Nanotehnologia și aplicațiile în sectorul alimentar

Nanostiinta si nanotehnologia sunt noile frontiere ale acestui secol. Aplicatiile acestora in agricultura si sectorul alimentar sunt relativ recente, in comparatie cu aplicatiile in livrarea de medicamente si produse farmaceutice. Livrarea inteligenta a nutrientilor, biosepararea proteinelor, prelevarea rapida de contaminanti biologici si chimici, nano-incapsularea de nutraceutice sunt unele dintre temele noi ale nanotehnologiei pentru alimente si agricultura. Evolutia tehnologica, precum micromatricea AND,microfluide si sisteme microelectro-mecanice, va permite realizarea potentialului de nanotehnologie pentru aplicatiile din industria alimentara. In acest document, ne-am propus sa facem un rezumat al aplicatiilor nanotehnologiei relevante pentru produsele alimentare si nutraceutice, impreuna cu identificarea problemelor ramase.

Introducere

Nanostiinta si nanotehnologia au fost deja aplicate in diverse domenii, cum ar fi computerelor, comunicatii, productia de energie, industria farmaceutica si alimentara.

Dispozitivele la scara nanometrica sunt adesea fabricate cu scopul de a imita nanodispozitivele ce se gasesc in natura si sa include proteine, AND, membrane si alte biomolecule naturale.

In prezent, materia prima alimentara este adesea considerate nu doar o sursa de nutrient ci si o contributie la sanatatea consumatorului. Cele mai multe dintre nanoparticule utilizate in mod traditional fac parte din grupul de coloizi (ex: emulsii, micele, mono- si bi-straturi). Una dintre primele dispersii ale aurului coloidal a fost preparata in forma pura de Michael Faraday la jumatatea sec. XVIII. Particulele erau atrase reciproc prin forte Van der Waals, ce le conferea stabilitate coloidala. In particulele coloidale, stabilizarea sterila este atinsa prin absorbtia polimerilor si surfactantilor la suprafata. Nanoparticulele pot fi stabilizate ulterior prin acoperirea lor cu molecule ce pot forma legaturi chimice.

Pentru aplicatii alimentare, nanotehnologia poate fii abordata pe 2 cai, fie “de jos in sus”, fie de “sus in jos”. Cea de-a 2-a abordare se realizeaza, in principal, prin intermediul unei procesari fizice (mecanice) a materiilor alimentare, ca maruntirea si macinarea. De ex. tehnologia de macinare – uscare poate fi utilizata pentru obtinerea fainii de grau foarte fina cu o capacitate ridicata de legare a apei. Aceasta tehnologie a fost utilizata pentru a imbunatatii activitatea antioxidanta in praful de ceai verde. Prin reducerea dimensiunii prafului de ceai verde la 1000 nm prin macinare uscata, ratia crescuita de digestive si absorbtie a nutrientilor se exprima prin cresterea activitatii unei enzime oxidoreducatoare.

Autoasamblarea – autoorganizarea - prin contrast – concept derivate din biologie, care au inspirit o nanotehnologie de tipul “de jos in sus” in domeniul alimentar. Organizarea micelelor de cazeina sau amidon precum si plierea proteinelor globulare si agregatelor proteice sunt exemple de structure de autoasamblare care creeaza entitati stabile. Autoorganizarea pe scara nanometrica poate fi realizata prin stabilirea unui echilibru intre diferitele forte necovalente.

Privind suprafata mai mare de nanoparticule pe unitatea de masura, se asteapta a fi mult mai active din punct de vedere biologic decat particulele de dimensiuni mult mai mari, din aceeasi compozitie chimica. Astfel se ofera cateva perspective pentru aplicatii in industria alimentara. Nanoparticulele pot, de ex, sa fie folosite drept compusi bioactivi in alimentul functional. Compusii bioactivi ce se gasesc in mod natural in anumite produse alimentare au beneficii fiziologice si pot contribui la reducerea riscului unor anumite boli, inclusiv cancer. Prin reducerea dimensiunilor particulelor, nanotehnologia poate contribui la imbunatatirea proprietatiilor compusilor bioactivi, precum proprietatile de livrare, solubilitate, timpul de stationare prelungit in tractul gastro-intestinal si absorbtia eficienta prin celule. Acizii grasi Omega-3 si 6, probioticele, prebioticele, vitaminele si mineralele si-au gasit aplicatii in nanotehnologia alimentara ca si compusi bioactivi.

In industria alimentara, mai multe aplicatii noi ale nanotehnologiei au devenit evidente, inclusive utilizarea nanoparticulelor, precum micelii, lipozomi, nanoemulsii, nanoparticule biopolimerice si cubosomes (??????), precum si dezvoltarea nanosenzorilor, meniti sa asigure siguranta produselor alimentare. Vanzarile la nivel mondial al produselor nanotehnologice in sectorul alimentar si al ambalajelor Au crescut de la 150 mil dolari in 2002, la 860 mil in 2004 si se asteapta la o crestere de pana la 0,4 miliarde dolari in 2010. Totusi, in ciuda cresterilor efectuate in marketing in sectorul nanotehnologic, cresterea in domeniul nanotehnologiei alimentare si legate de alimente este doar inceputul avansarii. Ex. de utilizare a nanotehnologiei alimentare sunt uleiurile de gatit (alimentare) ce contin nutraceutice nanoincapsulate ce au capacitatea de a lega selective si de a elimina substante chimice din alimente.

Principalele motive pentru introducerea tarzie a nanotehnologiei in sectorul alimentar se bazeaza pe probleme asociate cu etichetarea aspectelor de sanatate a consumatorului si alimentelor.

Nu exista reguli acceptate mondial sau regulamente in lume acceptate in cadrul nanotehnologiei. Intr-un studio realizat de SUA si Israel, in martie 2006, sa constatat ca peste 200 de productii de pe piata, la ora actual, se identifica ca fiind nanoproduse. Aproximativ 60 din aceste produseau fost pentru “sanatate si fitness” si 9% erau produse “alimentare si bauturi”. In ciuda unei orientari privind unificarea nanotehnologiei, producatorii se confrunta cu reglementarile generale existente pentru produsele alimentare si introducerea unui nou nanoingredient poate fi dificila si consumatoare de timp. Din aceasta cauza, cele mai asteptate nanoaplicatii in sectorul alimentar se vor intampla probabil in ambalarea alimentelor si doar cateva in cadrul produselor alimentare cu adevarat.