Глава 2. Использование нанотехнологий в пищевой промышленности

Нанотехнология — это приемы и методы, позволяющие работать с материальными объектами в нанодиапазоне. Нанодиапазон включает в себя объекты размером от единиц до сотен нанометров (в переводе с греческого «нанос» означает «карлик»). Нанометр — это действительно карликовая единица, одна миллиардная часть метра (1 нм = 10-9 м). Чтобы наглядно представить себе такой размер, достаточно знать, что 1 нанометр (нм) — это примерно длина 10 положенных рядом атомов водорода. Сегодня под нанотехнологией понимают технологию получения объектов с характерными структурами размером менее 100 нм.

По мнению многих современных ученых, нанотехнология окажет определяющее воздействие на науку, технику и производство товаров и услуг в XXI веке.

Благодаря нескольким открытиям, сделанным в конце XX века, выяснилось, что между макро- и микромиром лежит малоисследованная область, в которой существуют молекулы и их конгломераты, чье поведение, с одной стороны, нельзя описать методами макромеханики, но с другой — оно не подчиняется и квантовым законам, определяющим поведение атомов и небольших молекул.

Одним из таких открытий явилось обнаружение особых молекул, так называемых фуллеренов и нанотрубок. Фуллерен имеет каркасную структуру, очень напоминающую футбольный мяч, состоящий из «заплаток» пяти- и шестиугольной формы. Если представить, что в вершинах этого многогранника находятся атомы углерода, то мы получим самый стабильный фуллерен С60 (рис. 2.1).

Рис.

В молекуле С60, которая является наиболее известным, а также наиболее симметричным представителем семейства фуллеренов, число шестиугольников равно 20. При этом каждый пятиугольник граничит только с шестиугольниками, а каждый шестиугольник имеет три общие стороны с шестиугольниками и три — с пятиугольниками.

Самая простая нанотрубка состоит из одного слоя атомов углерода; ее диаметр составляет несколько десятков ангстрем, т. е. приблизительно 1 нм. Нанотрубка — это молекула из более миллиона атомов углерода, представляющая собой трубку с диаметром около нанометра и длиной несколько десятков микрон. В стенках трубки атомы углерода расположены в вершинах правильных шестиугольников (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Структура углеродной нанотрубки — общий вид

Нанотрубки отличаются от других форм углерода (алмаза, графита и аморфного углерода) по электрическим, магнитным и оптическим свойствам. В зависимости от схемы сворачивания плоскости в трубку, нанотрубки могут быть и проводниками, и полуметаллами, и диэлектриками. В некоторых видах нанотрубок наблюдается даже сверхпроводимость. Примечательно, что наблюдаемое при обычной температуре значение плотности тока в проводящей нанотрубке на два порядка выше, чем в имеющихся в настоящее время объемных сверхпроводниках.

Благодаря особенностям структуры, нанотрубки чрезвычайно прочны как на растяжение, так и на изгиб. Показатель прочности нанотрубок, так называемый модуль Юнга, в 10 раз выше, чем у стали. Что удивительно, при критических нагрузках нанотрубки не рвутся и не ломаются, а перестраивают свою структуру. Такие материалы с наполнителями из нанотрубок сейчас уже предлагают использовать для производства бронежилетов. Прочность и легкость таких изделий не имеют себе равных.

Вторым основополагающим открытием, определившим прорыв в нанотехнологиях, явилось создание туннельной, или зондовой, микроскопии.

Открытие нанотрубок и атомной силовой микроскопии сконцентрировало внимание научной общественности на наноматериалах — материалах, обладающих уникальными малоизученными свойствами. Современные изыскания вышли далеко за пределы изучения каркасных наночастиц на основе углерода.

Нанобиотехнология — раздел нанотехнологии, занимающийся созданием нанопродуктов для воздействия на живые системы или с использованием живых систем для целей создания нанотехнологических продуктов.

Фактически нанобиотехнологии означают попытку совместить биологические молекулы, системы живой клетки и созданные человеком наноструктуры — живое с неживым. Популярность биологических подходов в нанотехнологиях вызвана стремлением создавать уникальные микромашины, осуществлять сборку сложных наноструктур из составных блоков, доставку и разделение наночастиц и компонентов смесей — все то, что уже миллионы лет реализуется в природных системах.

Интерес к применению наносистем в биологии и пищевой промышленности объясняется несколькими причинами. Во-первых, объекты нанобиотехнологии — живые организмы и их компоненты, находящиеся в нанометровом диапазоне. Размер клеток животных и растений обычно находится в диапазоне 10-50 мкм, а основные компоненты клеток находятся в нанометровом диапазоне. Клеточные мембраны, например, имеют толщину около 10 нм, многие органеллы также имеют размеры в десятки и сотни нанометров. Как известно, белки состоят из аминокислот, а аминокислоты имеют размер около 0,3 нм.

Во-вторых, развитая поверхность дает возможность закреплять молекулы различных веществ, создавая своеобразные нанокомпозиты «наночастица — биологически активная оболочка».

Еще одна область, в которой нанобиотехнологии занимают лидирующие позиции, — это так называемый биологический наноконструктор, когда биологические системы участвуют в сборке сложных конструкций из наночастиц. В качестве простейшего примера такого конструктора можно привести самосборку наноструктур на основе одиночных молекул ДНК, привитых к наночастицам. Такие частицы будут соединяться только с теми частицами, которые несут вторую комплементарную молекулу ДНК, прочно связываясь с образованием двойной молекулы ДНК. Причем для этого частицы даже не надо специально подводить друг к другу, они сами находят свою вторую «половинку», свободно плавая в растворе. Комбинируя молекулы ДНК, привитые к различным наночастицам, можно создавать достаточно сложные наноструктуры. Считается, что в будущем станет возможным создавать очень сложные наносистемы, используя механизмы, похожие на те, которые работают при строительстве живых организмов из отдельных клеток в живой природе.

Нанотехнология в настоящее время — динамично развивающаяся научная дисциплина. Со стороны национальных правительств, регулирующих органов и деловых кругов существует стойкий интерес к ней. Спектр продукции, изготовляемой с применением нанотехнологий, уже сейчас довольно широк: солнцезащитные крема, предметы одежды, косметика, фармацевтические препараты, микрочипы, наполнители для автомобильных шин и т. д. По данным Woodrow Wilson International Centre, к октябрю 2010 года только в США было выпущено 580 изделий, изготовленных с применением нанотехнологий. Самая большая категория (61 %) — это продукция, которая имеет отношение к здоровью (одежда, косметика, солнцезащитные крема и т. д.), а 11 % составляют пищевые продукты и напитки. С марта 2006 года рост в целом составил 175 %.

Пищевая промышленность. Из всех нанопродуктов наиболее широко при производстве продуктов питания и напитков используются биокатализаторы или ферменты. Фермент — наноразмерная молекула белка, которая выступает катализатором в химической реакции.

Приблизительно 80% всех промышленных ферментов являются гидро- лазами и используются для деполимеризации природных веществ. Из данных ферментов 30% составляет карбогидролаза, которая используется в хлебопечении, пивоварении, производстве алкогольных напитков и крахмала.

Тремя основными источниками натуральных ферментов являются растения, животные и микроорганизмы. Микроорганизмы используются более широко, чем растения и животные, поскольку их производство, как правило, дешевле, а их ферментный состав обычно легче прогнозировать и контролировать. Кроме того, легче организовать поставку сырья. Ферменты, производимые грибами (амилазы, диактазы и т. д.), изготавливаются путем стимуляции ферментации субстрата (например, отрубей или пырея) микроорганизмами.

В настоящее время ферменты широко применяются в производстве пищевых продуктов для улучшения текстуры, внешнего вида, питательной ценности и аромата продуктов питания. Ферменты также служат в качестве биодатчиков на токсичность и используются для оценки качества при производстве продуктов питания. Ферменты имеют несколько преимуществ: биоразлагаемость и большая специфичность, благодаря которой уменьшается количество побочных реакций и побочных продуктов, и, следовательно, повышается качество продукции и снижается вероятность загрязнения.

По данным ВСС Research, производством и продажей промышленных ферментов занимается сравнительно мало компаний: США: Diversa Corp., Genencor, GDS Technology, Specialty Enzymes, ThermoGen; Германия: АВ Enzymes и X-Zyme; Великобритания: Biocataiysts Ltd; Дания: Novozymes.

Валовое потребление ферментов в отраслях продуктов питания и напитков (кроме производства спирта) составило (в млн долл. США): в 2007 году — 765; в 2008 году — 688,5; в 2010 году — 805. По прогнозам специалистов в 2014 году их потребление возрастет до 976,5 млн долл.

Согласно оценкам, средняя цена промышленных ферментов в 2007-2008 годах составляла около 20 тыс. долл. США за метрическую тонну, к 2014 году она должна снизиться до 13,4 тыс. долл. США.

В производстве продуктов питания и напитков могут использоваться нанохимические датчики и нанобиодатчики.

Нанохимические датчики в основном связаны с ароматизацией и ароматизаторами продуктов питания и напитков. В 2003 году ученые из Калифорнийского технологического института запатентовали химический «электронный нос» на основе наночастиц, предназначенный для анализа химического состава различных паров или жидкостей.

Чувствительность к различным молекулам достигается за счет количественного и качественного варьирования состава проводящих и/или непроводящих участков на матрице датчика. В качестве проводящих участков при этом используются проводящие наночастицы.

Ранее в прессе появлялись сообщения о том, что компания Sony работает над созданием «электронного носа» в рамках совместного проекта с Max Planck Institute. Согласно этим сообщениям, в «электронном носе» будут использоваться наночастицы. Так, датчик, использовавшийся для различения сортов кофе по аромату, представляет нечто аналогичное устройству, запатентованному компанией Sony в 2002 году (Патент США № 6458327, «Electronic Device, Especially Chemical Sensor, Comprising A Nanoparticte Structure»).

Нанобиодатчик — это устройство, которое включает:

а)              живой организм или продукт, получаемый от живых систем (например, фермент или антитело);

б)              преобразователь для осуществления индикации, подачи сигнала или другой формы подтверждения присутствия определенного вещества в окружающей среде.

Активные элементы многих биодатчиков, таких как ферменты и антитела, имеют наноразмеры. Данные устройства, с некоторой оговоркой, можно считать нанобиодатчиками. Однако наиболее часто нанобиодатчиками называются только те биодатчики, которые включают структуры, выработанные на наноуровне (например, нанокантилеверы или наноиглы), а не материалы, которые изначально имеют наноразмеры, как, например, ферменты и антитела.

Например, в биодатчиках могут использовать флуоресцирующие или магнитные наночастицы. Данные наночастицы выборочно прикрепляются к определенным болезнетворным микроорганизмам в пище, после чего для обнаружения присутствия даже малейших следов этих микроорганизмов используются приборы, чувствительные к инфракрасному или магнитному излучению.

При производстве продуктов питания и напитков нанодатчики могут использоваться для следующих целей. Мониторинг и контроль технологических процессов. Благодаря повышенной чувствительности и другим возможностям, нанодатчики, вероятно, заменят традиционные датчики, используемые в производстве продуктов питания и напитков для стабилизации параметров производственных процессов (температура, давление и т. д.), или станут их дополнением.

Уже разработаны нанодатчики. которые можно размещать внутри оборудования для производства и распределения продуктов питания (и, в конечном

итоге, в упаковке для продуктов) для обнаружения болезнетворных микроорганизмов. Благодаря своему миниатюрному размеру, в одну микроматрицу можно поместить сотни или даже тысячи таких нанодатчиков, что позволит обнаруживать большое разнообразие болезнетворных микроорганизмов одновременно. Небольшой размер нанодатчиков также дает возможность проникнуть в самые мелкие трещины, где часто и скрываются болезнетворные микроорганизмы. Разработка вкуса и аромата. Так называемые «электронные носы» используются для характеристики сложных вкусов или ароматов в виноделии. Нанохимические датчики могут значительно увеличить возможности этих приборов. Мониторинг свежести. В добавление к мониторингу присутствия болезнетворных микроорганизмов или загрязнителей в производственном оборудовании в настоящее время разрабатываются нанодатчики, которые смогут контролировать состояние продуктов питания при транспортировке или хранении и сообщать о признаках порчи или загрязнения владельцам или потребителям продуктов питания. Например, в одной из перспективных разработок наночастицы, входящие в состав упаковки, реагируют на изменения молекулярного состава начинающего скисать молока, что вызывает изменение цвета упаковки.

В долгосрочной перспективе возможно даже, что те же самые нанодатчики в молочном пакете, вызывающие изменение цвета упаковки при порче молока, смогут также передавать сигнал о заканчивающемся сроке годности на ценник, и для других скоропортящихся продуктов. Другие исследователи разрабатывают нанодатчики, которые можно поместить в техническую базу сбыта продукции, а также в саму упаковку для обнаружения присутствия различных болезнетворных микроорганизмов.

В альтернативной технологии нанодатчиков, которая еще находится в стадии разработки, используются наночастицы, которые светятся различными цветами в зависимости от присутствия того или иного болезнетворного микроорганизма. Работники, снабженные ручными инфракрасными или магнитными датчиками, смогут обнаружить присутствие болезнетворных организмов и даже определить их количество.

Разрабатываются также чипы радиочастотной идентификации (RFID) с интегрированными матрицами нанодатчиков, предназначенные для обнаружения признаков порчи или появления болезнетворных микроорганизмов. Эта технология позволит отслеживать состояние продуктов питания удаленно. Использование технологии нанофильтрации. В молочной промышленности процесс нанофильтрации в основном используется для выпаривания и частичной деминерализации жидкой сыворотки. Сыворотка содержит углеводы (лактозу), белки, минералы, витамины и небольшое количество жира. Помимо этого, белки и лактозу часто отделяют для использования в производстве других пищевых продуктов или в качестве пищевых добавок.

Как правило, процесс отделения белков от сыворотки происходит путем ультрафильтрации, тогда как нанофильтрация используется в следующем этапе процесса для удаления минеральных солей и оставления лактозы и витаминов. Данный процесс называется деминерализацией сыворотки. Растворенное вещество, получаемое в результате нанофильтрации, состоит из соленых сточных вод, тогда как концентрат содержит обессоленные углеводы сыворотки, жир и витамины.

Нанофильтрация, как правило, делает возможным уровень деминерализации на уровне 35 % за один этап и до 45 % за два этапа (после разбавления концентрата он снова проходит этап нанофильтрации). К другим применениям нанофильтрации в молочной промышленности можно отнести предварительное сгущение молока при изготовлении сыра, а также частичную деминерализацию молока.

Нанофильтрация также используется в сахарной промышленности для получения сахара в концентрированной форме. Нанофильтрационная мембрана позволяет воде проходить, удерживая сахар с образованием раствора концентрата.

К другим применениям нанофильтрации в индустрии питания и напитков относятся выделение этанола при производстве кукурузного масла, обессоливание желатина, производство супов и соусов, выделение пищевых масел из рабочих растворителей, а также очистка и ректификация алкогольных и безалкогольных напитков. В пищевой промышленности наноматериалы находят применение в фильтрах для очистки воды. При получении более легких и прочных, термоустойчивых и обладающих антимикробным действием упаковочных материалов. Например, глиняный нанокомпозитный материал применяется при производстве пластиковых бутылок для увеличения срока хранения пива и придания бутылкам большей прочности.

Группа Helmut Kaiser Consultancy Group предсказывает, что к 2015 году нанотехнологии будут применяться уже в 40 % пищевой индустрии.

Вопросы безопасности использования нанотехнологий в производстве продуктов питания.

Количество патентов по данному направлению возрастает лавинообразно (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Тенденции нарастания числа патентов за 1993-2010 гг в области нанотехнологий в производстве пищевых продуктов, биологически активных и пищевых добавок, упаковки

Количество уже существующей пищевой нанопродукции, а также ожидаемой на российском рынке быстро нарастает (рис. 2.4).

При этом существенную долю данной продукции составляют инженерные наночастицы, искусственно вводимые в пищевые продукты и пищевую упаковку.

Вместе с тем, вопросы оценки безопасности искусственно создаваемых и вводимых или мигрирующих в пищу инженерных наночастиц серебра, селена, двуокиси титана чрезвычайно актуальны и нигде в мировой практике практически не решены до настоящего времени.

Антибиотические свойства серебра известны с XIX века, когда оно широко использовалось в коллоидной форме для лечения различных инфекций. После появления антибиотиков использование серебра пошло на спад, но в настоящее время, в связи с растущей проблемой роста числа бактерий, устойчивых к воздействию антибиотиков, производство и использование коллоидных форм серебра получило новое развитие. Известно, что бактерии не могут вырабатывать аналогичную устойчивость к серебру, так как ионы серебра воздействуют на ферменты, необходимые бактериям для усвоения кислорода, и они погибают от удушения.

Рис. 2.4. Прогноз количества нанотехнологий в области пищевых производств на рынке

Российской Федерации

С начала 1990 года в США и других странах потребителям предлагают продукты коллоидного серебра в качестве пищевых добавок. Однако постоянное употребление серебра даже в малых дозах, может вызвать хроническое заболевание, связанное с повышенным содержанием серебра в организме — аргентоз, или аргироз.

Наиболее известный человек, страдающий аргентозом — Пауль Карасон, имеющий в США прозвище Blue Man. Впервые информация в прессе о нем была опубликована 20 декабря 2010 года. Он более 15 лет принимал препараты коллоидного серебра (наносеребра). Изначально с помощью коллоидного серебра Пауль Карасон пытался избавиться от тяжелой формы дерматита. Дерматит прошел, но появился аргироз — болезнь, вызванная длительным отложением в организме серебра, его соединений или серебряной пыли, которая развивается при длительном применении больших доз серебра (концентрацией раствора 30-50 мг/л в течение 7-8 лет с лечебной целью, а также при работе с соединениями серебра в производственных условиях).

Заболевание характеризуется необратимой сильной пигментацией кожи, принимающей серебристый или синевато-серый оттенок (рис. 2.5). Способов лечения на данный момент не существует, хотя ограниченно может помочь лазерная терапия.

Рис. 2.5. Пауль Карасон (Blue Man) 15 лет назад и сейчас

В 1999 году Food and Drug Administration (FDA) провела компанию против рекламы диетических пищевых добавок на основе коллоидного серебра; продукты коллоидного серебра должны проходить все процедуры как при заявке на новое лекарство. В 2003 году в США было арестовано 132 480 бутылок пищевой добавки Seasilver на основе коллоидного серебра на сумму около 5,3 млн долл. США. В 2007 году его потребление в качестве пищевой добавки было незначительным, так как вся отрасль потребляла менее 150 г наночастиц серебра; в ближайшие годы существенного роста потребления пищевых добавок на основе серебра не ожидается.

К сожалению, большинство пищевой нанопродукции на данный момент оценивается как потенциально опасное (рис. 2.6).

Рис. 2.6. Оценка степени опасности пищевых нанопродуктов (по материалам Woodrow Wilson International Centre)

Проблемы нанобезопасности, включая безопасность пищевой продукции, были сформулированы и активно разрабатываются в качестве приоритетных рядом правительственных, межправительственных и общественных организаций: EFSA (European Food Safety Authority, Евросоюз). SCENIHR (Scientific Committee on Emerging and Newly Identified Health Risks, Евросоюз). DEFRA (Department for Environment, Food and Rural Affairs, Великобритания). FSA (Food Standards Agency, Великобритания). FDA (Food and Drug Administration, США). US EPA (U.S. Environmental Protection Agency, США). ISO (International Organization for Standartization). NATO, PEN (Project on Emerging Nanotechnologies) и др.

В Российской Федерации хорошо понимают эту проблему. Вопросы пищевой нанобезопасности в настоящее время разрабатываются в рамках Федеральной целевой программы «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008-2011 годы», Государственный контракт № 01.648.12.3023 «Разработка нормативно-методического обеспечения и средств контроля содержания и безопасности наночастиц в продукции сельского хозяйства, пищевых продуктах и упаковочных материалах», основными исполнителями которого являлись Московский государственный университет пищевых производств (МГУПП) — головной исполнитель, научно-исследовательский институт питания РАМН, Всероссийский научно-исследовательский институт метрологической службы, Институт биохимии РАН им. А. Н. Баха и Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека.

Цель проекта — создание комплекса методов, средств и руководств по их применению для контроля содержания и безопасности наночастиц и наноматериалов, содержащихся в сельскохозяйственной продукции, пищевых продуктах и упаковочных материалах.

В рамках проекта разработаны несколько методик анализа нанодисперсий тяжелых металлов и их оксидов в пищевых матриксах методами просвечивающей электронной микроскопии, атомно-силовой микроскопии, динамического светорассеивания. Подготовлены и утверждены на государственном уровне три документа: Методические рекомендации МР «Методы отбора проб, выявления и определения содержания наночастиц и наноматериалов в составе сельскохозяйственной, пищевой продукции и упаковочных материалов». Методические указания МУ 1.2.2637-10 «Порядок и методы проведения контроля миграции наночастиц из упаковочных материалов». Методические указания МУ 1.2.2638-10 «Оценка безопасности контактирующих с пищевыми продуктами упаковочных материалов, полученных с использованием нанотехнологии».

Кроме того, в МГУПП создана и оборудована уникальная, первая для пищевой отрасли России, аналитическая эталонная нанолаборатория с широкими возможностями анализа пищевых нанодисперсий, имеющая непрерывно пополняемую базу данных по разработкам в области пищевых нанотехнологий.

В рамках этого проекта был разработан «Перечень критериев безопасности наночастиц и наноматериалов». Основные критерии безопасности включают следующие: Происхождение наноформы. Любой наноматериал может быть получен двумя способами: дроблением макроскопического объекта до уровня нанодисперсии (top-down) или ассоциацией молекул (bottom-up).

В тех случаях, когда макроформа или молекулярная форма являются натуральными, а следовательно, и нетоксичными для человеческого организма компонентами, то получаемая из них наноформа должна априорно признаваться безопасной до тех пор, пока в каждом конкретном случае не доказано противное. Примерами таких безопасных наноматериалов в соответствии с данной классификацией служат нанодисперсии бета-каротина, коэнзима Q10, карбоната кальция или натуральных глинистых минералов (top-down) и нанотрубки молочного белка альфа-лактальбумина (bottom-up).

Остальные нанодисперсии пока следует рассматривать как потенциально опасные. В пищевой отрасли к таковым относят нанодисперсии серебра, селена, золота, железа, двуокиси титана, двуокиси кремния (кремнезем, диатомит, силикагель), окиси цинка. Растворимость наноматериалов в воде и биологических жидкостях.

Этот критерий позволяет подразделять все наноматериалы на те, которые за счет быстрого растворения утрачивают свою наноидентичность при попадании в желудочно-кишечный тракт, и те, которые ее сохраняют. Потенциальную опасность в качестве наноматериалов представляют только вторые, а безопасность материалов первой категории определяется только уровнями традиционных токсических контаминантов (тяжелых металлов, пестицидов, радионуклидов, микотоксинов, полиароматических углеводородов и т. д.), а также микробиологических загрязнителей. В определенной дозе такие материалы могут быть токсичными, но эта токсичность обусловлена их молекулярными формами, а не исчезающей при попадании в организм наноструктурой. Размеры нанодисперсии. Благодаря достоверно установленной способности наночастиц проникать сквозь клеточные мембраны, оценку потенциальной опасности следует проводить для нерастворимых в воде и биологических жидкостях, ненатуральных для организма нанодисперсии частиц, наибольший размер которых не превышает 100 нм. Согласно этому критерию, оценка потенциальной опасности должна проводиться для частиц, все три измерения которых лежат в пределах 100 нм.

Пленки и волокна, у которых, соответственно, два или один размер существенно превышают наноуровень, априорно следует оценивать исходя из общих критериев безопасности, пока в каждом конкретном случае не доказана необходимость учета рисков, связанных с наноразмерными эффектами.

К сожалению, из-за сложной структуры пищевых продуктов (наличие собственных коллоидных структур, многокомпонентность и многофазность, изменчивость в течение времени) непосредственное применение общепринятых методов для анализа и контроля невозможно.

Исследование продуктов питания на предмет наличия в них наночастиц с целью определения их формы, размера и концентрации в продуктах питания проводят в несколько этапов. На этапе отбора образца должна соблюдаться стерильность, так как продукты питания могут быть богатой питательной средой для различных микроорганизмов, что особенно актуально для таких продуктов, как молоко, соки, пиво и т. д. Пробоподготовка — ключевой этап в исследовании, так как именно этот этап позволяет применять стандартные методы исследования. Основная цель пробоподготовки — получить препарат, который можно исследовать стандартными методами. В связи с этим, в зависимости от исследуемого объекта, пробоподготовка различается. В частности, при исследовании пива нужно сделать лишь серию разбавлений, а для исследования молока необходимо предварительное проведение гидролиза, диализа, центрифугирования.

Исследовать продукты питания после пробоподготовки можно различными стандартными методами, например, методом атомно-силовой микроскопии (АСМ). Исследуемое вещество в этом методе — раствор наночастиц в воде или другом растворителе, не содержащем посторонних веществ или содержащем их в малых количествах. Данный раствор наносят на подложку (слюда, полимер) и после высыхания проводят измерения. На этапе анализа данных осуществляют обработку информации, полученной в результате исследования, включающую выравнивание изображений, использование различных фильтров, применение программ для статистического анализа. На выходе получают статистические данные о форме и размерах частиц. Также можно сделать вывод о концентрации частиц при применении определенных методов.

В аналитической эталонной нанолаборатории МГУПП при определении наночастиц серебра, которое обладает высокой бактерицидной активностью и в связи с этим используется в упаковке, необходимо учитывать, что в зависимости от типа упаковки миграция таких частиц в продукт может происходить с разной скоростью или в идеальном случае не происходить вовсе. Важное условие — нахождение наночастиц в продукте в допустимых концентрациях. Методика пробоподготовки молока осуществляется по следующей схеме:

ИСХОДНЫЙ ПРОДУКТ ^ ГИДРОЛИЗ ^ ЦЕНТРИФУГИРОВАНИЕ ^

ДИАЛИЗ ^ ПРОВЕДЕНИЕ АСМ-ИЗМЕРЕНИЯ

На рис. 2.7 и 2.8 приведены результаты укрепления наночастиц серебра в молоке при гидролизе.

Рис. 2.8. Изображение наночастиц серебра при ферментативном гидролизе молока