นาโนเทคโนโลยี ได้รับความสนใจในช่วงสิบกว่าปีที่ผ่านมา และเทคโนโลยีดังกล่าวได้ถูกนำมาประยุกต์ใช้ให้เกิดประโยชน์หลายประการในอุตสาหกรรมอาหาร นาโนเทคโนโลยีได้ขยายองค์ความรู้ในอุตสาหกรรมอาหารไปอีกระดับหนึ่งในมิติระดับนาโน ซึ่งต่างจากเทคโนโลยีอื่น นาโนเทคโนโลยีเกี่ยวข้องกับอุตสาหกรรมอาหารเกือบทุกด้าน รวมถึงบรรจุภัณฑ์อาหาร การแปรรูปอาหาร การพัฒนาอาหารฟังก์ชันและการส่งเสริมความปลอดภัยด้านอาหาร ในบล็อกนี้จะพูดถึงการใช้นาโนเทคโนโลยีในบรรจุภัณฑ์อาหารและผลิตภัณฑ์อาหาร และที่สำคัญที่สุดคือประเด็นความปลอดภัยของเทคโนโลยีนี้

นาโนเทคโนโลยีในบรรจุภัณฑ์อาหาร

            ในบรรจุภัณฑ์อาหาร การพัฒนาล่าสุดและการใช้งานอย่างกว้างขวางของนาโนเทคโนโลยีคืออนุภาคนาโน นาโนเซนเซอร์ และนาโนไบโอเซนเซอร์ (10) นาโนคอมโพสิตชีวภาพที่เสริมด้วยอนุภาคนาโนมักมีขนาดระหว่าง 1-100 นาโนเมตร อย่างน้อยหนึ่งด้าน และยังเกี่ยวข้องกับคุณสมบัติเชิงกล การไหล การกีดขวาง ความร้อน ตลอดจนคุณสมบัติ           ต้านจุลชีพที่เพิ่มขึ้นของบรรจุภัณฑ์ ซึ่งช่วยขยายอายุการใช้งาน (14) และนาโนคอมโพสิตชีวภาพถือเป็นวัสดุใหม่ที่มีประสิทธิภาพสำหรับบรรจุภัณฑ์อาหาร เนื่องจากมีพื้นที่ผิวของอนุภาคนาโนเสริมแรงสูง (11) วัสดุนาโนหลายชนิดถูกนำมาใช้ในบรรจุภัณฑ์อาหาร เช่น นาโนเซลลูโลส แป้งนาโน อนุภาคนาโนโปรตีน อนุภาคนาโนไคโตซาน ท่อนาโนคาร์บอน อนุภาคนาโนเงิน อนุภาคนาโนซิงค์ออกไซด์ อนุภาคนาโนไททาเนียมไดออกไซด์ และนาโนเคลย์ ซึ่งมีฟังก์ชันแตกต่างกันไป เช่น เพิ่มเสถียรภาพทางความร้อนหรือความต้านทานแรงดึง ให้ฤทธิ์ต้านเชื้อแบคทีเรีย หรือปรับปรุงสมบัติเชิงกล (1) ในบรรดาบรรจุภัณฑ์อัจฉริยะทุกประเภท คาดการณ์ว่าบรรจุภัณฑ์ฉลาดจะเป็นบรรจุภัณฑ์ที่มีการใช้งานมากที่สุด เนื่องจากมีคุณสมบัติที่ให้ข้อมูล โต้ตอบได้ ต้นทุนต่ำ และเน้นผู้บริโภคด้วยการออกแบบที่สวยงาม (6) อนุภาคนาโนยังมีความเสถียรสูงแม้ในสภาวะที่รุนแรง เช่น สภาพแวดล้อมที่มีความร้อนและความดันสูง (13) ดังนั้นจึงค่อนข้างยืดหยุ่นและสามารถนำไปใช้ในบรรจุภัณฑ์อาหารได้หลากหลาย

            นาโนเซนเซอร์และนาโนไบโอเซนเซอร์คืออุปกรณ์ขนาดเล็กที่ใช้กันทั่วไปในบรรจุภัณฑ์อาหารอัจฉริยะ (ในบล็อกอื่น เราจะพูดคุยเกี่ยวกับบรรจุภัณฑ์อาหารประเภทต่างๆ รวมถึงบรรจุภัณฑ์อัจฉริยะที่สามารถตรวจสอบสภาพของอาหารที่บรรจุ และสื่อสารกับผู้บริโภคเพื่อให้พวกเขาปลอดภัยได้) เนื่องจากเซนเซอร์เหล่านั้นสามารถตั้งโปรแกรม ตรวจจับ หรือวัดคุณสมบัติทางกายภาพหรือเคมีของอาหารหรือสภาพแวดล้อมรอบ ๆ อาหารและส่งสัญญาณเหล่านั้นกลับไปยังผู้บริโภคได้ (4) ดังนั้น ผู้บริโภคจึงได้รับข้อมูลเกี่ยวกับคุณภาพของอาหาร ตลอดจนความปลอดภัยของอาหารที่เพิ่มขึ้น และช่วยกำหนดว่าจะบริโภคในสภาวะใดจึงเหมาะสมที่สุด

โครงสร้างนาโนของผลิตภัณฑ์อาหารและการใช้งานในการแปรรูปอาหาร

            นาโนเทคโนโลยีในผลิตภัณฑ์อาหารส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการนำไปใช้ในการแปรรูปอาหาร เราได้กล่าวถึงการประยุกต์ใช้ไมโครเอนแคปซูเลชันไว้ในบล็อกที่แล้ว และนาโนเอนแคปซูเลชันเป็นการยกระดับการเอนแคปซูเลชันไปอีกระดับหนึ่งด้วยขนาดที่เล็กลงในระดับนาโนและมีการใช้กันอย่างแพร่หลายเช่นกัน ดังนั้นจึงคาดหวังได้ว่าการเอนแคปซูเลชันจะได้รับการปรับปรุงประสิทธิภาพ เช่น ฟังก์ชันการบดบังกลิ่นที่ดีขึ้น และควบคุมการปล่อยสารที่ออกฤทธิ์ได้ดีขึ้น รวมถึงคุณสมบัติการกั้นที่ดีขึ้น (16) สารประกอบออกฤทธิ์ทางชีวภาพขนาดนาโนสามารถดูดซึมได้อย่างมีประสิทธิภาพและยังสามารถส่งไปถึงปลายทางเป้าหมายใดๆ ได้แม่นยำยิ่งขึ้น ทำให้มั่นใจได้ถึงความพร้อมในสภาวะที่คาดไว้ และรักษาความเสถียรในการทำงานได้นานขึ้นในระหว่างการเก็บรักษา (15) เช่นเดียวกับการที่สารขนาดเล็กกว่าลงลึกได้มากขึ้น นำไปสู่ประสิทธิภาพการจัดส่งที่ดีขึ้น (7)

            นอกจากนี้ นาโนฟิลเตรชัน (NF) เป็นหนึ่งในสี่กระบวนการเมมเบรนหลักที่ขับเคลื่อนด้วยแรงดัน (ประกอบด้วยไมโครฟิลเตรชัน อัลตราฟิลเตรชัน นาโนฟิลเตรชัน และรีเวิร์สออสโมซิส) ดังนั้นจึงมักใช้ในอุตสาหกรรมอาหารที่มีขนาดรูพรุน 0.5-1 นาโนเมตร (12) NF นั้นเกี่ยวข้องกับขั้นตอนการผลิตหลายขั้นตอน เช่น การแยกเกลือของกระบวนการ การกำจัดไพโรเจน และเครื่องขัดคอนเดนเสท(9)

ประเด็นเรื่องความปลอดภัย

            มีความกังวลหลายประการเกี่ยวกับความเป็นพิษและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมของวัสดุนาโน (2) ตัวอย่างเช่น การรวมตัวและการเกาะตัวกันของอนุภาคนาโนซิลเวอร์ที่สามารถเกิดขึ้นได้ในสภาพแวดล้อมที่ย่ำแย่ และมีความเสี่ยงสูงที่จะเคลือบไม่ทั่วถึงและไม่เสถียรในที่สุด จึงทำให้มีการปล่อยซิลเวอร์อะตอมซึ่งเป็นพิษ (8) นอกจากนี้ นาโนซิลเวอร์ที่ใช้เป็นสารต้านจุลชีพได้สร้างความกังวลให้กับผู้บริโภคและผู้ที่เกี่ยวข้อง เนื่องจากมีงานวิจัยหลายชิ้นพบว่าสามารถก่อให้เกิดอันตรายต่อร่างกายมนุษย์ เช่น ผิวหนังเป็นสีน้ำเงิน ความเสียหายจากปฏิกิริยาออกซิเดชันในระบบเซลล์ (8) เชื่อกันว่าความเป็นพิษของนาโนซิลเวอร์นั้นมาจากรูปแบบไอออนิกและนาโน ที่สามารถทำลายและทำให้การหายใจของไมโตคอนเดรีย ลดลง ซึ่งส่งผลให้เกิดความเครียดจากปฏิกิริยาออกซิเดชันของเซลล์ (3) นอกจากนี้ การศึกษาชิ้นหนึ่งยังพบความเป็นพิษต่อพันธุกรรมและการก่อมะเร็งของอนุภาคนาโนในวัสดุบรรจุภัณฑ์อาหาร ดังนั้นการใช้นาโนเทคโนโลยีในอุตสาหกรรมอาหารจึงต้องมีการควบคุม (5)

            กล่าวโดยสรุป นาโนเทคโนโลยีมีประโยชน์หลายประการที่ใช้ในอุตสาหกรรมอาหารในปัจจุบัน แต่ก็มีข้อกังวลบางประการเกี่ยวกับประเด็นเรื่องความปลอดภัยเช่นกัน ประเด็นเหล่านี้ไม่ใช่เรื่องใหม่สำหรับนวัตกรรมด้านอาหาร เนื่องจากเมื่อวัสดุนาโนเหล่านี้เกี่ยวข้องกับความเสี่ยงต่อสุขภาพของผู้บริโภค จึงต้องจัดการอย่างระมัดระวังและมีขั้นตอนที่เข้มงวดเพื่อควบคุมความปลอดภัย อิโตะ ไทยแลนด์ มุ่งหมายปรับปรุงคุณภาพมาตรฐานอาหาร โดยการสนับสนุนโซลูชันที่เป็นนวัตกรรมใหม่ และยังให้ความสำคัญกับสุขภาพและความปลอดภัยของผู้บริโภคเป็นสำคัญ

เอกสารอ้างอิง

1.Ashfaq, A., Khursheed, N., Fatima, S., Anjum, Z., & Younis, K. (2022). Application of nanotechnology in food packaging: Pros and Cons. Journal of Agriculture and Food Research, 7, 100270. https://doi.org/10.1016/j.jafr.2022.100270

2.Berekaa, M. M. [Mahmoud M. B., & Saudi Arabia. (2015). Nanotechnology in Food Industry; Advances in Food processing, Packaging and Food Safety. International Journal of Current Microbiology and Applied Sciences, 4(5), 345–357. http://innocua.net/web/download-3325/mahmoud-m.-berekaa.pdf

3.Bressan, E., Ferroni, L., Gardin, C., Rigo, C., Stocchero, M., Vindigni, V., Cairns, W., & Zavan, B. (2013). Silver Nanoparticles and Mitochondrial Interaction. International Journal of Dentistry, 2013, 1–8. https://doi.org/10.1155/2013/312747

4.Caon, T., Martelli, S. M., & Fakhouri, F. M. (2017). New trends in the food industry: application of nanosensors in food packaging. Nanobiosensors, 773–804. https://doi.org/10.1016/b978-0-12-804301-1.00018-7

5.Gokularaman, S., Cruz, S. A., Pragalyaashree, M. M., & Nishadh, A. (2017). Nanotechnology approach in food packaging-review. Journal of Pharmaceutical Sciences and Research, 9(10), 1743-1749.

6.Gregor-Svetec, D. (2018). Intelligent Packaging. Nanomaterials for Food Packaging, 203–247. https://doi.org/10.1016/b978-0-323-51271-8.00008-5

7.Lamprecht, A., Saumet, J. L., Roux, J., & Benoit, J. P. (2004). Lipid nanocarriers as drug delivery system for ibuprofen in pain treatment. International Journal of Pharmaceutics, 278(2), 407–414. https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2004.03.018

8.McShan, D., Ray, P. C., & Yu, H. (2014). Molecular toxicity mechanism of nanosilver. Journal of Food and Drug Analysis, 22(1), 116–127. https://doi.org/10.1016/j.jfda.2014.01.010

9.Lipnizki, F. (2010). Membrane Technology, Volume 3: Membranes for Food Applications.

10.Rashidi, L., & Khosravi-Darani, K. (2011). The Applications of Nanotechnology in Food Industry. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 51(8), 723–730. https://doi.org/10.1080/10408391003785417

11.Rhim, J.-W., Park, H.-M., & Ha, C.-S. (2013). Bio-nanocomposites for food packaging applications. Progress in Polymer Science, 38(10–11), 1629–1652. https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2013.05.008

12.Salehi, F. (2014). Current and future applications for nanofiltration technology in the food processing. Food and Bioproducts Processing, 92(2), 161–177. https://doi.org/10.1016/j.fbp.2013.09.005

13.Sawai, J. (2003). Quantitative evaluation of antibacterial activities of metallic oxide powders (ZnO, MgO and CaO) by conductimetric assay. Journal of Microbiological Methods, 54(2), 177–182. https://doi.org/10.1016/s0167-7012(03)00037-x

14.Shukla, P., Chaurasia, P., Younis, K., Qadri, O. S., Faridi, S. A., & Srivastava, G. (2019). Nanotechnology in sustainable agriculture: studies from seed priming to post-harvest management. Nanotechnology for Environmental Engineering, 4, 11. https://doi.org/10.1007/s41204-019-0058-2

15.Singh, T., Shukla, S., Kumar, P., Wahla, V., Bajpai, V. K., & Rather, I. A. (2017). Application of Nanotechnology in Food Science: Perception and Overview. Frontiers in Microbiology, 8. https://doi.org/10.3389/fmicb.2017.01501

16.Ubbink, J., & Krüger, J. (2006). Physical approaches for the delivery of active ingredients in foods. Trends in Food Science &Amp; Technology, 17(5), 244–254. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2006.01.007