Nanoteknoloji ve nano gıda son yıllarda küresel boyutta önem kazanan yeni bir teknoloji alanıdır. Yunanca’da “cüce” anlamına gelen nano terimi metrenin milyarda biri olan fiziksel boyutları ifade etmektedir. Nanoteknoloji, nano ölçekteki yapıların ve bileşenlerin yardımıyla yeni malzemeler üretilmesini, tasarımını, kontrolünü sağlamaktadır. Nanoteknoloji uzmanlarının amaçları “özgünlük”, “yenilik” ve “maddenin temelinden kazanılan en iyi özellikleri” sunmaktır. Nanoteknoloji aslında çok eski tarihlerde de kullanılmıştır; MÖ 10. yy’da Persler Altın ve Gümüş nanoparçacıkları seramiklerde parlaklık ve ışıltı yaratmak için kullanmışlardır. Bu teknik Endülüs Emevileri tarafından 14. yy’da İspanya’ya getirilmiş ve buradan Avrupa’ya yayılmıştır. 5000 yıl önce Mısırlılar mental ve vücut arınması için Altın nanoparçacıkları tüketmişlerdir
Bugün nanoteknoloji ile üretilmiş çeşitli temizlik malzemeleri, duvar boyaları ve tekstil ürünleri evlerde ve işyerlerinde kullanılmaktadır. Ayrıca Nanoteknoloji’den bilgisayar üretimi, uzay ve havacılık çalışmaları, tıp ve sağlık alanlarında da yararlanılmaktadır. Gıda sanayinde ise nanoteknoloji uygulamaları henüz yenidir.
Nanoteknoloji hakkında daha ayrıntılı bilgi için bu yazıdan yararlanabilirsiniz: nanoteknoloji nedir
Nano Gıda Nedir
Nanoteknoloji ve nano parçacıkların kullanımıyla geliştirilen gıdalara nano gıda denir. Gıdalar üzerinde moleküler boyutta gerçekleştirilen değişim, renk, kıvam ve form başta olmak üzere çok farklı şekillerde kendini gösteriyor. Bu teknolojiyle geliştirilen çikolatalar istenilen seviyeye kadar sıcağa dayanıklı hale getirilebiliyor ya da patatesler kızartılmak için yağın içerisine atıldığında yalnızca belirlenen miktarda yağı bünyesine alıyor, fazla miktarda yağ patatesin içerisine işleyemiyor böylece vücudumuza aldığımız doymuş yağı azaltarak rahatça patates kızartması yiyebiliyoruz. Ayrıca yiyeceklerin kıvamı ve rengi istenildiğinde ısı ve harekete göre değiştirilebiliyor.
Gıda endüstrisindeki nanoteknoloji uygulamaları, taşıma sistemleri (miseller, nanoemülsiyonlar, liposomlar, biyopolimerik nanoparçacıklar vb.) gıda güvenliği ve biyogüvenlik (nanosensörler vb.) ve nanotoksizite gibi uygulamaları kapsıyor. Gıdalarda potansiyel nanoteknoloji uygulamalarının, gıdadaki besin öğeleri ve antioksidanlar gibi biyomoleküllerin insan vücudunda etkin ve efektif olarak salınımları üzerinde yoğunlaşacağı öngörülüyor. Nanoteknoloji uygulamalarının yaygın olarak kullanılabileceği diğer bir alan ise, fonksiyonel gıda endüstrisi olarak belirtiliyor.
Halen ABD ve Japonya’nın gıda pazarında kendine yer edinmeye çalışan Nano gıdalar gelecekte firmaların yarıştığı bir alan olacak. Küçük birer kumanda kapsülü gibi çalışan bu parçacıklar üretici şirketler tarafından önce renk, lezzet veya kıvam özellikleriyle dolduruluyor, ardından da ısı veya harekete duyarlı olarak programlanarak gıdaların içerisine yerleştiriliyor. Böylece tüketici nano gıda teknolojisiyle üretilen gıdaların birçok özelliğini dilediği anda değiştirebiliyor.
Özellikle ilk olarak ABD‘de satışa sunulan ve türünün ilk örneklerinden biri olan nano pizza büyük ilgi çekiyor. Ürünün en büyük özelliği ise ısıya göre lezzet ve kıvamının değişmesi. Pizza 100 derecede ısıtıldığında rengi kırmızı olurken lezzet bakımından da domatesi çağrıştırıyor. Ancak aynı pizza 200 derecede ısıtıldığında ise rengi yeşile dönüşüyor ve tadı da ıspanak lezzeti vermeye başlıyor. Başka güzel bir örnek ise Mentos şekerler. Mentos şekerlerin içinde bulunan doğal nanotüpler ve nanotüplerin de içine saklanmış aromalar var. Siz şekeri ağzınızda erittikçe nanotüpler patlamaya devam ediyor ve sürekli taze, ferah aroma ile karşılaşıyorsunuz. Harika değil mi?
Nanosensörler
Nanosensörler vücutta besin öğesi yetersizliğini saptadığında açığa çıkacak şekilde dizayn edilmiştir. Bu çalışmanın amacı vücutta süper vitamin deposu oluşturmak ve vücudun gereksinimi olduğunda bu vitaminlerin depodan salınımını sağlamaktır. Şöyle bir örnekle açıklamak gerekirse uzun süre aç kaldığınızda kan şekeriniz düşer ve zihniniz bulanmaya başlar. Kan şekeri belli bir seviyenin altına düştüğünde nanoreseptörler devreye girer ve nanotüplerin içindeki glikoz vücutta açığa çıkar, kan şekeriniz tekrar normal seviyeye yükseltilmiş olur. Bir depo düşünün içinde vitamin, mineral, amino asitler gibi süper besin öğeleri var ve ihtiyacınız olduğununda reseptörler bu depoyu uyarıyor oradan vücudunuza eksik olan besin öğesi takviye ediliyor.Başka bir örnek vermek gerekirse vücut geliştirme, halter gibi ya da futbol gibi ağır diye niteleyebileceğimiz sporlarla uğraşan insanların antremanları ya da yarışmaları/müsabakaları sırasında ihtiyacı olan besinler. Son derece hareketli olan ve yüksek kondisyon gerektiren futbol, bir maçta kaybedilen enerji bakımından da en üst seviyelerde olan spor dallarından da bir tanesidir. Bir müsabaka da orta saha oyuncusunun ortalama 10, santraforun ortalama 6, defans oyuncusunun ise ortalama 5 km koştuğunu düşünürsek kaybettikleri kalori miktarı 1500 ile 2000 arasında değişmektedir. Maç esnasında enerji depoları hızla boşalacak, karbonhidrat’a ihtiyaç duyacaklardır ve maçın sonlarına doğru ise performansları iyice düşecektir.O esnada nanoreseptörler’in devreye girmesiyle boşalan glikojen depolarına takviye gelecek ve enerjiye kolayca dönüşebilecektir. Burada unutulmaması gereken nokta bir ilaç söz konusu değildir, sadece besin öğesi kontrollü kullanılmak isteniyordur.
Nanotüpler Nasıl Oluşur
Nanoteknolojik uygulamalarda, boyutları kontrol edilebilir olan içi boş tüpler nanoyapıların sentezi için, genellikle kısa peptitler dizayn edilir. Bu peptit zinciri spesifik aminoasitlerin;
- beta-tabaka,
- aromatik yüzeyli
- halka şekilli gibi
istiflenmesi ile nanotüp oluşumuna olanak sağlar.
Doğada olduğu gibi, nanoteknoloji parçadan bütüne (moleküler boyuttan başlayarak) yaklaşımını (sentez), bütünden parçaya yaklaşıma(kütlesel materyalden başlayarak) tercih eder.Çalışmalar, doğadaki parçadan bütüne yaklaşımı taklit ederek, farklı kullanım alanları için, yeni ve farklı yapıların oluşturulmasını amaçlar. Nanotüpün gözenek boyutu yapıya giren peptit alt birimlerinin halka boyutlarının ayarlanmasıyla sağlanabilir. Peptitlerin nanotüp oluşturması için mutlaka siklik (halkalı) yapıda olması gerekmemektedir.
Son yıllarda, alfa-laktalbumin ve β-laktoglobulin gibi peynir altı suyu proteinlerinin nanotüp uygulamaları için oldukça elverişli bir materyal olduğu belirlenmiştir. Özellikle hedef organlara ulaşması istenen biyoaktif bileşenlerin nanoenkapsülasyonu için kullanımı gelecek vaat etmektedir. Nanotüplerin doğal proteinlerden elde edilebilmesi ise ayrıca bir avantajdır; genetiğiyle oynanmadan, gıdanın doğasını bozmadan kaliteli bir mühendislik çalışmasıyla insanlara hizmet edecek yeni ürünler oluşturulabiliyor olması gibi.
Farklı Uygulamalara İlişkin Örnekler
Fonksiyonel Bileşenlerin Salınımı
Nanoteknoloji hidrofilik bileşiklerin yağda, hidrofobik bileşiklerin ise suda çözünebilmelerine olanak sağlamaktadır. Böylece karotenoidler, fitosteroller ve antioksidanlar gibi bazı fonksiyonel bileşenlerin suda ya da meyve sularında çözünmesi ve biyoyararlılığın artması sağlanabilecektir.
Nanokapsüllerin; zorunlu yağlar, lezzet maddeleri, antioksidanlar, koenzim Q 10, vitamin ve minerallerin biyo yararlılığının artırılması amacıyla taşıyıcı olarak kullanılabilir.
Peynir suyu proteini nano kürecikleri (40 nm). Amaç: Hücre tarafından kürecik şeklinde hücre içine alınıp parçalanması ve aktif bileşenin hücre içinde açığa çıkması ile biyo yararlılığının artırılması.
Ambalajlama uygulamaları
Ambalaj materyaline gümüş, titanyum dioksit, silikon dioksit ve nano kil gibi nanokompozitler veya nanoparçacıkların eklenmesi. Amaç: ambalajın geçirgenlik özelliğini modifiye etmek, engelleyici (bariyer) özelliklerini artırmak, UV ışık geçişini önlemek, mekanik ve ısıl direnç özelliklerini kuvvetlendirmek, antimikrobiyal ve antifungal yüzeyler oluşturmak.
Naylon nanokompozitler. Amaç: Oksijen ve karbon dioksit geçişini önlemek, gıdanın tazeliğini ve kokusunu muhafaza etmek.
Güvenirlik uygulamaları
- Spesifik frekansta titreşen protein kaplanmış nanokantilever. Amaç: Çok hızlı bir şekilde virüs, bakteri ve patojenlerin saptanması.
- Nanobarkot olarak kullanılabilecek sentetik olarak geliştirilmiş DNA. Amaç: Gıda patojenlerini belirlemek.
- Minyatür taşınabilir mikrobiyodedektör. Amaç: Gıdalardaki spesifik patojen antikorlarını, toksinleri, patojenleri ve kimyasalları saptamak.
- Buzdolaplarına nanoparçacıkların yerleştirilmesi. Amaç: Mikroorganizmaların yayılmasını önlemek.
Nestle, Kraft, Unilever, PepsiCo, General Mills, Campbell Soup, McCain ve Goodman Fielder dâhil olmak üzere bir çok şirket nanoteknoloji ve gıda ürünlerine uygulanması konusunda çalışmakta ve nanoteknolojiye yüklü yatırım yapmaktadır. Bununla beraber, yararlar ortaya kanıt olarak çıktıkça, bu konuya olan ilgi hızla artmaya devam edecektir. Ülkemiz içinde bu teknolojiden yararlanılabilmesinin yolu kuşkusuz araştırma ve geliştirmeye ayrılan kaynaklar ile ilişkilidir.
Gördüğünüz gibi bize çok uzak gelen teknolojik gelişmeler hızla hayatımızın içine girmekte, insanlığa hizmet etmektedir ve Nanoteknolojide kuşkusuz yakın gelecekte hayatımızın her alanına girecektir. Başka bir yazımda görüşmek üzere.
Kaynaklar:
muhendisbeyinler.net/nanoteknoloji-nedir/ utb.org.tr/makaleler/nanoteknoloji-ve-gida-sistemlerine-uygulamalari-super-gidalara-dogru-bir-yol-haritasi-mi.html milliyet.com.tr/en-cok-futbolcular-kosuyor---1781705-skorerhaber/ Prof. Dr. Sibel Karakaya/ Ege Üniversitesi Gıda Mühendisliği Bölümü öğrencileri için hazırlanmış ders notu dolcera.com/wiki/index.php?title=File:Nano-food.jpg