Реферат нанотехнологии в пищевой промышленности

Обновлено: 05.07.2024

Сегодня специалисты в области пищевых технологий называют пять областей, где желательно применение нанотехнологий. Это простое измельчение продукта до наночастиц, изготовление различных нанодобавок, улучшающих пищу, нанофильтрация для улучшения качества продуктов, биосенсоры для контроля качества пищевых продуктов и пищевая упаковка нового поколения, в которой продукты долго не портятся. Мы остановимся лишь на первых трех областях применения.

Файлы: 1 файл

нанотехнологии.doc

Государственное образовательное учреждение высшего

Казанский государственный технологический университет

Кафедра плазмохимических и нанотехнологий

Выполнил: студ.гр.427131

Проверил: профессор

Впрочем, многие пищевые продукты и без всяких нанотехнологий содержат частицы размером 1-1000 нм. Обычно они рассматриваются как объекты классической коллоидной химии. Жировые капли размером около 50 нм встречаются в молоке, размеры частиц пищевых белков, имеющих глобулярное строение, составляют десятки и сотни нанометров, линейные полисахариды — это, по сути, одномерные структуры толщиной менее 1 нм, а полисахариды крахмала собираются в трехмерные наноструктуры толщиной порядка 10 нм.

Наночай и наночастицы селена

Что будет, если, скажем, обычный чай измельчить до нанопорошка? Оказывается, этот вопрос уже переведен в практическую плоскость. В патентах описаны нанопорошки и эмульсии растений, традиционно употребляемых в пищу, в том числе зеленого чая, а также нанодисперсии прополиса в виде порошка или таблеток. Оказывается, антиоксидантная активность зеленого чая при размерах частиц менее 1000 нм стократно превышает таковую у тех же сортов чая при обычной степени помола.

То же самое можно сказать и о пищевых добавках, о микроэлементах. Примером может служить селен. Этот жизненно важный элемент в виде неорганического вещества обычно не усваивается организмом человека. Поэтому необходимо синтезировать сложные органические соединения селена — только ими имеет смысл обогащать пищу. Это чрезвычайно важно для тех регионов, где почва обеднена селеном, например для Китая. Да и в России есть такие территории, где жители не получают селен с пищей. Теперь установлено, что наночастицы селена можно стабилизировать в виде водной дисперсии, которая, в отличие от обычной, хорошо усваивается организмом. Понятно, что селеновую добавку в такой форме проще изготовить и будет она значительно дешевле.

Нановитамины

Есть большая группа биологически активных веществ, которые не надо особым образом измельчать, — это витамины и ароматизаторы. Они успешно выполняют свою функцию, будучи просто индивидуальными химическими веществами. Здесь другая проблема: эти вещества надо защищать, чтобы они раньше времени не разлагались и не улетучивались. Поэтому такие вещества научились заключать в специальные микрокапсулы, компонент микроэмульсий.

Очень интересны микроэмульсии, стабилизированные циклодекстринами. Молекулы этих циклических углеводов имеют полость диаметром 0,5-0,8 нм, способную вместить 6-17 молекул воды. Небольшие органические молекулы могут замещать воду в полости циклодекстрина, при этом происходит так называемая супрамолекулярная инкапсуляция. По существу, в данном случае мы имеем дело с молекулярным дизайном пищевых ингредиентов. Так удается получать дисперсии частиц, заключенных в молекулярные полости размером менее 1 нм, причем такие ассоциаты устойчивы вплоть до 200°С.

Эти композиции хороши тем, что пищевая добавка, спрятанная в полость, может вытесняться другими компонентами среды, имеющими большее сродство к молекуле циклодекстрина. Этот процесс может происходить уже во рту у человека, и если циклодекстрин удерживал ароматические или вкусовые вещества, то вкус и аромат еды будут открываться в самый нужный момент. Аналогичным образом можно получить комплексы гидрофобных витаминов групп A, D, E и К, которые можно будет употреблять без жиров.

Но обычно лишь небольшая часть биодобавки, потребляемой с пищей, усваивается организмом. Причин много: эти вещества слишком быстро, не задерживаясь, проскакивают через желудок, плохо растворяются в пищеварительном тракте и проникают через стенки кишечника, да еще разрушаются либо во время приготовлении пищи из-за воздействия температуры, кислорода и света, либо, проходя через желудочно-кишечный тракт и пищевод, под действием кислот и ферментов. Поэтому биологически ценное вещество хорошо бы защитить и доставить точно по месту в целости и сохранности. Роль защитника и транспортного средства для витаминов, пробиотиков, биоактивных пептидов, антиоксидантов и т. п. успешно играют глобулярные белки, в частности сывороточный белок. Захватывая и обволакивая частицы пищевой добавки, они повышают их биологическую усвояемость. Это особенно важно для малорастворимых липидов (каротиноидов, фитостеролов). Глобулярные белки в зависимости от условий могут образовывать частицы микро- и наноразмеров, причем сегодня уже удается получать глобулы размером от 2 до 40 нм.

Оказалось, что наноглобулы не только хорошо сорбируются стенками кишечника, тем самым продлевая жизнь биодобавки в организме и улучшая ее всасывание, но еще и успешно проникают во внутриклеточное пространство, обеспечивая целевую доставку продукта.

Перспективность глобулярных наноносителей получила экспериментальное подтверждение. Однако остаются вопросы. Пока не известно в деталях, как ведет себя такой ассоциат на всем пути от витаминизированного продукта до выделения из глобул молекул витамина в организме человека. Здесь нужны масштабные и трудоемкие исследования.

Сферические носители пищевых добавок — не единственные описанные в литературе. Сегодня в арсенале исследователей появился трубчатый пищевой белок. Оказалось, что молочный белок а-лактальбумин в определенных условиях может формировать трубки. Длина такой трубки составляет тысячи нанометров, внешний диаметр равен 20 нм, внутренний — 8 нм.

Также белковые нанотрубки способны формировать гели. Интересно, что такие гели устойчивы к линейной деформации, но если просто встряхнуть кювету с гелем, то он немедленно становится текучим. После встряхивания структура геля самопроизвольно восстанавливается в течение нескольких часов. Такие белковые структуры интересно попробовать на роль загустителей и желатинирующих агентов нового поколения. Гели, полученные с их помощью, прозрачны и контролируемо обратимы.

Нанокремний

Наотехнологические пищевые продукты рынке

Субклассификация ультрамелкой частицы. Вопросы безопасности в наноиндустрии. Факторы безопасности использования нанотехнологий для производства пищевых продуктов. Порядок организации надзора и проведения токсикологических исследований наноматериалов.

Рубрика	Кулинария и продукты питания
Вид	статья
Язык	русский
Дата добавления	02.08.2018
Размер файла	366,0 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Нанотехнологии в производстве пищевых продуктов: состояние нормативной базы и проблемы безопасности

канд. техн. наук, профессор,

Хабаровской государственной академии экономики и права

In the paper the author touches upon the possibilities of nano-technologies in food industry as well as the safety problems and the normative-methodical base's state in the Russian Federation for providing safe consumption of food stuffs, produced of nano-materials.

Keywords: nano-technologies, nano-particle, micro-nutrients, nano-biocensors.

Нанотехнологии (nanotechnology) - термин, относящийся к широкому кругу технологий измерения, манипулирования или объединения материалов и/или особенностей, по крайней мере, с одним измерением приблизительно между 1 и 100 нм. При этом используются свойства наномасштабных компонентов системы, отличные от объемных/макроскопических свойств.

Наночастица (nanoparticle) - в нанотехнологии субклассификация ультрамелкой частицы размером в двух или трёх измерениях больше, чем ~0,001 микрометр (1 нм), и меньше, чем ~0,1 микрометра (100 нм), которая может или не может проявлять интенсивные свойства, обусловленные размерами (ASTM E 2456-06).

Нанотехнологии уже внедрены в производство серийных изделий в микроэлектронике, авиакосмической, фармацевтической промышленности. Однако в пищевой промышленности применение нанотехнологий ограничено, хотя достижения и открытия в данной области начинают оказывать сильное влияние. Это касается ряда важных аспектов, начиная от безопасности продуктов питания до молекулярного синтеза новых продуктов и ингредиентов. Применение нанотехнологии даст много преимуществ пищевому сектору за счет создания новых оттенков вкуса, структур и ощущений, сокращения использования жиров, повышения усвояемости питательных веществ, улучшения эффективности упаковки, контроля и безопасности продуктов.

В докладе консалтинговой фирмы Cientifica (2006 г.) сообщается, что затраты на нанотехнологии в пищевой промышленности были оценены в 410 млн дол. (переработка продуктов питания - 100 млн дол., пищевые ингредиенты - 100 млн дол., упаковка - 210 млн дол.). К 2012 г. рынок нанопищи составит 5,8 млрд дол. (переработка продуктов питания - 1,303 млрд дол., пищевые ингредиенты - 1,475 млрд дол., безопасность продуктов питания - 97 млн дол., упаковка - 2 930 млн дол.) [1].

Поскольку наноматериалы уже сегодня находят применение в пищевой промышленности (фильтрация жидких продуктов, упаковочные материалы, обогащение продуктов микронутриентами, создание нанобиосенсоров и т.д.), становится актуальной задача обеспечения безопасности таких продуктов. В ряде стран ЕС и США начата разработка нормативной документации, направленной на оценку безопасности производства и продуктов, производимых с использованием нанотехнологий. В России сделаны первые попытки сформировать нормативную базу по данной проблеме.

Остановимся на некоторых свойствах и факторах безопасности использования нанотехнологий для производства пищевых продуктов. Исследования показали, что наночастицы обладают биологическим действием (в том числе токсическим) и часто радикально отличаются от свойств этого же вещества в форме сплошных фаз или макроскопических дисперсий. Наночастицы увеличивают химический потенциал веществ на межфазной границе глубокой кривизны; благодаря небольшим размерам и разнообразным формам имеют большую удельную поверхность и высокую адсорбционную активность, а также высокую способность к аккумуляции [2].

- низкий уровень потенциальной опасности (низкий приоритет). Соответствующий наноматериал оценивается по имеющимся показателям для составляющих его компонентов в традиционной форме (макродисперсной или в виде сплошных фаз). Исследования по специфическому биологическому действию компонентов в виде наночастиц не требуются;

- средний уровень потенциальной опасности (средний приоритет). Осуществляется общетоксикологическая оценка материалов, при необходимости проводятся некоторые виды специальных исследований;

- высокий уровень потенциальной опасности (высокий приоритет). Учитывая, что наночастицы - вещества, способные проникать через биологические мембраны и барьеры организма, распределяться по органам и тканям, накапливаться в жировой ткани, необходимы комплексные специальные исследования, включающие тестирование генотоксичности, мутагенности, тератогенности, влияния наноматериалов на геномный (эксперссия генов), протеомный и метаболомный профиль организма, иммунотоксичности, органотоксичности, проницаемости барьера желудочно-кишечного тракта, аллергенности. Поэтому необходимы нестандартные подходы в оценке действия наноразмерных структур.

Учитывая, что наноматериалы относятся к новым видам материалов и продукции, характеристика их потенциального риска для здоровья человека и состояния среды обитания является обязательной. На рисунке приведена обобщённая схема путей поступления наноматериалов в организм человека, распределения и выведения их [3].

Имеющиеся в настоящее время в небольшом количестве исследования в этом направлении указывают на то, что наноматериалы могут быть токсичными, тогда как их эквивалент в обычной форме в этой же концентрации безопасен.

В отношении влияния наноматериалов на генотоксичность, гормональный и иммунный статус, тератогенность, эмбриотоксичность, мутагенность, канцерогенность достоверные данные в литературе отсутствуют.

Рисунок - Схема путей поступления наноматериалов в организм человека, распределения и выведения их [3]

наноиндустрия пищевой продукт токсикологический

Однако эффективность использования в питании человека продуктов, содержащих наночастицы пищевых веществ, в настоящее время практически не изучена. Это обусловливает необходимость оценки биодоступности и усвояемости компонентов пищевых продуктов, получаемых нанотехнологическим путём. Токсичность наноматериалов, согласно имеющимся литературным данным, обусловлена в первую очередь развитием окислительного стресса и повреждением ДНК, что может приводить к развитию воспалительной реакции, апоптозу и некрозу клети. Нельзя исключать и наличие других механизмов токсичности наноматериалов, связанных, в частности, с их повреждающим действием на клеточные мембраны и органеллы, усилением транспорта потенциально токсичных компонентов через барьеры организма, а также возможной генотоксичностью и аллергезирующим действием.

В Концепции [3] установлен порядок организации надзора и проведения токсикологических исследований наноматериалов, который включает создание и организацию ведения регистра наночастиц и наноматериалов в рамках федерального регистра потенциально опасных химических и биологических веществ; оценку безопасности и проведение глубоких, всесторонних токсикологических исследований. В частности, оценка безопасности и проведение токсикологических исследований продукции, содержащей наноматериалы, включает в себя оценку безопасности наноматериалов используемых:

- в пищевых продуктах;

- при создании лекарственных препаратов и вакцин;

- в упаковочных материалах для пищевых продуктов;

- при создании парфюмерно-косметической продукции;

- при создании дезинфекционных средств;

- при создании средств защиты растений;

- при использовании в воде и очистке воды.

Предусмотрено также осуществлять оценку эффективности использования в питании человека продуктов, содержащих наночастицы пищевых веществ, биодоступность и усвояемость компонентов пищевых продуктов, получаемых нанотехнологическими методами.

Будет осуществляться пострегистрационный мониторинг наноматериалов федеральной службой по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия населения (Роспотребнадзором).

Нормативно-правовое регулирование по вопросам государственной регистрации новых пищевых продуктов в соответствии с Постановлением Правительства РФ № 1009 от 14 декабря 2009 г. осуществляет Минсоцразвития совместно с Минсельхозом России.

Таким образом, можно считать, что минимально необходимая нормативно-правовая база в области нанотехнологий создана и продолжает развиваться.

Сегодня нанотехнологии - модная тема и часто предмет для рекламных спекуляций. Вместе с тем в пищевой промышленности, как и в других областях, проводятся серьёзные научные исследования по практическому использованию микронаноразмерных образований для создания продуктов функционального питания нового поколения. Современные достижения биотехнологии позволили выявить новые пищевые материалы, которым придают большое значение в третьем тысячелетии, - лактулозу, обладающую ярко выраженными бифидогенными свойствами, и нанотрубки из сывороточных белков, которые принципиально меняют систему формирования пищевых систем.

Обогащённые лактулозой молочные продукты находят всё больший спрос для детского, диетического и лечебного питания. Проблема синтеза нанотрубок белков молочной сыворотки ждёт своего решения.По мнению академика Россельхозакадемии А.Г. Храмцова, молочная сыворотка является идеальным сырьём для нанотехнологических операций.

Более 80 % сухого вещества (не считая воды) представлено компонентами, размер которых идеализирован к нанообласти: лактоза (70 %) - на уровне 1 нм; минеральный комплекс (в основном) - менее 1 нм в диссоциированном состоянии; сывороточные белки (от 10 нм) полностью соответствуют структуре нанокластеров. Примером реализации достижений нанотехнологии при получении продуктов функционального питания является направленный синтез пребиотиков на основе нанокластеров лактозы и сывороточных белков с использованием следующих процессов:

- изомеризация лактозы в лактулозу по механизмам L-A-трансформации и перегруппировки Амадори;

- гидролиз и трансгалактозилирование лактозы с использованием препаратов в-галактозидазы;

- ферментативный гидролиз сывороточных белков [4].

Ряд авторов рассматривает реакцию Майяра (сахароаминную), широко распространенную в природе и в пищевых технологиях, как основу для образования естественных и синтезированных наночастиц [5]. Считается, что применение наноструктур, получаемых в молочной промышленности, позволяет решить проблему их безопасности, поскольку используются естественные частицы на основе продуктов питания [4].

По нашему мнению, такое утверждение не является бесспорным, так как противоречит одному из определяющих свойств наночастиц, и здесь также необходимы глубокие теоретические и экспериментальные исследования. Технологии на основе ультрафильтрации и обратного осмоса, широко используемые за рубежом в молочной промышленности, также можно отнести к нанотехнологиям.

Практическое использование микронаноразмерных образований даёт возможность включать в состав пищевой продукции полезные вещества без ухудшения вкусовых качеств, а при создании функциональных продуктов питания - вводить в рецептуры многие лекарственные вещества для последующего позиционирования продукции в качестве лечебно-профилактической. Введение микронанокомпозитов может менять микробиологический статус продукции и существенно пролонгировать сроки её хранения. Для повышения устойчивости витаминов при тепловой обработке и хранении пищевых продуктов их вводят в виде микронаноэмульсий. Установлено, что при иммобилизации витаминов в водно-жировых эмульсиях со стабилизаторами на основе альгината натрия и карбоксиметилцеллюлозы можно получать эмульгированные системы, которые обладают повышенной устойчивостью к тепловым режимам, используемым при производстве мясной продукции [6].

Нанотехнология как многообещающая область пищевой индустрии набирает темпы, что подтверждается ростом исследований и публикаций на данную тему.

Произведённые с использованием нанотехнологии здоровые продукты питания начинают распространяться во всём мире. Это позволяет понять, как физико-химические свойства веществ с наноразмерами могут изменить структуру, строение и качество продуктов. Сближение нанотехнологии с другими науками также ведёт к дальнейшим инновациям.

Изучением наноструктур биологического происхождения занимаются специалисты по молекулярной биологии, вирусологии, генной инженерии, биофизике и другим областям.

Биотехнологами получены предварительные результаты недавно начатых исследований проникновения и выведения из организма наночастиц. Однако поиск и подтверждение безопасности продуктов, получаемых различными способами, должен базироваться на научно достоверном материале, поэтому теоретические и экспериментальные исследования и разработки активно ведутся как в нашей стране, так и за рубежом. Параллельно с нахождением новых знаний формируется правовая нормативно-техническая база этой области, позволяющая обеспечить безопасность человека и окружающей природной среды.

1. Манинно, С. Применение нанотехнологии в пищевой промышленности / С. Манинно // Молочная промышленность. 2010. № 1. С. 40 - 41.

2. Будкевич, Р. О. Безопасность использования наноразмерных частиц / Р. О. Будкевич, И. А. Евдокимов // Молочная промышленность. 2010. № 1. С. 46 - 49.

3. Концепция токсикологических исследований, методологии оценки риска, методов идентификации и количественного определения наноматериалов : утв. постановлением Главного государственного санитарного врача РФ от 31.10.2007 г. № 79.

4. Храмцов, А. Г. Адаптация доктрины нанобиомембранных технологий на основе кластеров молочной сыворотки / А. Г. Храмцов // Молочная промышленность. 2010. № 1. С. 34 - 37.

5. Будкевич, Р. О. Реакция Майяра как путь образования наночастиц / Р. О. Будкевич, С. А. Емельянов, А. Г. Храмцов // Молочная промышленность. 2010. № 1. С. 55 - 56.

6. Иванкин, А. Н. Наномикротехнологии включения активных ингредиентов в пищевые концепции / А. Н. Иванкин // Мясная индустрия. 2010. № 1. С. 23 - 25.

Подобные документы

Характеристика основных требований к безопасности пищевых продуктов: консервов, молочных, мучных, зерновых, мясных, рыбных, яичных продуктов. Санитарные и гигиенические требования к кулинарной обработке пищевых продуктов. Болезни пищевого происхождения.

курсовая работа [193,6 K], добавлен 20.12.2010

Проблемы безопасности пищевых продуктов. Модификация, денатурализация продуктов питания. Нитраты в сырье для пищевых продуктов. Характеристика токсичных элементов в сырье и готовых продуктах. Требования к санитарному состоянию сырья и пищевых производств.

курсовая работа [87,0 K], добавлен 17.10.2014

Нормативно-законодательная база безопасности пищевой продукции в России. Принципы системы НАССР. Биологические и микробиологические, химические и физически опасные факторы. Факторы риска при производстве пищевых продуктов. Технология производства кефира.

реферат [604,6 K], добавлен 13.07.2011

Общая характеристика использования красителей пищевых продуктов. Рассмотрение проблемы безопасности мясных продуктов. Анализ законодательной базы в сфере пищевых добавок. Изучение вопроса о сокращении производства синтетических и "проблемных" красителей.

реферат [19,8 K], добавлен 13.11.2015

Органолептические характеристики качества и безопасности продуктов: консервы, молоко, мясо, рыба, яйца, мука, хлеб. Санитарные требования к кулинарной обработке и хранению пищевых продуктов. Болезни пищевого происхождения, вызываемые микроорганизмами.

Внимание ученых в первую очередь было направлено на прикладную часть в сфере высоких технологий: микроэлектронику и оптику, энергетику, компьютерную технику, космическую промышленность. Однако в последние годы в Европе и США активно развивается и становится более востребованным прикладное применение методов и разработок нанотехнологии в пищевой промышленности, а также в фармацевтической и косметической отраслях. Материалы, полученные с использованием нанотехнологии, находят применение в микроэлектронике, энергетике, химической промышленности, оптике, строительстве, научных исследованиях. Уникальные свойства наноматериалов и их биологическая активность могут быть использованы также для адресной доставки лекарственных препаратов и вакцин, для борьбы с кардиологическими, онкологическими и другими заболеваниями, а также инфекциями; для целей генной и молекулярной инженерии и др

Содержание работы

ВВЕДЕНИЕ _____________________________________________________________________
3
1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ _________________________________________________________
4
2 НАНОЕДА ____________________________________________________________________
6
3 УПАКОВКА ПРОДУКТОВ ______________________________________________________
8
4 ЭЛЕКТРОННЫЙ ЯЗЫК _________________________________________________________
11
5 ЭЛЕКТРОННЫЙ НОС __________________________________________________________
13
ЗАКЛЮЧЕНИЕ __________________________________________________________________
15
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ _____________________________________
16
ПРИЛОЖЕНИЕ А (СПРАВОЧНОЕ)
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОЧАСТИЦ МАТЕРИАЛОВ ___________________

Файлы: 1 файл

НАНОТЕХНОЛОГИИ В ПП. Реферат.docx

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

Бийский технологический институт (филиал)

федерального государственного бюджетного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова

(БТИ АлтГТУ)

Факультет химической технологии и машиностроения

Реферат на тему:

Нанотехнологии в пищевой промышленности

Выполнил

студент группы БТ-21 Г.Ф. Юрина

Проверил:

доцент к.т.н. М.В. Обрезкова

ВВЕДЕНИЕ ______________________________ ______________________________ _________

1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ______________________________ ___________________________

2 НАНОЕДА ______________________________ ______________________________ ________

3 УПАКОВКА ПРОДУКТОВ ______________________________ ________________________

4 ЭЛЕКТРОННЫЙ ЯЗЫК ______________________________ ___________________________

5 ЭЛЕКТРОННЫЙ НОС ______________________________ ____________________________

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ______________________________ ______________________________ ______

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ______________________________ _______

ПРИЛОЖЕНИЕ А (СПРАВОЧНОЕ)

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОЧАСТИЦ МАТЕРИАЛОВ ___________________

ВВЕДЕНИЕ

Нанотехнологии – это одно из ключевых направлений развития современных промышленности и общества, путь к управляемому синтезу молекулярных структур, призванный обеспечить получение объектов любого назначения не из обычных сырьевых ресурсов, а непосредственно из атомов и молекул с помощь машин-сборщиков, оборудованных системами искусственного интеллекта [1].

В настоящее время наука нанотехнология динамично развивается, набирая обороты. Методы изучения и управления материей на молекулярном уровне для производств материалов совершенствуются, у устройств и систем появляются новые технические, функциональные и потребительские свойства.

Нанотехнологии вошли в повседневный быт [2].

Внимание ученых в первую очередь было направлено на прикладную часть в сфере высоких технологий: микроэлектронику и оптику, энергетику, компьютерную технику, космическую промышленность. Однако в последние годы в Европе и США активно развивается и становится более востребованным прикладное применение методов и разработок нанотехнологии в пищевой промышленности, а также в фармацевтической и косметической отраслях. Материалы, полученные с использованием нанотехнологии, находят применение в микроэлектронике, энергетике, химической промышленности, оптике, строительстве, научных исследованиях. Уникальные свойства наноматериалов и их биологическая активность могут быть использованы также для адресной доставки лекарственных препаратов и вакцин, для борьбы с кардиологическими, онкологическими и другими заболеваниями, а также инфекциями; для целей генной и молекулярной инженерии и др. [3].

Известно применение планетарных мельниц для диспергирования порошковых материалов, устройства для кавитационного измельчения вещества, струйного реактора для проведения поверхностной обработки наночастиц и других устройств (Приложение А).

1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

В настоящее время специалисты в области пищевых технологий называют пять областей, где желательно применение нанотехнологии. Это измельчение продукта до наночастиц, изготовление различных нанодобавок, улучшающих пищу, нанофильтрация для улучшения качества продуктов, биосенсоры для контроля качества пищевых продуктов и пищевая упаковка нового поколения, в которой продукты долго не портятся.

Совершенно новым и долгожданным рывком для придания свойств и решения технологических проблем в пищевой промышленности стало появление ингредиентов, полученных с применением технологии мицеллирования на наноуровне. В настоящее время в мире уже более 2000 компаний производят наноматериалы, в том числе более 200 компаний - пищевую продукцию: продукты питания, биологически активные добавки к пище, упаковочные материалы и др.

Пищевые мицеллы представляют собой наночастицы, которые получают путем мицелляции в растворе активных веществ. Они состоят из ядра, которое формируется из биологически активных ингредиентов, и оболочки, состоящей из поверхностно-активных веществ (солюбилизаторов). Вещества в мицеллированной форме приобретают новые физико-химические свойства и большую активность, не характерные для них в обыкновенной форме (кристаллы, порошок, раствор и т.д.). Малая концентрация активного вещества в мицеллированной форме и его повышенная активность позволяет улучшить экономические и технологические показатели, влияющие на себестоимость конечного продукта. Так, например, создана мицеллированная форма аскорбиновой кислоты (первая в мире жиро-растворимая форма витамина С), которая способна к эффективному распределению в любом продукте, в том числе в эмульсии. Современные технологии создания наноэмульсий позволяют получать ароматизированные напитки, соки и молоко, обогащенные витаминами, минеральными веществами и функциональными компонентами с контролируемым высвобождением биологически активных ингредиентов.

Для повышения пищевой ценности популярного в Австралии бренда белого хлеба используются нанокапсулы, содержащие рыбий жир тунца, богатый омега-3 жирными кислотами. В данном случае инкапсуляция предотвращает появление в хлебе рыбного вкуса и запаха.

Разработаны новые носители для нутрицевтиков в пищевых системах. Технология наноразмерных самоорганизующихся структурированных жидкостей (NSSL) позволяет производить инкапсуляцию в пищевые продукты, в том числе нерастворимых соединений, что является проблемой в пищевой промышленности. С помощью этой технологии создана и доступна для потребителей в Израиле полезная для здоровья версия рапсового масла.

Важным приложением нанотехнологии в пищевой индустрии является нанофильтрация, которая занимает нишу между ультрафильтрацией и обратным осмосом. В молочной промышленности она позволяет выделить антибиотики, витамины, белки из молока и сыворотки при производстве как традиционных, так и новых продуктов. Нанофильтры имеют очень широкую область применения. Так, например, наномембранные технологии используются для фракционирования молочных белков при переработке подсырной сыворотки в высококачественный заменитель молочного жира. Совмещение мембранной фильтрации с тепловой обработкой белка, позволяет получить продукт, по вкусу напоминающий молочный жир [3].

2 НАНОЕДА

Наноеда - это набор передовых научных идей, построенных на базе нанотехнологий и применяемых в производстве пищевых продуктов.

Основные надежды, которые ученые возлагают на использование нанотехнологий в производстве продуктов питания, связаны, прежде всего, с улучшением их питательных свойств, вкуса и полезности, а также со снижением производственных издержек. Эти новые идеи должны на глобальном уровне повлиять на пищевую промышленность.

Сейчас крупные пищевые корпорации активно приветствуют нанодостижения. Их привлекает гипотетическая возможность производить такие продукты, которые будут храниться годами. Например, мясные и молочные продукты, которые сейчас относят к классу скоропортящихся, смогут оставаться свежими на протяжении пяти - семи лет.

Также планируется покрывать овощи и фрукты защитной нанопленкой, отталкивающей грязь.

Такая пленка будет невидимой и неощутимой на вкус. Она будет разлагаться в желудке без всякого вреда для него и выводиться естественным путем. Поэтому те продукты, в которых нанотехнологии используются лишь в составе упаковки, тоже относят к наноеде.

Нанотехнологии предоставляют пищевикам и уникальные возможности для всестороннего наблюдения за качеством и безопасностью продуктов непосредственно в процессе производства.

Речь идёт о диагностических машинах с применением наносенсоров или так называемых квантовых точек, способных быстро и надёжно выявлять в продуктах мельчайшие химические загрязнения или опасные биологические агенты.

Впрочем, замыслы ученых относительно применения этих технологий в производстве пищи носят куда более масштабный и амбициозный характер. Они надеются, что их применение в фермерских хозяйствах (при выращивании зерна, овощей, растений и животных) и на пищевых производствах (при переработке и упаковке) приведет к рождению совершенно нового класса продуктов, которые со временем вытеснят с рынка генномодифицированную еду.

В этой связи серьезно рассматриваются такие интересные и одновременно забавные идеи, как бифштексы, при употреблении которых сжигается холестерин, и которые способствуют наращиванию мышечной массы. Или же сладкие торты без сахара — мечта тех, кто не любит диет. Это направление, пожалуй, будет наиболее востребованным, поскольку несет практическую пользу для человека. Симбиоз наномедицины и пищевой промышленности кажется более интересным, чем зеленое мясо или груша, светящаяся в темноте.

Такое перспективное направление, как наноеда, появилось на стыке нанотехнологий и пищевой промышленности. В областях, связанных с жизнью и здоровьем человека, к таким нововведениям следует относиться серьезно — тем более, в промышленных масштабах. Нанотехнологии применяют сейчас в составе натуральных соков для равномерного распределения густоты по всему объему упаковки — но такой способ использования нанотехнологий нельзя назвать наноедой. Пока наноеда применяется, главным образом, в сельском хозяйстве для обеззараживания кормов животных, а также для введения в них питательных веществ, стимулирующих рост скота [4].

Рисунок 1. Относительные размеры объектов и приборы для их исследования.

Согласно прогнозам, население Земли в 2050 году достигнет 8,9 млрд человек, что вызовет существенное увеличение потребления продуктов питания. Поэтому важнейшей проблемой является повышение урожайности в сельском хозяйстве при производстве пищевого сырья.

Применение нанотехнологий позволит изменить технику возделывания земель за счет использования наноматериалов для целенаправленной доставки пестицидов, удобрений, стимуляторов роста растений, а также для децентрализованной очистки воды. Применение нанопорошков, совместимых с антибактериальными компонентами, обеспечивает повышение устойчивости к неблагоприятным погодным условиям и приводит к двукратному повышению урожайности многих продовольственных культур, например, картофеля зерновых, овощных и плодово-ягодных. Предлагается использование наносенсоров для наблюдения за состоянием почвы, а также использование наночипов для наблюдения за условиями хранения сельскохозяйственной продукции.

В животноводстве нанотехнологии используются для введения вакцин и лекарственных препаратов для животных. Они также находят применение при приготовлении кормов, что обеспечивает повышение продуктивности животных в 1,5-3 раза, и способствует повышению их сопротивляемости инфекционным заболеваниям и стрессам. Наноразмер частиц кормовых добавок позволяет значительно снизить их расход и обеспечить более полное усвоение их животными.

Огромное значение имеет применение нанотехнологий для очистки и дезинфекции воды. Внедрение систем фильтрации нового поколения, позволяющих отделять загрязняющие вещества на молекулярном уровне, а также специальных биоцидных покрытий и материалов на основе серебра позволят создавать недорогую децентрализованную систему oчистки и опреснения воды.

Например, уже производятся наноразмерные неорганические покрытия для упаковки кондитерских изделий, каш быстрого приготовления, бисквитов, чипсов. Эти покровные материалы, наносимые непосредственно на пищевой продукт с целью получения барьера против влажности и окисления, позволяющие увеличить гарантийный срок хранения и способствующие улучшению вкусовых свойств, содержат наночастицы двуокиси кремния, окиси магния и двуокиси титана.

При призводстве пищевых продуктов перспективно использование нанотехнологий для повышения биодоступности нутриентов. Наноструктурированные ингредиенты в виде мицелл, липосом и др. способствуют улучшению качества, текстуры и вкуса пищи, позволяют уменьшить количество жира в продуктах, улучшить биодоступность нутриентов и добавок. Предлагается также встраивание биологически активных молекул в нанокапли для улучшения всасывания; использование сложных нанокристаллов целлюлозы в качестве носителей биологически активных веществ; использование нанокапсулированных усилителей вкуса и аромата; использование нанотрубок в качестве загустителей и гелеобразователей; введение в виде нанокапсул стероидов растительного происхождения в пищевые продукты животного происхождения.

В области контроля за безопасностью пищевых продуктов предлагается иммобилизация антител на флуоресцентных наночастицах для обнаружения контаминантов химического происхождения и патогенных микроорганизмов; использование биодеградирующих наносенсеров для контроля за температурой хранения и влажностью продуктов; использование наноматериалов с целью селективного связывания и элиминации токсинов и патогенных микроорганизмов.

ВОЗМОЖНЫЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ НАНОМАТЕРИАЛОВ
В ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

– использование наноматериалов для целенаправленной доставки пестицидов, удобрений, стимуляторов роста растений и доставки вакцин и лекарственных препаратов

– использование наносенсоров для наблюдения за состоянием почвы

– использование наночипов для наблюдения за условиями хранения продукции

ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ:

– использование наноматериалов в качестве барьерных пленок

– использование легких, прочных и термически устойчивых полимерных материалов с силикатными наночастицами

– использование модифицированной фольги с заданной проницаемостью

– использование наноматериалов для повышения биодоступности нутриентов

– встраивание биологически активных молекул в нанокапли для улучшения всасывания

– использование сложных нанокристаллов целлюлозы в качестве носителей биологически активных веществ

– использование нанокапсулированных усилителей вкуса и аромата

– использование нанотрубок в качестве загустителей и гелеобразователей

– введение в виде нанокапсул стероидов растительного происхождения в пищевые продукты животного происхождения

СОЗДАНИЕ НОВЫХ ПРОДУКТОВ И КОНТРОЛЬ ЗА БЕЗОПАСНОСТЬЮ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ:

– использование наноматериалов для доставки ДНК в клетки растений для целей генной инженерии

– иммобилизация антител на флуоресцентных наночастицах для обнаружения контаминантов химического происхождения и патогенных микроорганизмов

– использование биодеградирующих наносенсеров для контроля за температурой хранения и влажностью продуктов

– использование наноматериалов с целью селективного связывания и элиминации токсинов и патогенных микроорганизмов

ПРИМЕНЕНИЕ НАНОМАТЕРИАЛОВ ДЛЯ УПАКОВКИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ:

- Улучшенные нанокомпозиты:Полимерные композиты, содержащие наноматериалы для улучшение упаковочных свойств (гибкость, долговечность, устойчивость к повышенной температуре и влажности, барьерные свойства

Биодеградируемые нанокомпозиты:Композиты, содержащие наноматериалы, способствующие биодеградации

Читайте также: