Νανοτεχνολογία: νέοι δρόμοι στην Επιστήμη και Ασφάλεια Τροφίμων

Οι εξελίξεις στις επιστήμες των ιδιοτήτων των υλικών, στη χημεία στη φυσική, στη βιολογία και τη μηχανική βοήθησαν στη μελέτη των, όπου διαπιστώθηκε ότι σε διαστάσεις του επιπέδου των νάνο- (εκατομμυριοστών του χιλιοστού) τα υλικά εμφανίζουν μοναδικές ιδιότητες οι οποίες δημιουργούν νέες δυνατότητες με την εφαρμογή τους. Η εφαρμογή της νανοτεχνολογίας συνεχώς κερδίζει έδαφος στην επιστήμη των τροφίμων δίνοντας απίστευτες δυνατότητες για τη βελτίωση της ασφάλειας των τροφίμων, των επεξεργασιών τους και της διατροφικής τους αξίας.
Η νανοτεχνολογία περιλαμβάνει τη μελέτη, κατασκευή και χρήση δομών μεγέθους μεταξύ 1 και 100 nm (εκατομμυριοστών του χιλιοστού). Περίπου 800 υλικά μεγέθους 100 nm το καθένα αν μπορούσαν να τοποθετηθούν το ένα δίπλα στο άλλο, θα μπορούσαν να έχουν το πλάτος μιας ανθρώπινης τρίχας.  
Η νανοτεχνολογία εφαρμόζεται ήδη σε κάποιους βιομηχανικούς κλάδους όπως στα μικροηλεκτρονικά, στη διαστημική τεχνολογία καθώς και στη φαρμακοβιομηχανία και πολύ λιγότερο στα τρόφιμα προσδοκώντας όμως σε απίστευτες εφαρμογές. Θα πρέπει όμως να διαχωριστεί η ύπαρξη των υλικών αυτού του μεγέθους στη φύση από αυτά που προκύπτουν από συμβατικές τεχνολογίες επεξεργασίας (πχ άλεση, ομογενοποίηση, γαλακτωματοποίηση) και από αυτά τα υλικά που έχουν κατασκευαστεί επί τούτου ώστε να αποκτήσουν διαφορετικές ιδιότητες από τα αντίστοιχα που προέρχονται.
Οι ζωντανοί οργανισμοί αποτελούνται από τέτοιου μεγέθους δομές οι οποίες όμως οργανώνονται και αλληλεπιδρούν με τέτοιο τρόπο ώστε να εξυπηρετούν τις λειτουργίες τους. Χαρακτηριστικά παραδείγματα θα μπορούσαν να αναφερθούν τα μόρια του DNA, διαφόρων ορμονών του οργανισμού, τα αμινοξέα κλπ., των οποίων το μέγεθος κυμαίνεται στην κλίμακα των νανοϋλικών. Η φυσική τάση ελαχιστοποίησης της συνολικής ελεύθερης ενέργειας των συστημάτων ευνόησε τη φυσική δημιουργία τέτοιων νανοδομών.
Παράλληλα, η διαπίστωση πως τα συστήματα με αυτές τις δομές εμφανίζουν διαφορετικές ιδιότητες από τα αντίστοιχα από τα οποία προέρχονται άλλαξε τα δεδομένα με τα οποία αντιλαμβανόμαστε τα βιολογικά και φυσικά φαινόμενα στα τρόφιμα. Τα τρόφιμα υφίστανται βιολογικές και βιοχημικές μεταβολές ως αποτέλεσμα της επεξεργασίας τους ή και των μετασυλλεκτικών χειρισμών τους οπότε με την εφαρμογή της νανοτεχνολογίας δίνεται η δυνατότητα να προκληθούν οι κατάλληλες τροποποιήσεις προς όφελος της ποιότητας και ασφάλειάς τους.
Οι εφαρμογές της νανοτεχνολογίας ανοίγουν νέους ορίζοντες στη βιομηχανία τροφίμων δημιουργώντας το υπόβαθρο για πολύ εξειδικευμένες εφαρμογές στη βελτίωση της ποιότητας και της ασφάλειας των τροφίμων καθώς και στην ανάπτυξη νέων προϊόντων. Η ανάπτυξη συστημάτων διασποράς και φορέων βιοενεργών συστατικών στην κλίμακα των νανοϋλικών και με τη μορφή των νανογαλακτωμάτων (απλών ή πολλαπλών), τη μορφή της νάνο-ενθυλάκωσης (nanoencapsulation) κλπ βελτιώνει τη βιοδιαθεσιμότητα αυτών των συστατικών στον οργανισμό ή στο όργανο στόχο ξεπερνώντας τους μέχρι τώρα περιορισμούς που προκύπτουν από την τεχνολογία των φορέων στους οποίους περιέχονταν. Έτσι βιταμίνες, αντιοξειδωτικά, ένζυμα ακόμη και άλλα τεχνολογικής χρήσης υλικά (χρωστικές, αρώματα κλπ) έχουν τη δυνατότητα να κατευθυνθούν στο σημείο ενδιαφέροντος, προστατευόμενα από τις δράσεις και επιδράσεις του περιβάλλοντός τους (pH, άλλα ενζυμα, χημικές δράσεις, πολικότητες, διαλυτότητα κλπ) και να επιτύχουν ελεγχόμενη απελευθέρωση με το ρυθμό που επιθυμείται προκειμένου να επιτευχθεί το μέγιστο δυνατό αποτέλεσμα που συνιστά η χρήση τους. Με την τεχνική της νάνο-ενθυλάκωσης δίνεται η δυνατότητα να προστεθούν κατάλληλα υλικά (πχ παράγωγα αμύλου, υδροκολλοειδή κλπ) που έχουν τη δυνατότητα να προσκολληθούν σε διάφορες βιολογικές μεμβράνες του οργανισμού και να παραμείνουν εκεί για το επιθυμητό χρονικό διάστημα μέχρι να δώσουν το επιθυμητό αποτέλεσμα. Ακόμη στα επιπλέον πλεονεκτήματα περιλαμβάνονται και η ευκολία χειρισμού (μετατροπή υγρών αρωμάτων σε μορφή σκόνης), η ενισχυμένη σταθερότητα, η προστασία από οξειδωτικές δράσεις, η συγκράτηση πτητικών συστατικών, η κάλυψη γεύσεων (tastemasking), η κατά επιθυμητή αλληλουχία απελευθέρωση βιοενεργών συστατικών, η παρατεταμένη διάρκεια αντίληψης της γεύσης κλπ.
Οι εφαρμογές των νανοϋλικών σε εφαρμογές εστιασμένες στα τρόφιμα είναι επίσης εντυπωσιακές. Η κατασκευή βιοαισθητήρων ως αποτέλεσμα εφαρμογής υλικών στην κλίμακα αυτή βελτιώνει την ευαισθησία ανίχνευσης και απόκρισης μεταφοράς σημάτων ώστε να υπάρχει η δυνατότητα προσδιορισμού εξαιρετικά μικρών ποσοτήτων μολυντών και αριθμού μικροοργανισμών κυρίως παθογόνων. Η χρήση νανοϋλικών κατασκευασμένων από μαγνητιζόμενα υλικά ή με τη δυνατότητα φθορισμού παράγοντας διαφορετικά χρώματα, παρουσιάζουν ικανότητες επιλεκτικής προσκόλλησης σε μικροοργανισμούς δίνοντας τη δυνατότητα ακόμη και σε φορητούς ανιχνευτές να προσδιορίσουν την παρουσία τους σε τρόφιμα, σε επιφάνειες κλπ.
Εντυπωσιακές είναι και οι εφαρμογές των νανοϋλικών στη συσκευασία τροφίμων. Υλικά συσκευασίες που ενσωματώνουν νανοϋλικά, μπορεί να είναι ‘έξυπνα’ υλικά με τη λογική της αλληλεπίδρασής τους με το περιβάλλον ώστε να ‘αυτοδιορθωθούν’ όταν χρειάζεται ή να πληροφορήσουν τον καταναλωτή σχετικά με την ύπαρξη επιμόλυνσης του τροφίμου. Συγκεκριμένα μπορεί να τροποποιήσουν τις ικανότητες διαπερατότητας των υλικών, να αυξήσουν τη μηχανική θερμική και χημική αντοχή τους, όπως επίσης να αποκτήσουν ενεργές αντιμικροβιακές ιδιότητες ώστε να αντιλαμβάνονται μικροβιολογικές ή / και βιοχημικές αλλαγές που μπορεί να συμβαίνουν στο περιεχόμενο προϊόν πληροφορώντας για την πραγματική υπολειπόμενη διάρκεια ζωής του προϊόντος. Χαρακτηριστικό παράδειγμα εφαρμογής αποτελεί η παραγωγή ενός σύνθετου υλικού αποτελούμενο από φιλμ με ενσωματωμένα νανοσωματίδια αργίλου το οποίο προσφέρει εξαιρετικές μηχανικές, θερμικές ιδιότητες όπως και ιδιότητες αδιαπερατότητας. Τα νανοσωματίδια διασπείρονται σε όλη τη μάζα του υλικού και έχουν τη δυνατότητα να εμποδίζουν τη δίοδο του οξυγόνου, του διοξειδίου του άνθρακα και της υγρασίας στο συσκευασμένο τρόφιμο. Η αλληλεπίδραση με το περιβάλλον αποτελεί μια άλλη εφαρμογή όπου συγκεκριμένες νανοδομές μπορεί να αντιλαμβάνονται τις διαφορές στη θερμοκρασία ή στην υγρασία του περιβάλλοντος και να «σφίγγουν» τη δομή τους ώστε να προστατεύουν το προϊόν από τις αλλαγές αυτές στο περιβάλλον. Έχει αναφερθεί επίσης πως ακόμη και ηλεκτρονικές γλώσσες που αποτελούνται από σειρές νανοαισθητήρων εξαιρετικά ευαίσθητων σε παραγωγή αερίων που προκύπτουν κατά την αλλοίωση ενός τροφίμου προκαλούν αλλαγή χρώματος σε δείκτες πληροφορώντας για το στάδιο φρεσκάδας του τροφίμου.