Nanotechnologia w przetwórstwie żywności

Wprowadzenie

Wyobraź sobie: otwierasz lodówkę sięgając po mleko i zauważasz, że karton zmienił kolor: był jasno niebieski, kiedy przyniosłeś go do domu ze sklepu, ale teraz jest ciemnobrązowy. To może oznaczać tylko jedno: mleko jest zepsute, a jego konsumpcja nie jest bezpieczna. Nawet nie musisz go próbować, aby mieć pewność. Wiesz, że oznaczony kolorem wskaźnik poziomu świeżości nie jest chwytem marketingowym, jest oparty na rzeczywistych parametrach, takich jak temperatura, wilgotność i aktywność biologiczna w tym konkretnym opakowaniu.

Monitorowanie w czasie rzeczywistym jest możliwe dzięki biodegradowalnym nanoczujnikom w mleku. Jest to tylko jeden z wielu sposobów, w jaki nanobiotechnologia może być stosowana do żywności w najbliższej przyszłości.

Ale w jaki sposób przemysł spożywczy wykorzystuje teraz nanomateriały i czy są one bezpieczne? W tym artykule postaramy się przybliżyć ten temat.

Makro, mikro i nano

Na początek: jak duże (lub małe) są nanomateriały? Wyobraź sobie trzy zakresy:

Makro to to, co widzimy gołym okiem, mierzone jest w metrach, centymetrach i milimetrach. Dalej jest mikro: weź milimetr i podziel go na 1000 części, a otrzymasz mikrometr. W tej skali znajdują się bakterie, wirusy i komórki.

W nanoskali rzeczy mierzy się w nanometrach, co stanowi jedną tysięczną mikrometru lub miliardową metra. Być może włosy są najbliższe wyobrażeniu sobie nanometru bez użycia mikroskopu: ma on około jednej dziesiątej milimetra szerokości i składa się z 100 000 nanometrów. W nanoskali możemy znaleźć membrany komórkowe (10 nanometrów) i cząsteczki cukru (1 nm).

Zmienia się nie tylko rozmiar

Nanocząsteczki to nie tylko znacznie mniejsze wersje mikrocząstek. Po zredukowaniu do nanoskali dana substancja może zmienić także swoje zachowanie i właściwości. Jednym z nich jest wzrost stosunku powierzchni do objętości. Co ważniejsze jednak następuje zmiana w aktywności biologicznej.

Nanocząsteczki mogą przemieszczać się przez błonę komórkową i docierać do miejsc, do których nie byłyby zdolne, gdyby należały do makro świata. Jest to szczególnie ważne, ponieważ struktura komórkowa żywych organizmów ma wymiar mikro, ale procesy biologiczne zachodzą w skali nano.

Wykorzystanie nanotechnologii w przemyśle spożywczym

Te właściwości mogą mieć ogromny potencjał w wielu dziedzinach, a żywność jest jedną z nich. W rzeczywistości, od pola do kuchni nanotechnologia może być stosowana na każdym etapie łańcucha żywnościowego, aby:

• monitorować warunki uprawy;
• skuteczniej dostarczać pestycydy;
• zmniejszyć ilość niektórych składników bez zmiany tekstury (pomyśl o lodach o mniejszej zawartości tłuszczu, ale o tej samej kremowości lub frytkach gotowanych z mniejszą ilością oleju, ale o tej samej chrupkości);
• poprawiają smak w żywności;
• sprawiają, że niektóre składniki odżywcze są lepiej przyswajalne przez organizm;
• wykryć psucie;
• zabić bakterie;
• zwiększyć trwałość.

Podczas gdy wiele aplikacji nanotechnologicznych jest jeszcze w powijakach, niektóre z nich są już powszechnymi praktykami. Przykładami dwóch typowych zastosowań są:

Zwiększenie możliwości przepływu suchych proszków. Suche proszki nie zawsze są całkowicie suche. W rzeczywistości mają tendencję do formowania brył lub struktur, które przerywają przepływ w urządzeniach do przetwarzania żywności lub przyklejają się do ścianek silosów, gdzie stosowane jest ciśnienie. Tradycyjnym rozwiązaniem jest uderzanie w zatkane części gumowym młotkiem. Duże cysterny mogą nawet mieć system młotów, aby pozostałości proszku odpadły ze ścian. Jednak od dłuższego czasu w przemyśle spożywczym stosowane są nanocząsteczki krzemu lub dwutlenku tytanu, które zapobiegają sklejaniu się proszku i eliminują zatory. To tak, jakby mieszać duże kamyki z mniejszymi, więc ta ostatnia może działać jak rodzaj suchego smaru.

Funkcja antybakteryjna. Ponieważ nanocząsteczki penetrują błony komórkowe, mogą mieć właściwości antybakteryjne. Jednym z przykładów jest nanosrebro, które zabija bakterie dzięki swojej przebijającej, igłowatej strukturze. Nanosrebro stosowane jest od kilku lat w przemyśle spożywczym, szczególnie do powierzchni mających kontakt z żywnością.

Czy nanomateriały są bezpieczne w użyciu?

To zależy. Naukowcy twierdzą, że nanomateriały nie są z natury dobre ani złe, więc każdy z nich należy oceniać oddzielnie. Chociaż nie ma udowodnionej toksyczności dla tych, które są obecnie używane jako składniki żywności lub do powierzchniach mających kontakt z żywnością, wciąż nie ma wystarczających dostępnych badań dotyczących ich długoterminowych skutków.

Obawy organów regulacyjnych i stowarzyszeń konsumenckich polegają na tym, że te same właściwości, które czynią je tak użytecznymi (jak ich zdolność do penetracji błon komórkowych), mogą również być szkodliwe dla konsumentów i pracowników przemysłowych.

Ze względu na ich mniejszą skalę właściwości i zachowanie nanomateriałów mogą się różnić od ich makrospecyficznych wersji. Czasami zmiany te są całkowicie przewidywalne (na przykład można wcześniej obliczyć wzrost stosunku powierzchni do masy / objętości). Niektóre zmiany są jednak nieprzewidywalne (na przykład chemicznie obojętny materiał, na przykład złoto, staje się katalityczny, gdy zmniejsza się do nanoskali), co może prowadzić do nieprzewidzianych konsekwencji.

Kilka (nieco innych) definicji nanomateriałów

Każda ocena ryzyka to przede wszystkim problem definicji. Jak pokazuje badanie porównawcze przeprowadzone w 2015 r. (link do badania - Tabela 2), nie są one spójne w różnych przepisach. Ich cechą wspólną jest rozmiar: nanomateriał jest powszechnie definiowany jako mieszczący się w zakresie 1nm - 100nm.

Jednakże, jak widać w definicji nanomateriałów przyjętych przez UE, uwzględniono także inne czynniki, takie jak pochodzenie (naturalne, przypadkowe lub wytworzone), stan (niezwiązany, kruszywo lub aglomerat), koncentracja (rozkład wielkości liczbowych):

 „Nanomateriał” oznacza naturalny, powstały przypadkowo lub wytworzony materiał zawierający cząstki w stanie swobodnym lub w formie agregatu bądź aglomeratu, w którym co najmniej 50 % lub więcej cząstek w liczbowym rozkładzie wielkości cząstek ma jeden lub więcej wymiarów w zakresie 1 nm – 100 nm. (Zalecenie Komisji z dnia 18 października 2011 r. dotyczące definicji nanomateriału)

Inne cechy, takie jak rozpuszczalność i nowe właściwości, nie są częścią oficjalnej definicji, chociaż mogą być uwzględnione przez inne kraje.

Powszechnie uznaje się również, że materiały mogą wykazywać właściwości nano nawet wtedy, gdy wykraczają poza oficjalne progi i zakresy rozmiarów, dlatego często konieczne jest indywidualne podejście do każdego przypadku.

W jaki sposób reguluje się nanomateriały

Nanomateriały stanowią problem dla prawodawców: w jaki sposób regulujesz coś, gdy badania naukowe nie są w pełni określone, kiedy są toksyczne, a kiedy nie? I jak osiągnąć równowagę między ochroną zdrowia ludzi bez dławienia innowacji?

Jak powiedzieliśmy wcześniej, nanomateriały nie są z góry uważane za dobre lub złe. Jednak przykład azbestu jest nadal bardzo aktualny: był szeroko stosowany przez dziesięciolecia, dopóki jego toksyczność nie została w pełni odkryta. Ogólną postawą jest więc błądzenie po stronie ostrożności.

W chwili obecnej żaden kraj nie przyjął szczegółowych przepisów dotyczących nanomateriałów. W zależności od ich przeznaczenia i funkcji podlegają one obowiązującym ramom prawnym, ale zasadniczo konieczna jest ocena bezpieczeństwa przed wprowadzeniem na rynek.

Mimo to UE i Szwajcaria są obecnie jedynymi regionami świata, w których obowiązują specjalne przepisy dotyczące nanomateriałów. Niektóre kraje UE również zdecydowały się pójść o krok dalej. W 2013 r. Francja wprowadziła obowiązkowy system zgłaszania nanomateriałów. Następnie pojawiły się Belgia i Dania. W chwili obecnej nie ma jednak planu przyjęcia rejestru w całej UE.

Etykietowanie wydaje się być szczególnie wrażliwym punktem. W UE (a także w innych krajach) obowiązkowe jest określenie obecności nanomateriałów na liście składników. Zasada ta jednak nie zawsze jest przestrzegana, jak pokazuje ostatni przypadek we Francji.

Aby pomóc konsumentom w podjęciu świadomej decyzji, poprawą mogłoby być uwzględnienie nanomateriałów w etykietowaniu zapobiegawczym, które ostrzegają konsumentów o ich możliwej obecności w wyniku zanieczyszczenia krzyżowego. Obecnie etykietowanie zapobiegawcze stosuje się wyłącznie w odniesieniu do alergenów.

Wnioski

Obecny nacisk na nanomateriały jest dobrze uzasadniony, biorąc pod uwagę ogromny potencjał, jaki wykazują. Jednocześnie uważamy jednak, że ich użycie w przemyśle spożywczym powinno być ograniczone do minimum i unikane w miarę możliwości.

Podczas gdy nanomateriały są skutecznym rozwiązaniem dla wielu problemów związanych z przetwarzaniem, nie zawsze są to jedyne rozwiązania. Weźmy na przykład ich zdolność do zwiększenia przepływu w proszkach. Pracując nad ulepszeniem swoich mieszanek, producenci żywności mogli osiągnąć te same wyniki bez stosowania składników nano.

Z drugiej strony może to wymagać dużej ilości eksperymentów oraz prób i błędów. Firmy produkujące żywność będą musiały bardziej zgłębić różne aspekty swoich mieszanek, takie jak nowe projekty sprzętu, czas mieszania i stosunek większych cząstek do mniejszych cząstek.

Na dłuższą metę takie podejście może jednak okazać się korzystne. Trend "czystej etykiety" stał się obecnie standardem branżowym, a marki zmieniają receptury, aby żywność była jak najbardziej naturalna i minimalnie przetworzona. Pozbywanie się składników nano może stać się normą, nawet jeśli są dozwolone.

Nestlé jest jednym z globalnych producentów żywności, który zajmuje zdecydowane stanowisko w sprawie stosowania materiałów nano: "Nie stosujemy nanotechnologii ani nanomateriałów w naszej ofercie żywności i napojów, ale nadal uważnie monitorujemy rozwój sytuacji w tym obszarze". Zdecydowanie zalecamy, aby inne firmy i organy ds. Bezpieczeństwa żywności bliżej przyjrzały się materiałom nano i wkrótce osiągnęły porozumienie.

Źródło: FoodSafetyExperts