нанотехнологии дадут в этой области совершенно новый набор инструментов для совершения интересных изменений. Для более критического взгляда на пищевые нанотехнологии, просто взгляните на нанотехнологические продукты, хранящиеся в вашем холодильнике. А готовы ли вы попробовать наноинженерное вино?
Но есть и много позитива. Давайте посмотрим на потенциально полезное влияние инноваций на основе нанотехнологий на наши продукты питания и, следовательно, на наше здоровье.
Согласно определению, приведенному в отчете Европейской организации по нанотехнологиям, наша пища становится нано-едой тогда, когда наночастицы, нанотехнологические технологии или инструменты используются во время выращивания, производства, обработки или упаковки продуктов питания. Это не означает что пища является атомно-модифицированной или произведенной наномашинами.
Давайте начнем с того, где именно выгодней всего применять нанотехнологии. Это, конечно, страны третьего мира, где поставки продовольствия часто ограничены, качество доступной пищи ведет к дефициту питательных веществ, а качество питьевой воды является основным источником болезней.
В исследовании, проведенном Объединенным центром биоэтики Университета Торонто два года назад, группа международных экспертов оценила 10 применений нанотехнологий с наибольшим потенциалом, чтобы помочь бедным. Вторым номером в данном списке было «повышение производительности сельского хозяйства», третьим - «очистка и восстановление воды», а шестым - «переработка и хранение продуктов питания».
Недавние исследования стали касаться потенциальных применений нанотехнологий для функциональных пищевых продуктов и нутрицевтиков путем применения новых концепций и инженерных подходов, связанных с наноматериалами, для нацеливания на доставку биологически активных соединений и микроэлементов. Наноматериалы обеспечивают лучшую эффективность инкапсуляции и высвобождения активных пищевых ингредиентов по сравнению с традиционными капсулирующими агентами, а разработка наноэмульсий, липосом, мицелл, биополимерных комплексов и кубосом привела к улучшению свойств для защиты биологически активных соединений, систем контролируемой доставки, пищевой матрицы, интеграции и маскировки нежелательных ароматов.
Нанотехнология также имеет потенциал для улучшения пищевых процессов, в которых используются ферменты для улучшения питания и здоровья. Например, ферменты часто добавляют в пищу для гидролиза анти-питательных компонентов и, следовательно, для повышения биодоступности необходимых питательных веществ, таких как минералы и витамины. Чтобы сделать эти ферменты высокоактивными, долгоживущими и экономически эффективными, наноматериалы могут использоваться для обеспечения превосходных систем поддержки ферментов благодаря их большому соотношению поверхности к объему по сравнению с традиционными материалами поддержки макромасштаба.
Недавняя статья в журнале «Тенденции в науке и технологиях питания» содержит краткое описание видов приложений, над которыми работают университеты: разрабатывают состав майонеза, в котором будет уменьшены жирность и наличие эмульгаторов, но значительно улучшится вкус.
В некоторых странах можно заказать через интернет системы для доставки питательных веществ и добавок в форме липосом или наноинкакапсулированных веществ на основе биополимеров.
Разрабатываются наноматериалы, являющиеся добавками для пищевых продуктов и добавками для кормов животных, которые варьируются от красителей и консервантов до противомикробных препаратов.
Уже доступны неорганические наноразмерные добавки для продуктов питания, здоровой пищи и кормов животных, такие как серебро, железо, кремнезем, диоксид титана, селен, платина, кальций, магний.
Такая область как приложения для упаковки пищевых продуктов, например, пластмассовых полимеров, содержащих наноматериалы, составляет наибольшую долю текущего рынка для применения нанотехнологий в пищевой промышленности. Это: пластмассовые полимеры с наноглиной в качестве газового барьера, а также оксид цынка для антимикробного действия и нанотитан нитрид для придания прочности.
Существует ряд покрытий на основе наноматериалов для поверхностей служащих для приготовлении пищи на них и для нанесения покрытий на оборудование используемое для приготовления пищи. Такие покрытия обладают антимикробными свойствами.
Нанотехнологии для обеззараживания воды уже доступны в промышленных маштабах. Они активно применяются в развивающихся странах.
Разработаны наноразмерные добавки, добавляемые в корм для животных, которые включают наноматериалы, связывающие или удаляющие токсины или патогенны.
Нанотехнологии и безопасность пищевых продуктов
Учитывая постоянно растущее число применений нанотехнологий в пищевой промышленности, способность обнаруживать и измерять данный наноматериал в ключевые моменты жизненного цикла продуктов питания имеет решающее значение для оценки интересующих наноразмерных свойств, которые диктуют последовательность и безопасность производства, а также понимание потенциальных положительных или отрицательных последствий от интеркаляции пищи.
Следует отметить, что наночастицы уже естественным образом присутствуют в пище, учитывая, что многие пищевые и кормовые ингредиенты состоят из эндогенных белков, углеводов и жиров с размерами, простирающимися от крупных биополимеров (макромолекул) до наноразмеров. Поэтому применение нанотехнологий в производстве продуктов питания следует рассматривать в контексте этого фонового воздействия естественных наночастиц в рационе.
Критическая проблема заключается в том, синтетические наночастицы и другие наноматериалы потенциально могут причинить какой-либо вред.
Европейский орган по безопасности пищевых продуктов (EFSA) опубликовал инструкцию: «Руководство по оценке риска для человека и животных при применении нанонауки и нанотехнологий в сельском хозяйстве и пищевых продуктах». В нём идёт речь о том, как оценивать безопасность приложений в области нанонауки и нанотехнологий, уделяя особое внимание оценке безопасности здоровья человека и животных. Руководство дает практические советы о типах необходимого тестирования и методах, которые могут быть применены.
Второе руководство, сфокусированное на оценке экологических рисков применения нанонауки и нанотехнологий в пищевой и кормовой цепях, находится в стадии разработки и должно быть готово в 2020 году.
Одним из важнейших аспектов в этой области является нанотехнология для обнаружения пищевых патогенов. Нанотехнология предлагает возможность использования альтернативных сенсорных платформ для быстрой, чувствительной, надежной и простой обнаружения и изоляции кишечной палочки и других патогенных микроорганизмов. Методы обнаружения с использованием нанотехнологий включают в себя детектирование по люминесценции с использованием квантовых точек, локализованный поверхностный плазмонный резонанс металлических наночастиц, усиленная флуоресценция, наночастицы, иммобилизованные красителем или рамановская репортерная молекула, иммобилизованная металлическими наночастицами.