|
Нанотехнология - это наука о способах и методах обработки и переработки нанообъектов. Слово «нано» в переводе с греческого языка означает «карлик», используется в качестве приставки к сложным словам, в частности для наименования единиц физических величин, например: нанометр, наночастица, нанообъект.
«Нанос» в переводе с греческого языка означает «гном» и его используют для обозначения частицы размером 1-9 м. Необычайно малая величина наночастиц предполагает их иное химическое и медико-биологическое поведение, которое может быть описано с помощью квантовой механики. Эти частицы по-другому, нежели более крупные объекты того же состава, вступают во взаимодействие с различными объектами, поэтому способны образовывать комплексы с ранее неизвестными свойствами. Наночастицы могут разрушаться под воздействием физических, химических и микробиологических факторов, однако эти процессы еще не изучены.
Существуют различные определения понятия нанотехнологии и нанообъектов.
По определению Совета по научной политике и охране окружающей среды США (декабрь 2004 г.) нанотехнологии - это «...исследования и разработки на атомном, молекулярном и макромолекулярном уровне в масштабе размеров от одного до ста нанометров; создание и использование искусственных структур, устройств и систем, которые в силу своих сверхмалых размеров обладают существенно новыми свойствами и функциями; манипулирование веществом на атомной шкале дистанций». По определению отечественных ученых, нанотехнологии - это технологии направленного получения и использования веществ и материалов в диапазоне размеров до 100 нанометров (постановление главного санитарного врача РФ от 31.10.2007).
Родоначальником понятия нанотехнологии считают греческого философа Демокрита, который в 400 г. до н.э., описывая самую малую частицу вещества, использовал термин «атом», который в переводе с греческого языка означает «нераскалываемый».
В 1661 г. ирландский химик Роберт Бойл ввел научное понятие «корпусколы», обозначив им сверхмалые детали, которые в разных сочетаниях образуют вещества и предметы. В1883 г. американский изобретатель Георг Истмэн разработал фотопленку и создал всемирно известную компанию KODAK.
В 1905 г. швейцарский физик Альберт Эйнштейн опубликовал работу, в которой установил размер молекулы сахарозы - около 1 нанометра (нм). Немецкие физики Макс Кнолл и Эрнст Руска в 1931 г. создали электронный микроскоп, с помощью которого можно исследовать нанообъекты.
Сотрудники научного центра американской компании Bell Альфред Чо и Джон Артур в 1968 г. разработали теоретические основы нанотехнологии для обработки поверхностей. В 1974 г. японский физик Норио Танигучи ввел в научный лексикон слово «нанотехнологии», для объектов размером менее микрона (1 мкм). 1981 г. - в Германии физики Герд Биннинг и Генрих Рорер создали микроскоп, с помощью которого стали возможными исследования на атомарном уровне.
В США в 1982 г. Бенуа Мандельброт ввел в математике нанопонятие «фракталы», в1985 г. - физики Роберт Керл, Хэрольд Крото, Ричард Смэйли разработали технологию определения размеров объектов в 1 нм. В 1986 г. футуролог Эрик Дрекслер предсказал бурное развитие нанотехнологии. В 1989 г. Дональд Эйглер - сотрудник компании IBM выложил название своей фирмы атомами ксенона. 1993 г. - в честь физика Ричарда Фейнмана в США стали присуждать Фейнмановскую премию (Р. Фейнман в 1959 г. заявил, что многие научные проблемы будут решены, когда ученые научатся работать на атомарном уровне; в 1965 г. стал лауреатом Нобелевской премии за исследования в квантовой электродинамике). 1999 г. - физики Джеймс Тур и Марк Рид установили, что отдельная молекула способна вести себя так же, как и молекулярные цепочки.
1998 г. - голландский физик Сеез Деккер создал на основе нанотехнологии транзистор.
Таким образом, история возникновения нанотехнологиии как области научных знаний имеет глубокие корни и длительный этап становления и развития. На рубеже XX и XXI вв. нанотехнология получила активное развитие и распространение во всех сферах человеческой деятельности от военно-промышленного комплекса до изготовления потребительских товаров и продуктов питания. В развитых странах мира активно финансируются и проводятся исследования в области нанотехнологии. Так, в США (2000 г.) создана федеральная организация National Nanotechnology Initiative с государственным финансированием 500 млн долл. в год.
В 2004 г. банк Credit Suisse First Boston (США) опубликовал аналитический доклад о будущем нанотехнологии, в котором утверждается, что: нанотехнология является классической «технологией общего назначения»;
нанотехнология - суть преобразования современной технологии;
нанотехнология послужит основой создания принципиально новой технологии и соответственно принципиально новых продуктов. Нанотехнологии придут на смену существующим технологиям подобно тому, как, например, электричество заменило пар, электронная почта - телеграф.
В июне 2005 г. на первой конференции Nano Food (Wageninger, Netherlands) впервые было введено понятие «нанопища» («нанопитание»). Нанотехнологии являются основой инноваций в пищевой технологии, а также тотального мониторинга качества и безопасности производства продуктов питания путем диагностики так называемых квантовых точек (наносенсоров), способных достоверно определять химические, биологические и другие включения.
По мнению зарубежных ученых, нанотехнологии способны произвести революцию в сельском хозяйстве. Современному человеку это кажется фантастикой, но предполагается, что в будущем молекулярные роботы смогут производить пищу, заменив сельскохозяйственные растения и животных, при этом предполагают возможность производства молока, минуя промежуточное звено - корову (цитируется по материалам INTERNET).
НАНОТЕХНОЛОГИИ СЕГОДНЯ
В настоящее время различают: нанотехнологии промышленные и эволюционные, а также радикальные технологии, а в качестве нанобъектов - различные области деятельности современного общества. Например, в качестве нанообъектов наиболее часто рассматриваются: оборонный комплекс (исследования ведутся в шести направлениях: технологии создания и противодействия «невидимости»; энергетические ресурсы; самовосстанавливающие частицы; связь; химические и биологические вещества - оружие; аэрокосмическая техника); информационные технологии; медицина; экология; нутрициология.
В мире, особенно в США, в области нанотехнологии активно проводятся исследования.
В структуре мировых инвестиций в развитие и исследование нанотехнологий основными участниками (80 % средств) являются США, Япония, страны ЕС.
Бывшие республики СССР, Австралия, Канада, Китай, Южная Корея, Израиль, Сингапур, Бразилия, Тайвань составляют остальные 20 %.
НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ НАНОТЕХНОЛОГИИ В ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Развитие нанотехнологии в производстве продуктов питания должно базироваться на следующих общеизвестных положениях:
социально-экономические аспекты питания;
фундаментальные и прикладные постулаты технологии и биотехнологии пищевых производств;
нутрициологические аспекты питания.
Социально-экономические аспекты питания. По данным ФАО и ВОЗ, из каждых 100 человек, живущих в настоящее время на земном шаре, 10 не получают достаточного питания; 200 млн человек, живущих на планете, находятся на грани голодной смерти. Ретроспективная и прогнозная оценка мировой численности населения (табл. 2) подтверждает глобальность социально-экономических проблем питания. Существующая в мире проблема обеспечения населения планеты продуктами питания может быть решена за счет использования современных достижений науки и техники, в том числе нанотехнологий.
В связи с ростом населения планеты остро стоит проблема обеспечения его пищей, производство которой на протяжении предыдущих тысячелетий осуществлялось традиционным экстенсивным способом. При этом такое производство продовольствия зависит от урожаев и результатов труда, от погодных и природных условий. Традиционный ассортимент пищевых продуктов не отвечает потребностям современного человека, характеризуется снижением биологической ценности и повышением калорийности продуктов в результате переработки сельскохозяйственного сырья, ростом контаминантов пищевых продуктов, а также сезонностью производства.
Сложившаяся устойчивая тенденция старения населения - другая острая проблема в мире - ведет к возникновению болезней, связанных с питанием.
В результате нарушения пищевого статуса у человека наблюдаются:
— изменения пищеварительной системы;
— снижение работоспособности;
— иммунодефицит;
— изменения антропометрических показателей;
— снижение умственной способности;
— возникновение алиментарных заболеваний.
По предложению ВОЗ рекомендуется различать следующие четыре формы патологических состояний, связанных с неправильным питанием:
— недоедание - состояние, обусловленное недостаточным по количеству и качеству потреблением пищи в течение более или менее продолжительного времени;
— переедание - состояние, связанное с потреблением избыточного количества пищи;
— специфическая форма недостаточности - состояние, вызванное относительным или абсолютным недостатком в рационе одного или нескольких пищевых веществ;
— несбалансированность - состояние, обусловленное неправильным соотношением в рационе пищевых веществ.
В XX в. в результате широкомасштабного применения антибиотиков возникла 5-я патологическая форма - дисбактериоз, связанный с нарушением нормофлоры желудочно-кишечного тракта человека (ЖКТ).
Присущий здоровому человеку симбиоз бактерий ЖКТ формирует биоценоз и осуществляет жизненно важные функции:
— участие в пищеварении;
— подавление развития болезнетворных микробов;
— продуцирование биологически активных веществ (витаминов, ферментов, пептидов...);
— участие в поддержании водно-солевого баланса;
— снижение нагрузки на печень за счет трансформации токсинов;
— участие в рециркуляции желчных кислот и холестерина;
стимулирование иммунной системы.
Различают дисбактериозы четырех степеней.
Дисбактериоз I степени характеризуется незначительными изменениями в аэробной части микробиоценоза (увеличение или уменьшение содержания кишечной палочки). Уровни бифидофлоры и лактофлоры остаются неизменными. Кишечные дисфункции, как правило, не регистрируются.
При дисбактериозе II степени на фоне незначительного снижения количественного содержания бифидобактерий выявляются количественные и качественные изменения кишечной палочки или других условно-патогенных микроорганизмов.
При дисбактериозе III степени значительно снижен уровень бифидобактерий в сочетании со снижением лактофлоры и резким изменением уровня кишечной палочки. Вслед за снижением количества бифидобактерий нарушается соотношение в составе кишечной микрофлоры, создаются условия для проявления патогенных, условно- патогенных микроорганизмов. Как правило, возникают кишечные дисфункции.
Дисбактериоз IV степени характеризуется почти полным отсутствием бифидобактерий, значительным уменьшением лактофлоры и изменением количества кишечной палочки. Нарушаются нормальные соотношения в составе кишечного микробиоценоза, в результате чего снижается и витамино-синтезирующая функция, изменяются ферментативные процессы, возрастает количество нежелательных продуктов метаболизма условно-патогенной микрофлоры. Это приводит к дисфункциям желудочно-кишечного тракта и деструктивным изменениям кишечной стенки бактериями и сепсису, так как снижается общая и местная сопротивляемость организма.
В XX в. возник, а в XXI в. получает развитие кризис питания человечества. Одним из серьезных последствий этого является, в частности, алиментарно зависимые заболевания.
Решение продовольственной проблемы возможно с применением современных достижений науки и техники, в том числе с применением нанотехнологии, основные направления реализации которой в молочной промышленности будут рассмотрены в следующих публикациях.
Источник: Молочная промышленность № 4, 2008 г |
