Seminarski Rad - Nanotehnologija

Univerzitet u Sarajevu

Poljoprivredno – prehrambeni fakultet

PRIMJENA NANOTEHNOLOGIJE U PREHRAMBENOJ INDUSTRIJI

Seminarski rad

Mentor : Student :

Prof. dr. Selma Čorbo Amila Vranac

Sarajevo, decembar 2010.

Seminarski rad - Primjena nanotehnologije u prehrambenoj industriji

SADRŽAJ

1. Uvod ..................................................................................................................................... 3

2. Nanotehnologija ................................................................................................................... 4

3. Primjena nanotehnologije u preh. industriji ......................................................................... 6

3. 1 Metode, tehnike i nanomaterijali u preh. industriji .................................................... 10

3.1.1 Materijali ........................................................................................................... 11

3.1.2 Metode i tehnike ............................................................................................... 14

3.2 Propisi i budućnost nanotehnologije ......................................................................... 15

4. Zaključak ........................................................................................................................... 16

Literatura ............................................................................................................................... 17

Sarajevo, decembar 2010. Stranica 2


1. UVOD

Proizvodnja hrane za zadovoljenje ljudskih potreba i održavanjem egzistencije pojedinaca i društva, čini jednog od najznačajnijih procesa i ljudskih djelatnosti. Prehrambena industrija ima zadatak da osigura proizvodnju i preradu hrane, koja mora posjedovati određene karakteristike kako bi bila pogodna za konzumaciju, kako u higijensko ispravnom, zdravstveno sigurnom, nutritivnom, tako i senzornom pogledu. Danas, svjetska proizvodnja hrane ima stalni predznak ekspanzije, sa stalnim porastom svjetskog stanovništva. Pritom, sve veći naglasak se stavlja na proizvodnju hrane sa pomenutim atributima, ali koja je kao takva dostupna svima. S ovim porastom i sa istovremenim i ubrzanim razvojem novih tehnologija, tehnika, prehrambena industrija danas se sve više koristi dostignućima iz sličnih područja istraživanja, te nastoji u svoju proizvodnu praksu inkorporirati takva tehničko – tehnološka dostignuća koja omogućavaju progresivni razvoj ovog sektora djelatnosti. Progresivni razvoj novih tehnologija proizvodnje hrane je neophodan radi zadovoljenja zahtijeva potrošača, koji sa razvojem modernog koncepta života, žele kupiti zdravstveno siguran proizvod, sa definisanim nutritivnim karakteristikama i sa dokazanim efektom kojeg može postići takav proizvod, u pogledu učinka na organizam i senzornog efekta. Radi unapređenja proizvodnje i prerade takvih namirnica, prehrambena industrija se koristi dostignućima iz oblasti nanotehnologije. Nanotehnologija predstavlja relativno mlado područje istraživanja, čija su dostignuća već našla primjenu u prehrambenoj industriji, a koja su predstavljena u nastavku rada.

Stoga, cilj ovog rada je predstaviti nanotehnologiju kao područje na kojima se danas vrše intenzivna istraživanja, predstaviti mogućnosti njene primjene u oblasti prehrambene industrije, potom metode, tehnike i materijale koji se koriste u toku pojedinih procesa proizvodnje hrane, te sagledati učinak aplikacije nanotehnologije u prehrambenoj industriji i buduće potencijalne mogućnosti njenih dostignuća.



2. NANOTEHNOLOGIJA

Nanotehnologija je znanost i tehnologija koja se usredotočuje na specifične osobine (svojstva) materije (materijala), a koja proizilazi iz nano veličine, i obuhvata kreiranje i manipulaciju anorganske ili nebiološke ili biološke tvari na nano razini.

Riječ nanotehnologija prvi je uveo nekadašnji professor Norio Taniguchi Sveučilišta znanosti u Tokiju (Tokyo Science University) na međunarodonoj konferenciji inžinjerstva, održanoj u Tokiju 1974. godine.

Termin “nano”, koja u grčkom jeziku znači “patuljak”, odnosi se na dimenzije raspona 10 -9, odnosno 1 nanometar = 10-9 m. Radi poređenja :

- virusi su otprilike veličine 10 nanometara

- građa atomske rešetke u silikonu je 0.54 nm

Nanotehnologija je usredotočena na karakterizaciju, izgradnju i manipulaciju bioloških i nanobioloških struktura manjih od 100 nm, puno manjih nego što ljudsko oko može vidjeti (normalno ljudsko oko, pri najbližem fokusu, može razlučiti dimenzije od 20 µm, 10 -6 m). Utvrđeno je da strukture ovako malih dimenzija imaju jedinstvena i nova funkcionalna svojstva, mogućnosti primjene i umiješanosti koja mogu poslužiti čovječanstvu.

Prema USA National Nanotechnology Initiative (2006) : „Nanotehnologija je područje interesa koje podrazumijeva upravljanje tvarima dimenzija od približno 1 do 100 nm (dimenzija približno 80 000 puta manjih od promjera prosječne debljine ljudske vlasi kose i 10 puta promjera atoma vodika), koja omogućava jedinstveni fenomen novih mogućnosti primjene“.

Ioni K (kalija) i Na (natrija) su promjera 10 – tak nm i imaju jednu od uloga u ljudskom organizmu da generiraju nervne impulse. Veličina molekula šećera, aminokiselina, hormona i DNK je u nano dimenzijama. Većina molekula proteina i polisaharida su nano dimenzija.

Može se reći da svaki živi organizam na Zemlji egzistira zbog prisustva, koncentracije, lociranosti i međudjelovanja ovih nanostruktura. Nanotehnologija može imati različitu korist upotrebom strukturalnih tvorevina nano razine, koje imaju fizička, hemijska i biološka svojstva, i koja su suštinski različita od njihovih makroskupskih struktura.

Nanobiotehnologija ima širok spektar primjene, a jedna on njih je primjena nanočestica kao prenosnog sistema. Nanočestice su prvi put razvijene 1970. godine. Prvobitno su činile nosače za vakcine i antikancerogene materije.

Obuhvatajući znanost, inžinjerstvo i tehnologiju nano razine, nanotehnologija uključuje predočavanje, mjerenje, modeliranje i manipulaciju tvari pri ovoj dimenzionalnoj razini.



Nanotehnologija se koristi znanjima i dostignućima iz oblasti hemije, inžinjerstva, fizike, tehnika mikrofabrikacije i predstvalja manipulaciju materijom na nano nivou. Ona je odgovorna ne samo za mjerenje bioloških i nebioloških struktura veličine 100 nm i manje, nego i za njihovu jedinstvenu i funkcionalnu upotrebu.

Istraživanja na područjima biologije, hemije, inžinjerstva i fizike uključuju i istraživanja i razvoj nanotehnologije. Kao posljedica toga, neke industrije, kao što su farmaceutska, industrije mikroelektronike i dr. su već počele sa proivodnjom komercijalnih proizvoda nano veličine. Nanotehnologija pokazuje veliki potencijal u području prehrambene indsutrije, iako se tek istražuju načini aplikacije ovakvih materijala.

Slika 1 - Vidovi upotrebe nanotehnologije1

1 T. Tarver (2006) Food nanotechnology, Institute od Food Technologies, Chicago



3. PRIMJENA NANOTEHNOLOGIJE U PREHRAMBENOJ INDUSTRIJI

Svi organizmi predstavljaju zajednicu različitih tvari nano veličine. Priroda odavnina koristi za samoizgradnju nano strukture i to kroz niz optimiziranih procesa koji najučinkovitije koriste (minimalno) energiju. Atomi i molekule tvore dinamičke strukture i sisteme koji čine temelj postojanja svakog organizma. Kod ljudi, ćelijske membrane, hormoni i DNK su primjer vitalnih struktura koji se mjere u nano rasponu. Zapravo, svaki živi organizam na Zemlji postoji zahvaljujući postojanju i interakciji različitih nanostruktura. Čak i molekule hrane, kao što su karbohidrati, proteini i masti su rezultat spajanja između šećera, amino kiselina i masnih kiselina na nano nivou. Većina čestica, koje se upotrebljavaju, tradicionalno pripadaju koloidima. Sterička stabilizacija koloidnih čestica se postiže adsorpcijom polimera i površinski aktivnih čestica na površini. Nano čestice mogu se dalje stabilizirati njihovim vezanjem na molekule koje tvore kovalentne veze. Npr. „organizacija“ micela (čestica) kazeina ili skroba i „pakiranje“ globularnih proteina i nakupljenih proteina su primjer samo-slagajućih struktura koje čine stabilne tvorevine.

S obzirom da se koristi u prehrambenoj industriji, nanotehnologija uključuje korištenje bioloških molekula poput šećera ili proteina kao ciljne skupine za prepoznavanje nanostruktura koje mogu biti korištene kao npr. biosenzori u hrani. Takvi biosenzori mogu poslužiti kao detektori patogena i drugih kontaminanta u hrani ili kao „uređaji“ za praćenje prehrambenih proizvoda. Nanotehnologija također može biti korištena u enkapsulacijskim sistemima za zaštitu protiv okolišnih faktora. Osim toga, može biti korištena u dizajniranju sastojaka hrane kao što su arome i antioksidansi.

Cilj je poboljšati funkcionalnost takvih sastojaka, uz istovremeno smanjenje njihove koncentracije. Iako nanotehnologija može biti potencijalno korisna u svim područjima proizvodnje i obrade hrane, mnoge metode su preskupe ili nepraktične za primjenu na komercijalnom nivou. Zbog toga, nano tehnike su najisplativije u pratećim područjima prehrambene industrije kao što su : razvoj novih funkcionalnih materijala, receptura, prerada i skladištenje hrane na mikro i nano nivou.

Upotreba nanostruktura u znanosti o hrani i tehnologiji se bazira na razumijevanju termodinamičkih samo- slažućih procesa. Samo – organizirajuće strukture na nivou nano –dimenzija moguće je postići uspostvavom ravnoteže između različitih nekovalentnih sila. Postizanjem veće površine nano čestica po jedinici mase biti će moguće da one budu biološki aktivne nego čestice većih dimenzija istog hemijskog sastava.

Nanotehnologija je otvorila nove puteve u studiranju pojedinačnih molekula i specifičnih intra- i inter – molekularnih reakcija u kojima one sudjeluju. Istraživanja će omogućiti spoznaje koje će pomoći u kreiranju pojedinih molekule (hrane), zaštitnih površinskih sistema, površinskog inžinjerstva, različitih metoda proizvodnje i nanofiltraciju.



Glavna područja primjene nanotehnologije u proizvodnji hrane :

1. Procesiranje

2. Pakiranje

3. Proizvodnja materijala i sastojaka

4. Automatizacija

5. Sigurnost i kvalitet hrane

6. Bio-inžinjerstvo

7. Nano dizajniranje

8. Nano bio-inžinjerstvo

9. Okoliš

10. Informacijska tehnologija

Primjena nanotehnologije u prehrambenoj industriji prema proizvodu :

a) standardna hrana

b) funkcionalna hrana

c) suplementi

d) prehrana

e) dijeta

Nanotehnologija u prehrambenoj industriji prema području primjene :

a) proizvodnja hrane

b) procesiranje

c) konzervisanje

d) poboljšanje arome i boje

e) sigurnost hrane

f) pakiranje hrane



Nanotehnologija u prehrambenoj industriji prema tehnologiji :

1 – dizajniranje matriksa

a) frakcioniranje b) sinteza c) dizajniranje maziva d) drugi molekularni matriksi

2 – nanomaterijali

a) nanokompoziti b) nanoglina c) nanocijevi d) drugo

3 – detekcija

a) nanoslike b) biosenzori c) nano čipovi d) drugo

4 - procesne tehnologije

a) za emulzije b) za gelove c) za pjene d) za lipozome e) za drugo

5 – nano sistemi za prenos

a) nano kapusle b) nano helati c) nano kuglice d) nano naprave i nano mašine

e) nano roboti f) drugo

6 – Nano higijena

a) nano čestice b) obrada površine c) nano flter

d) dizajniranje strukture e) drugo i nove tehnologije

Proizvodi koji se danas nalaze na tržištu u čijem kreiranju nanotehnologija ima učešće :



Pića (mlijeko, sokovi, čajevi) sa dodatkom Ca ( u vidu raznih Ca soli, nano –Ca)

Gazirani sokovi sa dodatkom raznih mikroemulzija sa inkorporiranim esencijalnim uljima (aromatičnim spojevima tvarima arome)

Razni mliječni proizvodi sa lipozomima u kojima je inkapsuliran laktoferin, bakteriostatski glikoprotein (radi produženja vijeka trajanja), probiotici, prebiotici

Dresinzi za salate s dodatkom antimikrobnih tvari

Stabilni disperzni sistemi (emulzije) kao što su mlijeko,, majoneze, umaci, dresinzi za salate i sl. Sa vrlo finim ulje – u – vodi nanoemulzijama koje imaju izvrna svojstva u stabiliziranju ovih proizvoda

Riblje ulje (sa dodatkom α – tokoferola za smanjenje oksidacije lipida u ulju)

Široki raspon različitih prehrambenih proizvoda sa dodatkom funkcionalnih (bioaktivnih) dodataka (vitamina, minerala, 3 i 6 omega masnih kiselina, antioksidanasa, tvari arome, boja –pigmenata, antimikrobnih sredstava, konzervanasa ) koji se dodaju u hranu u čistom obliku ili, češće, u nekom vezanom obliku, u sistem za ugradnju u proizvod (npr. U obliku mikrosfere i mikrokapsule) – funkcionalna hrana.

3. 1 Metode, tehnike i nanomaterijali koji se koriste u prehrambenoj industriji



Tokom proteklih nekoliko desetljeća, povećao se znatan interes za razvoj biorazgradivih nanočestica (liposomi, virusi poput čestica (VPL), proteini) kao učinkovitog prenosnog sistema hrane i lijekova. Nanočestice su postale važno područje istraživanja prenosnih sistema hrane i lijekova. Glavna prednost koloidnih nosača hrane i lijekova je mogućnost ciljanje promjene prenosa, kao i poboljšanje ćelijskog unosa brojnih tvari koje imaju sposobnost prenosa različitih tvari u organizam u određenom vremenskom razdoblju. Općenito, nanočestice imaju veličinu od 10 do 1000 nm. Do sada, proteinske nanopartikule su pokazale učinkovitu biorazgradivost koji mogu uključivati lijekove na relativno nespecifične načine. Hrana i lijekovi mogu biti otopljeni, sadržani, kapsulirani ili zakačeni na matriks nanočestica, u ovisnosti od metode dobijanja nanočestica, nanosfere i nanokapsula. Nanokapsule predstavljaju vezikularne sisteme u kojima se lijek nalazi u šupljinama okruženim jedinstvenim polimembranama, dok nanosfere čine mješovite sisteme u kojima su lijekovi fiziči i ravnomjerno raspršene. Nanočestice se mogu koristiti za prenos hidrofobnih i hidrofilnih lijekova, vakcina, bioloških makromolekula itd.

Prednosti nanočestica za prenos hrane i lijekova :

biorazgradivost netoksičnost nemaju antigena svojstva stabilnost i dug vijek trajanja bolja nosivost hidrofilnih molekula, u poređenju sa drugim kolidnim sistemima kontrolisano oslobađanje lijekova sposobnost prenosa proteina, peptida, gena prenos DNK u genskoj terapiji

Još jedan oblik nanočestica, koje mogu imati korist kao prenosni sistem hrane i lijekova, su lipozomi. Ovi sistemi se dobijaju iz masti i koristili su se kao mogući prenosni sistemi zbog zaštite hrane i lijekova sadržanih u njihovom jezgru. Lipozomi su pokazali slabu učinkovitost kapsulacije, nisku stabilnost pri skladištenju i brzo propuštanje u krv lijekova topivih u vodi. Biološka distribucija nosača, unesenih intravenozno, uvjetovana je njihovim fizičko- hemijskim svojstvima, kao što su npr. veličina čestice i karakteristike površine. Veće čestice se brže odstranjuju iz jetre i slezene od malih čestica, stoga se pribjegava smanjivanju čestica, koloidnih nosača, do veličine 100 – 200 nm.

Polimerni materijali se također koriste za proizvodnju nanočestica, uključujući polilaktičke kiseline (PLA), polilaktokogliktilne kiseline (PLGA), polikaprolakton (PCL), polimetil metakrilate i polialkil cijanoakrilate. Pored navedenih, koriste se i prirodni polimeri, kao što su albumin, želatin, alginat, kolagen i dr. Poliesteri, sami ili u kombinaciji sa drugim polimerima, se najčešće koriste u produkciji nanočestica.

3.1.1 Nano materijali u prehrambenoj industriji



Nanodisperzije i nanokapsule

Kao osnovne komponente hrane, funkcionalni sastojci poput vitamina, antimikrobnih supstanci, antioksidanata, aroma i konzervansa se javljaju u različitim molekularnim i fizičkim oblicima. S obzirom da se rijetko koriste u čistom obliku, funkcionalni sastojci su obično dio prenosnog sistema. Prenosni sistem ima brojne funkcije, a jedna od njih je trasport funkcionalnih sastojaka na željeno mjesto. Osim što je usklađen sa osobinama prehrambenog proizvoda, kao što su okus, tekstura i trajnost, prenosni sistem pored ostalog uključuje i zaštitu sastojaka od hemijske i biološke degradacije, kao što je oksidacija, te stepen oslobađanja funkcionalnih sastojaka pod određenim okolišnim uvjetima. S obzirom da oni mogu uspješno obavljati sve ove zadatke, nanodisperzije i nanokapsule su idealni mehanizmi za prenos funkcionalnih sastojaka. Ovi tipovi nanostruktura uključuju udružene koloide, nanoemulzije i biopolimerske nanočestice.

Udruženi koloidi

Primjeri ovih nanostruktura su PAT micele, vezikule, reverzne micele i tekući kristali. Koloid prestavlja stabilni sistem tvari sa uokolo dispergovanim malim česticama. Udruženi koloid predstavlja koloid čije čestice čine još manje molekule. Udruženi koloidi se kreću u rasponu od 5 do 100 nm i obično su providni rastvori koji su mnogo godina korišteni za prenos polarnih, nepolarnih i amfilatskih funkcionalnih sastojaka. Najveći nedostaci udruženih koloida su što mogu ugroziti okus sastojaka i spontano disocirati pri razrjeđenju.

Nanoemulzije

Emulzija je mješavina dvije ili više tekućina, kao što su ulje i voda, koje se ne miješaju lako. Nanoemulzije su emulzije u kojih su raspršene kapljice promjera 500 nm ili manje. Nanoemulzije mogu ograditi funkcionalne sastojke i tako smanjiti hemijsku degradaciju. Zapravo, različiti tipovi nanoemulzija sa višekompleksnim svojstvima, kao što su nanostruktuirane multiemulzije ili nanostruktuirane višeslojne emulzije, nude više zaštitnih sposobnosti od jednog prenosnog sistema štiti nekoliko funkcionalnih sastojaka. U ovakvim strukturama, funkcionalna komponenta sadržana u jednoj od komponenata višeemulzijskog sistema, može biti oslobođena kao odgovor na specifični „okolišni okidač“.

Biopolimerske nanočestice



Biopolimeri hrane, kao što su proteini ili polisaharidi mogu se koristiti za proizvodnju čestica nanometarske veličine. Korištenjem spajajuće ili razdvajajuće interakcije, jedan biopolimer se dijeli na manje nanočestice. Nanočestice se onda mogu koristiti kao kapsule za funkcionale sastojke, u svrhu zaštite, te za njihovo oslobađanje kao odgovor na različite okolišne uticaje. Jedne od najčešćih komponenti biorazgradivih biopolimerskih nanočestica su polilaktičke kiseline (PLA). Široko dostupne kod mnogih proizvođača, PLA se često koriste za kapsulaciju i isporuku lijekova, vakcina, proteina, ali one ima svoja ograničenja : brzo se uklanjaju iz krvotoka, ostajući izolirane u jetri i bubrezima. Budući da je njihova svrha, kao nanočestica, da prenesu aktivne komponente u ostale dijelove tijela, potrebno je pridružiti polilaktičkim kiselinama komponente kao što je polietilen glikol, kako bi bile uspješne u tom pogledu.

Slika 2 – Formiranje nanoslojeva i čestica2

Nanolaminati

2 T. Tarver (2006) Food nanotechnology, Institute od Food Technologies, Chicago



Pored nanodisperzija i nanokapsula, u prehrambenoj industriji se koriste i nanolaminati, kao komercijalna nano tehnika. Nanolaminati se sastoje od dva ili više slojeva materijala nano dimenzija, te čine iznimno tanak film (1-100 nm / sloj) fizički i hemijski vezan. Zbog prednosti u pripremanju jestivih filmova, nanolaminati imaju brojne vidove primjene u prehrambenoj industriji. Jestivi filmovi su prisutni u velikom broju različitih namirnica : voću, povrću, mesu, čokoladi, slatkišima, pečenim proizvodima i pomfritu. Takvi filmovi štite hranu od vlage, masti, plinova, te oni mogu poboljšati teksturna svojstva hrane i služiti kao nosači boje, aroma, antioksidansa, nutrijenata i antimikrobnih supstanci. Trenutno, jestivi nanolaminati se proivode od polisaharida, proteina i masti. Iako su polisaharidski i proteinski nanolaminati dobra zaštita od kisika i CO2, nisu učinkoviti u zaštiti od vlage. S druge strane, lipidni nanolaminati dobro štite hranu od vlage, ali su ograničeno otporni na plinove i nemaju mehaničku čvrstoću. Budući da ni polisaharidi, proteini ni masti ne mogu osigurati sva poželjna svojsta u jestivom premazu, naučnici pokušavaju pronaći aditive koji ih mogu poboljšati, kao što su polioli. Za sada, premazivanje hrane nanolaminatima uključuje njihovo potapanje u seriju rastvora koji sadrže tvari koje se adsorpuju na površinu hrane ili rasprskivanjem supstanci na površinu hrane. Iako postoje razne metode koje omogućavaju adsorpciju, ona je obično rezultat privlačenja između tvari koje imaju suprotan naboj. Stepen adsorpcije tvari zavisi od prirode površine hrane, kao i od prirode adsorpcione supstance. Različite adsorpcione supstance mogu graditi različite slojeve nanolaminata, a primjeri su polielektroliti (polisaharidi i proteini), masti sa nabojima i koloidne čestice. Prema tome, različiti nanolaminati mogu uključiti različite funkcionalne agense, kao što su antimkrobne supstance, enzimi, boje, arome i antioksidansi.

Nanovlakna i nanocijevi

Prve dvije primjene nanotehnologije koje su u ranoj fazi imale uticaj na prehrambenu industriju su korištenje nanovlakana i nanocijevi. S obzirom da se nanovlakna obično ne predstavljaju tvari koje sačinjavaju hranu, nanovlakna imaju samo nekoliko potencijalnih primjena u prehrambenoj industriji. Nanovlakna se proizvode upotrebom elektrostatičke kao podloge za bakterijske kulture. Osim toga, nanovlakna se mogu koristiti kao strukturna matrica za vještačku hranu i ambalaža za hranu koja ne šteti okolišu. Kako se bude ostvarivao napredak u oblasti korištenja nanovlakna u proizvodnji hrane, vidovi njihove upotrebe će se vjerovatno povećati. Kao i nanovlakna, nanocijevi se većinom koriste u drugim industrijama. Karbonske nanocijevi su popularne kao slabo otporni provodnici i katalitički reaktori. Ipak, pod odgovarajućim okolišnim uslovima, pojedini globularni proteini mlijeka mogu načiniti strukturu sličnu nanocijevima.

3.1.2 Metode dobijanja nanomaterijala u prehrambenoj industriji



Proteinske nanočestice se mogu proizvesti različitim metodama. Ove čestice su opsežno proučavane zbog svoje pogodnosti za prenos lijekova, a koja počiva na svojstvima kao što su biorazgradivost, netoksičnost, posjedovanje antigenih svojstva, te zbog svoje dobro utvrđene osnovne strukture i visokog sadržaja aminokiselina. Proteinske nanočestice dozvoljavaju elekstrostatičku adsorpciju pozitivno ili negativno nabijenih molekula, bez uključivanja drugih spojeva. Osim toga, proteinske nanopartikule mogu biti lako pripremljene u kontrolisanim procesima kao što je desolvatacija i sl.

Među dostupnim potencijalnim nano prenosnicima hrane i lijekova, nanočestice na bazi proteina imaju važnu ulogu. Biopolimeri, kao što su proteini, obično se koriste za kapsulaciju emulzije u kojima je ulje rasprešeno u vodi.

Jednostavna i kompleksna koaservacija, sušenje rasprišivanjem i denaturacija toplotom, predstavljaju tri glavne kapsulacijske tehnike bazirane na proteinima. Njihovi principi su vrlo slični : emulzifikacija potrebnog materijala (ulje) slijedi formiranje mikrokapsularnog zida pod uticajem promjene okolišnih uvjeta. Što se tiče jednostavnih koaservacijskih metoda, kod njih se taloženje proteina oko kapljica ulja postiže promjenom pH i temperature ili isoljavanjem. Proteinske mikrokapsule životinjskog porijekla poput želatina, kazeina i albumina su široko rasprostranjenije od biljnih proteina. Glijadin, rezervni protein pšenice, jedan je od rijetkih primjera biljnih proteina koji se koristi za kapsulaciju raspršene uljne faze. Nedostatak emulzijske metode za pripremu čestica se ogleda u potrebi za korištenjem organskog rastvora za uklanjanje ostataka uljnih faza koji se koriste tokom procesa površinske stabilizacije emulzija. Drugi nedostatak je u tome što je teško dobiti čestice manje od 500 nm kombinovanjem emulzifikacijskih postupaka. Veličina i površinski naboj nanočestica su od iznimne važnosti za njihov unos.

Koaservacija je metoda koja se zasniva na razdvajanju koliidnih sistema na dvije tečne faze. Jednu fazu čine koncentriranije koloidne komponente - koaservata, a drugu ravnotežni rastvor. Udruženo fazno razdvajanje dva polimera u vodi nastaje ako je prisutno elektrostatičko privlačenje. Složena koaservazija je proces spontanog razdvajanja faza koje nastaje kada su dva polielektrolita različitih naboja pomješana u vodenom rastvoru. Elektrostatička interakcija između dvije vrste makromolekula rezultira razdvajanjem koaservate (faza bogata polimerima) od druge (faza siromašna polimerima). Ova pojava može koristiti za proizvodnju mikrosfera i kapsuliranje različitih komponenti. Proces kapsulacije može biti do kraja proveden u vodenom rastvoru pri niskim temperaturama, te stoga ima dobre šanse da zaštiti bioaktivnos kapsulata.

3. 2 Propisi i budućnost nanotehnologije u prehrambenoj indutriji



Propisi

U SAD ne postoje posebni propisi o korištenju nanotehnologije u prehrambenoj industriji. S druge strane, EU preporučuje posebne propise koji nisu još usvojeni i na snazi. FDA očekuje da će mnogi proizvodi nanotehnologije doći pod upravu mnogih od njenih centara, tako da će OCP preuzeti date odgovornosti. S obzirom da FDA regulaciju zasniva na osnovi „proivod po proizvod“, naglašava da već mnogi proizvodi, koji su potpadaju pod regulaciju, sadrže čestice nano dimenzija. U skladu s tim, „veličina čestica nije problem“, i svi novi materijali će biti podvrgnuti analizi sa sigurnosnim testovima.

Institut za nauku o hrani i tehnologiju, nezavisno tijelo Ujedinjenog Kraljevstva, ima drugačiji pogled na nanotehnologiju. U svom izvještaju (IFTS, 2006) prenosi da je veličina bitna i da nanočestice treba smatrati potencijalno štetnih sve dok testne probe ne dokažu drugačije. Ipak, Evropska Komisija namjerava primjeniti postojeće zakone o hrani na onu koja koristi dostignuća nanotehnologije. Prema tome, Evropska Komisija kaže da će tehnologija vjerovatno zahtijevati neke modifikacije kako bi se pridržavala postojećih zakona. Royal Academy of Engineering, UK, preporučuje navođenje nano sastojaka na deklaraciji. Vlada Ujedinjenog Kraljevstva smatra da je navođenje nano sastojaka potreban za potrošače kako bi bili informisani i donosili odluke pri kupovini, stoga će ovaj potez biti neophodan.

Budućnost primjene nanotehnologije

Nove tehnologije Novi proizvodi (personalizirani i funkcionalni proizvodi) Kvaliteta hrane (bolja topivost, sprečavanje oksidacije, poboljšanje okusa i sl.) Sigurnost hrane Tretiranje raznih oboljenja preko sistema hrane koji sadrže bio- aktivne sastojke (sa

mogućnošću dužeg zadržavanja u probavnom sistemu) Ćelijska i molekularna biologija Novi materijali i uređaji za detekciju patogenih organizama (antimikrobni senzori) Omotači hrane Identifikacija (raznim napravama) nepoželjnih sastojaka (nanosenzori) Pakiranje hrane (folije i sl.) Praćenje (raznim napravama i sistemima) proizvoda i njihovog kvaliteta u cijelom

lancu hrane Označavanje (deklaracija) hrane Zaštita okoliša

4. ZAKLJUČAK



Nanotehnologija je relativno mlado područje istraživanja, čiji su prvi rezultati i dostignuća u obliku proizvodnje nanočestica, tokom 70 –ih godina prošlog vijeka, danas stekla široku upotrebu u prehrambenoj industriji. Prehrambena industrija inkorporira u svoje proizvodne procese nanotehnologiju, kako bi poboljšala razvoj, unaprijedila istraživanja koja se odnose na funkcionalna riješenja nekih od problema tokom prerade hrane, te zadovoljila potrebe potrošača, ali u isto vrijeme i otvorila put daljen napretka i usvajanja primjenjivih dostignuća iz oblasti nanotehnologije. Neki od nanomaterijala kao što su nanolaminati, nanočestice, nanovlakna i nanocijevi, dobiveni različitim metodama kao što je emulzifikacija, imaju jako veliki značaj kako kod proizvodnje hrane, tako i kod iskoristivosti i transportu u organizam. Tako je nanotehnologija omogućila i donijela neka riješenja po pitanju produkcije hrane, a koja se odnose na zaštitu emulzija, funkcionalnih komponenti hrane kao što su boje, vitamini, arome, antioksidansi, te unaprijedila prenosni sistem ovih komponenti. Nanotehnologija u prehrambenoj industriji ima izuzetan značaj, jer doprinosi potencijalnom nastanku novih standardnih i funkcionalnih proizvoda, omogućava bolji kvalitet hrane, senzorni i sigurnosni, omogućava detekciju patogena u hranu i neželjenih komponenti, a sve to kroz biorazgradive i netoksične materijale. Stoga, u svrhu unapređenja prehrambene industrije i proizvodnje hrane, nanotehnologija treba postati dijelom standardne proizvodne prakse i biti područje na koje su intenzivno usmjerena istraživanja.

LITERATURA



Rahimnejad M. et al (2009): Production of protein nanoparticles for food and drug deliery system, Academic Journal, Iran

Tarver, T. (2006) : Food nanotechnology, Institute od Food Technologies, Chicago, USA

Internet izvori :

www.wikipedia.org ; pristup 16.12.2010.

www.ptfos.hr ; pristup 16.12.2010.


http://www.ptfos.hr/

http://www.wikipedia.org/

Documents

Seminarski Rad - Nanotehnologija