Rozwój cywilizacyjny, który można rozpatrywać w aspekcie społecznym, ekonomicznym, organizacyjnym czy ekologicznym, jest nieunikniony. Celem postępu z punktu widzenia naukowego, technicznego i technologicznego jest m.in. zwiększenie efektywności pracy maszyn i urządzeń oraz poprawa jakości wytwarzanych produktów [39]. Konsekwencjami rozwoju i postępu są innowacyjne rozwiązania, w tym te, które bazują na możliwości manipulowania strukturami w wymiarze nanometrycznym. Nanostruktury znalazły zastosowanie w medycynie (np. do tworzenia kapsułek transportujących leki w organizmie), biotechnologii (np. do modyfikacji genetycznych roślin i zwierząt), kosmetyce (np. do uwalniania związków bioaktywnych, w nanocząsteczkach srebra o właściwościach bakteriobójczych), budownictwie (do powłok samoczyszczących) czy elektronice i elektrooptyce (np. w laserach) [46, 56]. Ponadto nanotechnologia stwarza dużo nowych możliwości w rolnictwie, w uprawie (np. do produkcji pestycydów, regulatorów wzrostu roślin) i hodowli zwierząt (np. w celu zmniejszenia emisji gazów uwalnianych podczas fermentacji jelitowej i ilości odchodów zwierząt), przetwórstwie (np. kapsułkowaniu substancji smakowo-zapachowych, do poprawy lepkości produktu), w opakowaniach i materiałach przeznaczonych do kontaktu z żywnością (np. do powłok antydrobnoustrojowych) oraz w żywieniu człowieka (np. do nutraceutyków) [22].
Pomimo szeregu zastosowań nanonauka wciąż stanowi techniczno-technologiczne wyzwanie w rolnictwie i sektorze spożywczym XXI wieku [48]. Wdrażanie nowych technologii w branży spożywczej, ze względów ekonomicznych, jest znacznie wolniejsze niż w innych gałęziach przemysłu gospodarki krajowej [22]. CZYM JEST NANOTECHNOLOGIA? Nanotechnologia to interdyscyplinarne podejście naukowo-badawcze obejmujące metody wytwarzania i stosowania struktur, w których przynajmniej jeden z kontrolowanych wymiarów występuje w skali nano (z języka greckiego „karzeł”), tj. w umownym zakresie od 1 do 100 nm. Do narodzin nanotechnologii przyczynił się Richard Feynman, który w 1959 r. zaproponował koncepcję miniaturyzacji oraz nową technologię pozwalającą manipulować strukturami na poziomie atomów i niewielkich molekuł [26]. Jednakże terminem „nanotechnologia” w odniesieniu do produkcji materiałów w skali nano jako pierwszy posłużył się w 1974 r. japoński badacz – Norio Taniguchi [46].
| STRESZCZENIE: |
| Rozwój nanotechnologii w przemyśle spożywczym związany jest z różnorodnymi możliwościami zastosowania produktów otrzymanych taką techniką. Cząsteczki o rozmiarach od 1 do 100 nm powstają w wyniku procesów chemicznych, fizycznych lub biologicznych. Korzyści, jakie niesie ich wykorzystanie, to m.in. łatwa przyswajalność (jako składników żywności), stopniowe uwalnianie w materiałach opakowaniowych (nano-przeciwutleniacze) czy zwiększona wrażliwość na określone związki chemiczne (nanoczujniki). Pozytywne aspekty stosowania cząsteczek w nanoskali to także wytwarzanie nowych, jadalnych i w pełni biodegradowalnych opakowań żywności. Niestety, z szeregiem zastosowań produktów nanotechnologii w przemyśle spożywczym wiążą się też problemy i negatywne skutki. Według literatury naukowej małe rozmiary cząsteczek związków chemicznych ułatwiają przedostawanie się ich do organizmu człowieka, co w konsekwencji może powodować dolegliwości ze strony układu immunologicznego i sercowo-naczyniowego. Wśród negatywnych skutków wymieniane są również alergie i bioakumulacje w środowisku. Jest to przyczyną sceptycznego podejścia konsumentów, a w szczególności Europejczyków, do nanoproduktów. |
| SUMMARY: |
| The development of nanotechnology in the food industry is associated with various possibilities of using products obtained with such a technique. Particles from 1 to 100 nm in size are formed as a result of chemical, physical or biological processes. The benefits of using them include easy absorption (as food ingredients), gradual release in packaging materials (nano- -antioxidants), or increased sensitivity to specific chemical compounds (nano-sensors). The positive aspects of using molecules at the nanoscale are also the production of new, edible and fully biodegradable food packaging. Unfortunately, problems and negative effects are also associated with a number of applications of nanotechnology products in the food industry. According to the scientific literature, the small size of facilitate their penetration into the human body, which, as a consequence, can cause complaints related to the immune and cardiovascular systems. Allergies and potential bioaccumulation in the environment are also mentioned among the negative effects. This is the reason for the skeptical approach to nano-products by consumers, in particular by Europeans. TITLE: Nanotechnology in Food Industry – Opportunities, Threats, Consumer. |
W 2006 r. Urząd ds. Żywności i Leków (FDA) zdefiniował nanomateriały jako „cząstki o wymiarach mniejszych niż skala mikrometryczna, które wykazują unikalne właściwości”. W 2003 r. w Departamencie Rolnictwa Stanów Zjednoczonych (USDA) zaproponowano pionierskie zastosowanie nanotechnologii w obszarze rolno-spożywczym [36].
Wymiar nanometryczny oznacza w przybliżeniu jedną miliardową część metra (10-9 m), cząsteczki o takich rozmiarach są niewidoczne dla ludzkiego oka [18, 31]. Kluczowym sposobem ułatwiającym zrozumienie nanotechnologii jest wyobrażenie obiektów nano w odniesieniu do wymiarów innych struktur fizycznych (rysunek 1).
METODY WYTWARZANIA nanostruktur
Nanostruktury wykazują właściwości mechaniczne, optyczne, chemiczne i biologiczne odmienne od ich mikroodpowiedników. Charakterystyka nanostruktur jest związana z cechami nanocząstek. Kształt, wielkość, powierzchnia właściwa czy niska masa cząstek nanometrycznych wpływają na poprawę wytrzymałości mechanicznej, twardości, przewodnictwa termicznego/elektrycznego czy odporności/reaktywności chemicznej nanoobiektów [40]. W związku z powyższym istnieją zjawiska powiązane z wielkością cząstek, które przyczyniają się do zwiększenia atrakcyjności form nano w potencjalnym ich stosowaniu. Metody otrzymywania nanomateriałów zależą głównie od morfologii materiału i docelowych zastosowań
[2]. Wytwarzanie nanostruktur może odbywać się za pomocą dwóch technik: top-down albo bottom-up (rysunek 2).
Technika top-down („góra-dół”) dotyczy redukcji wymiarów struktur do skali nanometrycznej w wyniku procesów fizycznych, chemicznych, a nawet biologicznych. Nanocząstki mogą być bowiem produktami suchego mielenia, homogenizacji, litografii czy hydrolizy enzymatycznej. Techniki typu top- -down obejmują większość metod przetwarzania surowców w fazie stałej [22, 25]. Uważa się, że metody top-down nie umożliwiają przygotowania materiałów o jednolitym kształcie ani uzyskania bardzo małych cząstek, nawet przy dużym zużyciu energii. Największym problemem związanym z tymi technikami jest niedoskonałość struktury powierzchni nanocząstek, która wywiera wpływ na właściwości fizykochemiczne powierzchni nanostruktur i nanomateriałów [29].
Technika bottom-up („dół-góra”) odnosi się do tworzenia nowych nanostruktur z istniejących atomów, molekuł lub nanocząstek na drodze syntezy chemicznej bądź ściśle kontrolowanego łączenia w większe zespoły (agregaty, aglomeraty, klastery). Efektywność procesu jest tym wyższa, im łatwiejsza jest dyfuzja atomów. Można to uzyskać w warunkach ciągłego kontaktu reagentów, zoptymalizowanego mieszania i podgrzewania układu, szczególnie w fazie gazowej lub ciekłej. Do metod typu bottom-up zalicza się m.in.: wytrącanie w roztworach, suszenie sublimacyjne, mieszanie w polu ultradźwięków, rozkład prekursorów organicznych czy syntezę w warunkach hydrotermicznych [20, 23]. Metody bottom-up zapewniają uzyskanie jednolitego rozmiaru, kształtu i rozkładu nanocząstek. Chociaż technika „dół-góra” nie jest niczym nowym, odgrywa ważną rolę w wytwarzaniu i przetwarzaniu nanostruktur, m.in. w zakresie skutecznej kontroli morfologii, czystości i rozkładu wielkości nanocząstek [29].
NANOTECHNOLOGICZNE ROZWIĄZANIA w produkcji żywności
W ciągu ostatnich kilku dekad nanotechnologia stała się obiektem zainteresowania w wielu sektorach gospodarki, w tym także przemysłu rolno-spożywczego. Jej potencjalne i obecne zastosowania są związane przede wszystkim z zapewnianiem bezpieczeństwa żywności, zwiększaniem jej wartości odżywczej, a także poszukiwaniem nowych wrażeń smakowych oraz tekstury [9]. Przykładem tego rodzaju produktów są m.in. nanoemulsje, środki powierzchniowo czynne, emulsje podwójne [53]. Obecnie na rynku światowym dostępnych jest wiele produktów (głównie nutraceutyków i suplementów diety) zawierających np. witaminy, mikroelementy czy przeciwutleniacze w nanoskali [9]. Jednym z nich jest Nano-tea (Shenzhen Become Industry & Trade Co.), produkowana w Chinach. Jest to herbata wzbogacona o selen w wielkości od 3 do 5 ppm [12]. W niektórych częściach Chin niedobór tego pierwiastka stanowi główną przyczynę wielu dolegliwości zdrowotnych. Według Chaudhry i wsp. zwiększone wchłanianie i biodostępność nanoselenu w Nano-tea może zapobiegać tym schorzeniom [9]. Z kolei Shibata opatentował proces wytwarzania nanoproszku z zielonej herbaty (ZH) o średnio 55-krotnie większej aktywności przeciwutleniającej niż klasyczna sproszkowana ZH [43]. Innym przykładem artykułu spożywczego, którego technologię produkcji opracowali Degant i Schwechten, jest mąka pszenna (MP). Jej rozdrobnienie mechaniczne do nanorozmiaru spowodowało zwiększenie zdolności wchłaniania wody (w porównaniu z tradycyjną MP) [17]. Nanotechnologię wykorzystano również do produkcji suplementu diety Nutri-NanoTM CoQ-10 (Solgar, Stany Zjednoczone Ameryki). Według informacji podanych przez producenta koenzym Q10 zamknięty w nanometrycznej miceli jest ponad trzykrotnie lepiej przyswajalny niż jego forma krystaliczna [47].
Inny ważny obszar potencjalnego wykorzystania nanotechnologii stanowi nanokapsułkowanie dodatków i składników żywności [9]. Proces mikrokapsułkowania jest już dobrze znany. Najnowszy trend w dziedzinie tzw. zdrowej żywności polega na tworzeniu nanomolekuł. Wang i wsp. [51] poddali nanokapsułkowaniu olej z alg morskich (OAM), który jest bogatym źródłem wielonienasyconych kwasów tłuszczowych omega-3 (PUFA), w szczególności kwasu dokozaheksaenowego (DHA) [51]. Działanie PUFA w organizmie człowieka polega na zmniejszaniu stanów zapalnych i zapobieganiu chorobom sercowo-naczyniowym [37]. Niestety, włączenie OAM do żywności związane jest z pewnymi trudnościami. Wysoka wrażliwość na tlen i słaba rozpuszczalność w wodzie ograniczają jego zastosowanie w żywności [1]. Zdaniem Wang i wsp. [51] jakość oleju z alg morskich można poprawić poprzez kapsułkowanie jego nanocząsteczek w połączeniu z powłokami funkcjonalnymi. Naukowcy opracowali skuteczny system tworzenia nanokapsułek OAM z prebiotykami, które według nich stanowią wartość dodaną w produkcie końcowym [51].
Zastosowanie nanotechnologii w przemyśle spożywczym dotyczy także tworzenia nanopowłok na powierzchni żywności, które mają na celu zapewnienie bariery dla wody lub tlenu, a tym samym poprawiają jej trwałość i smak [9, 14]. Z myślą o tym wykorzystywane są hydrofobowe, dozwolone dodatki do żywności, takie jak dwutlenek krzemu (SiO2 , E551) czy tlenek magnezu (MgO, E530). Powłokę nakłada się w procesie ciągłym, w postaci cienkiej amorficznej folii o grubości 50 nm lub mniejszej, aby zapobiec jej pęknięciu [9]. Do tworzenia osłon z nanocząsteczkami mogą być wykorzystywane również związki organiczne pozyskiwane z naturalnych surowców roślinnych [51, 57]. Jednym z przykładów może być kompozyt, zawierający nanocząsteczki zeiny (NZ), czyli białka występującego w kukurydzy, i rutyny (NR), w połączeniu ze skrobią kukurydzianą (SK). Wykazano, że materiał składający się z wymienionych składników zmniejsza przepuszczalność pary wodnej [57].
NANOTECHNOLOGIA w opakowalnictwie żywności
Opakowalnictwo żywności wciąż ewoluuje wraz z pojawiającymi się innowacjami w dziedzinie materiałoznawstwa i technologii oraz zmieniającymi się potrzebami konsumentów. Nowe systemy pakowania nie tylko zapewniają zachowanie dobrej jakości artykułów spożywczych podczas transportu i dystrybucji, ale także dostarczają informacji np. o stopniu dojrzałości konsumpcyjnej owoców [3]. Obecnie, gdy mowa o postępie technologicznym w dziedzinie opakowań żywności, na plan pierwszy wybija się nanotechnologia. Umożliwia bowiem utworzenie takich tworzyw, które wchodzą w określone interakcje z przechowywanym produktem, nie zmieniając jego właściwości sensorycznych [57].
Dostępnych jest wiele publikacji dotyczących wykorzystania nanocząsteczek do wytwarzania opakowań aktywnych, inteligentnych bądź o polepszonych właściwościach mechanicznych i barierowych [9, 19, 28]. Większość z nich zawiera jednak syntetyczne polimery (poliamidy, polistyren, politetraftalan etylenu itp.). Jest to jeden z powodów poszukiwania alternatywy dla tworzyw sztucznych, którą może stanowić skrobia i jej kompozyty [57]. Ze względu na m.in. biodegradowalność, nietoksyczność, dostępność i stabilność oksydacyjną – stanowi ona obiecujący materiał opakowaniowy [15, 54]. Ponadto badania Wang i wsp. [51] potwierdziły, że kompozyty skrobi i różnych związków chemicznych w nanoskali mają ulepszone właściwości barierowe, mechaniczne, a także umożliwiają wydłużenie trwałości produktów spożywczych oraz są bezpieczne dla środowiska [51]. Naukowcy wytworzyli folię kompozytową zawierającą nanozeinę, ekstrakt ze skórki pomarańczy (SP) oraz skrobię kukurydzianą (SK). Opracowali oni także nowy sposób na przedłużenie uwalniania bakteriobójczego limonenu (L), którego źródłem jest SP [38, 49]. Technologia tworzenia nanomateriału polega na zamknięciu L w kapsułkach z nanozeiną, a następnie ich połączeniu z substancją błonotwórczą – skrobią kukurydzianą. Według naukowców złączenie wymienionych komponentów zapewnia uzyskanie folii o odpowiednich właściwościach mechanicznych i barierowych, która ponadto jest jadalna i biodegradowalna [51].
W oparciu o przeciwdrobnoustrojowe działanie nanosrebra (n-Ag) opracowano szereg opakowań aktywnych, które hamując wzrost mikroorganizmów, chronią artykuły spożywcze przed psuciem [42]. Z tych właśnie przyczyn n-Ag zostało również wbudowane w wewnętrzną powierzchnię lodówek domowych (LG, Samsung i Daewoo), dzięki czemu łatwiejsze stało się utrzymanie bezpiecznego i higienicznego środowiska w urządzeniach [9]. Bardzo wysoki potencjał przeciwdrobnoustrojowy wykazują również nanostruktury wodne (EWNS), które rozpylone w powietrzu, pozostając w nim przez długi czas i zderzając się z mikroorganizmami (zawieszonymi w powietrzu lub obecnymi na powierzchniach), dostarczają reaktywne formy tlenu, powodując ich inaktywację, bez wpływu na jakość sensoryczną żywności [19].
Obecne zastosowania nanotechnologii w żywności umożliwiają lub ułatwiają wykrywanie patogenów za pomocą nanoczujników. Działają one szybko, są wrażliwe i wymagają mniejszych nakładów pracy, jeśli chodzi o obsługę [16]. Mogą być nimi np. nanorurki węglowe, które dzięki unikalnym właściwościom mechanicznym, elektronicznym i dużej powierzchni właściwej sześciokrotnie zwiększają czułość testu wykrywającego enterotoksyny gronkowcowe [55]. Smolander i wsp. [45] opatentowali nanoczujnik wskazujący na rozwój drobnoustrojów w produktach mięsnych poprzez zmianę barwy opakowania. Składa się ono z folii z tworzywa sztucznego lub papieru, które pokryte są powłoką srebra lub miedzi o grubości od 1 do 10 nm. Powierzchnia opakowania ciemnieje po reakcji z lotnymi siarczkami wytwarzanymi przez drobnoustroje podczas psucia się mięsa [45].
NANOKORZYŚCI
Liczne możliwości zastosowania nanotechnologii związane są z wieloma korzyściami. Jest to alternatywne rozwiązanie w projektowaniu, przetwarzaniu, utrwalaniu żywności i wytwarzaniu opakowań spożywczych [40]. Wdrożenie nanotechnologii umożliwia poprawę ogólnej jakości produktów spożywczych poprzez:
- ukształtowanie odpowiedniej struktury i zwiększenie homogenności produktów,
- wzbogacenie produktów w substancje funkcjonalne i/lub bioaktywne oraz zwiększenie ich biodostępności [36, 40],
- obniżenie kaloryczności produktów, np. lodów, śmietany i czekolady,
- ochronę składników labilnych, ich kontrolowany transport i uwalnianie [40],
- zwiększenie funkcjonalności opakowań spożywczych, np. polepszenie właściwości mechanicznych i termicznych [22];
- poprawę właściwości technologicznych produktów, np. rozpuszczalności aromatów/barwników, zdolności do wiązania i zatrzymywania wody (za sprawą dużej powierzchni zewnętrznej nanostruktur) [23];
- monitorowanie bezpieczeństwa żywności, np. poprzez wykrywanie zachodzących procesów chemicznych, biochemicznych, mikrobiologicznych (opakowania aktywne);
- poprawę cech sensorycznych żywności (stosowanie nanoporowatych materiałów do filtracji i usuwania niepożądanych związków smakowo-zapachowych) [22];
- uzdatnianie wody technologicznej [36];
- wydłużanie okresu przydatności produktów do spożycia (np. działanie antybakteryjne za pomocą nanocząstek srebra [22, 42] bądź zastosowanie materiału aktywnego – pochłaniacza tlenu z cząsteczkami nanożelaza) [21].
Ponadto nanotechnologia dostarcza bardziej wydajnych metod produkcji żywności, w wyniku zmniejszenia zużycia środków agrochemicznych (np. pestycydów, antybiotyków czy leków weterynaryjnych), co może wiązać się z pozytywnymi skutkami dla ochrony środowiska naturalnego oraz stanu zdrowia konsumenta [22].
NANOZAGROŻENIA
Nanotechnologia jest uważana za rewolucyjną dyscyplinę nauki i technologii, wykorzystywaną do zapewnienia bezpieczeństwa i jakości żywności. Jej szybki rozwój w obszarze produkcji spożywczej i rolnictwa doprowadził do powstania zarówno innowacyjnych produktów oraz eksperymentalnych technologii, jak i szeregu problemów związanych z bezpieczeństwem, środowiskiem, etyką, polityką i regulacjami [24].
Obawy wynikające z zastosowania nanotechnologii są nieodłącznie związane z fizykochemicznym charakterem nanocząsteczek oraz prawdopodobieństwem i zakresem narażenia. Z powodu większego pola powierzchni mogą one wykazywać inne właściwości fizykochemiczne i biologiczne niż ich konwencjonalne formy. Ze względu na niewielkie rozmiary mogą łatwo przedostawać się do organizmu człowieka, głównie drogami oddechowymi, skórnymi i żołądkowo-jelitowymi. Ogranicza to również ich wykorzystanie jako narzędzi terapeutycznych i diagnostycznych [24].
Potencjalne działanie nanocząsteczek na przewód pokarmowy człowieka jest w dużej mierze nieznane. Prowadzi to do obaw, że spożycie nanometrycznych składników i dodatków do żywności może stanowić zagrożenie dla zdrowia konsumentów. Ponadto dowody naukowe wskazują, że swobodnie modyfikowane nanocząsteczki mogą przekraczać bariery komórkowe [10], a ekspozycja na niektóre ich formy może prowadzić do zwiększonej produkcji reaktywnych form tlenu i w konsekwencji do uszkodzenia oksydacyjnego komórki [32]. Według Bouwmeester i wsp. [6] cząsteczki w nanoskali mogą mieć szkodliwy wpływ na układ immunologiczny i sercowo- -naczyniowy, a także być przyczyną reakcji alergicznych [6]. W badaniach in vitro Chen i von Mikecz [10] wykazali, że cząsteczki SiO2 o wielkości mniejszej niż 70 nm mogą dostać się do jąder komórkowych (JK). Stwierdzili oni również akumulację białka w JK i upośledzenie replikacji oraz transkrypcji DNA. Chociaż SiO2 jest stosowany jako dozwolony dodatek do żywności i opakowań, istnieje ryzyko, że jego spożycie wraz z innymi substancjami spożywczymi wywoła podobne efekty również in vivo [10].
W przyszłości rosnące wykorzystanie materiałów i produktów nanotechnologii może stanowić też nowe, pośrednie źródło zanieczyszczenia żywności. Takie ryzyko przypuszczalnie wynikałoby z zastosowania pestycydów i leków weterynaryjnych w nanoskali, kontaktu żywności z powłokami na bazie nanocząsteczek lub potencjalnej ich migracji z opakowań do produktów spożywczych [19]. Ponadto – ponieważ zachowanie, rozkład i los nanocząsteczek w środowisku nie są obecnie w pełni poznane – trudno jest ocenić, czy ulegają bioakumulacji w środowisku i biokoncentracji w łańcuchu pokarmowym. Niewielkie rozmiary i duża powierzchnia nanomateriałów ułatwiają ich rozpraszanie w ciele człowieka, natomiast ich unikalne właściwości fizykochemiczne sprawiają, że badania toksykologiczne są skomplikowane i trudne. Dlatego ważne jest poszerzanie wiedzy na temat różnych mechanizmów związanych z działaniem i toksycznością nanomateriałów [24].
KONSUMENT A NANOŻYWNOŚĆ
Zachowanie konsumenta okazuje się bardzo złożonym zagadnieniem, nieustannie analizowanym przez wielu badaczy. Kennedy [27] przedstawił trzy grupy czynników determinujących zachowania konsumenckie: czynniki indywidualne (wiedza, postawy, motywacja, osobowość, styl życia), czynniki środowiskowe (kultura, warstwa społeczna, rodzina) oraz czynniki psychologiczne (uczenie się, zmiany zachowań, przetwarzanie informacji) [27]. Rozwój nowych technologii w dużej mierze zależy od postaw konsumentów – potencjalnych nabywców oferowanych innowacji [7]. Wątpliwości konsumentów dotyczące nowych technologii są związane przede wszystkim z obszarem społecznym i prawnym. Naukowcy często błędnie interpretują te obawy, dokonując ich oceny w aspekcie zagrożeń bezpośrednio związanych z technologią. Tempo i kierunki rozwoju nanotechnologii zależą od zrozumienia i sposobu postrzegania tej technologii przez społeczeństwo oraz odpowiedniego, rzetelnego przekazywania informacji na ten temat [11].
Badania wykazują, że obywatele USA są bardziej skłonni do przyjęcia i akceptacji dotychczas nieznanej technologii niż Europejczycy. Jednak wszyscy respondenci wyrazili zaniepokojenie potencjalnymi zagrożeniami nanotechnologicznymi (np. dotyczącymi gromadzenia się nanocząstek w środowisku). Opowiadali się za dalszymi badaniami, które mogłyby te zagrożenia wyeliminować, zwłaszcza w przypadku potencjalnych nanokorzyści, np. w profilaktyce czy leczeniu chorób. Ponadto zostały przeprowadzone badania postrzegania nanotechnologii na tle innych rozwiązań technologicznych. Stwierdzono, że przeciętny konsument postrzega nanotechnologię względnie neutralnie, jako mniej ryzykowną i bardziej korzystną od np. GMO, lecz bardziej ryzykowną i mniej korzystną od np. elektrowni wodnych [13]. W znacznym stopniu konsumenci nie potrafią precyzyjnie określić zalet wykorzystania nanotechnologii w produkcji żywności i opakowań. Niedostateczna wiedza, wynikająca z braku przejrzystych informacji, może zrodzić niechęć, a w konsekwencji odrzucenie nanorozwiązań. Pomimo szeroko pojętej globalizacji przekonania konsumenckie zależą od czynników kulturowych i ekonomicznych regionu, w którym funkcjonuje dana społeczność. Tam, gdzie żywność jest powszechnie dostępna, pojawia się większy sceptycyzm wobec takiej, którą wyprodukowano „nietradycyjnie” [35]. Zastosowanie nanotechnologii w opakowalnictwie jest kojarzone bardziej pozytywnie niż w przypadku produkcji żywności. Z punktu widzenia konsumenta im większy kontakt nanocząstek ze składnikami żywności (później z organizmem człowieka), tym większe zagrożenie płynące z nanotechnologii [44]. Prognozy pokazują, że popyt na tzw. żywność personalizowaną, zaspokajającą indywidualne potrzeby konsumenta wzrośnie [30]. Dlatego znaczenie nanożywności może być istotnie większe w nadchodzącej przyszłości.
PODSUMOWANIE:
Nanotechnologia jako stosunkowo nowe podejście naukowo-badawcze stała się przedmiotem uwagi wielu specjalistów z obszarów takich jak: medycyna, biotechnologia, rolnictwo, przetwórstwo oraz żywienie człowieka. Zastosowanie nanostruktur umożliwia poprawę bezpieczeństwa żywności, zwiększenie jej wartości odżywczej oraz opracowywanie nowych produktów. W przemyśle spożywczym wykorzystanie nanotechnologii pozwala na otrzymanie takich produktów jak herbata wzbogacona w selen czy nanokapsułki z olejem z alg morskich oraz na tworzenie powłok na środki spożywcze chroniących je przed niekorzystnym działaniem wilgoci i tlenu. Rozwój nanotechnologii przyczynia się ponadto do postępu technologicznego i innowacyjności w opakowalnictwie, m.in. przez ulepszenie właściwości mechanicznych i barierowości materiałów, a w konsekwencji również wydłużenie trwałości przechowywanej żywności oraz rozwój opakowań aktywnych i inteligentnych. Zainteresowanie nanotechnologią wciąż rośnie także w produkcji żywności, głównie ze względu na liczne korzyści wynikające z zastosowania tej technologii (w porównaniu z rozwiązaniami tradycyjnymi i powszechnie znanymi). Jednak rozwój nanotechnologii niesie też za sobą wiele zagrożeń, związanych m.in. z bezpieczeństwem zdrowotnym konsumentów.
Mgr inż. I. Szymańska, mgr inż. M. Kupiec, mgr inż. K. Osytek,
dr hab. A. Żbikowska, prof. SGGW – Zakład Technologii Tłuszczów
i Koncentratów Spożywczych, Katedra Technologii i Oceny Żywności, Instytut
Nauk o Żywności, Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie;
e-mail: iwona_szymanska@sggw.pl
LITERATURA:
[1] Akhavan S., E. Assadpour, I. Katouzian, S.M. Jafari. 2018. „Lipid nano scale cargos for the protection
and delivery of food bioactive ingredients and nutraceuticals”. Trends in Food Science & Technology 74 :
132-146.
[2] Arole V.M., S.V. Munde 2014. „Fabrication of nanomaterials by top-down and bottom-up approaches
– an overview”. Journal of Advances in Applied Sciences and Technology1 (2) : 89-93.
[3] Barska A., J. Wyrwa. 2016. „Konsument wobec opakowań aktywnych i inteligentnych na rynku produktów spożywczych”. Zagadnienia Ekonomiki Rolnej 4 (349) : 143-161.
[4] Bera A., H. Belhaj. 2016. „Application of nanotechnology by means of nanoparticles and nanodispersions in oil recovery – a comprehensive review”. Journal of Natural Gas Science and Engineering 34 :
1284-1309.
[5] Boisseau P., B. Loubaton. 2011. „Nanomedicine, nanotechnology in medicine”. C. R. Physique 12 : 620-636.
[6] Bouwmeester H., S. Dekkers, M.Y. Noordam. 2009. „Review of health safety aspects of nanotechnologies in food production”. Regulatory Toxicology and Pharmacology 53 : 52-62.
[7] Burri R., S. Bellucci. 2008. „Public perception of nanotechnology”. Journal of Nanoparticle Research 10 (3) : 387.
[8] Buzea C., I.I. Pacheco, K. Robbie. 2007. „Nanomaterials and nanoparticles: Sources and toxicity”. Biointerphases 2 (4) : MR17-MR71.
[9] Chaudhry Q., M. Scotter, J. Blackburn, B. Ross, A. Boxall, L. Castle, R. Aitken, R. Watkins. 2008. „Applications
and implications of nanotechnologies for the food sector”. Food Additives & Contaminants 25 (3) : 241-258.
[10] Chen M., A. von Mikecz. 2005. „Formation of nucleoplasmic protein aggregates impairs nuclear function
in response to SiO2 nanoparticles”. Experimental Cell Research 305 (1) : 51-62.
[11] Cobb M., J. Macoubrie. 2004. „Public perceptions about nanotechnology: risks, benefits and trust”. Journal of Nanoparticle Research 6 (4) : 395.
[12] Consumer Products Inventory: https://www.nanotechproject.org/cpi/products//nanatea/ (4.11.2019 r.).
[13] Currall S., E. King, N. Lane, J. Madera, S. Turner. 2006. „What drives public acceptance of nanotechnology?”. Nature Nanotechnology 1 : 153-154.
[14] Cyras V.P., L.B. Manfredi, M.T. Ton-That, A. Vazquez. 2008. „Physical and mechanical properties of thermoplastic starch/montmorillonite nanocomposite films”. Carbonhydrate Polymers 73 : 55-63.
[15] Dandekar P., R. Jain, T. Stauner, B. Loretz, M. Koch, G. Wenz, C.M. Lehr. 2012. „A hydrophobic starch
polymer for nanoparticle-mediated delivery of docetaxel”. Macromolecular Bioscience 12 (2) : 184-194.
[16] Das M., N. Saxena, P.D. Dwivedi. 2009. „Emerging trends of nanoparticles application in food technology:
safety paradigms”. Nanotoxicology 3 (1) : 10-18.
[17] Degan T.O., D. Schwechten. 2002. „Mąka pszenna o zwiększonej zdolności wiązania wody oraz proces
i urządzenia do jej produkcji”. Niemiecki patent DE10107885A1.
[18] Dębek P., A. Feliczak-Guzik, I. Nowak. 2017. „Nanostruktury – ogólne informacje. Zastosowanie nanoobiektów w medycynie i kosmetologii”. Postępy Higieny i Medycyny Doświadczalnej 71 : 1055-1062.
[19] Eleftheriadou M., G. Pyrgiotakis, P. Demokritou. 2017. „Nanotechnology to the Rescue: Using nano-enabled approaches in microbiological food safety and quality”. Current Opinion Biotechnology 44 : 87-93.
[20] Foltynowicz Z., B. Czajka, A. Maranda, L. Wachowski. 2017. „Aspekty nanomateriałów w zastosowaniach cywilnych i militarnych. Część 1. Pochodzenie, charakterystyka i metody otrzymywania”.
Materiały Wysokoenergetyczne 9 : 5-17.
[21] Foltynowicz Z., Kozak W., Stoińska J., Urbańska M. 2010. „Nanożelazowy pochłaniacz tlenu”. Zgłoszenie
patentowe UP RP P. 393511.
[22] Głód D., M. Adamczak, W. Bednarski. 2014. „Wybrane aspekty zastosowania nanotechnologii w produkcji żywności”. Żywność. Nauka. Technologia. Jakość 5 (96) : 36-52.
[23] Idzikowska M., M. Janczura, T. Lepionka, M. Madej, E. Mościcka, J. Pyzik, P. Siwek, W. Szubierajska,
D. Skrajnowska, A. Tokarz. 2012. „Nanotechnologia w produkcji żywności – kierunki rozwoju, zagrożenia i regulacje prawne”. Biul. Wydz. Farm. WUM 4 : 26-31.
[24] Jain A., S. Ranjan, N. Dasgupta, C. Ramalingam. 2018. „Nanomaterials in food and agriculture: An overview
on their safety concerns and regulatory issues”. Critical Reviews in Food Science and Nutrition 58 : 297-317.
[25] Kachel-Jakubowska M., M. Szymanek, A. Dziwulska-Hunek. 2015. „Nanotechnologia – możliwości rozwoju i zastosowań”. W Innowacje w Zarządzaniu i Inżynierii Produkcji 92-103. Opole: Oficyna Wydawnicza PTZP.
[26] Kasperkiewicz K., A. Adamus-Grabicka, E. Budzisz. 2018. „Nanocząstki jako nośniki związków biologicznie aktywnych”. W Najnowsze doniesienia z zakresu nanotechnologii 42-53. Lublin: Wydawnictwo
Naukowe TYGIEL.
[27] Kennedy J. 2007. „Nanotechnology: the future is coming sooner than you think”. Joint Economic Committee, United States Congress, Washington, D.C.
[28] Khalaj M.J., H. Ahmadi, R. Lesankhosh, G. Khalaj. 2016. „Study of physical and mechanical properties
of polypropylene nanocomposites for food packaging application: Nano-clay modified with iron
nanoparticles”. Trends in Food Science and Technology 51 : 41-48.
[29] Kumar S., P. Bhushan, S. Bhattacharya. 2018. „Fabrication of nanostructures with bottom-up approach
and their utility in diagnostics, therapeutics, and others”. W Environmental, Chemical and Medical Sensors
167-198. Singapore: Springer.
[30] Langauer-Lewowicka H., K. Pawlas. 2014. „Nanocząstki, nanotechnologia – potencjalne zagrożenia
środowiskowe i zawodowe”. Medycyna Środowiskowa 17 (2) : 7-14.
[31] Leśkiewicz K. 2013. „Prawne aspekty nanotechnologii w produkcji żywności i materiałów przeznaczonych do kontaktu z żywnością”. Przegląd Prawa Rolnego 2 (13) : 87-105.
[32] Li N., C. Sioutas, A. Cho, D. Schmitz, C. Misra, J. Sempf, M. Wang, T. Oberley, J. Froines, A. Nel. 2003. „Ultrafine particulate pollutants induce oxidative stress and mitochondrial damage”. Environmental Health
Perspectives 111 (4) : 455-460.
[33] Linkov I., E. Anklam, Z.A. Collier, D. DiMase O., Renn. 2014. „Risk-based standards: integrating top-down
and bottom-up approaches”. Environment Systems and Decisions 34 (1) : 134.
[34] Linkov I., M.H. Kurth, D. Hristozov, J.M. Keisler. 2014. „Nanotechnology: promoting innovation through
analysis and governance”. Environment Systems and Decisions 35 (1) : 22-23.
[35] Łopacka J., A. Półtorak. 2013. „Zagrożenia związane z wykorzystaniem nanotechnologii w produkcji
opakowań do żywności w świetle badań naukowych i w opinii konsumentów”. Problemy Higieny i Epidemiologii 94 (2) : 172-178.
[36] Momin J., C. Jayakumar, J.B. Prajapati. 2013. „Potential of nanotechnology in functional foods”. Emirates
Journal of Food and Agriculture 25 (1) : 10-19.
[37] Nowak J. 2010. „Przeciwzapalne prowygaszeniowe pochodne wielonienasyconych kwasów tłuszczowych omega 3 i omega 6”. Postępy Higieny i Medycyny Doświadczalnej 64 : 115-132.
[38] Ozturk B., J. Winterburn, M. Gonzalez-Miquel. 2019. „Orange peel waste valorisation through limonene
extraction using bio-based solvents”. Biochemical Engineering Journal 151 : 107298.
[39] Palka D., K. Stecuła. 2018. „Postęp technologiczny – dobrodziejstwo czy zagrożenie?”. W Innowacje
w zarządzaniu i inżynierii produkcji 587-595. Opole: Oficyna Wydawnicza PTZP.
[40] Popławska M., U. Mikołajczyk, S. Bujak-Pietrek. 2015. „Nowy sektor pracowniczy – przegląd danych
o nanoprodukcji i działalności badawczo-rozwojowej w dziedzinie nanotechnologii w Polsce”. Medycyna Pracy 66 (4) : 575-582.
[41] Runowski M. 2014. „Nanotechnologia – nanomateriały, nanocząstki i wielofunkcyjne nanostruktury
typu rdzeń/powłoka”. Chemik 68 (9) : 766-775.
[42] Sharma C., R. Dhiman, N. Rokana, H. Panwar. 2017. „Nanotechnology: An Untapped Resource for Food
Packaging”. Frontiers in Microbiology 8 : 1735.
[43] Shibata T. 2002. „Method for producing green tea in microfine powder”. United States Patent
US6416803B1.
[44] Siegrist M. 2010. „Public perception of nanotechnology in foods and food packaging”. Food Engineering
and Ingredients 35 (1) : 8-10.
[45] Smolander M., E. Hurme, M. Koivisto, S. Kivinen. 2004. PCT international patent application WO
2004/102185 A1.
[46] Sokół J. L. 2012. „Nanotechnologia w życiu człowieka”. Ekonomia i Zarządzanie 4 (1) : 18-29.
[47] Solgar: https://solgar.pl/produkty/koenzym-q/nutri-nano-coq-10 (4.11.2019 r.).
[48] Sozer, N., J.L. Kokini. 2009. „Nanotechnology and Its Applications in the Food Sector”. Trends in Biotechnology 27 : 82-89.
[49] Su J., Q. Guo, L. Mao, Y. Gao, F. Yuan. 2018. „Effect of gum arabic on the storage stability and antibacterial
ability of β-lactoglobulin stabilized d-limonene emulsion”. Food Hydrocolloids 84 : 75-83.
[50] Uddin F. 2019. Textile Manufacturing Processes. London: IntechOPen.
[51] Wang Y., R. Zhang, S. Ahmed, W. Qin, Y. Liu. 2019. „Preparation and Characterization of Corn Starch BioActive Edible Packaging Films Based on Zein Incorporated with Orange-Peel Oil”. Antioxidants 8 (9) :
391.
[52] Wang Y., Z. Zheng, K. Wang, C. Tang, Y. Liu, J. Li 2020. „Prebiotic carbohydrates: Effect on physicochemical
stability and solubility of algal oil nanoparticles”. Carbohydrate Polymers 228 : 115372.
[53] Weiss J., P. Takhistov, D.J. McClements. 2006. „Functional Materials in Food Nanotechnology”. Journal of
Food Science 719 : 107-116.
[54] Wesley S.J., P. Raja, A.A. Raj, D. Tiroutchelvamae. 2014. „Review on-nanotechnology applications in food
packaging and safety”. International Journal of Engineering Research 33 (11) : 645-651.
[55] Yang M., Y. Kostov, A. Rasooly. 2008. „Carbon nanotubes based optical immunodetection of Staphylococcal Enterotoxin B (SEB) in food”. International Journal of Food Microbiology 127 (1-2) : 78-83.
[56] Zdyb A. 2018. „Nanostruktury w energetyce”. W Najnowsze doniesienia z zakresu nanotechnologii 7-14.
Lublin: Wydawnictwo Naukowe TYGIEL.
[57] Zhang S., H. Zhao. 2017. „Preparation and properties of zein-rutin composite nanoparticle/corn starch
films”. Carbohydrate Polymers 169 : 358-392.
