Ипользование нанотехнологии в пищевой промышленности

Лекция 2

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.

В технологии производства пищевых продуктов наиболее перспективно применение нанотехнологий при получении новых видов упаковки для пищевых продуктов. Такие полимерные нанокомпозитные материалы обладают легкостью, гибкостью, долговечностью, устойчивостью к повышенной температуре и влажности, имеют свойства барьерных пленок с заданной проницаемостью. Так называемые «активные» нанокомпозиты содержат наночастицы с антимикробными и антиокислительными свойствами, «умные» нанокомпозиты содержат наносенсоры для контроля качества пищи, биодеградируемые нанокомпозиты содержат наноматериалы, способствующие биодеградации.

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

СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО:

– 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

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

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

«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