Allg. Lebensmitteltechnologie (Fach) / (11) Nanotechnologie (Lektion)
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Uni Bonn SS'17
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- Was versteht man unter Nanomaterialien? Ein natürliches bei Prozessen anfallendes od. hergestelltes Material, das Partikel in ungebundenem Zustand als Aggregat od. Agglomerat enthält & bei dem mindestens 50% der Partikel in der Anzahlgrößenverteilung ein od. mehrere Außenmaße im Bereich von 1 nm bis 100 nm haben.
- Anwendungsbereiche von Nanomaterialien 1. Zutaten von Lebensmitteln („nano inside“) Lebensmittelzusatzstoffe Neuartige funktionelle Zutaten Verbesserte Löslichkeit, Wirkstofffreisetzung Erhöhte Bioverfügbarkeit 2. Lebensmittel-Bedarfsgegenstände („nano outside“) Funktionalisierte Kunststoffverpackungen mit Barrierewirkung Reinigbarkeit (Lotus-Effekt) = Die Selbstreinigungsfähigkeit wasserabweisender mikro-nanostrukturierter Oberflächen. Antimikrobielle Beschichtungen, Erhöhte mechanische Belastbarkeit
- Herstellung von Nanomaterialien Herstellung von Nanomaterialien: 1. Top Down Manufacture: Abbau von größeren Partikeln auf Partikel von nur mit Nanometer-Dimensionen.z. B. Homogenisierung, Mechanische Mahlung 2. Bottom Up Manufacture: Kristallisation, Schicht-für-Schicht-Ablagerung Lösungsmittelextraktion / Verdunstung "Self-assembly"
- Ziele, die mit Nanotechnologie verfolgt werden. Ziele, die mit Nanotechnologie verfolgt werden. 1. Emulsionsstabilität: Nanoemulsionen = Kleine Tröpfchengröße trägt zu bestimmten strukturellen Eigenschaften (Munfgefühl) bei. Verwendung von weniger Fett ohne Kompromittierung Creaminess→ gesündere Alternative z. B. Fettarme nanostrukturierte Mayonnaise, Brotaufstriche, Eiscreme Kleine Tröpfchengröße = Emulsion wird stabiler, Verlangsamung der Abbauprozesse 2. Nanoencapsulation: Schutzbarrieren z.B. von pH, Sauerstoff Geschmack & Geruch Maskierung Erhöhte Bioverfügbarkeit von Nährstoffen Erhöhte Wirksamkeit Kontrollierte Freisetzung Bessere Dispergierung von wasserunlöslichen Lebensmitteln & Additiven in wässrigen Systemen. 3. Nanotechnologie in der Lebensmittelverpackung Verbesserung der Gassperre/-barriere Nanoton (Nanoclays): → Verbesserten Steifigkeit = Weniger Einsatz von Rohstoffe→ leichter Verpackung = Sparen Transport-, Lager- & Recyclingkosten Active & Intelligent Food Contact Materials (Active PNFP):z. B. Silber, Gold & Zink Nanopartikel– Freisetzung von nanoskalige antimikrobielle Verbindungen, Antioxidantien &/od. Aromen → die Haltbarkeit/ sensorischen Eigenschaften von LM zu verbessern Nanolaminates:– Bestehen aus 2 od. mehrere Nanochichten, die physikalisch od. chemisch aneinander gebunden sind.– Anwendungen: essbare Beschichtungen & Folien → Feuchtigkeits-, Lipid- & Gasbarrieren → Verbesserung der texturiellen Eigenschaften → Träger von funktionellen Agenten
- Welche Bedenken gibt es gegen den Einsatz von Nanomaterialien? Nanomaterialien = Nanoskaligkeit ⇒ Veränderung von Eigenschaften Leitfähigkeit, Farbe, Dichte, Löslichkeit, Struktur Reaktionsfähigkeit Membrangängigkeit, Diffusionsverhalten 1. Auswirkungen auf die Umwelt: Erhöhte Emissionen in die Umwelt durch Luft-, Grundwasser- & Boden ⇒ unerwünschte Effekte unbekannt. Anreicherung im Organismus? Abführen durch Wasserstraßen ins Meer⇒ Auswirkungen auf Wasserorganismen? Pflanzen? Mikroben? 2. Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit; Bedenken der Verbraucher über potenzielle Migration von Nanopartikeln aus Lebensmittelverpackungen in Lebensmittel. Freie Nanopartikel können durch zelluläre Barrieren dringen & dass die Aussetzung exposure gegenüber Nano-Partikel zu oxidativen Schäden & entzündlichen Reaktionen führen kann.
- Was versteht unter Pickering-Emulsionen? Pickering-Emulsionen Eine Emulsion wird durch den Zusatz bestimmter Feststoffe stabilisiert. Die Partikel lagern sich an der Grenzschicht Öl-Wasser an & bilden eine Barriere, die der Koaleszenz der dispergierten Phase entgegenwirkt. Ausmaß des protektiven Effekts abhängig von – der Packungsdichte & – der Größe der Partikel.⇒ Partikelgröße sollte mind um Faktor 10 unter der Emulsionströpfchen liegen