Nanotehnologija, nanodelci

Nanotehnologija in nanoznanost sta nov pristop k razumevanju in obvladovanju lastnosti snovi v nanometrskem merilu. Iste snovi lahko pridobijo povsem nove fizikalne in kemijske lastnosti pri velikosti delcev manjših od 100 nm (nm-nanometer je milijardinka metra; 10-9m) in zato tudi biološke lastnosti. Drobne skupke materiala takšnih velikosti imenujemo nanodelci.

Manjši kot je delec, vecja je njegova površina glede na njegov volumen. Atomi na površini nimajo vseh sosedov, zato so kemijsko aktivni. Nanodelci imajo na površini veliko večji delež atomov v primerjavi z delci vecjih dimenzij, zato postanejo  izraženi kvantno-mehanski pojavi. Nanodelci se razlikujejo od večjih delcev istih snovi, ker imajo drugačne kemijske, električne, reološke, magnetne, optične, mehanske, strukturne in biološke lastnosti od kemijsko enakih makro delcev.

Nanotehnologija je torej veda, ki izrablja posebne lastnosti nanomaterialov. Znanstvena odkritja nanotehnologije so izjemna, še posebno na področju proizvodnje materialov, nanoelektronike, medicine, varovanja zdravja, biotehnologije, informatike, zagotavljanja varnosti. Nanotehnologiji pripisujejo razvoj neslutenih razsežnosti. Predstavlja revolucionaren pristop v različnih panogah industrije, tudi v proizvodnji in pakiranju živil.

Nanotehnologija in živilska industrija, nanohrana

Živilska industrija se šele začenja zavedati polnega potenciala nanotehnologije. Z izrazom nanohrana (angl. nanofood) označujemo hrano, ki je bila pridelana, predelana ali pakirana s pomočjo nanotehnologije ali v katero so primešani nanomateriali.

Začetek nanotehnologije na podrocju živil sega v leto 2000, ko je živilska industrija postavila prve nanotehnološke laboratorije. V letu 2004 je bilo v svetu zabeleženih 180 primerov razlicnih vrst uporabe nanotehnologije  na podrocju živil. V letu 2007 je bilo po nekaterih ocenah na tržišču že od 150 do 600 vrst nanohrane in od 400 do 500 nanotehnoloških embalaž za živila. Predvideva se, da bo uporaba nanotehnologije na podrocju živil v svetu zelo hitro naraščala.

Možna uporaba nanotehnologije v živilski industriji

1. Pakiranje živil: Dodajanje nanodelcev (npr. srebra, titanovega in silicijevega dioksida, nanogline) v materiale za pakiranje živil, z namenom izboljšati zaščito živil (manjša prepustnost, boljše mehanske lastnosti materialov, zmanjšan vpliv UV-svetlobe, večja odpornost na toploto, antibakterijski učinki). Nanokroglice škroba z velikostjo od 50 do 150 nm so lahko dodane lepilu za embalažo. Imajo 400-krat večjo površino od običajnega škroba in zato je za pripravo potrebno manj vode in krajši čas sušenja.
2. Ostali materiali v stiku z živili: Nanosrebro zaradi njegovih antibakterijskih učinkov domnevno uporabljajo tudi v hladilnikih, lončkih za otroško hrano in čaj, kuhinjski posodi;
3. Olje za cvrtje z dodanimi nanokeramičnimi delci, ki preprečujejo toplotno zgoščevanje v olju in zmanjšujejo nastajanje neprijetnih vonjav. Olje tako ostane sveže in uporabno dlje časa;
4. Živila z dodanimi nanokapsulami, ki služijo kot nosilci za vitamine, minerale, esencialne maščobne kisline (omega 3), antioksidante, koencim Q10, da izboljšajo njihovo bio- razpoložljivost;
5. V pesticidih in herbicidih za zaščito rastlin;
6. Nanoprevleke za živila. Nanotehnologi so že razvili očesu nevidne, užitne nanoprevleke, debeline 5 nm. Prevleke se lahko nanese na različna živila (meso, sire, sadje, zelenjavo), s tem se prepreči izgubo vlage in zmanjša vpliv ozračja. Prevleke so tudi nosilke barv, okusa, vsebujejo antioksidante, encime, podaljšajo življenjsko dobo izdelka tudi potem, ko je bila vidna embalaža odprta. Antibakterijske prevleke za prekrivanje pekarskih izdelkov so v fazi testiranja pri proizvajalcih. Za izdelavo nanoprevlek za živila uporabljajo silicijeve, titanove okside;
7. Nanosenzorji. Razvili so tudi že novo vrsto ultra majhnih senzorjev za hitro odkrivanje toksinov (strupov), virusov, bakterij in drugih mikroorganizmov, za uporabo v vseh fazah proizvodnje živil in pri pakiranju živil. Predvideni so tudi za hladilnike, v katerih bi nas opozarjali na pokvarjena živila;
8. Nanodelci v žvečilnih gumijih bodo nosili snovi za čiščenje zob, ki jih z okusom ne bomo zaznali.

Nanotehnologija in potencialno tveganje za zdravje ljudi

Nanotehnologija je kljub številnim izjemnim nanotehnološkim dosežkom že izzvala zaskrbljenost laične in strokovne svetovne javnosti zaradi potencialnega tveganja za zdravje ljudi. Nanodelci z različnimi nanoizdelki lahko vstopajo v telo, bodisi preko kože (zlasti poškodovane kože), prebavil in predvsem dihal. Iz teh vstopnih mest lahko preidejo v območne bezgavke in v krvni obtok, ki jih raznese po vsem telesu v različne organe (predvsem jetra, vranico, ledvice pa tudi v kostni mozeg, srce, možgane…). Vpliv nanodelcev na telo (govorimo o nanotoksičnosti) je različen, odvisen je od fizikalno-kemijskih lastnosti delcev (npr. kemijske sestave, velikosti, oblike, površinskega naboja, kristalne strukture...)

Za primer navajamo toksičnost titanovega dioksida (TiO2), ki je eden najbolj vsestransko uporaben nanomaterial zaradi svoje antimikrobne aktivnosti, fotokatalitične sposobnosti in uporabe pri zaščiti pred UV-sevanjem. Je dodatek hrani, kot belilno sredstvo in za podaljšanje obstojnosti hrane zaradi svojih antibakterijskih lastnosti. Dodajajo ga v premaze bombonov, z njim loščijo sadje, je v fermentiranem mleku, je zgoščevalec v zdravilih in dodatek v moki. Uporaben je v sončnih celicah, v samočistilnih oknih, za čišcenje vode. V kozmetiki se ga uporablja v kremah za sončenje. Nekateri nanodelci TiO2 povzročijo oksidativno poškodbo celice oziroma tkiva, vplivajo na imunski sistem in izzovejo vnetje.

TiO2 v mikronski velikosti naj ne bi bil biološko aktiven, zato je z zakonodajo v Evropski uniji in tudi drugod za zdaj še uvrščen med varne materiale za prehrano ljudi. Pri tem velikost delcev ni navedena, kljub dejstvom, da tudi mikronski delci vsebujejo določen delež nanodelcev, ki lahko vplivajo na zdravje ljudi.