Использование нанотехнологий в пищевой промышленности
Сельское хозяйство
Препараты пестицидов и удобрений
Производство пищи
• Нанодиспергированные и наноинкапсулированные компоненты для функциональных продуктов питания
• Биологически активные добавки к пище
• Пищевые добавки с улучшенными функциональными свойствами:
– Наноконсерванты
– Средства улучшения вкусовых характеристик
– Анти-бактериальные покрытия
• Нанофильтрация
• Наносенсоры
Хранение пищи
• Защитные аэрозоли
• Упаковочные материалы
• Наносенсоры
ПИЩЕВЫЕ ПРОДУКТЫ:
• 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
Использование нанотехнологий в пищевой промышленности
Материалы: Наночастицы
• Наноэмульсии
• Наноструктурированные материалы
• Наноинкапсулированны материалы
Производство :
ТеплоНанобиотехнологии
• Молекулярный синтез
• массоперенос
• Наноструктурированные реакторы
• Нанофильтрация
Нанофильтрация
• Современный метод крупномасштабного фракционирования пищевого сырья, основанный на использовании полимерных мембран с диаметром пор ~1 нм и менее
• Позволяет проводить разделение с высокой селективностью смесей белков, коротких пептидов, сахаров, минеральных солей и воды
• Селективность нанофильтрационных мембран зависит от выбора условий разделения (рН, ионная сила) и может изменяться в широком диапазоне
• Продукция, подвергнутая фракционированию на нанофильтрационных мембранах, НЕ СОДЕРЖИТ искусственных наночастиц и может рассматриваться как традиционная с позиций показателей безопасности
Продукция:
• Наноструктурированные
пищевые добавки и БАД
• Системы доставки
• Упаковка
Безопасность:
• Наносенсоры
• Наноиндикаторы
• «Умная упаковка»
Продукты с использованием нанотехнологий
Примеры использования
наноматериалов в пищевых производствах
• Mars Inc. US Patent US5741505 наноразмерные неорганические покрытия. Неорганические наноразмерные покрытия, наносимые непосредственно на пищевой продукт с целью получения барьера против влажности и окисления , позволяющего увеличить гарантийный срок хранения и (или) способствующегоулучшению вкусовых свойств. Покровные материалы содержат двуокись кремния (E 551), окись магния (MgO, E 530) и двуокись титана (E 171). Используются при упаковке кондитерских изделий, каш быстрого приготовления, бисквитов, чипсов.
• BASF US Patent US5968251 Получение препаратов каротиноидов в форме порошков, растворимых в холодной воде, и использование новых каротиноидных пигментов, таких как наночастицы ликопена, обладающие разнообразными красящими свойствами и улучшенной биодоступностью. Область применения: безалкогольные напитки, смеси для выпечки и т.д.
Улучшенные нанокомпозиты - Полимерные композиты, содержащие наноматериалы для улучшение упаковочных свойств (гибкость, долговечность, устойчивость к повышенной температуре и влажности, барьерные свойства).
«Активные нанокомпозиты»- Полимерные композиты, содержащие наночастицы с антимикробными и антиокислительными свойствами.
«Умные» нанокомпозиты - Полимерные композиты, содержащие наносенсоры для контроля качества пищи
Биодеградируемые нанокомпозиты- Композиты, содержащие наноматериалы, способствующие биодеградации.
Примеры использования нанотехнологий в области производства пищевых продуктов и БАД
• Наноструктурированные ингредиенты и формы пищевых веществ (мицеллы, липосомы и др.)- Улучшение качества, текстуры, вкуса, меньшее количество жира. Улучшение биодоступности нутриентов и добавок
• Нанокапсулированные ингредиенты и добавки-Маскировка вкуса.Защита от деградации. Улучшение биодоступности
• Сконструированные наноразмерные добавки -Улучшение биодоступности. Антимикробная активность .Польза для здоровья.
Примеры использования нанотехнологий в области производства БАД к пище.
| Продукт | Область применения |
| Активное низкоэруковое рапсовое масло | Основанные на NSSL наномицеллы для улучшения усвоения витаминов, минеральных веществ и биологически активных компонентов растительного происхождения |
| «Гидрогель Наноцевтик» | Заявленное свойство- снижение свободной поверхностной энергии воды с целью улучшения растворяющих свойств |
| «Наноцевтик» шоколад | Система нанокластеров, имеющая своей целью улучшение аромата шоколада |
| «Наноцевтик нанокластеры со спирулиной » | Биологически активная добавка, содержащая нанокластеры |
| Зеленый чай с нано-селеном | Заявлена улучшенная биодоступность селена |
| «Наноцевтик микрогидрин» | Наноколлоидный силикатный материал с заявленной способностью нейтрализовать свободные радикалы |
| Спреи с витаминными добавками | Неаэрозольный наноразмерный нутрицевтик, предназначенный для улучшения всасывания витаминов через барьеры слизистых оболочек |
| «Нутри-нано» коэнзим Q | Улучшение всасывания активного компонента (коэнзима Q) за счет образования водорастворимых наномицелл размером 30 нм |
| «Нано-кальций-магний» | Заявлено улучшение всасывания кальция и магния |
| «Наносилицио капселн» | Минеральные добавки кальция, магния и кремнезема в виде наночастиц |
| «Мезоцинк», «Мезотитан», «Мезосеребро», «Мезоплатина», «Мезопалладий», «Мезоиридий», «Мезозолото», «Мезомедь | Чистые минеральные вещества в коллоидной форме |
| “Maat Shop” | Наноразмерные частицы пищевых диатомовых водорослей |
| «Наноцевтик коллоидное серебро» | Коллоидное серебро |
Классификация нанопродуктов
На основе анализа данных мировой литературы предложено классифицировать все пищевые наносистемы в виде двух категорий:
– водо- (жиро)растворимые (нанодисперсии витаминов, антиоксидантов, белковых препаратов)
– и водо- (жиро) нерастворимые (нанодисперсии глинистых минералов, серебра, селена, двуокиси титана, двуокиси кремния, оксидов цинка, железа и других переходных металлов, и т.д.).
• Определен и охарактеризован круг методов выявления, и разработаны подходы к количественному определению содержания наночастиц и наноматериалов основных классов в составе образцов продукции сельского хозяйства, пищевых продуктов и упаковочных материалов на основе методов атомно-силовой и электронной микроскопии. Определено, что основными методиками анализа будут методики технического контроля, определяющие:
– наличие наночастиц в образце
– размеры наночастиц
– концентрацию наночастиц, выраженную в количестве частиц в 1 мл или в 1 г пробы
Предлагаемая схема анализа
• Микрофильтрация образца
• Нанофильтрация
• Энзиматическое разложение осадка на фильтре и смыв органических компонентов
• Сушка фильтра с наночастицами на поверхности
• Подсчет числа частиц на единице поверхности фильтра при помощи АСМ или СЭМ (ПЭМ)
• Определение размеров и концентрации наночастиц
Безопасность наноматериалов
С учётом того, что в перспективе ожидается тесный контакт человека с наноматериалами, изучение вопросов потенциальных рисков их использования представляется первостепенной задачей.
• НЕБОЛЬШОЙ РАЗМЕР НАНОЧАСТИЦ
– Это позволяет им проникать через клеточные мембраны и возможно находиться внутри структуры ДНК или белка и, тем самым, изменять их функции.
– Наночастицы способны легко проницать через барьеры организма и накапливаться во внутренней среде
• БОЛЬШАЯ УДЕЛЬНАЯ ПОВЕРХНОСТЬ НАНОМАТЕРИАЛОВ
(эффект повышения химического потенциала на межфазных границах высокой кривизны приводит к аномальному увеличению растворимости и реакционной способности веществ в составе наночастиц и, тем самым, может приводить к увеличению токсичности)