Geleceğe Bakış: Nanoteknoloji ve Nano Gıdalar

Nanoteknoloji, 1-100 nm boyutlarındaki atom ve moleküllerin tek tek manipüle edilerek istenen yapılar inşa ve karakterize etmeyle ilgilenen; fizik, mühendislik, tıp, kimya, biyoloji, ziraat, gıda ve materyal bilimlerinin birlikte kullanılmasını gerektiren sistematik bir yaklaşımdır. Oluşturulan nanomalzeme, ana yapıdan tamamen farklı fiziksel ve kimyasal özellikler gösterebilmektedir. Nanoteknoloji, gıda sektöründe gıda analizleri, gıda işleme prosesleri ve ambalajlama aşamalarında farklı uygulamalarla kendine yer bulan ve sürekli gelişen bir alan olarak görülmektedir. Nanoteknolojinin gıda alanına dahil olmasıyla ortaya çıkan nano gıda terimi ise; ekim, işleme, hasat ve paketleme aşamalarında nanoteknolojik yöntemler ve cihazlar kullanılarak üretilen gıdaları tanımlamak için kullanılmaktadır. Nestle, Altria, Unilever ve Hershey gibi önde gelen gıda firmalarının nanoteknoloji uygulamaları üzerine çalışmalar yaptıkları bilinmektedir (1,2).

Nanoteknoloji gıda sektöründe daha çok; nanosensörlerin ve nanobiyosensörlerin tasarımı ile gıdalarda kalite kontrol ve güvenliği sağlama, nano kapsülleme yoluyla proteinlerin, antioksidanların ve diğer bileşenlerin kontrollü salınımına yönelik sistemler geliştirme (aktif ve akıllı sistemler), yeni ürün geliştirilmesi veya besin içeriğinin zenginleştirilmesi için nano ölçekli enzimatik reaktör oluşturma alanlarında kullanılmaktadır. Bu uygulamalar içerisine giren nanokapsülasyon, biyoaktif bileşiklerin nano boyuttaki kapsüller içerisine hapsedilmesi olarak tanımlanmaktadır. Nanokapsüller, kızartma yağları gibi gıdanın tüketime hazırlanırken temas ettirildiği diğer malzemeler içerisinde bileşenlerin biyoyararlanımını arttırabilmekte, nanokapsüle aroma vericiler yiyeceğin tadını iyileştirebilmektedir. Bunlara ek olarak, bitki bazlı sterollerin nanokapsül infüzyonunun, et kolesterolünün yerini alabileceği düşünülmektedir. Bu konuda gıda endüstrisindeki son trend ise, bağırsak florasındaki yararları mikroorganizma sayısını arttırmak amacıyla canlı probiyotik mikroorganizmaların mikro kapsüllemesidir. Bazı çalışmalar, kullanılan naoparçacıkların, gıda ürünlerinin tadını ve fiziksel özelliklerini değiştirmeden ambalaj etkinliğini, gıda raf ömrünü ve besin değerini arttırarak gıda güvenliğini etkili bir şekilde sağladığını ortaya koymuştur (3,4,5).

Nanoteknoloji, gıda ambalajlarında nanosensörlerin ve nanoparçacıkların kullanımıyla gıda güvenliğinin korunmasında önemli adımlar atılmasını sağlamıştır. Nanosensörler, gıda rengindeki değişimlerin ve bozulma nedeniyle üretilen gazların tespitinde kullanılmaktadır. Nanosensörlerin geleneksel sensör yöntemlerinden en önemli farkı değişimlere karşı duyarlılığı ve seçiciliği olmasıdır. Örneğin altın, platin ve paladyumdan yapılan gaz nanosensörleri altın bazlı nanopartikül içeriği sayesinde sütte bulunan Aflatoksin B₁ toksininin tespitinde kullanılabilmektedir. Tarım sektöründe ise sebze ve meyvelerin yüzeyindeki pestisit kalıntılarının tespit edilebildiği nanosensörler kullanılabilmektedir. Gıda katkı maddelerinde kanserojenleri tanımlamak için kullanılan nanosensörler de mevcuttur. Sensör uygulamaları dışında gıda ambalajlarına nanoparçacıklar da ilave edilebilmektedir. Ambalaj materyalinde kullanılan nanoparçacıklar, nem kontrolünde etkili olmakta, böylece yiyeceklerin raf ömrünün uzatılması sağlanmaktadır. Örneğin silikat nanoparçacıkları, ambalaj kaplarındaki oksijen geçişini önlemek amacıyla kullanılmaktadır. Ayrıca, belirli patojenlerin inhibe edilmesi amacıyla ambalajlara dahil edilen belirli nanopartiküller mevcuttur. Bunlara ek olarak, nanoparçacıkların polimerlere ilavesiyle nanokompozit ambalaj oluşturulmuştur. Nanopartüküller, kombinasyondaki polimerleri güçlendirmekte, böylece ambalajın koruyucu özelliği artmaktadır. Örneğin gaz bariyeri görevi görerek gazlı içeceklerin ambalajlarındaki karbondioksit sızıntılarını en aza indirmektedirler (6,7).

Nanoteknolojinin gıda alanında kullanılması pek çok yenilik ve gelişmeye ön ayak olsa da, risk faktörlerinin de değerlendirilmesi önem arz etmektedir. Nanopartiküllerin vücuda girdiğinde oksidatif stresi arttırması, serbest radikal oluşumuna neden olmakta; bu da DNA mutasyonu, kanser ve ölüme sebep olabilmektedir. Bu etkinin ölçülebilmesi için yapılan bir çalışmada fareler nanoparçacık içeren hava ortamında bekletilmiş ve sonuçlar gözlemlenmiştir. Çalışma sonunda nanoparçacıkların farelerin beyinlerinde ve akciğerlerinde toplanmaya yatkın olduğu, bunun da akut akciğer iltihabına sebep olduğu görülmüştür. Literatürde bulunan benzer araştırmalar, tebliğlerde ve yasal düzenlemelerde bazı değişikliklerin yapılması gerekliliğini ortaya koymaktadır. Henüz nano gıdaların üretimi ve kontrolü ile ilgili dünya genelinde yasal bir standart bulunmamakta, ancak Avrupa Birliği’nin bu konuda çalışmaları olduğu bilinmektedir. 2014 yılında gıda etiketleme yasalarında zorunlu değişiklikler yapılması ile nano parçacıkların tanımlanması ve bu partüküllerin bileşen listesine dahil edilmesi bu çalışmalara örnektir. Ancak nanoteknolojinin gıda alanında uygulanmasıyla ilgili hala veri eksiklikleri vardır. Örneğin GRAS (genel olarak güvenilir kabul edilen) olarak ifade edilen katkı maddelerinin nano ölçekler dikkate alınarak yeniden düzenlenmesi gerekmektedir. Nanoparçacıkların izin verilecek boyut oranları belirlenmeli, ölçüm cihazları, metot ve teknikleri geliştirilmelidir. Kullanılan nano boyuttaki parçacıkların toksisitesi ve biyolojik aktivitesi ile ilgili kapsamlı bir araştırma yapılmalıdır. Nano gıdaların sindirimi sonucunda ortaya çıkan ayrışma ürünleri saptanmalı, metabolizasyon yolları aydınlatılmalıdır. Bu anlamda nano gıdaların güvenli gıda kategorisinde yer alması için araştırmalar devam etmektedir. Gerekli düzenlemeler ve standartlar belirlendikten sonra nano gıdaların geleceğin gıdaları olabileceği düşünülmektedir (8,9).

Yazıda yararlanılan kaynaklar aşağıda belirtilmiştir.

Sağlıklı günler…

Kaynaklar,

1. Bajpai V.K., Kamle, M., Shukla, S., Mahato, K.D., Chandra, P., Hwang, S.K., Kumar, P., Huh, Y.H., Han, Y. 2018. Prospects of using nanotechnology for food preservation, safety, and security. Journal of Food and Drug Analysis, 26: 1201 -1214.
2. Patel, A., Patra, F., Shah, N., Khedkar, C. 2018. Impact of Nanoscience in the Food Industry: Application of Nanotechnology in the Food Industry: Present Status and Future Prospects. Eds: Grumezescu, A.M., Holban, A.M. Elsevier Science, pp: 1-21.
3. Zahin, N., Anwar, R., Tewari, D., Kabir, M.T., Sajid, A., Mathew, B., Uddin, M.S., Aleya, L., Abdel-Daim, M.M. 2019. Nanoparticles and its biomedical applications in health and diseases: special focus on drug delivery. Environmental Science and Pollution Research, DOI: 10.1007/s11356-019-05211-0.
4. Colica, C., Aiello, V., Boccuto, L., Kobyliak, N., Strongoli, M.C., Vecchio, I., Abenavoli, L. 2018. The role of nanotechnology in food safety. Minerva Biotecnologica, 30(2): 69-73.
5. Dwivedi, C., Pandey, I., Misra, V., Giulbudagian, M., Jungnickel, H., Laux, P., Luch, A., Ramteke, P.W., Singh, A.J. 2018. The prospective role of nanobiotechnology in food and food packaging products. Integrative Food, Nutrition and Metabolism, 5(6): 1-5.
6. Hamad, A.F., Han, J., Kim, B., Rathe, I.A. 2018. The intertwine of nanotechnology with the food industry. Saudi Journal of Biological Sciences, 25: 27–30.
7. Walekar, M.D., Shinde, D.D. 2018. Nanotechnology and its application in food industry. International Journal of Emerging Technology and Computer Science, 3(4): 57-60.
8. Meghani, N., Dave, S., Kumar. A. 2019. Nanofood and its Application: A review. BAOJ Nanotech, 5(1): 1-16.
9. Demirbilek, M.E. 2015. Tarımda ve gıdada nanoteknoloji. Gıda ve Yem Bilimi – Teknolojisi Dergisi, 15: 46-53.