VEDA NA DOSAH – váš zdroj informácií o slovenskej vede

Nanotechnológie a nové možnosti ich využitia v potravinárstve a výžive

Marta Bartošovičová

Nanočastice majú mnoho atraktívnych vlastností, ktoré by sa dali použiť vo výrobe.

Ilustračné foto. Potraviny v ochranných obaloch v supermakete. Zdroj: iStockphoto.com

Ilustračné foto. Potraviny v ochranných obaloch v supermakete. Zdroj: iStockphoto.com

Čo sú nanotechnológie a ako sa využívajú? Aké sú ich benefity či riziká v potravinárstve? Ako sa tieto technológie aplikujú v rámci balenia potravín? Odpovede na tieto otázky poskytol v rozhovore Ing. Filip Dimitrov z odboru chémie a analýzy potravín vo Výskumnom ústave potravinárskom Národného poľnohospodárskeho a potravinárskeho centra v Bratislave.

Môžete v úvode aspoň stručne priblížiť nanotechnológie a ich použitie v praxi?

Nanotechnológie sú vedná disciplína zaoberajúca sa časticami, ktoré sú menšie ako 100 nanometrov (nm). Potvrdzuje sa, že nanočastice majú mnoho atraktívnych vlastností, ktoré by sa dali použiť vo výrobe. Nanočastice vyrobené zo zlata, striebra, oxidu zinočnatého a oxidu titaničitého prejavili potenciál pri výrobe obalov, filtrov, deodorantov, zubných pást, farieb a iných produktov. Benefity využitia týchto materiálov vo výrobe vzbudzujú záujem hlavne vo farmaceutickom, elektrotechnickom, biotechnologickom, ale aj v potravinárskom priemysle.

Z pohľadu konzumenta by použitie nanotechnológií znamenalo zvýšenie kvality a bezpečnosti potravín, s ktorými sa dostáva do styku v predajniach. Napríklad vzhľad produktu je primárny faktor, ktorý sa zohľadňuje pri kúpe potravín. Kvalitatívne vlastnosti potravín sú ovplyvnené spracovaním, najmä pri snahe zaručiť ich bezpečnosť. Nanočastice oxidu kremičitého a amorfný oxid kremičitý sa používali ako aditíva, ktoré pomáhajú udržať kvalitu potravín. Takéto úpravy nie sú novinkou, sú výsledkom bežných praktík, ktoré sa stále zdokonaľujú tak, aby množstvo aditív v potravinách kleslo, avšak požadované vlastnosti ostali.

Aké sú benefity alebo prípadné riziká používania nanotechnológií v potravinárstve?

Aplikácia nanotechnológií v potravinárstve v mnohých prípadoch nezasahuje do procesov spracovania, ale optimalizuje už zaužívané procesy. Ide o snahu zachovať alebo zlepšiť konzervačný proces a zredukovať nutné množstvo aditívnych látok. Nanotechnológie sú tu od roku 1990, ale zďaleka nie je odhalený ich plný potenciál a ani riziká. Problémy v rámci zdravotnej neškodnosti a iných nepredvídaných následkov sa môžu objaviť aj oveľa neskôr, ako by sa predpokladalo. Obavy, ktoré z toho vyplývajú, sú pochopiteľné, hlavne keď ide o zdravie v prípade technológií, ktoré ešte nemajú zdokumentovaný plný rozsah účinku na živé organizmy.

Európsky úrad pre bezpečnosť potravín (EFSA) vydal v roku 2009 vedecké stanovisko s názvom Potenciálne riziká z nanovedy a nanotechnológií pre bezpečnosť potravín a krmív. V  roku 2011 vyšla príručka pre posudzovanie rizika z použitia zámerne vyrábaných nanomateriálov v potravinách a krmivách. Bol to prvý manuál, v ktorom je uvedený praktický návod na určovanie potenciálnych rizík z použitia nanotechnológií v reťazci potravín a krmív.

V roku 2016 EFSA vydal hodnotenie bezpečnosti použitia oxidu titaničitého ako aditívnej látky v potravinách s nejasnými závermi. Na požiadanie Európskej komisie bol oxid titaničitý prehodnotený a v máji 2021 EFSA zhodnotil, že sa nemôže považovať za bezpečný v potravinárstve. Vzhľadom na to, že riziká nanotechnológií nie sú zdokumentované a preskúmané, nie je zatiaľ možné posúdiť ich dlhodobé účinky. Regulačné orgány v spolupráci s vedcami sa snažia o vytvorenie vhodnej širokospektrálnej legislatívy, ktorá zaručí oprávnenosť a zdravotnú bezpečnosť týchto technológií a zároveň nebude brzdou pri výskume a vývoji nových metód aplikácie nanotechnológií v priemysle.

Oxid titaničitý sa už nepovažuje za bezpečný pri použití ako prídavnej látky do potravín.

Oxid titaničitý. Zdroj: MPRV SR

Prečo treba upravovať kvalitu potravín? Ako to funguje?  

Produkcia potravín v takej kvantite a kvalite, akú vyžaduje dnešná doba z hľadiska kvality a bezpečnosti, sa značne rozšírila a skomplikovala. Pri takom množstve potravín nie je jednoduché udržať komodity dlhodobo čerstvé, bezpečné a zároveň zachovať aj ich výživovú hodnotu. Nanotechnológie ponúkajú spôsoby úpravy, ktorými by sa rôzne nežiaduce procesy, ako je napríklad kazenie, dali kontrolovať, odmerať a upravovať v prospech konzumenta. Znamená to, že nanotechnológie vedia ponúknuť nové možnosti takmer vo všetkých fázach spracovania – od vstupnej suroviny až po zabalený produkt v predajni.

Antimikrobiálna úprava nanočasticami môže spomaliť rast mikroorganizmov alebo mu zabrániť, čím sa zaistí mikrobiologická bezpečnosť potravinárskych výrobkov. Perspektívne použitie je aplikácia nanotechnológií v procese spracovania potravín za účelom úpravy ich farby, textúry a chuti. Ďalšou perspektívnou oblasťou je aj výroba a preprava potravín. Bezpečnosť výroby, trvanlivosti produktov počas produkcie a transportu sú stále predmetom výskumu a optimalizovania.

Funkčné molekuly, ako sú vitamíny, antibiotiká, potravinové farbivá, antioxidanty, stabilizátory a iné, sú extrémne citlivé na degradáciu, musia sa preto chrániť, aby sa transportom alebo pri výrobe nestrácala ich výživová hodnota. Táto „ochrana“ citlivých látok je založená na princípe obaľovania pomocou biopolymérov, použitím techník nanodisperzie a nanoenkapsulácie. Takto obalené častice sú chránené pred vonkajším prostredím, aby zniesli napríklad aj časovo náročnejšiu prepravu.

Nanokapsuly môžu pomôcť aj pri výžive hospodárskych zvierat. Tieto extrémne malé nosiče môžu ochrániť vitamíny alebo iné prospešné látky pred nepriaznivými podmienkami žalúdka dobytka. Vitamíny tak nestratia svoju biologickú aktivitu predtým, než sa dostanú do tenkého čreva, kde sú následne vstrebané. V závislosti od spôsobu prípravy a výberu enkapsulačného média sa dajú kontrolovať rôzne vlastnosti nanokapsúl – veľkosť, povrch, hrúbka a permeabilita povrchovej membrány i ďalšie.

Problematike využitia nanotechnológií vo výžive poľnohospodárskych zvierat sa venuje medzinárodný projekt NANOFEED (H2020-MSCA-RISE-2017 – Nanostructured carriers for improved cattle feed), na realizácii ktorého sa aktívne podieľajú Výskumný ústav živočíšnej výroby a Výskumný ústav potravinársky Národného poľnohospodárskeho a potravinárskeho centra v spolupráci so siedmimi partnermi (štyri akademické inštitúcie a tri priemyselné podniky). Cieľom projektu je riešiť aktuálne problémy spojené s kvalitou a produktivitou pri chove hospodárskych zvierat, ako je nedostatok vitamínov a esenciálnych látok, ktoré sú dôležité pre zdravie zvierat.

Mikropolymérne chitosanové mikrokapsuly ako potencionálne nosiče pre aktívne látky. Foto: Filip Dimitrov.

Kvalita obalov potravín je určite tiež dôležitá.

Tovar je prezentovaný spotrebiteľovi v obale. Obaly slúžia na uľahčenie prepravy, ochranu pred mikroorganizmami, prípadne na upútanie pozornosti spotrebiteľa. Nanotechnológie sa môžu aplikovať aj v rámci balenia potravín. Môžu predĺžiť dobu ich trvanlivosti, napríklad postupne uvoľňujú konzervačné látky, alebo slúžiť ako detektory.

Obal, ktorý je aj detektorom, má na sebe detekčné látky citlivé na prítomnosť nežiaducich mikroorganizmov či produktov ich metabolizmu. O tejto skutočnosti informuje, čiže oboznámi dodávateľa, ale aj spotrebiteľa, že niečo nie je v poriadku. Jeho veľkou výhodou je, že vie podať informáciu o stave produktu v danom čase.

Odborník na plynovú chromatografiu a hmotnostnú spektrometriu Filip Dimitrov.

Ing. Filip Dimitrov. Zdroj: Z archívu F. D.

Ing. Filip Dimitrov pôsobí od roku 2018 ako odborník na plynovú chromatografiu a hmotnostnú spektrometriu (GC-MS) v odbore chémie a analýzy potravín Výskumného ústavu potravinárskeho v Bratislave, ktorý je súčasťou Národného poľnohospodárskeho a potravinárskeho centra.

Podieľal sa na viacerých projektoch výskumu a vývoja, zameraných predovšetkým na analýzu prchavých frakcií primárnych surovín a potravín metódami plynovej chromatografie. Je členom riešiteľského kolektívu projektov, napríklad Využitie potenciálu borievky (J. communis L.) v potravinárskom priemysle, Udržateľné systémy inteligentného farmárstva zohľadňujúce výzvy budúcnosti, Zvýšenie kvality a konkurencieschopnosti nových a inovovaných potravinárskych výrobkov slovenskej produkcie. Je členom senzorického panela Výskumného ústavu potravinárskeho. Ing. Dimitrov pokračuje v doktorandskom štúdiu na Fakulte chemickej a potravinárskej technológie Slovenskej technickej univerzity v Bratislave so zameraním na analytickú chémiu a separačné metódy.

Operačný program MSSR

Investícia do Vašej budúcnosti
Tento projekt je podporený z Európskeho fondu regionálneho rozvoja

Táto webová stránka vznikla vďaka podpore v rámci Operačného programu Integrovaná infraštruktúra pre projekt: Podpora národného systému pre popularizáciu výskumu a vývoja
(kód ITMS: 313011T136), spolufinancovaný zo zdrojov Európskeho fondu regionálneho rozvoja.