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)