Застосування нанотехнологій у сприйнятті та огляді харчової науки
Трепті Сінгх
1 кафедра мікробіології, Університет Гурукула Кангрі, Харідвар, Індія
Шруті Шукла
2 Кафедра енергетики та матеріалознавства, Університет Дунгук-Сеул, Сеул, Південна Корея
Прадіп Кумар
3 Департамент лісового господарства, Північно-Східний регіональний інститут науки і техніки, Ітанагар, Індія
Веріндер Вала
1 кафедра мікробіології, Університет Гурукула Кангрі, Харідвар, Індія
Вівек К. Байпай
4 Кафедра прикладної мікробіології та біотехнології, Університет Єуннам, Кьонсан-сі, Південна Корея
Ірфан А. Швидше
4 Кафедра прикладної мікробіології та біотехнології, Університет Єуннам, Кьонсан-сі, Південна Корея
Анотація
Нещодавні інновації в галузі нанотехнологій трансформували низку наукових та промислових областей, включаючи харчову промисловість. Застосування нанотехнологій з’явилось із збільшенням потреби у використанні наночастинок у різних галузях харчової науки та харчової мікробіології, включаючи переробку харчових продуктів, упаковку харчових продуктів, функціональну розробку продуктів харчування, безпеку харчових продуктів, виявлення збудників харчових продуктів та продовження терміну зберігання продуктів харчування та/або харчові продукти. Цей огляд узагальнює потенціал наночастинок для їх використання в харчовій промисловості, щоб забезпечити споживачів безпечною їжею, яка не забруднює та забезпечити прийнятність їжі споживачами з підвищеними функціональними властивостями. Також коротко обговорювались аспекти застосування нанотехнологій щодо збільшення харчових продуктів та органолептичних властивостей харчових продуктів, а також декілька аналізів питань безпеки та регуляторних проблем щодо харчових продуктів, що переробляються нано.
Вступ
За останні кілька десятиліть нанотехнології все частіше вважаються привабливою технологією, яка зробила революцію в харчовому секторі. Це технологія в нанометровому масштабі, яка стосується атомів, молекул або макромолекул розміром приблизно 1–100 нм для створення та використання матеріалів, що мають нові властивості. Створені наноматеріали мають один або кілька зовнішніх розмірів або внутрішню структуру в масштабі від 1 до 100 нм, що дозволило спостерігати та маніпулювати речовиною на наномасштабі. Помічено, що ці матеріали мають унікальні властивості, на відміну від їхніх макромасштабних аналогів, завдяки високому відношенню поверхні до об'єму та іншим новим фізіохімічним властивостям, таким як колір, розчинність, міцність, дифузійність, токсичність, магнітні, оптичні, термодинамічні тощо (Rai et al., 2009; Gupta та ін., 2016). Нанотехнології принесли нову промислову революцію, і як розвинені, так і країни, що розвиваються, зацікавлені інвестувати більше коштів у цю технологію (Qureshi et al., 2012). Отже, нанотехнології пропонують широкий спектр можливостей для розробки та застосування конструкцій, матеріалів або системи з новими властивостями в різних сферах, таких як сільське господарство, харчова промисловість, медицина тощо.
Зростаюче занепокоєння споживачів щодо якості їжі та переваг для здоров'я спонукає дослідників знайти шлях, який може покращити якість їжі, порушуючи при цьому найменшу харчову цінність продукту. Попит на матеріали на основі наночастинок збільшився в харчовій промисловості, оскільки багато з них містять необхідні елементи, а також виявляються нетоксичними (Roselli et al., 2003). Також було встановлено, що вони стабільні при високій температурі та тиску (Sawai, 2003). Нанотехнологія пропонує комплексні харчові рішення від виробництва продуктів харчування, переробки до упаковки. Наноматеріали приносять значну різницю не тільки в якості та безпеці харчових продуктів, але й у користі для здоров'я, яку забезпечує їжа. Багато організацій, дослідників та галузей промисловості розробляють нові техніки, методи та продукти, що мають пряме застосування нанотехнологій у харчовій науці (Dasgupta et al., 2015).
Застосування нанотехнологій у харчовому секторі можна узагальнити у дві основні групи - це харчові наноструктуровані інгредієнти та харчові наносенсори. Наноструктуровані харчові інгредієнти охоплюють широкий простір від переробки їжі до упаковки харчових продуктів. У харчовій переробці тези наноструктури можуть бути використані як харчові добавки, носії для розумної доставки поживних речовин, протизлежуючі агенти, антимікробні агенти, наповнювачі для поліпшення механічної міцності та довговічності пакувального матеріалу тощо, тоді як харчові наночутливості можуть застосовуватися для досягнення краща оцінка якості та безпеки їжі (Ezhilarasi et al., 2013). У цьому огляді ми підсумували роль нанотехнологій у харчовій науці та мікробіології харчових продуктів, а також обговорили деякі негативні факти, пов'язані з цією технологією.
Нанотехнології у харчовій промисловості
Таблиця 1
Різні нанотехніки для інкапсуляції та доставки функціональних інгредієнтів.
| Їстівні покриття | Зберегти якість свіжих продуктів при тривалому зберіганні | Харчові покриття на основі желатину, що містять нанокристал целюлози | Факурі та ін., 2014 |
| Хитозанові/наносилікатні покриття | Ши та ін., 2013 | ||
| Плівка хітозану з нано-SiO2 | Ю та ін., 2012 | ||
| Наноламінатні покриття з альгінатів/лізоцимів | Медейрос та ін., 2014 | ||
| Гідрогелі | Може бути легко поміщений в капсули, захищає ліки від екстремальних середовищ та доставляє їх у відповідь на подразники навколишнього середовища, такі як рН та температура | Білкові гідрогелі | Qui and Park, 2001 |
| Полімерні міцели | Солюбілізують нерозчинні у воді сполуки в гідрофобній глибині, мають високу розчинність, низьку токсичність | PEO-b-PCL [полі (етиленгліколь) блок-полі (капролактон)] полімерні міцели | Ма та ін., 2008 |
| Полімерні міцели метокси полі (етиленгліколю) пальмітату | Саху та ін., 2008 | ||
| Наноемульсії | (i) більша стійкість до агрегації крапель та гравітаційного поділу; | Наноемульсія на основі β-каротину | Конг та ін., 2011 |
| (ii) Вища оптична чіткість; та, (iii) підвищення пероральної біодоступності | Наноемульсія на основі β-каротину | Юань та ін., 2008 | |
| Ліпосоми | Оскільки ліпосома оточує водний розчин всередині гідрофобної мембрани, вона може бути використана для доставки гідрофобних молекул (містяться в бішарі) або гідрофільних молекул (містяться у водному середовищі) | Катіонні ліпосоми, вбудовані в ліпіди, модифіковані кислотонестійким полімером гіперрозгалуженим полі (гліцидолом) (HPG) | Йошидзакі та ін., 2014 |
| Неорганічні НЧ | Вони демонструють хорошу здатність до капсулювання, а їхні жорсткі поверхні дозволяють контролювати функціоналізацію | Мезопористі наночастинки кремнезему | Танг та ін., 2012 |