nanotehnologii pentru îmbunătătirea calitătii alimentelor, sigurantei si

26
NANOTEHNOLOGII PENTRU ÎMBUNĂTĂTIREA CALITĂTII, SIGURANTEI SI SECURITATII ALIMENTELOR Proiect realizat de : Alexandra Maroniac ; Mariana Matei. Baia Mare, 2013 CEPA IV

Upload: flfy

Post on 25-Oct-2015

60 views

Category:

Documents


1 download

DESCRIPTION

Nanotehnologii in industria alimentara

TRANSCRIPT

Page 1: Nanotehnologii pentru îmbunătătirea   calitătii alimentelor, sigurantei si

NANOTEHNOLOGII PENTRU ÎMBUNĂTĂTIREA CALITĂTII, SIGURANTEI SI SECURITATII

ALIMENTELOR

Proiect realizat de : Alexandra Maroniac ;

Mariana Matei.

Baia Mare, 2013

CEPA IV

Page 2: Nanotehnologii pentru îmbunătătirea   calitătii alimentelor, sigurantei si

INTRODUCERE

Nanotehnologiile sunt menite sa aduca imbunatatiri in multe sectoare de activitate. O zonă cheie promitătoare este zona de detectare si diagnosticare, unde o varietate de platforme nanotehnologice sunt dezvoltate pentru a fi aplicate in domeniul managementului, procesul de diagnosticare, controlul calitatii, si autenticitatii.

Page 3: Nanotehnologii pentru îmbunătătirea   calitătii alimentelor, sigurantei si

Acest capitol ne ofera un rezumat al catorva dintre zonele importante de activitate nanotehnologica privind imbunatatirea calitatii alimentelor, sigurantei, si a securitatii identificate prin intermediul activitatilor de cercetare ale Comisiei Europene. Acest proiect ofera indicii privind diferite imbunatatiri aduse in acest sector, si se imparte in trei subdomenii:

productia agricola; procesarea alimentelor; ambalarea si distributia.

Page 4: Nanotehnologii pentru îmbunătătirea   calitătii alimentelor, sigurantei si

IMBUNATATIREA CALITATII, SIGURANTEI SI SECURITATII PRODUCTIEI AGRICOLE

Agricultura globala se confrunta astazi cu o serie de probleme: supraexploatarea pamantului in diferite medii, utilizarea resurselor durabile, si siguranta ca aceste practici nu au un impact negativ asupra mediului (ex. Acumularea de pesticide si fertilizatori).

In acelasi timp, exista oportunitati pentru extinderea agriculturii in noi sectoare, de exemplu, utilizarea a ceea ce ulterior a fost privita ca o agricultura pierduta, care acum poate fi folosita pentru procesele industriale.

Agricultura globala se confrunta astazi cu o serie de probleme: supraexploatarea pamantului in diferite medii, utilizarea resurselor durabile si siguranta ca aceste practici nu au un impact negativ asupra mediului (ex. acumularea de pesticide si fertilizatori).

Page 5: Nanotehnologii pentru îmbunătătirea   calitătii alimentelor, sigurantei si

In acelasi timp, exista oportunitati pentru extinderea agriculturii in noi sectoare, de exemplu, utilizarea a ceea ce ulterior a fost privita ca o agricultura pierduta, care acum poate fi folosita pentru procesele industriale. Un sector promitator nanotehnologiei este acela al “agriculturii precise”. Aceasta reprezinta utilizarea Sistemului de Pozitionare Globala (GPS), Sistemele de informare Geografica (GISs), si a retelelor senzoriale si de actiune din intregul sector agricol care masoara si raporteaza la numarul diferitelor medii, culturi si a diferitilor daunatori.

Page 6: Nanotehnologii pentru îmbunătătirea   calitătii alimentelor, sigurantei si

In productia agricola, senzorii si dispozitivele de diagnosticare permit fermierilor sa monitorizeze indeaproape conditiile mediului inconjurator, sanatatea plantelor si animalelor, precum si cresterea lor.

Dispozitivele senzoriale si de diagnosticare pot fi folosite pentru a masura un numar important de variabile in agricultura:

starea fiziologica a culturilor (rata de crestere, nivelul nutritional, maturarea culturilor, starea bolilor);

starea fiziologica a conditiilor de crestere (temperatura, nivelul oxigenului, biochimia sangelui, starea bolilor);

prezenta si identificarea patogenilor si a daunatorilor; variabilele mediului de crestere (temperatura, nivelul

de apa si de nutrienti din sol).

Page 7: Nanotehnologii pentru îmbunătătirea   calitătii alimentelor, sigurantei si

Diferiti senzori incluzand specii

biomoleculare sunt cercetate, inclusiv 1-3 acetilcolinesteraza (AChE), 4,5 glucozo-oxidaza, 6- glucozo-dehidrogenaza si 7,8- tirozinaza.

Pentru industria agricola si a mediului inconjurator cel mai mare interes apare in dezvolatarea tehnologiei bazate pe AchE si tirozinaza.

Page 8: Nanotehnologii pentru îmbunătătirea   calitătii alimentelor, sigurantei si

Acetilcolinesteraza este o enzima implicata in semnalul nervos la diferite specii, si este inhibata de catre organofosfati si pesticide carbamati la fel ca metalele grele. Aceasta inhibitie poate fi masurata prin eroarea catalizei de convertire a substratului cu AChE, sau analog, ceea ce ar rezulta in mod normal in scaderea pH-ului

Page 9: Nanotehnologii pentru îmbunătătirea   calitătii alimentelor, sigurantei si

Speciile mononucleare pot fi de asemenea atasate unui electrod sau incapsulate in diferite forme de matrici sau alte capsule. Materialele nanostructurale includ liposomi, monostraturi auto-asamblate, nanotuburi de carbon si nanoparticule. Fiecarea ofera cresterea sensibilitatii printr-o suprafata mare de nanoparticule, permitand prezenta mai multor biomolecule.

Page 10: Nanotehnologii pentru îmbunătătirea   calitătii alimentelor, sigurantei si

Atata timp cat sistemele de electrozi ofera oportunitatea unei citiri electrice, incapsularea da o stabilitatea mult mai mare (ex AChE este stabil timp de 50 de zile la 4° C cand interactioneaza cu liposomi). Cat timp senzorii Acetilcolinesteraza nu prezinta specificitate pentru fiecare pesticid in parte, acestia sunt produsi cu costuri minime si folositori pentru o masurare de ansamblu, si deasemenea pot fi un instrument pentru o evaluare rapida in teren urmata de analiza din laborator.

Page 11: Nanotehnologii pentru îmbunătătirea   calitătii alimentelor, sigurantei si

Biomatricile - leaga cateva molecule diferite unui substrat intr-un fel in care fiecare este individual adresabil. Acestea au fost facute utilizand un numar diferit de biomolecule, dar au tendinta sa se concentreze pe proteine (sau parti ale proteinelor) cum ar fi anticorpii si enzimele, sau ADN-ul si ARN-ul . Acestea sunt tehnologii mature, fiind dezvoltate si comercializate de un numar de companii cu scopul de a fi folosite in cercetari de baza si stiinte de diagnosticare (inclusiv in criminalistica si medicina) .In momentul de fata,au fost in mare bazate pe tehnologii de microsistem in esantioane de semi-purificare (ex.filtrare si tamponare).

Page 12: Nanotehnologii pentru îmbunătătirea   calitătii alimentelor, sigurantei si

Biomatricile au capacitatea de a masura si cuantifica simultan multi si diferiti analiti(in unele cazuri chiar sute). Asemenea matrici sunt tehnologii mature fabricate de diferite companii si folosite in campuri atat de diverse ca diagnosticari clinice, monitorizarea mediului si cercetari in biostiinta.

Page 13: Nanotehnologii pentru îmbunătătirea   calitătii alimentelor, sigurantei si

Nanotehnologia incepe sa aiba impact asupra biomatricilor.Avantajele pe care le aduce acestor sisteme sunt: miniaturizare in viitor, permiterea masurarii a mai multor variabile,sensibilitate mai mare,astfel cerandu-se mai putine esantioane de material, rate de detectie mai rapide, permiterea citirii in timp real si metodologii de detectie (ex electronice,colorimetrice,fluorometrice si schimbar in masa)

Page 14: Nanotehnologii pentru îmbunătătirea   calitătii alimentelor, sigurantei si

Sunt diferite forme de biomatrici, inclusiv plane, cu biomolecule direct atasate suprafetei plate a matricii, console, cu biomolecule atasate unui numar individual de micro-parghii si biomolecule atasate la nanocabluri sau la nanotuburi, care la randul lor sunt atasate unei suprafete plane, cu fiecare punct de atasament avand o adresa electronica unica.

Page 15: Nanotehnologii pentru îmbunătătirea   calitătii alimentelor, sigurantei si

Tehnologia biomatricilor poate fi folosita in diferite stadii ale lantului de mancaruri, cum ar fi detectarea prezentei agentilor patogeni in efectivele de animale sau in recolte; masurarea nivelelor de toxine si nutrienti din sol si monitorizarea calitatii mancarurilor procesate.

Matricile-grinda sunt probabil cele mai interesante, tinand cont ca detecteaza prezenta unor molecule tinta specifice intr-un mediu mixt bazat pe deplasarea in masa a grinzii in momentul in care tinta se leaga de molecula atasata de grinda.

Page 16: Nanotehnologii pentru îmbunătătirea   calitătii alimentelor, sigurantei si

Un exemplu interesant vine de la proiectul AWACC ( European Automated Water Analyzer Computer Supported System), care produce si testeaza pe teren un dispozitiv care a fost capabil sa ofere informatii (despre un biocip optic integrat) cu pana la 32 analiti diferiti din apa dintr-o varietate de diferite surse cu doar un pas de pre-filtrare cerut. Limitele detectiei obtinute au fost sub nivelul recomandat de UE ca fiind limite sigure iar cipul poate fi refolosit de pana la 500 de ori.

Page 17: Nanotehnologii pentru îmbunătătirea   calitătii alimentelor, sigurantei si

Senzorii in stare solida au la mijlocul lor un material conductor sau semi-conductor care leaga moleculele tinta si inregistreaza asta ca fiind o schimbare in proprietatea electronica(conductivitate, capacitate sau rezistenta). Materialele care au fost folosite includ oxizi de staniu, indiu, aluminiu, zinc si multe altele si totodata si compusi ale acestor materiale

Page 18: Nanotehnologii pentru îmbunătătirea   calitătii alimentelor, sigurantei si

Senzorii in stare solida sunt in primul rand folositi pentru a detecta gazele,de exemplu, oxizi de nitrogen, oxigen, monoxid de carbon si dioxid de carbon. Desi sunt folositi in mare parte pentru monitorizarea proceselor de combustie(ex.auto) si in poluarea mediului inconjurator, au aplicatii potentiale si in agricultura,unde nivelul gaselor mai sus mentionate dau o indicatie buna a procesului de crestere a plantelor monitorizate.

Page 19: Nanotehnologii pentru îmbunătătirea   calitătii alimentelor, sigurantei si

Microsistemele de senzori optici si spectrografici deja exista si pot monitoriza si analiza cresterea plantelor folosind camere si software sofisticat. Totusi, aceste metode sunt costisitoare si pot oferi doar tendinte de analize cu putine date in timp real. Un sistem practic ar monitoriza in mare, sanatatea plantei si ar informa fermierul daca cresterea nu e normala, daca schimbarile fiziologice sunt evidente, dar inca nu se manifesta la nivel vizual, si cel mai bun timp pentru a recolta.

Page 20: Nanotehnologii pentru îmbunătătirea   calitătii alimentelor, sigurantei si

Senzorii hiperspectrali au fost original dezvoltati pentru geologie si mina. Masoara lumina reflectata pe benzi spectrale continue de la sute pana la mii. Datorita acesteia este posibil sa se faca diferenta intre diferite tipuri de minerale.Totusi, recent a fost aplicata mai mult pt vegetatie si poate fi folosita pentru a determina acoperirea plantei si ratele de crestere. In mare, aceasta tehnologie depinde de imaginile primite prin sateliti sau aer, dar senzorii portabili de la sol pot fi de asemenea folositi.

Page 21: Nanotehnologii pentru îmbunătătirea   calitătii alimentelor, sigurantei si

Retelele de senzori pentru recolte combina tehnologiile de senzori diferiti descrisi mai sus cu scopul de a comunica toate astea unei unitati centrale de procesare.Ideal, o sa fie distribuite peste zona pentru a fi monitorizate(ex.un camp ) si pentru a oferi date in timp real suficiente pentru ca fermierul sa fie capabil sa monitorizeze orice schimbare localizata in mediu, recolta sau in efectivele de animale. Asemenea sisteme exista si sunt deja date in folosinta pt recoltele de dimensiuni si valori mari,de exemplu, in podgorii; totusi, sunt costisitoare si relativ voluminoase( fiind bazate pe microsisteme).

Page 22: Nanotehnologii pentru îmbunătătirea   calitătii alimentelor, sigurantei si

Avantajele nanotehnologiei promit un real impact prin marimea scazuta, costuri, durabilitate si longevitate datorate nu numai tehnologiei cu senzori dar si in aprovionarea energiei si durabilitatea materialelor.

Monitorizand variabilele ca temperatura corpului, inima, rata respiratiei si frecventa hranirii si a apei consumate, fermierii pot evalua efectivele de animale, pot compara statisticile anterioare si pot lua decizii informate in caz de deviere.

Page 23: Nanotehnologii pentru îmbunătătirea   calitătii alimentelor, sigurantei si

Dintre toti acesti parametrii, rata respiratiei a fost aratata ca fiind un bun indicator al stresului la animale.Totusi, sistemele conventionale sunt prost atribuite sarcinilor automate care cer inregistrarea datelor fiziologice de acest fel. Unde monitorizarea efectivelor de animale nu este posibila, masurarea conditiilor meteorologice locale pot fi folosite pentru a deduce impactul asupra ratei de respiratie.

Page 24: Nanotehnologii pentru îmbunătătirea   calitătii alimentelor, sigurantei si

Sistemele de senzori pentru productia in agricultura bazate pe nanotehnologii inca sunt in mare parte in stadiul de cercetari fundamentale. Progresul spre statusul de aplicare o sa ceara o demonstratie a abilitatii de a fi operat in camp, de asemenea si de a ajunge la nivelele de fabricatie. Este foarte sigur ca asemenea sisteme se vor baza pe materiale in stare solida, deoarece acestea sunt mature si au demonstrat aplicatii si in alte sectoare.

Page 25: Nanotehnologii pentru îmbunătătirea   calitătii alimentelor, sigurantei si

In aceasta zona, senzorii in stare solida si biomatricile sunt cele mai dezvoltate.Acestea sunt,totusi, des folosite in alte campuri de aplicatii ,cum ar fi cercetarile si dezvoltarile in biostiinta, monitorizarea mediului si sistemele de management a motoarelor cu combustie interna.

Page 26: Nanotehnologii pentru îmbunătătirea   calitătii alimentelor, sigurantei si

VA MULTUMIM PENTRU ATENTIE !