388 TÌM HIỂU VỀ VẬT LIỆU NANO VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ NANO VÀO THỰC PHẨM Nguyễn Công Danh, Lê Thị Giang, Nguyễn Thị Phương Thảo, Bùi Thị Thanh Trúc Viện Khoa học Ứng dụng HUTECH, Trường Đại học Công ngh[.]
TÌM HIỂU VỀ VẬT LIỆU NANO VÀ ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ NANO VÀO THỰC PHẨM Nguyễn Công Danh, Lê Thị Giang, Nguyễn Thị Phương Thảo, Bùi Thị Thanh Trúc Viện Khoa học Ứng dụng HUTECH, Trường Đại học Công nghệ TP Hồ Chí Minh GVHD: ThS Trần Thị Ngọc Mai TĨM TẮT Hiện nay, người tiêu dùng địi hỏi thực phẩm tự nhiên, đảm bảo an toàn thời hạn sử dụng kéo dài Những tiến công nghệ l nh vực bao bì thực phẩm Thế kỷ XXI chủ yếu công nghệ nano, khoa học vật liệu nano Công nghệ nano tạo vật liệu quy mơ nanomet, có liên quan đến thương mại khoa học, l nh vực bao bì thực phẩm giải đáng kể mối quan tâm chất lượng, an toàn ổn định thực phẩm Các gói thực phẩm dựa hạt nano cung cấp rào cản tính chất học cải thiện, với việc bảo quản thực phẩm nhận phản ứng chào đón từ thị trường người dùng cuối Ngược lại, tiến phát triển l nh vực gây nhiều lo ngại đạo đức, mơi trường an tồn việc áp dụng nano vào sản phẩm thực phẩm nghiên cứu mức độ an toàn nano vào thể người hạn chế Từ khóa: Bao bì nano thực phẩm, màng bao nano, nanocomposite, nanosensors, vật liệu nano TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU NANO Nano loại vật liệu quan đến việc thiết kế, phân tích, chế tạo ứng dụng cấu trúc, thiết bị hệ thống việc điều khiển hình dạng, kích thước quy mơ nanomet (nm = 10-9m) Theo mô tả Mike roco - nhà khoa học thuộc trung tâm sáng kiến cơng nghệ nano Hoa Kỳ phát triển công nghệ nano phát triển theo bốn giai đoạn: giai đoạn cấu trúc nano thụ động từ năm 80 đến 2000 chủ yếu tạo vật liệu cho mục đ ch cụ thể, từ 2000 - 2005 bắt đầu tổng hợp vật liệu nano đa mục đ ch thuốc, sản phẩm sinh học, sản phẩm điện tử, 2005 2010 tổng hợp hệ nano với hàng ngàn cấu trúc tương tác với mạng chiều, robot, kiến trúc, 2010 đến phát triển trọng tâm chế tạo hệ nano tổ hợp với mục đ ch hoạt động giống tế bào sống Ngày nay, việc ứng dụng vật liệu nano vào thực phẩm để cải thiện giữ lại tối đa chất có hoạt tính sinh học cao, khả kháng ơxy hóa tốt lại dễ q trình chế biến thực phẩm Ngồi cịn kiểm sốt mùi vị, kết cấu, tính chịu nhiệt, hoạt tính sinh học, độ an tồn, độ tiêu hóa, thời hạn sử dụng, bảo quản đóng gói thực phẩm [1][4] ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ NANO VÀO CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Các ứng dụng công nghệ nano vào thực phẩm phát triển hai mảng cơng nghệ nano vào bao bì thực phẩm cơng nghệ nano chế biến thực phẩm Trong chế biến thực phẩm vật liệu nano thường sử dụng làm phụ gia thực phẩm, chất nhũ hóa, làm chất mang 388 để cung cấp chất dinh dưỡng cần thiết nhạy cảm bới yếu tố nhiệt độ, pH… Trong bao bì thực phẩm làm chất chống vi khuẩn, chất độn để cải thiện tính chất vật lý, độ bền học, độ bền vật liệu bao gói sản phẩm thực phẩm hay bán thành phẩm đánh giá chất lượng thực phẩm hỗ trợ an tồn thực phẩm vượt trội [1][2] Hình 1: Ứng dụng công nghệ nano vào chế biến bao gói thực phẩm [1] 2.1 Ứng dụng cơng nghệ nano vào bao bì thực phẩm Thực phẩm dễ dàng tiếp xúc với độ ẩm môi trường thuận lợi dần hư hỏng, phân hủy sinh học dẫn đến vấn đề liên quan sức khỏe sử dụng vấn đề bảo quản thực phẩm Vì loại bao bì mong muốn có khả hạn chế khơng khí, ẩm độ vào thực phẩm tốt nhất, độ bền bao bì tối ưu để kéo dài thời gian bảo quản Vật liệu nano ứng dụng trực tiếp vào bao bì thực phẩm mang lại số đặc tính ưu việt so với phương pháp đóng gói thơng thường khác, tiêu biểu khả tạo loại bao bì chủ động, bao bì thơng minh cải tiến tính chất vật lý bao bì góp phần đảm bảo thực phẩm ln an toàn với người sử dụng Ứng dụng vào bao bì để làm bao bì chống mùi từ nanoclay (hạt đất sét nhỏ) hình mỏng, bề dày cỡ vài nguyên tử phối hợp với polymer, giấy bọc thực phẩm từ SiO2 tích hợp kháng thể phân tử chất huỳnh quang phát E.coli có thực phẩm tiếp xúc với kháng thể màng bao chứa SiO2, phân tử chất huỳnh quang sáng lên cảnh báo người dùng không sử dụng thực phẩm túi đổi màu 2.1.1 Bao bì chủ động Nhiều cơng trình nghiên cứu đề cập quan tâm đến đặc tính chống khuẩn hợp chất hữu phổ biến acid hữu cơ, tinh dầu… chất hữu sử dụng kết hợp lại để làm bao bì kháng khuẩn Tuy nhiên loại hợp chất thường nhạy cảm nhiệt độ áp suất cao Để khắc phục yếu điểm đó, vật liệu chủ động cho bao bì lớp phủ vật liệu sử dụng để cải thiện bao bì thực phẩm nanocomposite Trong thập kỷ gần đây, loại bao bì vật liệu nano sử dụng để kháng khuẩn Đây loại bao bì tiếp xúc với sản phẩm thực phẩm khoảng không thực phẩm bao bì để ức chế kìm hãm phát triển vi sinh vật có bề mặt thực phẩm Nhiều hạt nano bạc, đồng, chitosan hạt nano ôxit kim loại titan ôxit kẽm ơxit báo cáo có đặc tính kháng khuẩn [2] 389 2.1.2 Bao bì thơng minh Vật liệu nano để sử dụng việc xây dựng cảm biến sinh học tích hợp bao bì cung cấp mức độ nhạy cảm cao thuộc tính lạ khác Nanosensors nanobiosensors sử dụng để phát mầm bệnh nhà máy chế biến nguyên liệu thực phẩm, định lượng thành phần thực phẩm có sẵn, cảnh báo người tiêu dùng nhà phân phối tình trạng an tồn thực phẩm Ngoài chất sinh học dựa ống nano carbon thu hút nhiều ý nhờ phát nhanh chóng, đơn giản hiệu chi phí áp dụng thành cơng để phát vi sinh vật, độc tố sản phẩm thối hóa khác thực phẩm đồ uống [3] 2.1.3 Cải tiến bao bì Tích hợp nanocompozit nanolaminate cải thiện bao bì thực phẩm có khả bảo quản thực phẩm thời gian dài sốc nhiệt kéo dài thực phẩm, làm cho thực phẩm đảm bảo chất lượng thời gian sử dụng lâu Nhiều chất độn vô silica (SiO2), chitin chitosan tích hợp vào hỗn hợp vật liệu nano làm cho cấu trúc nhẹ hơn, chắn hơn, chống cháy tính dẫn nhiệt tốt Điều giúp cho trình vận chuyển tới tay người tiêu dùng đảm bảo tính nguyên ven thực phẩm [8] 2.2 Ứng dụng công nghệ nano vào chế biến thực phẩm Công nghệ nano áp dụng vào việc hình thành màng bao, loại nhũ tương nano kết hợp với chất dinh dưỡng thiết yếu protein, glucide loại phụ gia thực phẩm không làm tăng khả cải thiện cấu trúc sản phẩm thực phẩm mà cịn bảo vệ chất có hoạt tính sinh học flavonoid vitamin điều kiện chế biến mà loại hợp chất sinh học bị thất thoát lượng lớn tác nhân nhiệt độ, áp suất pH mơi trường, góp phần cung cấp chất dinh dưỡng từ thực phẩm tối ưu cho người sử dụng [2] Hơn công nghệ nano chế biến thực phẩm đánh giá cách xem xét vai trị việc cải tiến sản phẩm thực phẩm kết cấu thực phẩm, hình thức thực phẩm, hương vị thực phẩm, giá trị dinh dưỡng thực phẩm hạn sử dụng thực phẩm tóm tắt theo bảng sau: Bảng 1: Tổng hợp kỹ thuật nano khác việc ứng dụng vào chế biến thực phẩm [7][9] Công nghệ nano Đặc điểm Sản phẩm nano Màng ao nano ăn Để bảo quản chất lượng thực phẩm tươi q trình bảo quản kéo dài Lớp phủ ăn dựa gelatin có chứa xenlulo nano Màng chitosan với nano-SiO2 Hydrogel Có thể dễ dàng đặt vào viên nang, bảo vệ thuốc khỏi môi trường khắc nghiệt pH, nhiệt độ Protein hydrogel Nhũ tương nano Độ ổn định cao Nano-nhũ tương dựa carotene Độ rõ quang học cao hơn; tăng tương tác với enzyme đường tiêu hóa GIT Nano-nhũ tương dựa carotene 390 2.2.1 Nanoencapsulation (Màng bao nano) Về khía cạnh chế biến thực phẩm, vi bao ứng dụng rộng rãi để bảo vệ thành phần giàu dinh dưỡng như: hương vị, tinh dầu, chất béo, vitamin, thành phần dược phẩm chất màu Mục đ ch bao gói chất cơng nghệ nano nhằm chống suy giảm tổn thất điều điệu chế biến bị ảnh hưởng ánh sáng, nhiệt độ, áp suất pH môi trường Vi bao ứng dụng rộng rãi cơng nghệ giúp chất chống ơxy hóa tự nhiên khơng tiếp xúc với khơng khí nước trì hoạt động chống ơxy hóa, mặc khác vi bao cịn bảo vệ hợp chất khỏi ánh sáng ôxy làm giảm khả biến đổi hợp chất Ưu điểm công nghệ vi bao vượt rội công nghệ khác có khả chịu mơi trường khắc nghiệt dày tá tràng giúp cho chất màng bao chuyển đến nơi cần hấp thụ an toàn [1] Cơ chế bảo vệ vi bao tạo thành màng gọi màng bảo vệ xung quanh nhân hay gọi core vật liệu cần đóng gói Nanoencapsulation thực kỹ thuật khác nhau: sấy phun, phun làm lạnh phun làm mát, sấy khơng kh … đó, sấy phun phương pháp chủ đạo cho công nghệ vi bao chi phí thấp, thuận lợi mặt thiết bị [8] 2.2.2 Nanocompozit hydrogel Các hạt nano bạc đưa vào mạng lưới polyme 3D hydrogel nanocompozit cho ứng dụng hoạt động kháng khuẩn cải thiện độ dẫn điện Sự diện ion bạc ngăn enzyme hô hấp chuyển electron sang phân tử ôxy trình hô hấp ngăn protein phản ứng với nhóm thiol (-SH) màng vi khuẩn [1] 2.2.3 Nanoemulsions (Nhũ tương nano) Nhũ tương nano sử dụng sản xuất thực phẩm cho chất làm ngọt, dầu có hương vị thực phẩm chế biến khác Tuy nhiên nhũ tương nano có số lợi loại nhũ tương thông thường mà thường gặp hàng ngày chúng có kích thước nhỏ ổn định với nhiệt độ [3] Do diện tích bề mặt hạt nano lớn chúng tương tác với số thành phần sinh học enzyme đường tiêu hóa GIT Ngoài nhủ tương nano dạng carbohydrate protein tăng khả cải thiện kết cấu độ đồng kem Nhũ tương nano chứa nhiều chất kháng khuẩn có hiệu vi khuẩn gram dương lý nhủ tương nano cịn sử dụng loại bao bì thực phẩm [1] NHỮNG VẤN ĐỀ AN TOÀN KHI SỬ DỤNG NANO VÀO CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Bên cạnh lợi ích mà vật liệu nano mang lại ngành thực phẩm song song vấn đề an tồn sử dụng vật liệu bỏ qua Mối quan tâm an toàn liên quan đến vật liệu nano, nhấn mạnh vào khả hạt nano di chuyển từ vật liệu đóng gói vào thực phẩm tác động chúng sức khỏe người tiêu dùng [6] Một số hạt sử dụng thực phẩm chế biến bao bì mà thể khơng thể phá vỡ hay loại bỏ tích tụ thể, gây tác động tiêu cực đến sức khỏe Nghiên cứu cho thấy nano-bạc titan dioxide bị mắc kẹt hệ thống tiêu hóa (đặc biệt ruột non), dẫn đến hội chứng rò rỉ 391 ruột triệu chứng bệnh tự miễn Một liều lượng nhỏ hạt nano polystyrene gây biến đổi sợi lông phủ niêm mạc ruột làm tăng khả hấp thụ lượng sắt dư thừa gây bệnh thiếu hồng cầu, bệnh gan [8][9] KẾT LUẬN Ứng dụng công nghệ nano vào thực phẩm mang lại nhiều lợi ích thành tựu to lớn Hai mảng bao bì thực phẩm chế biến thực phẩm chứng minh cho điều với đặc tính trội, ưu việt mà cơng nghệ nano mạng lại như: bao bì thơng minh, bao bì chủ động song song cịn có khả kháng khuẩn, tạo màng bảo vệ hợp chất hữu dễ bị biến đổi gặp điều kiện môi trường Tuy nhiên vấn đề an toàn tác động môi trường nên ưu tiên xử lý phát triển công nghệ nano hệ thống thực phẩm bắt buộc phải thử nghiệm thực phẩm nano trước chúng phát hành thị trường [8] TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bouwmeester H., Dekkers S., Noordam MY, Hagens WI, Bulder AS, Heer C., et al (2009) Review of health safety aspects of nanotechnologies in food production Reg Toxicol Pharmacol 53 52–62 10.1016 / j.yrtph.2008.10.008 [2] Bradley EL, Castle L., Chaudhry Q (2011) Applications of nanomaterials in food packaging with a consideration of opportunities for developing countries Trends Food Sci Technol 22 603–610 10.1016 / j.tifs.2011.01.002 [3] Bratovčić A., Odobašić A., Ćatić S., Šestan I (2015) Application of polymer nanocomposite materials in food packaging Croat J Food Sci Technol 86–94 10.17508 / CJFST.2015.7.2.06 [4] Cao Minh Thì, Phạm Văn Việt (2015) Khoa học ứng dụng công nghệ nano Nhà xuất khoa học kỹ thuật [5] Couch LM, Wien M., Brown JL, Davidson P (2016) Food nanotechnology: proposed uses, safety concerns and regulations Agro Food Ind HITECH 27 36-39 [6] Jain A., Shivendu R., Nandita D., Chidambaram R (2016) Nanomaterials in food and agriculture: an overview on their safety concerns and regulatory issues Crit Rev Food Sci [7] Pinto RJB, Daina S., Sadocco P., Neto CP, Trindade T (2013) Antibacterial activity of nanocomposites of copper and cellulose BioMed Res Int : 280512 10.1155 / 2013/280512 [8] Qureshi AM, Swaminathan K., Karthikeyan P., Ahmed KP, Sudhir, Mishra UK (2012) Application of nanotechnology in food and dairy processing: an overview Pak J Food Sci 22 23–31 [9] Tan H., Ma R., Lin C., Liu Z., Tang T (2013) Quaternized chitosan as an antimicrobial agent: antimicrobial activity, mechanism of action and biomedical applications in orthopedics Int J Mol Sci 14 1854–1869 392 ... thực phẩm hỗ trợ an toàn thực phẩm vượt trội [1][2] Hình 1: Ứng dụng cơng nghệ nano vào chế biến bao gói thực phẩm [1] 2.1 Ứng dụng công nghệ nano vào bao bì thực phẩm Thực phẩm dễ dàng tiếp xúc... SỬ DỤNG NANO VÀO CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM Bên cạnh lợi ích mà vật liệu nano mang lại ngành thực phẩm song song vấn đề an tồn sử dụng vật liệu bỏ qua Mối quan tâm an toàn liên quan đến vật liệu nano, ... thực phẩm, giá trị dinh dưỡng thực phẩm hạn sử dụng thực phẩm tóm tắt theo bảng sau: Bảng 1: Tổng hợp kỹ thuật nano khác việc ứng dụng vào chế biến thực phẩm [7][9] Công nghệ nano Đặc điểm Sản phẩm