nanofood

2 ottobre 2008 Share
   

ricerca di Jenny Luise Vogler

traduzione e adattamento di Veronica Leali

Con questa ricerca si intende fornire uno sguardo critico riguardo l’influenza della nano-tecnologia sul settore agro-alimentare; quali domande, questioni, essa faccia scaturire e come potrà essere applicata in un futuro non troppo lontano. Innanzitutto si darà una definizione generale di nanotecnologia e poi, specificatamente nel settore alimentare. Successivamente si condurrà un’analisi sul nanofood per come esso è stato discusso alla Nano4Food Conference svoltasi nell’ottobre del 2006 ad Atlanta negli USA.

DEFINIZIONE DI NANOTECNOLOGIA
Il termine nanotecnologia deriva dal prefisso di origine greca nano, piccolo.
In termini tecnici, un nanometro (10-9 metri) (nm) è la millesima parte di un di un micrometro (?m), la milionesima parte di un millimetro (mm) e la bilionesima parte di un metro. Il termine nanotecnologia è generalmente usato riferendosi a materiali di scala dimensionale tra 1 e 100 nanometri. La nanotecnologia è la manipolazione della materia a livello atomico o molecolare, al fine di creare materiali con nuove o differenti proprietà. Queste nuove proprietà possono riguardare la forza, la reattività chimica, la conduttanza elettrica, il magnetismo o gli effetti ottici. La nanotecnologia lavora usando due differenti approcci: uno è detto bottom-up e l’altro top-down.
Il processo top-down inizia con una parte di materia più grande incidendo, frantumando o lavorando una nano-struttura rimuovendo materia. Questo può essere ottenuto mediante tecniche ingegneristiche di precisione e litografie. Il principio top-down è spesso impiegato nell’ambito di applicazioni fotoniche in nano-elettronica e nano-ingegneria. I metodi top-down offrono affidabilità e complessità di dispositivi, tuttavia impiegano una maggiore quantità di energia e producono maggiori perdite rispetto ai metodi bottom-up.

Il processo bottom-up consiste nel costruire strutture atomo ad atomo. Il metodo bottom-up può essere suddiviso in tre categorie: sintesi chimica, auto-assemblamento, e assemblamento posizionale. L’auto-assemblamento si basa sulla capacità di atomi e molecole di organizzarsi in nano-strutture ordinate, mediante interazione fisica o chimica. I cristalli di sale o quelli dei fiochi di neve rappresentano esempi rintracciabili in natura di processi di auto-assemblamento. Esiste un interesse economico ed ambientale nei confronti di quei processi attraverso i quali la materia o i componenti di essa si formano in modo essenzialmente autonomo, producendo un minor livello di perdite, di sprechi e sfruttando una minor quantità di energia. La sintesi chimica è un processo impiegato per la produzione di materia grezza, come molecole o particelle, che possono essere impiegate sia direttamente in prodotti la cui massa si presenta in forma non ordinata, o come blocchi costitutivi di materiali più avanzati. L’assemblamento posizionale è l’unica tecnica nella quale singoli atomi o molecole possono essere posizionate liberamente una ad una.

DEFINIZIONE DI NANTECNOLOGIA NEL SETTORE ALIMENTARE

Il nanofood è rappresentato da prodotti alimentari in cui le tecniche della nanotecnologia vengono impiegate durante la coltivazione, la produzione, il processo di produzione o di packaging.

Comprende anche prodotti a cui siano stati aggiunti nano-materiali. Non significa tuttavia cibo modificato o cibo prodotto da nano-macchine.
Le nano-macchine si trovano ancora nella fase di sviluppo e ricerca. Alcune primitive macchine molecolari sono state testate, come per esempio un sensore che ha un interruttore di circa 1,5 nanometri, capace di contare specifiche molecole in un campione chimico.

NANO4FOOD CONFERENCE

La Nano4Food Conference è stata un meeting tra Cientifica, azienda leader nel fornire informazioni concernenti la nanotecnologia, Wageningen Bionanotechnology Centre for Food and Health Innovations, BioNT leader nella scienza fondamentale e tecnologie di micro- e nano sistemi e le loro applicazioni in ambito medico ed agroalimentare, Georgia Tech Research Institute (GTRI) e l’Economic Departement Consulate Generasl of the Netherlands. La conferenza è stata occasione di incontro di importanti enti e centri di ricerca del settore agroalimentare, che hanno affrontato la questione da un punto di vista multidisciplinare coinvolgendo relatori provenienti dal settore scientifico, economico, governativo e industriale.

La Nano4Food Conference ha avuto luogo ad Atlanta, negli USA, nell’ottobre del 2006. ha offerto un’ampia analisi sui requisiti dell’industria alimentare, includendo la manifattura, la distribuzione e il consumo. Secondo quello che troviamo sulla pagina web della conferenza, la nanotecnologia sarà in grado di risolvere molti problemi del’industria alimentare. Aumenterà la produttività, fornirà un migliore processo attraverso il quale il cibo passerà, packaging e logistica, aiuterà a sviluppare nuovi prodotti più sani e saporiti, assicurerà una maggiore sicurezza e qualità. Si prevede, che le nanotecnologie possano fornire biosensori a scala dimensionale nano per l’individuazione di elementi patogeni e la loro diagnosi, la nano-consegna di elementi bioattivi e nutritivi nei prodotti alimentari grazie ai miglioramenti in termini di conoscenze per ciò che riguarda i materiali impiegati per il cibo a livello di nano-scala e sistemi di filtraggio nano per la modifica della texture.

LE QUESTIONI DELL’INDUSTRIA ALIMENTARE

L’obiettivo principale della Nano4Food Conference era trattare il maggior numero possibile di argomenti rilevanti per l’industria alimentare e legati all’applicazione della nanotecnologia:
- produttivita’
- effettivita’ dei costi
- soluzioni veloci ed efficaci
- sicurezza
- qualita’
- sviluppo delle tecnologie
- innovazione del prodotto
- benefici in termini di salute
- prevenzione di malattie
- percezione del consumatore
Di seguito averrà analizzato come questi obiettivi sono stati affrontati, quali sono le possibilità che riserva il futuro e quali sono i rischi.

IL FOOD PACKAGING

Il packaging alimentare è una delle più recenti applicazioni della nanotecnologia all’interno del settore agroalimentare. Si stima che un numero tra i 400 e i 500 nanopackaging siano in circolazione in questo momento, mentre si prevede che la nanotecnologia sarà impiegata nel 25% del totale dei packaging alimentari entro la prossima decade. Oggi, il food-packaging e il monitoraggio dello stesso attraverso la nanotecnologia sono uno dei settori su cui l’industria agroalimentare si sta maggiormente concentrando. L’obiettivo di molte compagnie è quello di sviluppare packaging intelligenti in grado di prolungare e ottimizzare la vita di un prodotto una volta confezionato. Questi sistemi di packaging sarebbero in grado di riparare piccoli fori o danneggiamenti, rispondere alle condizioni ambientali, e informare il consumatore nel caso in cui il cibo fosse stato contaminato. La nanotecnologia può per esempio modificare il grado di permeabilità di un foglio di alluminio, aumentare le proprietà di protezione di alcuni materiali, migliorare le proprietà meccaniche e di resistenza al calore, sviluppare superfici antimicrobo e antifungo, e percepire, come anche segnalare, cambiamenti microbiologici e biochimici.
L’industria alimentare deve fare i conti con la domanda in costante crescita dei consumatori, che vogliono cibi in grado di restare freschi più a lungo, prodotti facili da maneggiare, sicuri, sani e confezionati con materiali ecocompatibili, e il più naturale possibile, sia a livello di processo di produzione, che di confezionamento e di conservazione. Ciò non fa altro che porre maggiore attenzione sul packaging del cibo, che deve diventare in un certo qual modo attivo ed intelligente.

APPLICAZIONI DELLA NANOTECNOLOGIA NEL SETTORE PACKAGING

Uno degli obiettivi del nano-packaging è quello di procurare una vita più duratura ai prodotti già confezionati migliorando la funzione di barriera della confezione riducendo lo scambio di gas e acqua e creando un filtro contro l’esposizione ai raggi UV. Dal 2003 oltre al 90% dei nano-packaging sono basati su nano-composti in cui i nano-materiali sono impiegati per migliorare la funzione di barriera dell’imballaggio plastico dei cibi, e delle bottiglie in plastica per birre, bibite e succhi.
Un ulteriore esempio è il rilascio chimico dei nano-packaging. Esso impedisce alla confezione di interagire con il cibo che contiene. Allo stesso modo il packaging è in grado di rilasciare antimicrobici, antiossidanti, aromi, nutraceuticals nei cibi e nelle bevande al fine di prolungarne la vita o per migliorarne sapore e odore. Nano-tubi vengono impiegati al fine di espellere ossigeno o diossina di carbonio e prevenire in questo modo il deterioramento del cibo.
Altri packaging e materiali che vanno a contatto diretto con il cibo incorporano materiali antimicrobici, che vengono progettati per non essere rilasciati. Il packaging stesso agisce come antimicrobico. Questi prodotti normalmente usano le nanoparticelle dell’argento, tuttavia alcuni usano il nano-ossido di zinco o nano-diossido di cloro.
Nano-sensori e “track and trace packaging” vengono progettati per mostrare le condizioni interne o esterne del prodotto alimentare lungo tutta la catena di produzione. Per esempio questo tipo di packaging possono monitorare la temperatura o l’umidità nel tempo e fornire importanti informazioni sulle condizioni del cibo, per esempio cambiando colore. I nano-packaging biodegradabili usano nano-materiali per rafforzare le bioplastiche. Questo potrebbe permettere alle bioplastiche di essere utilizzate per la creazione di packaging e borse al posto delle plastiche tradizionali.

ESEMPI DI NANO-TECNOLOGIA PER IL PACKAGING DEL CIBO NEL MERCATO CONTEMPORANEO

All’interno del mercato contemporaneo è possibile trovare diverse compagnie che fanno uso di sistemi di packaging intelligenti. La Kraft insieme ai ricercatori della Rutgers University (USA) sta sviluppando una “electronic tongue technology” da includere nei packaging. Questo sistema consiste in un apparato di nano-sensori che possono individuare sostanze dell’ordine di una parte su un trilione e possono provocare nel packaging stesso un cambiamento di colore al fine di allertare il consumatore nel caso in cui il cibo avesse subito una contaminazione o un’alterazione. In questo modo il consumatore si trovea in possesso di un valido strumento per comprendere se il cibo sia effettivamente fresco o no.
La Bayer Polymers ha sviluppato la pellicola per packaging nominata Durethan KU2-2601. Si tratta di una pellicola molto più leggera, forte e resistente al calore rispetto a quelle attualmente presenti sul mercato. L’obiettivo principale dell’impiego di pellicole plastiche protettive è quello di prevenire la disidratazione del cibo e proteggerlo dall’azione dell’umidità e dell’ossigeno. La nuova pellicola è conosciuta come “sistema ibrido” arricchito con un grande numero di nano-particelle di silicato. Queste riducono il rischio che alcuni gas dannosi possano penetrare all’interno del packaging, mentre impediscono all’acqua contenuta nel cibo di uscire, in questo modo essa è in grado di prevenire l’alterazione del cibo.
La nano-tecnologia potrebbe rivelarsi molto utile anche per l’industria della birra, la quale si avvarrebbe di bottiglie in plastica per i trasporti della stessa poiché più leggere ed economiche rispetto a quelle in vetro o alle lattine in metallo, attraverso l’impiego di materiali plastici modificati tramite la nanotecnologia si eviterebbe che l’alcol contenuto nella birra reagisca a contatto con la plastica della bottiglia che la contiene, accorciando notevolmente la vita del prodotto.

La Voridan, in collaborazione con la Nanocor, ha sviluppato un nano-composto contenente delle nano-particelle di argilla, chiamate Imperm. La bottiglia che ne è risultata è più leggera e più forte del vetro e possiede una maggiore resistenza agli urti. La struttura del nano-composto minimizza l’emissione di diossido di carbonio dalla birra e l’immissione di ossigeno nella bottiglia. La birra, in questo modo, può essere mantenuta sugli scaffali per un periodo di sei mesi. La Miller Breweing Co. ha già adottato questa tecnologia.
La Agro Micron ha sviluppato il NanoBioluminescence Detection Spray. Esso contiene una proteina luminescente che si lega alla superficie di alcuni microbi come la Salmonella e l’Ecoli. Una volta che la proteina si è legata ad essi inizia ad emettere un visibile scintillio, permettendo in questo modo la facile individuazione di cibo o bevande contaminate. Più l’area luminescente è estesa ed intensamente illuminata, più il livello di contaminazione del prodotto è alto. La compagnia sta attualmente progettando nuove tipologie di spray da utilizzare nell’ambito di trasporti via mare all’interno dei container, senza trascurare l’ipotesi di un’applicazione utile nella lotta al bioterrorismo.
Per assicurare la sicurezza del cibo, i ricercatori dell’Unione Europea del Good Food Project hanno sviluppato un nano-sensore portatile per individuare elementi chimici, patogeni e tossine nel cibo. Esso può essere analizzato in termini di sicurezza e qualità direttamente nel luogo di produzione, durante il trasporto, durante la lavorazione e il confezionamento. Il progetto sta anche sviluppando uno strumento che utilizza dei DNA biochip per individuare elementi patogeni.
Si tratta di una tecnica che potrebbe essere applicata per determinare la presenza di differenti tipi di batteri dannosi all’interno di carne o pesce, o funghi in grado di attaccare la frutta. Altre applicazioni del progetto sono rappresentate dallo sviluppo di microsensori in grado di individuare pesticidi sulla frutta e la verdura, ma in grado anche di monitorare le condizioni ambientali del luogo di produzione. Questi ultimi vengono chiamati “Good Food Sensors”.
Il Bio Finger Project, un progetto europeo, ha l’obiettivo di sviluppare “strumenti diagnostici, versatili, economici e facili da utilizzare per la salute, per l’ambiente e per altre applicazioni”. Lo strumento utilizza la tecnologia della trave a sbalzo, nella quale la punta della trave è coperta con elementi chimici che gli permettono di piegarsi e risuonare quando si lega a specifiche molecole (come per esempio quelle che si trovano sulla superficie di alcuni batteri). Il BioFinger incorpora la trave a sbalzo su un microchip monouso rendendolo piccolo e portatile.
Un gruppo di ricerca all’Università di Leeds Negli UK ha determinato che le nano-particelle di ossido di magnesio e ossido di zinco sono molto efficaci nella distruzione di microorganismi. Inoltre essi potrebbero essere molto economici rispetto a quelli derivati dall’argento. Questo tipo di applicazione potrebbe avere molti riscontri nel food packaging.
Un gruppo di scienziati delle industrie alimentari del Nord Europa ha creato un’associazione per il NanoFood con l’obiettivo di incoraggiare l’applicazione della Nanotecnologia nell’ambito alimentare in maniera responsabile. Le compagnie fondatrici includono Arla Foods, Danisco, Aarhus United, Danish Crown Amba, Systematic Software Engineering, e la Interdisciplinary Nanoscience Centre (iNANO). Con la missione di fornire ai consumatori cibo sicuro, le priorità dell’associazione sono: sviluppare sensori che siano in grado di rivelare quasi istantaneamente se un campione di cibo contenga composti tossici o batteri; sviluppare superfici antibatteriche per macchine coinvolte nel ciclo di produzione del cibo; sviluppare confezioni più leggere, forti ed economiche; e lo sviluppo di cibi con una composizione nutrizionale più salutare.
Una parte della produzione ha quotidianamente a che fare con le nano-particelle d’argento, che per il momento non possono ancora essere aggiunte direttamente al cibo. Si conosce ancora molto poco circa i loro effetti sulla salute dell’uomo e sul loro impatto sul sistema ecologico.

Recenti ricerche stanno studiando l’applicazione di antimicrobici nel cibo, per sviluppare applicazioni legate al cibo come tessuti resistenti ai microbi. Le particelle d’argento sono le nano-particelle che si stanno sviluppando più velocemente e che hanno le più ampie applicazioni. Si pensa che l’argento possieda proprietà antimicrobiche, e che rivestire o impregnare altri materiali con nano particelle d’argento sia un modo per sfruttare le sue proprietà antisettiche. Applicazioni recenti nell’industria alimentare includono l’individuazione dei batteri nei packaging. Le nano particelle d’argento vengono già impiegate nel packaging del cibo al fine di prolungare la vita della frutta assorbendo etilene, l’ormone di maturazione. Gli scienziati sperano di imparare di più su come le nano particelle d’argento esercitino la loro azione di antimicrobici testando QSI-Nano Silver per la loro abilità di interagire con cellule microbiotiche. Questo potrebbe condurre a nuove scoperte concernenti l’eliminazione degli elementi patogeni che il cibo porta con sé e in questo modo aumentare la sicurezza del cibo.

IL PROCESSO DEL CIBO

In aggiunta al packaging, la nanotecnologia sta già avendo un impatto sullo sviluppo di cibi interattivi o funzionali. Alcuni prodotti alimentari contengono invisibili additivi e sono già disponibili in commercio. Molte compagnie stanno conducendo ricerche sullo sviluppo e l’uso di nanotecnologie per progettare, processare, confezionare e consegnare cibo. Tra queste ci sono le grandi aziende di cibo e bevande, insieme a piccole imprese che studiano le nanotecnologie.

Le nano-particelle e le particelle fino ad una dimensione di 300 nm vengono aggiunte a molti cibi come ingredienti attivi nano-incapsulati ed includono grassi e vitamine. Si suppone che essi migliorino le proprietà di flusso, colore e stabilità durante tutto il processo di produzione, o per incrementare la durata di un prodotto. I silicati di alluminio sono comunemente usati come agenti anticoagulo in prodotti granulari o in polvere, mentre il diossido di titanio anatasio è un additivo sbiancante, usato nei prodotti di pasticceria, per alcuni formaggi e salse. Particelle di misura maggiore sono solitamente biologicamente inerti e vengono considerati non dannose per l’uomo.
L’industria del cibo sente la necessità di diventare maggiormente “funzionale”, più nutriente ma anche meno legata all’idea di cibo come carburane per il corpo umano. Le compagnie credono che le nanotecnologie possano dare una risposta e concentrarsi sulla “distribuzione”. Il cibo interattivo e funzionale risponde alle esigenze del corpo umano e può distribuire elementi nutritivi in maniera più efficiente. Possono inoltre apportare benefici psicologici o ridurre il rischio di malattie croniche. Differenti scienziati stanno lavorando al fine di sviluppare nuovi prodotti alimentari su misura, in grado di rimanere assopiti all’interno del corpo umano e di fornire a seconda della necessità elementi nutritivi alle cellule. Per esempio nano-capsule che possono essere incorporate all’interno del cibo per poi rilasciare elementi nutritivi. Gli additivi nutritivi rappresentano un’altra fonte di nano-particelle il cui sviluppo è in continua crescita nell’ambito dei prodotti alimentari. Queste ultime vengono chiamate Nutraceuticals.

CIBO INTERATTIVO

Nei paesi sviluppati l’industria del cibo è guidata dalla domanda dei consumatori, che al momento si concentra su cibi freschi e sani. Il cibo interattivo è costruito sul concetto di cibo “su misura”. L’idea del cibo interattivo è nata per permettere al consumatore di modificare i propri alimenti a seconda dei propri bisogni sia in termini nutrizionali sia in termini di gusto. Migliaia di nano-capsule contenenti aromi o elementi nutritivi aggiunti rimarrebbero inattivi all’interno dell’alimento e verrebbero rilasciati solo una volta attivati dal consumatore.
La Kraft e la Nestlé stano progettando alimenti intelligenti in grado di interagire con il consumatore al fine di “personalizzare” il cibo, cambiargli il colore, aroma o elementi nutritivi a seconda della richiesta.

La Kraft sta sviluppando una bevanda incolore e insapore contenente centinaia di aromi microincapsulati. Con un forno a microonde si potrà attivare il processo in grado di far rilasciare colore, sapore, concentrazione e texture coerentemente con la scelta individuale del consumatore. I cibi intelligenti sono anche in grado di captare l’eventuale allergia di un individuo agli ingredienti di un determinato cibo e in questo modo bloccarne l’azione. O in alternativa, i packaging intelligenti possono rilasciare una dose di elementi nutritivi addizionali nel caso in cui l’individuo effettivamente dovesse presentare una mancanza o una specifica necessità in termini di dieta, per esempio possono essere aggiunte molecole di calcio per le persone che soffrono di osteoporosi.

NANOVETTORI

I nanovettori sono micro cellule di dimensione dell’ordine dei 30 nm di diametro. La compagnia tedesca Aquanova ha sviluppato una nuova tecnologia la quale combina due sostanze attive in un singolo nanovettore, una per la riduzione dei grassi e una per il senso di sazietà. Essi la descrivono come un approccio innovativo alle gestione del peso corporeo.
La Unilever sta invece sviluppando un gelato a basso contenuto di grassi diminuendo la dimensione delle particelle di emulsionante che dà al gelato la sua caratteristica texture. Essi vogliono diminuire il contenuto di grassi dal 16% all’1%.

NANOCAPSULE

Le nanocapsule sono strutture liquide nano-autoassemblate. Vengono usate per rilasciare elementi nutritivi alle cellule sottoforma di particelle di dimensioni dell’ordine del nanometro. Uno dei modi per preservare un componente attivo è quello di racchiuderlo all’interno di un involucro protettivo. L’involucro può essere creato per dissolversi o possono venire aggiunti degli ingredienti attivi che si diffondono attraverso l’involucro innescati dal corretto stimolo.
La George Weston Foods of Australia, per esempio, vende il suo Tip Top Bread, conosciuto come “Tip Top-up”, che contiene nano capsule di olio di tonno, il quale rappresenta una buona fonte di acidi grassi omega tre. Poiché l’olio di tonno è micro incapsulato, il consumatore non ne sente il sapore, ma esso agisce una volta raggiunto lo stomaco, dove gli acidi coinvolti nel processo digestivo attaccano le microcapsule permettendo al corpo di assimilarlo.
Un altro esempio è rappresentato dalla Israeli Company Nutralease. La compagnia si avvale della tecnologia Nano-sized Self-assembled Liquid Structures (NSSL). Gli elementi nutritivi sono contenuti all’interno di un involucro acquoso. I Nutraceuticals che sono stati incorporati nei carriers includono licopene, betacarotene, luteina, fitosterolo, CoQ10 e DHA/EPA. Le particelle della Nutralease permettono a questi composti di entrare più facilmente nel flusso sanguigno attraverso l’intestino e di aumentarne la biodisponibilità. Questa tecnologia è già stata adottata dalle Shemen Industries per rilasciare gli elementi nutritivi del Canola Active Oil.
La Kraft Food pianifica di sviluppare cibi intelligenti che rilasciano elementi nutritivi in base alle deficienze identificate da nano-sensori e da nano-capsule, aggiunte precedentemente ai cibi, che restano inerti fino al momento in cui vengono attivati. Essi vedono negli Smart Food un altissimo potenziale in termini di benefici, come l’aumento energetico, il miglioramento delle funzioni cognitive, il progresso delle funzioni immunologiche e antiaging.

LE NANOCOCHLEATES

Le nanocochleates sono nano-particelle spirali di dimensioni di 50 nm. Questi additivi possono essere impiegati al fine di consegnare alle cellule elementi nutritivi come vitamine, licopene, e acidi grassi omega in modo molto efficiente, senza andare ad agire sul colore o il sapore di un alimento; inoltre vengono facilmente assorbiti dal corpo umano.
La compagnia farmaceutica BioDelivery Sciences ha sviluppato il Bioral Nanocochleate Delivery System che protegge micronutrienti e antiossidanti dalla degradazione durante i processi di lavorazione e stoccaggio. I micronutrienti Bioral sono in grado di aumentare la stabilità dell’alimento e di accrescere la sua vita media sullo scaffale. Gli antiossidanti naturalmente presenti nella frutta fresca forniscono tutta una serie di benefici legati alla salute, per esempio riducono il rischio di attacco cardiaco, malattie neurodegenerative e cancro.
Le manifatture di cibo e bevande comprendono la necessità di inserire questi micronutrienti nei propri prodotti, anche perché la maggior parte degli utenti non consuma abbastanza frutta e verdura fresca per poter essere in grado di ottenere i massimi benefici possibili da essa. La compagnia afferma che le nanocochleates sono un sistema di consegna molto valido e sicuro per un’ampia gamma di composti, poiché la sua composizione è al 100% fosfatidilserina di soia.

LA NANOTECNOLOGIA NEL MERCATO INTERNAZIONALE

Non soltanto i paesi industrializzati, ma anche quelli in via di sviluppo stanno investendo nel campo delle nanotecnologie. Gli Stati Uniti, con la National Nanotechnology Initiative (NNI), sono in cima alla lista con un investimento di 3,7 bilioni di dollari, seguiti da Giappone e Europa con un investimento di 1,2 bilioni all’anno.
La quota di pubblicazioni accademiche cinesi riguardo la nano-scala è passata dal 7,5% del 1995 al 18,3% del 2004, portando il paese dalla quinta alla seconda posizione della classifica mondiale. Altri paesi come l’India, La Corea del Sud, l’Iran e la Tailandia stanno raggiungendo i paesi leader, e si concentrano soprattutto su specifiche applicazioni che riguardano la crescita economica e i bisogni del paese. L’Iran sta portando avanti un programma concernente la nanotecnologia nel campo agricolo e agroalimentare. Si prevede che il mercato internazionale del nanofood subirà un incremento fino a 20,4 bilioni di dollari entro il 2010. Per quella data, l’Asia con più del 50% della popolazione mondiale sarà il più grande mercato di nanofood, e vedrà la Cina comandare la classifica dei paesi investitori. Ovviamente questi numeri rappresentano solo ipotesi, basate su diverse condizioni.

LO SVILUPPO ECONOMICO DELLA NANOTECNOLOGIA

La maggior parte della nanotecnologia impiegata nell’industria del cibo, sui mercati attuali, è a quota zero per quel che riguarda l’attività commerciale, e nei prossimi anni sarà limitata a prodotti di alto valore. L’introduzione della nanotecnologia cambierà completamente l’industria del cibo, nonostante sia i produttori che i fornitori non abbiano un’idea esatta riguardo a quando queste applicazioni saranno effettivamente disponibili per il commercio e se avranno un costo effettivo per i propri prodotti.
L’uso delle nanotecnologie nel processo del cibo al momento è limitato all’impiego dei nanoclay nei packaging alimentari e nello sviluppo di nutraceutical migliorate. L’applicazione più promettente della nanotecnologia è quella che riguarda i packaging intelligenti, ovvero materiali in grado di interagire con il prodotto che contengono al fine di preservarne o accrescerne la qualità.
Il maggiore fornitore di informazioni sulla nanotecnologia al mondo, la Cientifica, ha stimato che entro il 2012 il mercato dei packaging intelligenti muoverà un capitale di 2,7 bilioni di dollari all’interno del mercato internazionale dei packaging. La Cientifica crede che questi packaging avanzati, nel futuro più immediato, saranno impiegati soprattutto per i cosiddetti prodotti di lusso, come per esempio il caviale. I produttori di packaging per prodotti comuni, come il latte o la carne, non trarrebbero gli stessi benefici che trarrebbe per esempio un produttore di caviale.
Le quattro aree commerciali che subiranno i maggiori cambiamenti nei prossimi anni saranno: i packaging intelligenti in grado di reagire all’ambiente, nano-strumenti in grado di analizzare il cibo e determinare se contaminato, metodi in grado di modificare gli ingredienti di un alimento crudo al fin di renderlo commestibile e additivi che potrebbero essere aggiunti ad un prodotto per incrementarne la qualità.
Le maggiori aziende nel mondo dell’industria alimentare vengono considerate come quelle in grado dare una maggiore spinta allo sviluppo delle nanotecnologie. Esse cercano di impiegare le nanotecnologie al fine di ingegnerizzare, processare e confezionare i prodotti alimentari, si tratta di aziende come la Nestle, la Kraft, la Altria, la Heinz e la Uniliver, ma anche le piccole imprese stanno cominciando ad interessarsi alla questione.
Queste compagnie si configureranno come le principali guide per l’eventuale integrazione della nanotecnologia nel mercato, dal momento che la tecnologia oggi è disponibile a prezzi sempre più contenuti, dice Tim Harer, direttore generale della Cientifica.

SOLUZIONI EFFICACI IN TERMINI DI COSTO

La nanotecnologia ha trovato applicazioni nel monitoraggio e nell’etichettatura dei prodotti alimentari. La Radio Frequency Identification (RFID) ha trovato la propria via nell’ambito di numerosi applicazioni, dal monitoraggio all’interno dei negozi fino al miglioramento dell’efficienza della catena produttiva. Tale tecnologia, che si compone di alcuni microprocessori e di un’antenna in grado di trasmettere dati ad un ricevitore wireless, può essere impiegata al fine di monitorare un prodotto dal deposito fino al consumatore. È una tecnologia molto più semplice rispetto ai comuni codici a barre, che necessitano di una scansione manuale e di una lettura individuale. Con le etichette RFID è possibile leggere centinaia di etichette al secondo.

Alcune catene commerciali, come la Wal-Mart, la Home Depot, la Metro Group, e la Tesco hanno già sperimentato questo sistema. Il maggiore inconveniente è rappresentato dagli alti costi di produzione dovuti alla lavorazione del silicone. Attraverso la fusione della nanotecnologia e dell’elettronica (nanotronics), si suppone che queste etichette diventeranno più economiche, facili da installare e più efficienti.
I ricercatori della European Good Food Project hanno sviluppato un nano-sensore portatile in grado di identificare elementi chimici, patogeni e tossine all’interno dei prodotti alimentari. Attraverso l’uso del sensore, il campione non necessita di essere spedito ad un laboratorio, il che rappresenta un processo lungo e dispendioso, ma può essere al contrario analizzato durante tutta la durata del processo produttivo.
Il progetto europeo SustainPack, mira a creare nuovi packaging ecocompatibili a base di fibre per sostituire quelli in plastica. Le fibre vengono ottenute da sostanze naturali, come per esempio dal legno o da materiali semilavorati. Essi possono essere modificati attraverso le nanotecnologie al fine di conferirgli le qualità necessarie. Uno degli obiettivi del progetto è quello di aumentare la resistenza di questi packaging a base di fibre sia da asciutti che da bagnati. Questo consentirebbe un design più efficace dal punto di vista dei costi poiché la quantità di materiale impiegato diminuirebbe. I ricercatori vorrebbero diminuire la quantità di materiale impiegato del 30%.

LA PERCEZIONE DEL CONSUMATORE

Come visto nelle precedenti sezioni la nanotecnologia è sempre maggiormente impiegata nell’ambito della produzione e del confezionamento di prodotti alimentari. Essa è infatti considerata una delle tecnologie chiave del secolo presente proprio per le grandi potenzialità che essa possiede nello sviluppo di nuovi prodotti. La percezione del pubblico è un fattore in grado di influenzare la realizzazione e la ricerca di nuove tecnologie. È dunque importante comprendere come i consumatori percepiscano le nanotecnologie legate al cibo ed al suo confezionamento, e analizzare i fattori che influenzano la volontà di comprare questo tipo di prodotti.
Una ricerca condotta da ETH Zurich, Institute for Environmental Decision (IED) ha evidenziato come oggi la conoscenza del pubblico rispetto alle nanotecnologie sia molto limitata. Per esempio i cibi funzionali promettono al consumatore miglioramenti per alcune specifiche funzioni biologiche. Comunque, i consumatori non hanno la possibilità di fare esperienza diretta degli effettivi benefici degli “alimenti funzionali”. I benefici devono essere comunicati dai produttori; la fiducia diventa quindi un importante criterio nel processo di accettazione di questi. I consumatori devono fare affidamento sulle affermazioni di miglioramento della salute fornite dai produttori. Alimenti migliorati attraverso l’impiego di nanotecnologie in grado di apportare benefici concreti ai consumatori sarebbero più facilmente commerciabili rispetto a quelli senza questa concretezza.
I ricercatori della ETH Zurich hanno inoltre evidenziato che l’affezione, la percezione mentale, potrebbe esercitare una forte influenza su come il pubblico valuta benefici e rischi associati alla nanotecnologia. Potrebbe svolgere un importante ruolo per ciò che riguarda la percezione del rischio. Questo approccio differisce nelle due diverse scuole di pensiero, quella che si serve di un metodo esperienziale e quella che si serve di un metodo analitico. Il sistema analitico si basa sul calcolo delle probabilità, ragionamenti logici e prove. Il metodo esperienziale si basa su immagini, metafore e narrazioni. Il metodo esperienziale rappresenta un valido aiuto nei casi in cui sia richiesta una valutazione immediata sulla positività o negatività di un prodotto. Conseguentemente i rischi e i benefici percepiti sono condizionati dal livello di affezione associato ad una tecnologia. Secondo i ricercatori dello IED la conoscenza derivata dall’esperienza forma la percezione del pubblico rispetto alla nanotecnologia.
Uno dei metodi per ottenere sicurezza fa affidamento sulla fiducia sociale nel momento della valutazione dei rischi di una nuova tecnologia. Lo IED ha evidenziato che le nanotecnologie applicate al cibo e i prodotti alimentari così ottenuti, potrebbero essere più facilmente accettati dai consumatori quando questi ultimi percepiscono dei benefici effettivi, per esempio prodotti ecocompatibili o più salutari.
Uno dei fattori che ha influenza sull’accettazione delle nanotecnologie applicate a prodotti alimentari è che i benefici e i rischi percepiti giocano un importante ruolo sulla volontà di acquisto di questi prodotti. I benefici percepiti influenzano negativamente la percezione dei rischi.
Poiché le nanotecnologia è una tecnologia molto recente e che il pubblico non conosce in modo approfondito, i partecipanti (a test?) devono essere maggiormente informati con dati specifici sugli alimenti modificati tramite nanotecnologie. Se questo non avvenisse la parola nanotecnologia evocherebbe soltanto associazioni prive di significato. Quindi, lo IED ha concluso che la fiducia nell’industria del cibo ha un impatto sulla percezione mentale evocata dal materiale informativo sul nanofood.
Per comprendere l’atteggiamento dei consumatori nei confronti delle nanotecnologie applicate al cibo, e al fine di testare un modello eterogeneo che indagasse la disponibilità a comprare nanofood, lo IED ha effettuato uno studio con 153 persone in Svizzera. I partecipanti hanno ricevuto informazioni generali riguardo la nanotecnologia, sui vantaggi e sugli svantaggi che l’utilizzo di questa tecnologia porta con sé. Ogni applicazione della nanotecnologia è stata spiegata nel dettaglio.
I risultati del test hanno messo in evidenza come i packaging modificati attraverso l’impiego di nanotecnologie siano percepiti più positivamente rispetto ai prodotti alimentari modificati dalle stesse. Lo stesso atteggiamento è stato registrato per quello che riguarda l’acquisto di prodotti nano-tecnologici. La nanotecnologia che agisce direttamente all’interno del prodotto alimentare è percepita in maniera negativa rispetto a quella che agisce all’esterno di esso, come avviene per i packaging intelligenti. Tuttavia i partecipanti si sono dimostrati esitanti nel comprare nanofood o cibo con un packaging modificato.
I benefici associati a molte imminenti applicazioni delle nanotecnologie a prodotti alimentari potrebbero non far percepire ai consumatori un incremento di valore tale da fargli comprare quel prodotto rispetto ad un altro. Per i packaging nano-tecnologici, i benefici percepiti erano sostanzialmente maggiori rispetto a quelli che riguardavano la disponibilità a comprare. I benefici da soli non sono in grado di garantire l’accettazione. È importante sottolineare anche come i consumatori non siano un gruppo omogeneo di persone, ma possono differire in quello che essi percepiscono come beneficio.
In conclusione, i benefici percepiti hanno un impatto sulla modalità con cui i prodotti alimentari nano-tecnologici vengono valutati, ma l’accettazione della nanotecnologia non può essere ridotta alla sola percezione dei benefici. La fiducia collettiva nelle istituzioni che producono nanofood è un fattore molto importante in grado di intervenire direttamente sulle percezioni legate a questi nuovi prodotti e alla disponibilità ad acquistarli. L’importanza della fiducia collettiva suggerisce che un evento con significative conseguenze negative può avere un impatto disastroso sulla fiducia accordata all’industria del cibo da parte dei consumatori. L’accettazione della nanotecnologia in ambito agroalimentare potrebbe venire sostanzialmente ridotta.
Un altro risultato ha sottolineato come l’affezione abbia un impatto sulla percezione dei rischi e dei benefici. La percezione del benefici sembra tuttavia essere il fattore predeterminante rispetto alla disponibilità all’acquisto. Meno importante sembra essere il legame tra l’affezione e la percezione dei rischi. I risultati non implicano tuttavia che i rischi percepiti non siano importanti, ma un basso livello di rischi percepiti sembra non essere una ragione sufficiente per la spinta all’acquisto.
L’atteggiamento nei confronti di una nuova tecnologia legata al cibo è influenzato non soltanto dall’innovazione in sé, ma anche dall’ambiente sociale, economico, e politico in cui quella tecnologia cerca di svilupparsi. Studi recenti hanno suggerito come il sapore sia l’elemento predeterminante più forte del comportamento alimentare passato, e di come esso influenzi l’atteggiamento nei confronti del cibo.
Un altro fattore importante è la naturalezza percepita. Più un prodotto è visto come naturale e meno accettata sarà la sua versione modificata. I risultati di altri studi recenti hanno dimostrato come nel caso in cui la salubrità di un prodotto artificiale e di uno naturale si equivalgano, la maggior parte delle persone con una preferenza per i cibi naturali continuino a preferirli. La percezione di naturalezza o al contrario la mancanza di questa potrebbe essere un ulteriore fattore in grado di influenzare l’atteggiamento nei confronti degli alimenti modificati attraverso nanotecnologie.

QUANTO È SICURA LA NANOTECNOLOGIA?

La BASF produce una versione in nano-scala dei carotenoidi, una classe di additivi alimentari che conferiscono al cibo un colore aranciato, naturalmente presente nelle carote e nei pomodori. Alcuni tipi di carotenoidi sono antiossidanti e possono essere convertiti, all’interno del corpo, in vitamina A. La BASF vende i suoi carotenoidi sintetici in nano-scala alle maggiori compagnie di food & beverage al mondo, le quali li aggiungono a limonate, succhi di frutta e margarine. La formulazione in nano-scala gli permette di essere più facilmente assorbiti dal corpo umano, ma aumenta anche la durata della conservazione del prodotto.
Questo è solo un esempio di nano-particelle aggiunte a prodotti alimentari. Il problema connesso all’aggiunta di nano-particelle al cibo è rappresentato dal fatto che non si sa ancora con certezza assoluta se siano sicuri o meno. L’ETC Group ha identificato solo una piccola quantità di additivi alimentari in nano-scala sul mercato attuale, ma non si può essere certi di quanto sia diffuso il loro utilizzo, poiché non esistono requisiti particolari in termini di citazioni sull’etichetta.
Come in altri sistemi regolatori, come quello cosmetico e chimico, la questione che riguarda la sicurezza non è stata approcciata dal punto di vista della misura. Fino ad ora le manifatture sono state le uniche a preoccuparsi della misura. Hanno realizzato quali siano i vantaggi in termini di mercato che le piccole misure offrono (per esempio una diminuzione in misura aumenta la bio-disponibilità nel cibo, un aumento in misura aumenta la trasparenza dei cosmetici)
Nel caso di additivi che si possono trovare naturalmente nel cibo, non è chiaro cosa siano le questioni di sicurezza nano-specifiche.
Per esempio il dottor Gerhard Gans della BASF ha spiegato che, una volta che il licopene sintetico in nano-scala, raggiunge l’intestino, si comporta esattamente nello stesso modo in cui il licopene derivato dal pomodoro si comporta: viene scisso dagli enzimi digestivi e assorbito dal flusso sanguigno fino ad arrivare al fegato e agli altri organi come accade per le molecole sintetiche di licopene. “In altre parole, dal momento in cui entra a far parte del flusso sanguigno, tutto il cibo è effettivamente alle dimensioni della nano-scala, sia nel caso in cui sia stato introdotto nel corpo sottoforma di fetta di pomodoro, o di limonata contenente il licopene sintetico prodotto dalla BASF. Il dottor Gangs ha inoltre confermato che il licopene sintetico prodotto dalla BASF e fornito ai propri clienti non si trovava sotto forma di nano particella. Le particelle si sono raggruppate in aggregati della misura del micron. Infine, gli enzimi digestivi del consumatore portano le particelle fino alle dimensioni della nano-scala.
L’assenza di una regolamentazione specifica che ponga particolare attenzione al problema della misura rende i cibi, a cui sono state aggiunte nano-particelle, potenzialmente pericolosi. FOE Europe sostiene che noi non sappiamo quali siano le sostanze a nano-scala di prossima formulazione che sono già state approvate come additivi alimentari a scale maggiori, ma queste sostanza, riformulate in dimensioni dell’ordine della nano-scala potrebbero avere differenti proprietà e conseguenze sconosciute. Potrebbero destare particolare attenzione formulazioni in nano-scala di sostanze che non sono naturalmente presente negli alimenti. Per esempio il silicio diossido (SiO2) è un additivo alimentare che non è possibile trovare naturalmente nei cibi, nonostante sia presente in natura (la sabbia e il quarzo sono forme cristalline di silice). Il silice è presente in natura in forma amorfa ed è questa la forma di silice che viene prodotta sinteticamente e aggiunta agli alimenti per le sue proprietà anticoagulanti. La norma prevede che il contenuto di silice non debba superare il 2% del peso del prodotto alimentare. Non è chiaro quali prodotti alimentari contengano silice sintetico in nano-scala poiché non vi sono norme specifiche per ciò che riguarda l’indicazione della sua presenza sull’etichetta.
Al fine di garantire prodotti alimentari sicuri durante l’intero processo di trasformazione del cibo, l’industria alimentare sta conducendo delle ricerche sul Nano-RFid Tag. Il Nano RFid Tag è un piccolo chip a circuito integrato (IC) wireless, dotato di un circuito radio e di un codice di identificazione integrato in esso. Esso è sufficientemente piccolo da poter essere immerso non soltanto nel packaging, ma anche nel prodotto alimentare stesso. Può contenere una grande quantità di informazioni, può essere scansionato a distanza, inoltre numerose tags possono essere lette in contemporanea. Coloro che si tanno occupando dello sviluppo di questa tecnologia immaginano un mondo in cui ogni oggetto potrà essere identificato ovunque in maniera automatica. Le RFid Tags potrebbero essere inoltre impiegate all’interno dei packaging dei prodotti alimentari per permettere ai cassieri, o al personale del punto vendita di avvertire il consumatore nel caso in cui il prodotto avesse già raggiunto la data di scadenza.
Le RFid Tags tuttavia hanno fatto nascere delle polemiche in quanto sarebbero in grado di trasmettere informazioni anche dopo che il prodotto alimentare abbia lasciato il luogo di vendita e acquisto. I commercianti in questo modo avrebbero tutta una serie di informazioni circa il comportamento dei consumatori. Si vorrebbe quindi che le tags venissero disabilitate una volta oltrepassata la cassa al fine di assicurare la privacy dei consumatori. La Wal-Mart negli Stati Uniti e la Tesco in Gran Bretagna hanno già testato le RFid tags su alcuni prodotti presenti nei propri punti vendita.
Il Nanobarcode (codice a barre) è un sistema alternativo di etichettatura e monitoraggio che lavora sulla nano-scala. L’etichettatura del packaging permette infatti che il cibo possa essere controllato dalla fabbrica alla forchetta, durante il processo di trasformazione, durante il trasporto, nei ristoranti o nei supermarket ed infine anche quando il consumatore lo acquista. Affiancati a nano-sensori, questi stessi packaging possono monitorare la presenza di elementi patogeni, cambiamenti di temperatura o deterioramenti. Se utilizzati in maniera ragionevole essi potrebbero garantire cibo sano dalla fabbrica al piatto.

I RISCHI DELLA NANOTECNOLOGIA

Nonostante i rapidi progressi nella produzione e caratterizzazione delle nano-tecnologie, l’attuale conoscenza dei potenziali rischi dell’impiego di nano-particelle per la salute umana e per l’ambiente è ancora limitata.
La produzione dell’uomo fatta in modo tutt’altro che naturale servendosi di nano-particelle risulterà inevitabilmente nell’introduzione di questi materiali nell’ambiente, in maniera cosciente o attraverso uno sconsiderato impiego dei materiali, incidenti industriali, o come risultato dell’abrasione o dell’invecchiamento dei materiali nei quali i nano-materiali sono integrati, per esempio nei packaging. Il primo problema legato allo stabilire il livello di rischio associato ai nano-materiali sta nell’individuare la presenza di questi stessi materiali. Il problema principale della definizione della concentrazione di alcune particelle sta nel fatto che le tecnologie attualmente impiegate individuano particelle di particolari misure. Questo significa che una maggiore concentrazione di particelle piccole viene mascherata da una minore concentrazione di particelle più grandi. Le nano-particelle tendono ad agglomerarsi con il tempo, il che significa che nei materiali appena prodotti si potrà trovarne una maggiore concentrazione rispetto ai prodotti più “vecchi”. Alcune soluzioni per fare fronte al problema dell’individuazione delle nano particelle sono state sviluppate, e vanno da “nano-scopi ottici” a video che misurano la forza atomica. In ogni caso non tutte le tecniche sono valide per ogni caso ed è quindi necessario prestare molta attenzione alla scelta della tecnica da adottare.
Molte delle proprietà dei nano-materiali dipendono dalla misura e ci si sta preoccupando anche della possibilità che la misura abbia un legame con la tossicità. Alcuni materiali biologicamente inerti in grande quantità, tendono a diventare pericolosi sotto forma di particelle ultrafini. Un altro problema è rappresentato dal fatto che la reazione tossica nelle colture di cellule e sugli animali può dipendere anche dalla superficie disponibile. Molte delle applicazioni di nano-materiali proposte, per esempio nano-tubi in carbonio o nano-particelle di metalli ossidati si servono della propria superficie. Infine sembra che alcune particelle ultrafini possano penetrare nel corpo attraverso la pelle, o spostarsi dal sistema respiratorio ad altri organi.
È necessario sapere che tipo di etichetta da porre sui packaging sia in grado di minimizzare il rischio connesso ai nano-materiali. Fino ad ora non è stata approvata nessuna norma che regoli l’etichettatura dei nano-prodotti. Si noti che nella produzione di numerosi nano-materiali lo sforzo maggiore non viene indirizzato alla produzione stessa di essi, quanto al mantenere queste sostanze disperse.
Attualmente l’attenzione si sta concentrando sulla regolamentazione delle applicazioni della nano-tecnologia. Ci si domanda se la struttura della regolamentazione esistente tenga conto delle nuove proprietà apportate dall’uso delle nanotecnologie.
Nessuna delle discussioni circa la sicurezza dei nano materiali ha distolto l’attenzione su quelle responsabili della regolamentazione. La Commissione Europea ha condotto degli workshop dal titolo “principi cautelativi e nanotecnologie” concludendo che “ i Principi Cautelativi dell’Unione Europea pongono in rilievo che l’incertezza scientifica non è una ragione per l’inattività se si dovessero verificare immensi effetti avversi. Se si prende la decisione di agire, essa rimarrà comunque una varietà di azioni potenziali.”
D’altra parte gli workshop della Commissione Europea “la Ricerca necessita di Nanoparticelle” ha concluso che “nessun rischio specificatamente correlato alle nano-tecnologie è emerso, ma ricerche più approfondite dovrebbero essere condotte in tempi opportuni al fine di accompagnare lo sviluppo tecnologico e la produzione di nano-particelle con dati (eco)tossicologici appropriati al fine di poter sviluppare una specifica nuova regolamentazione.”
Entrambe queste conclusioni sono state annotate dai regolatori e dalle compagnie assicurative, ma la mancanza di una definizione comunemente accettata di nano-particella sta frenando il progresso. Come risultato, le aziende sono al momento esposte al rischio di una sfavorevole legislazione in grado di provocare importanti modifiche ai loro modelli economici, e il rischio che i materiali attualmente impiegati vengano più tardi mostrati per essere più azzardati di quello che si pensava in precedenza.

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