Ứng dụng công nghệ NANO trong thực phẩm
Nano thực phẩm (nói một cách chính xác là ứng dụng công nghệ nano trong thực phẩm) bao gồm cả các ứng dụng của công nghệ nano trong: Trồng trọt, chăn nuôi; đóng gói, bao bì chứa thực phẩm; làm ra thực phẩm trong đó có hạt nano chứa các chất dinh dưỡng quan trọng.
Thị trường nano thực phẩm thế giới đã tăng mạnh trong những năm qua, từ 2,6 tỷ USD (năm 2003) lên 7 tỷ USD (năm 2006) và dự báo năm 2010 là 20,4 tỷ USD. Hiện nay, trên toàn thế giới có hơn 200 công ty lớn chuyên về nano thực phẩm, đứng đầu là Mỹ, sau đó là Nhật Bản và Trung Quốc. Dưới đây là một số ví dụ về ứng dụng công nghệ nano trong thực phẩm.
Ở các trang trại, người ta luôn phải theo dõi tình trạng dinh dưỡng của đất đai, độ ẩm, phân bón, sâu bệnh, thuốc trừ sâu… Các công việc này không chỉ diễn ra một cách chung chung mà thậm chí còn đến từng cây, từng con hay từng giai đoạn… để có thể xử lý kịp thời những bất thường: Thiếu nước phải tưới, có rầy phải diệt, dư lượng thuốc trừ sâu tăng phải tìm cách giảm… Trong khi đó, việc lấy mẫu đem về phân tích thường không được nhiều và chậm, không kịp thời… Với công nghệ nano, trên một diện tích trồng trọt, người ta cài rất nhiều cảm biến nano để đo xem nước và chất dinh dưỡng có đủ không, cây có bị nấm mốc, sâu bệnh không… Những thông số mà cảm biến nhận được sẽ được gửi về Trung tâm để có biện pháp xử lý kịp thời và cũng có thể dùng để điều khiển các cảm biến nano khác tạo ra các chất cần thiết bổ sung, ví dụ cây thiếu chất dinh dưỡng loại nào thì mở ngay viên nang nano (nanocapsule) chứa chất dinh dưỡng loại đó ra để bổ sung…, có sâu bệnh loại nào thì điều khiển để các nang nano tiết ngay chất diệt sâu bệnh ở đúng chỗ đó…
Các loài vật nuôi ở trang trại cũng có thể gắn chip nano cho từng con. Những chip này ghi lại và cho biết tên tuổi của từng con, ở vị trí nào, có đau ốm, bệnh tật gì không và các chip có thể kiêm cả việc cấp vắc-xin, thuốc chữa bệnh khi cần thiết.
Đặc biệt, có những trang trại có thể trồng cây để sản xuất ra hạt nano dùng trong thực phẩm và nhiều mục đích khác. Ví dụ, có loại cỏ linh lăng (alfalfa) có khả năng thu hút các nguyên tử vàng trong đất để tạo ra các hạt nano vàng tinh chất trong thân cỏ. Trồng loại cỏ này ở đất, đặc biệt trên đất có nhiều vàng, khi nghiền, ngâm, lọc thân cỏ theo cách cơ học có thể có được các hạt nano vàng dùng cho nhiều mục đích.
Một ví dụ nữa về ứng dụng công nghệ nano là trong chăn nuôi gia cầm, có những loại vi khuẩn như Campylobacter tuy không ảnh hưởng đến cơ thể gà nhưng nếu đi vào cơ thể người thì lại gây bệnh, thậm chí có thể gây tử vong. Các nhà khoa học của Đại học Clemson ở South Carolina (Mỹ) đã tìm ra một loại hạt nano mà khi trộn với thức ăn cho gà ăn thì hạt nano đó bám chặt vào vi khuẩn Campylobacter, khiến cho vi khuẩn này chết và gà sẽ bài tiết ra ngoài cùng với phân. Vì vậy, thịt của gà được cho ăn loại thức ăn này đảm bảo không có vi khuẩn nguy hiểm, bán rất chạy.
Ứng dụng công nghệ nano trong đóng gói, bao bì đựng thực phẩm
Cá, mực và một số thuỷ hải sản tươi thường có mùi tanh. Các loại túi ni lông thông thường tuy kín nhưng không ngăn được mùi tanh bốc ra xung quanh.
Trong tự nhiên, có rất nhiều loại đất sét, trong đó có các hạt tinh thể sét rất nhỏ (nanoclay) hình tấm mỏng, bề dày chỉ độ ba, bốn lớp nguyên tử, còn chiều rộng có thể lên đến hàng chục nanomet, micromet. Nếu lấy chất làm túi ni lông thường (polyme) trộn với hạt nano sét hình tấm lúc thổi thành túi, các hạt này sẽ nằm song song với mặt túi, ngăn chặn mùi tanh rất tốt. Nhật Bản, Hàn Quốc và gần đây là Trung Quốc đã sản xuất loại túi này với số lượng lớn để đáp ứng nhu cầu của các bà nội trợ thích mua cá tươi về tự làm lấy ở nhà.
Thịt, thức ăn dễ bị ôi thiu, có mùi là do môi trường rất thuận lợi cho nhiều loại vi khuẩn phát triển. Bạc là nguyên tố có cấu trúc nguyên tử thích hợp, nguyên tử bạc rất dễ nhường điện tử cho bên ngoài để trở thành ion bạc, sau đó ion bạc lại dễ nhận điện tử để trở thành nguyên tử bạc trung hoà. Điện tử mà nguyên tử bạc nhường cho bên ngoài dễ kích thích để tạo thành các phản ứng oxy hoá, kết quả là dễ làm tổn thương, phá hoại màng bọc của các loại vi khuẩn, tiêu diệt chúng hoặc làm cho chúng khó sinh sôi, nảy nở. Loại túi ni lông mặt trong có chứa lớp mỏng hạt nano bạc khử được vi khuẩn, nhờ đó mà thực phẩm chứa trong đó giữ được lâu hơn 3-4 lần so với loại túi ni lông thường. Các thùng chứa thực phẩm trong kho cũng được tráng một lớp nano bạc để bảo quản được lâu.
Để phát hiện vi khuẩn E.Coli trong thực phẩm, người ta đã chế tạo ra loại túi mà mặt trong có chứa các hạt SiO2 hình cầu kích cỡ nanomet, trên bề mặt của mỗi hạt có đính kháng thể và các phân tử chất huỳnh quang. Khi thực phẩm đựng trong túi nhiễm vi khuẩn E.Coli, lập tức các kháng thể bám chặt vào, các phân tử chất huỳnh quang trên hạt nano SiO2 tiếp xúc với vi khuẩn E.Coli sáng lên. Nhờ thế mà khi nhìn vào túi đựng thực phẩm đổi màu, người ta có thể biết ngay trong thực phẩm có vi khuẩn E.Coli.
Thực phẩm hạt nano
Nói đến thực phẩm hạt nano là nói đến những hạt có kích cỡ nano đưa vào trong cơ thể bằng cách ăn, uống. Các hạt nano rất nhỏ nên thường không phải chỉ một mình nó được đưa vào cơ thể mà còn có thể trộn lẫn nhiều chất khác. Có thể chia ra làm 2 loại: Hạt nano vào cơ thể (bằng cách ăn, uống) đúng là chất có kích cỡ nano, đó là hạt nano của chất đó; hạt nano vào cơ thể là hạt nang (túi) kích cỡ nano, trong đó chứa chất mà cơ thể cần, bản thân hạt nang chỉ là cái vỏ đựng vô tính bên ngoài. Ta xét một số ví dụ:
Nang nano dầu cá thu: Dầu cá thu cung cấp nhiều loại axit béo cho cơ thể nhưng mùi vị rất hắc, khó uống. Người ta làm những cái túi nang kích cỡ nano, rất mỏng, dễ vỡ, trong túi có chứa dầu cá thu. Dầu này có thể phết vào bánh mì để ăn hoặc trộn với nước để uống, khi vào đến dạ dày, các nang bọc nano bị nghiền nát, vỡ ra, cung cấp dầu cá thu đi vào hệ tiêu hoá.
Ốc xoắn nano đựng vitamin: Người ta làm các hạt nano hình cuộn dây kích cỡ 50 nanomet, bên trong chứa các chất bổ như vitamin, axit béo omega, lycopen… rất cần thiết để cung cấp cho tế bào nhưng mùi vị lại không dễ nuốt. Nhờ có vỏ xoắn nano che đậy nên có thể trộn với thức ăn hoặc nước uống để đưa vào dạ dày.
Quả cầu nano chứa chất dinh dưỡng: Những người ăn kiêng phải tránh một số chất không được đưa qua dạ dày hay một bộ phận nào đó của cơ thể. Người ta đã chế tạo những quả cầu rỗng kích thước nano trong đó chứa đầy đủ chất dinh dưỡng và có thể điều khiển để khi ăn, uống các quả cầu nano này đem chất dinh dưỡng trực tiếp đến từng tế bào.
Trong một số trường hợp, người ta có thể gắn các quả cầu nano hoặc hạt nang nano với các cảm biến nano, khi vào sâu trong cơ thể chúng vẫn bất động, nhưng khi có tín hiệu từ cảm biến nó mới hoạt động, tức là vỏ bọc ngoài mới vỡ ra.
Trà nano selen là món đồ uống nano rất được ưa chuộng, nhất là khi có đại dịch H5N1. Selen rất độc, những người làm việc có tiếp xúc với selen rất dễ bị nhiễm độc, da nổi sần, rụng tóc và có thể dẫn đến tử vong. Nhưng trong cơ thể người luôn phải có selen (ở một mức độ nào đó) mới đảm bảo được miễn dịch, nhất là khi bị virus H5N1 tấn công. Selen bổ sung vào cơ thể người theo con đường thực phẩm, đặc biệt trong trứng chứa nhiều selen. Selen có trong trứng do gia cầm ăn thức ăn từ hạt ngũ cốc, cây cỏ lấy selen từ trong đất…, vì vậy, ở những vùng trong đất và trong thức ăn gia cầm thiếu selen thì thực phẩm cho người ăn cũng thiếu selen, dẫn tới khả năng miễn dịch của cơ thể kém đi.
Trong trường hợp cơ thể người thiếu selen, không thể bổ sung bằng selen thông thường được. Các nghiên cứu dược học cho thấy cách lấy selen nano có trong động, thực vật là thích hợp nhất. Tại Trung Quốc, người ta đã tìm thấy có những vùng trung du, dưới đất có nhiều selen, cây chè mọc lên khá tốt, trong lá chè có nhiều hạt nano selen. Xay nhỏ lá chè này, pha thành nước uống là cách bổ sung rất tốt cho tình trạng cơ thể thiếu selen. Trung Quốc đã triển khai trồng chè ở những vùng này để sản xuất ra sản phẩm “Trà nano selen” bán rất chạy.
Sữa nano canxi là một ví dụ khác về thực phẩm nano. Canxi rất cần để làm chắc xương, đặc biệt ở những chỗ gần khớp. Nhiều trường hợp, do cơ thể người không hấp thụ được canxi từ thức ăn nên phải bổ sung bằng cách dùng các hạt nano canxi có từ trong vỏ hàu, hến tự nhiên. Chắt lọc và trộn các hạt nano này vào sữa, làm thành sữa nano canxi để uống, có thể chữa bệnh loãng xương.