Нанотехнологии в пищевой промышленности

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

Бийский технологический институт (филиал)

федерального государственного бюджетного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова

(БТИ АлтГТУ)

 

Факультет химической технологии и машиностроения

Кафедра биотехнологии

 

Реферат на тему:

Нанотехнологии в пищевой промышленности

 

 

 

 

 

 

Выполнил

студент группы БТ-21                                                                                                              Г.Ф.  Юрина

 

 

Проверил:

доцент к.т.н.                                                                                                                         М.В. Обрезкова

 

 

 

 

 

 

 

Бийск 2013

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ _____________________________________________________________________	3
1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ _________________________________________________________	4
2 НАНОЕДА ____________________________________________________________________	6
3 УПАКОВКА ПРОДУКТОВ ______________________________________________________	8
4 ЭЛЕКТРОННЫЙ ЯЗЫК _________________________________________________________	11
5 ЭЛЕКТРОННЫЙ НОС __________________________________________________________	13
ЗАКЛЮЧЕНИЕ __________________________________________________________________	15
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ _____________________________________	16
ПРИЛОЖЕНИЕ А (СПРАВОЧНОЕ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОЧАСТИЦ МАТЕРИАЛОВ ___________________	17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Нанотехнологии – это одно из ключевых направлений развития современных промышленности и общества, путь к управляемому синтезу молекулярных структур, призванный обеспечить получение объектов любого назначения не из обычных сырьевых ресурсов, а непосредственно из атомов и молекул с помощь машин-сборщиков, оборудованных системами искусственного интеллекта [1].

В настоящее время наука нанотехнология динамично развивается, набирая обороты. Методы изучения и управления материей на молекулярном уровне для производств материалов совершенствуются, у устройств и систем появляются новые технические, функциональные и потребительские свойства.

Нанотехнологии вошли в повседневный быт [2].

Внимание ученых в первую очередь было направлено на прикладную часть в сфере высоких технологий: микроэлектронику и оптику, энергетику, компьютерную технику, космическую промышленность. Однако в последние годы в Европе и США активно развивается и становится более востребованным прикладное применение методов и разработок нанотехнологии в пищевой промышленности, а также в фармацевтической и косметической отраслях. Материалы, полученные с использованием нанотехнологии, находят применение в микроэлектронике, энергетике, химической промышленности, оптике, строительстве, научных исследованиях. Уникальные свойства наноматериалов и их биологическая активность могут быть использованы также для адресной доставки лекарственных препаратов и вакцин, для борьбы с кардиологическими, онкологическими и другими заболеваниями, а также инфекциями; для целей генной и молекулярной инженерии и др. [3].

Известно применение планетарных мельниц для диспергирования порошковых материалов, устройства для кавитационного измельчения вещества, струйного реактора для проведения поверхностной обработки наночастиц и других устройств (Приложение А).

 

 

 

 

 

1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

 

В настоящее время специалисты в области пищевых технологий называют пять областей, где желательно применение нанотехнологии. Это измельчение продукта до наночастиц, изготовление различных нанодобавок, улучшающих пищу, нанофильтрация для улучшения качества продуктов, биосенсоры для контроля качества пищевых продуктов и пищевая упаковка нового поколения, в которой продукты долго не портятся.

Совершенно новым и долгожданным рывком для придания свойств и решения технологических проблем в пищевой промышленности стало появление ингредиентов, полученных с применением технологии мицеллирования на наноуровне. В настоящее время в мире уже более 2000 компаний производят наноматериалы, в том числе более 200 компаний - пищевую продукцию: продукты питания, биологически активные добавки к пище, упаковочные материалы и др.

Пищевые мицеллы представляют собой наночастицы, которые получают путем мицелляции в растворе активных веществ. Они состоят из ядра, которое формируется из биологически активных ингредиентов, и оболочки, состоящей из поверхностно-активных веществ (солюбилизаторов). Вещества в мицеллированной форме приобретают новые физико-химические свойства и большую активность, не характерные для них в обыкновенной форме (кристаллы, порошок, раствор и т.д.). Малая концентрация активного вещества в мицеллированной форме и его повышенная активность  позволяет улучшить экономические и технологические показатели, влияющие на себестоимость конечного продукта. Так, например, создана мицеллированная форма аскорбиновой кислоты (первая в мире жиро-растворимая форма витамина С), которая способна к эффективному распределению в любом продукте, в том числе в эмульсии. Современные технологии создания наноэмульсий позволяют получать ароматизированные напитки, соки и молоко, обогащенные витаминами, минеральными веществами и функциональными компонентами с контролируемым высвобождением биологически активных ингредиентов.

Для повышения пищевой ценности популярного в Австралии бренда белого хлеба используются нанокапсулы, содержащие рыбий жир тунца, богатый омега-3 жирными кислотами. В данном случае инкапсуляция предотвращает появление в хлебе рыбного вкуса и запаха.

Разработаны новые носители для нутрицевтиков в пищевых системах. Технология наноразмерных самоорганизующихся структурированных жидкостей (NSSL) позволяет производить инкапсуляцию в пищевые продукты, в том числе нерастворимых соединений, что является проблемой в пищевой промышленности. С помощью этой технологии создана и доступна для потребителей в Израиле полезная для здоровья версия рапсового масла.

Важным приложением нанотехнологии в пищевой индустрии является нанофильтрация, которая занимает нишу между ультрафильтрацией и обратным осмосом. В молочной промышленности она позволяет выделить антибиотики, витамины, белки из молока и сыворотки при производстве как традиционных, так и новых продуктов. Нанофильтры имеют очень широкую область применения. Так, например, наномембранные технологии используются для фракционирования молочных белков при переработке подсырной сыворотки в высококачественный заменитель молочного жира. Совмещение мембранной фильтрации с тепловой обработкой белка, позволяет получить продукт, по вкусу напоминающий молочный жир [3].

 

 

2 НАНОЕДА

 

В связи со снижением у целого поколения людей энергозатрат, чем мы обязаны сидячему образу жизни, в несколько раз, возникла необходимость перехода на качественно новую еду, которая будет поддерживать физическое состояние человека «в форме». Такую «наноеду» ученые называют «функциональными продуктами питания».

«Функциональная» еда – это натуральные мясные протеины и пептиды, которые, по сути, являются самым характерным примером высокотехнологичной еды нового поколения.

Наноеда - это набор передовых научных идей, построенных на базе нанотехнологий и применяемых в производстве пищевых продуктов.

Основные надежды, которые ученые возлагают на использование нанотехнологий в производстве продуктов питания, связаны, прежде всего, с улучшением их питательных свойств, вкуса и полезности, а также со снижением производственных издержек. Эти новые идеи должны на глобальном уровне повлиять на пищевую промышленность.

Сейчас крупные пищевые корпорации активно приветствуют нанодостижения. Их привлекает гипотетическая возможность производить такие продукты, которые будут храниться годами. Например, мясные и молочные продукты, которые сейчас относят к классу скоропортящихся, смогут оставаться свежими на протяжении пяти - семи лет.

Также планируется покрывать овощи и фрукты защитной нанопленкой, отталкивающей грязь.

Такая пленка будет невидимой и неощутимой на вкус. Она будет разлагаться в желудке без всякого вреда для него и выводиться естественным путем. Поэтому те продукты, в которых нанотехнологии используются лишь в составе упаковки, тоже относят к наноеде.

Нанотехнологии предоставляют пищевикам и уникальные возможности для всестороннего наблюдения за качеством и безопасностью продуктов непосредственно в процессе производства.

Речь идёт о диагностических машинах с применением наносенсоров или так называемых квантовых точек, способных быстро и надёжно выявлять в продуктах мельчайшие химические загрязнения или опасные биологические агенты.

Впрочем, замыслы ученых относительно применения этих технологий в производстве пищи носят куда более масштабный и амбициозный характер. Они надеются, что их применение в фермерских хозяйствах (при выращивании зерна, овощей, растений и животных) и на пищевых производствах (при переработке и упаковке) приведет к рождению совершенно нового класса продуктов, которые со временем вытеснят с рынка генномодифицированную еду.

Или еще один интересный пример — интерактивный напиток, принцип «работы» которого представили в компании «Kraft foods». Идея заключается в том, что человек может приобрести этот напиток и, по своему желанию, управлять наночастицами так, что на его глазах будут меняться вкус, цвет, аромат и концентрация напитка.

Ученые — оптимисты уверены, что нанотехнологии сотрут грани между научными дисциплинами. Они прогнозируют, что при помощи наноцепочек, «прикрепленных» к еде, можно будет улучшать состояние тканей организма и устраивать профилактику внутренним органам. По сути, это одно из направлений наномедицины, которая занимается подобными, связанными с адресной доставкой медикаментов, исследованиями.

В этой связи серьезно рассматриваются такие интересные и одновременно забавные идеи, как бифштексы, при употреблении которых сжигается холестерин, и которые способствуют наращиванию мышечной массы. Или же сладкие торты без сахара — мечта тех, кто не любит диет. Это направление, пожалуй, будет наиболее востребованным, поскольку несет практическую пользу для человека. Симбиоз наномедицины и пищевой промышленности кажется более интересным, чем зеленое мясо или груша, светящаяся в темноте.

Такое перспективное направление, как наноеда, появилось на стыке нанотехнологий и пищевой промышленности. В областях, связанных с жизнью и здоровьем человека, к таким нововведениям следует относиться серьезно — тем более, в промышленных масштабах. Нанотехнологии применяют сейчас в составе натуральных соков для равномерного распределения густоты по всему объему упаковки — но такой способ использования нанотехнологий нельзя назвать наноедой. Пока наноеда применяется, главным образом, в сельском хозяйстве для обеззараживания кормов животных, а также для введения в них питательных веществ, стимулирующих рост скота [4].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 УПАКОВКА ПРОДУКТОВ

 

Израильские ученые из Института новых материалов и нанотехнологий при Университете имени Бар-Илана разработали бумагу с антибактериальным покрытием из наночастиц коллоидного серебра, которую можно использовать для упаковки продуктов. Новый универсальный материал поможет бороться с такими бактериями, как кишечная палочка и продлить срок хранения продуктов.

Технология, разработанная в Лаборатории наноматериалов Канбар, состоит в выработке наночастиц непосредственно на месте с одновременным их  нанесением на бумагу-основу.

Согласно результатам исследований, благодаря изменению концентрации частиц-предшественников и времени реакции, эта технология позволяет контролировать как толщину серебряного покрытия, так и диаметр частиц.

Наноматериалы присоединяются к бумаге при помощи процесса ультразвуковой обработки, что, по мнению работавших над проектом специалистов, является «одним из самых эффективных методов нанесения покрытий из наноматериалов».

Серебряные наночастицы крепко фиксируются на бумаге, физически проникая в ее поверхность, образуя химические связи или взаимодействуя каким-либо другим способом с субстратом, создавая «невероятно прочное покрытие».

Стоит также отметить, что полученное покрытие отличается высокой стабильностью. Исследователи отмечают, что износ серебра «минимален», что делает его пригодным для долгосрочного использования.

Такая бумага оказывает сильное противобактериальное действие и поможет  в борьбе с микроорганизмами, вызывающими заболевания пищевого происхождения, например, кишечной палочкой и золотистым стафилококком, уничтожая их всего за три часа [5].

Для защиты пищевых продуктов от воздействия кислорода и предотвращения испарения воды с успехом применяются упаковочные пленки, имеющие защитные слои с барьерными свойствами. Для снижения газо- и влагопроницаемости пленок из искусственных материалов наномасштабные слои наносят на поверхность путем химического поглощения газов или физическим методом газоосаждения (например, с помощью теплового испарения или ионного распыления). Нанокомпоненты повышают механическую стабильность и улучшают барьерные свойства упаковки, а создание микро- и нанопор придает ей свойства регулируемой проницаемости. Для предотвращения возможности прямого контакта между наномасштабной структурой и расфасованным продуктом путем плазменной полимеризации поверхности или мокрого химического нанесения создают дополнительный защитный слой. При этом исключается вероятность перехода наномасштабных структур в пищевой продукт.