Nanotechnologie je průřezová technologie a rozvíjí se v řadě oblastí. V současné době patří mezi rozvíjející se obory z této oblasti vědy také nanotechnologie v potravinářství. Je pozorována pomalejší tendence rozvoje, oproti jiným odvětvím a to zejména proto, že veřejnost preferuje přírodní potraviny a jen pomalu přijímá nové technologie v oblasti potravin (nanotechnologie nebudou výjimkou). Veřejnost je tak mnohem více ochotna přijmout tuto novou technologii v jiných oblastech života než v potravinářském průmyslu. Například různé nanomateriály jako součást oblečení, v kosmetickém průmyslu. Pojem “nano“ vyjadřuje násobek – jednu miliardtinu, tedy 10-9. Výhodou nanotechnologií je, že všechny strukturální změny nastávají na atomární a molekulární úrovni, ale se zřetelnými důsledky do makrosvěta. A protože vše kolem nás, i my, je složeno z atomů a molekul, jsou nanotechnologie aplikovatelné na všechny lidské aktivity.
Historie
Za zakladatele myšlenky využití možností nanotechnologií je považován americký fyzik a nositel Nobelovy ceny Richard Fayman, který v prosinci roku 1959 přednesl přednášku s názvem „Tam dole je spousta místa“, ve které předpověděl možnost vytváření materiálů a mechanizmů na úrovni atomů a molekul. Vycházel z toho, že příroda umí tyto struktury vytvářet a využívat. Tehdy naznačil, že k naplnění jeho předpovědí bude moci dojít, až bude k dispozici experimentální technika, která vědcům umožní pracovat s “nano“ objekty a hlavně měřit jejich vlastnosti.
Výskyt v přírodě
V přírodě většina základních procesů probíhá v nanorozměrech. Základními stavebními prvky přírody jsou molekuly. Ty jsou složeny z jednoho nebo více atomů. I biologické materiály lze klasifikovat jako nanočástice. Například bílkoviny se obvykle vyskytují v rozměrech mezi 4 a 50 nm. Stavebním prvkem bílkovin jsou aminokyseliny a každá z nich má rozměr kolem 0,6 nm.
Aplikace v potravinářství
Mnoho přírodních potravin obsahuje složky, které jsou v měřítku nanometrů a vlastnosti těchto potravin jsou ovlivňovány jejich strukturou. Takovéto potraviny jsou bezpečně konzumovány po generace. Přírodní nanostruktury jsou běžné složky stravy: tuky, bílkoviny a sacharidy, které mají alespoň jeden rozměr v nanometrech a technicky mohou být nazývány nanostruktury. Tyto složky podstupují změny v průběhu zpracování potravin a dostávají se do mikrometrových nebo nanometrových rozměrů. Mnoho těchto složek je přidáváno do potravin pro zlepšení textury nebo technologických vlastností při vaření a zpracování. Mezi další příklady přírodních nanostruktur patří vláknité struktury v mase, složité molekulární struktury v celulózových vláknech ve stěnách rostlinných buněk nebo krystalické struktury nativních škrobů. Nanotechnologie v potravinářství může být aplikována ve všech fázích potravinového cyklu. Například balení potravin je jedním ze sektorů, kde se nanotechnologie v současnosti rychle rozvíjejí.
Obalové materiály
Hlavními oblastmi aplikace nanotechnologií jsou balení potravin a dále produkty, které obsahují nanorozměrné nebo nanozapouzdřené látky a aditiva. Tyto aplikace mohou přinést zlepšení do oblasti produkce, zpracování, balení a skladování potravin. Příklady použití nanotechnologií v potravinářství jsou například tyto: identifikace bakterií a monitorování kvality potravin za použití biosenzorů, inteligentní a aktivní obalové systémy, nanozapouzdřování bioaktivních složek potravy.
Balení potravin může zpomalit kažení produktu, prodloužit trvanlivost a udržet nebo zvýšit kvalitu a bezpečnost potravin. Přitom obal poskytuje ochranu před třemi hlavními skupinami vnějších vlivů: chemickými, biologickými a fyzikálními. Nanotechnologie poskytují nové příležitosti při výrobě a zdokonalování obalových materiálů. Vývoj se v této oblasti zabývá především zlepšováním mechanických a bariérových vlastností obalů, dále vývojem aktivních obalů, které by interagovaly s potravinou uvnitř, aplikací povrchových biocidů a biodegradabilitou obalů.
Inteligentní obaly
Inteligentní obaly jsou definovány jako obalový systém, který je schopen provádět inteligentní funkce, jako je detekování, snímání, nahrávání, sledování a komunikace s cílem usnadnit rozhodování spotřebiteli, prodloužit trvanlivost výrobku, zvýšit bezpečnost, zlepšit kvalitu, poskytovat informace a upozornit na možné problémy.
Nanosenzory
Nanosenzory v oblasti potravinářství mohou být použity při rychlé detekci bakterií a virů a také při prevenci otrav způsobených jídlem. Poskytují informace o kvalitě sledováním mikroorganizmů, toxinů a kontaminantů po celou dobu zpracovatelského řetězce prostřednictvím automatického sběru údajů a dokumentace. Například informace na obalu krabice mléka může spotřebiteli říkat, že výrobek by měl být použitelný ještě dva týdny. Toto datum už nemusí platit, pokud byla např. porušena teplota při transportu a skladování. Řešení tohoto problému nabízí nanočástice s unikátními chemickými a elektrooptickými vlastnostmi.
Aktivní obaly
Vedle inteligentního obalu, který je chápán jako poskytovatel zlepšení komunikace, je vyvíjen aktivní obal, který je chápán jako poskytovatel zvýšené ochrany. Na celkovém obalovém systému je tedy inteligentní obalová složka odpovědná za snímání prostředí a zpracování informace a aktivní komponenta je odpovědná za provedení nějaké akce (např. uvolnění antimikrobiální látky) k ochraně výrobku.
Možnosti zvýšení nutriční hodnoty
Zdravotníci pokládají za jeden z hlavních úkolů pro potravinářský průmysl snížení příjmu tuků a jednoduchých sacharidů z potravin v rámci boje proti obezitě a s ní spojených onemocnění. Například majonéza nebo zmrzlina budou pomocí nanotechnologií stejně tak krémové jako doposud, ale pro konzumenta budou zdravější alternativou – budou obsahovat méně tuku.
Funkční přísady
Funkční přísady mohou být uzavřeny v nanočásticích, které jsou utvořeny tak, aby se funkční složka mohla uvolnit při změně specifických podmínek v okolním prostředí, např. tím, že se celá nanočástice rozpustí nebo změní pórovitost.
Antimikrobiální materiály
Mezi nejvíce používané a zároveň také diskutované antibakteriální částice patří stříbro, ze kterého se vytvářejí stříbrné nanočástice. Stříbro má jako antibakteriální materiál při skladování potravin a nápojů dlouhou historii. Početné starobylé národy skladovaly víno a vodu ve stříbrných nádobách. Stříbro je od doby Hippokrata používáno jako dezinfekce také v medicíně. Velké uplatnění mělo stříbro během 1. světové války, při dezinfekci ran a v současné době je stříbro součástí lokálních a také očních dezinfekcí. Stříbro sloužilo jako dezinfekční prostředek pro vodu v ruské vesmírné stanice MIR a ve vesmírných raketoplánech NASA. Široké spektrum antimikrobiálních vlastností stříbra a relativně nízká cena z něj dělá kandidáta na aktivní dezinfekční prostředek vody v rozvojových zemích. Stříbro má oproti jiným antimikrobiálním prostředkům několik výhod. Například jeho působení je širokospektrální. Působí proti početným kmenům bakterií, proti houbám, řasám a pravděpodobně také některým virům. Stříbro je také po dlouho dobu stabilní. Další výhodou stříbra je, že může být snadno začleněno do rozličných materiálů jako např. textilie a plasty, dřevo, sklo. V USA je od srpna 1999 koloidní stříbro distribuováno jako doplněk stravy a nepodléhá přísné kontrole jako léčiva.
Vývoj funkčních potravin
Použití nanočástic při vývoji funkčních potravin. Uvažuje se o výrobě systémů regulovaného uvolňování. Nebo zamaskování chutí. Například byly použity nanokapsle, aby byla zamaskována chuť a vůně oleje z tuňáka, který byl tímto způsobem součástí chleba. Tyto kapsle se otevřou, až když se dostanou do žaludku, a tím se spotřebitel vyhne chuti a vůni oleje, která pro něj může být nepříjemná.
Interaktivní potraviny
Nanotechnologie mohou umožňovat výrobu interaktivních potravin, které umožní konzumentům upravit stravu dle jejich individuálních nutričních potřeb či preferencí. Aromata, potravinářská barviva nebo živiny se v takovýchto potravinách uvolňují v závislosti na vlnové délce, dle zvoleného ohřátí v mikrovlnné troubě. Nanotechnogie také umožňují vyvinout metody, které zajistí, že potraviny jako např. zmrzlina, slazené nápoje, čokoláda, brambůrky, budou uváděny na trh jako “zdravé potraviny“, protože budou mít redukováno množství tuku, sacharidů nebo celkově energie, nebo naopak budou mít zvýšené množství bílkovin, vlákniny či vitaminů.
Rizika použití nanotechnologií v potravinářství
Použití nových technologií je vždy spojeno s jistými výhodami, ale také s sebou přináší dosud nerozpoznaná rizika, která je potřeba definovat a předcházet jim. Platí zde pravidlo, že čím více prosperující technologie se objevuje, tím více nepředvídatelné důsledky a potenciální nebezpečí může znamenat. Potravinářské nanotechnologie jsou zahaleny nejistotou. Jakým způsobem mohou ohrozit veřejné zdraví? Jakým způsobem mohou ovlivnit prostředí? Jaké způsoby dohledu a regulace jsou zapotřebí ke snížení rizika?
Nanorozměrné součásti potravin mají na jedné straně výhody, ale na druhé straně s sebou pro člověka přináší také potenciální zdravotní rizika. Diskuse o těchto přímých rizicích se obvykle soustředí na otázku biologické dostupnosti. Problémem je to, že nanočástice mohou snadno obcházet buněčné bariéry v těle, které jsou pro běžné potraviny neproniknutelné, poté se mohou šířit a hromadit v organizmu s dosud neznámými dlouhodobými účinky. Potenciální zvýšená biologická dostupnost může znamenat početné riziko, zahrnující změny v nutričním profilu, vyšší vstřebatelnost nano-aditiv a zavedení cizích látek do krve.
Autor: mv
Použité zdroje:
BUZBY, Jean C. Nanotechnology for Food Applications: More Questions Than Answers. The Journal of Consumer Affairs. 2010, roč. 44, č. 3, s. 528-545.
BRADLEY, E. L., et al. Applications of nanomaterials in food packaging with a consideration of opportunities for developing countries: Barrier materials, antimicrobials and sensors. Trends in Food Science. 2011, roč. 22, č. 11, s. 604-610. ISSN 09242244. DOI: 10.1016/j.tifs.2011.01.002.
DUDO, Anthony, et al. Food nanotechnology in the news. Coverage patterns and thematic emphases during the last decade. Appetite. 2011, roč. 56, č. 1, s. 78-89. ISSN 01956663. DOI: 10.1016/j.appet.2010.11.143.
DUNCAN, Timothy V. Applications of nanotechnology in food packaging and food safety: Barrier materials, antimicrobials and sensors. Journal of Colloid and Interface Science. 2011, roč. 363, č. 1, s. 1-24. ISSN 00219797. DOI: 10.1016/j.jcis.2011.07.017.
MORRIS,V.J. Emerging roles of engineered nanomaterials in the food industry. Trends in Biotechnology. 2011, roč. 29, č. 10, s. 509-516. ISSN 01677799. DOI: 10.1016/j.tibtech.2011.04.010.
NEETHIRAJAN, Suresh a Digvir S. JAYAS. Nanotechnology for the Food and Bioprocessing Industries. Food and Bioprocess Technology. 2011, roč. 4, č. 1, s. 39-47. ISSN 1935-5130. DOI: 10.1007/s11947-010-0328-2.
SEKHON, Bhupinder Singh. Food nanotechnology - an overview. Nanotechnology, Science and Applications. 2010, č. 3, s. 1-15.