Наноеда (nanofood) – термин новый, малопонятный и неказистый. Еда для нанолюдей? Очень маленькие порции? Еда, сработанная на нанофабриках? Нет, конечно. Но всё же это — любопытное направление в пищевой отрасли.
Учёные, инженеры и специалисты пищевой промышленности спорили о перспективах наноеды на первой конференции с говорящим названием Nano4Food 2005 , прошедшей 20-21 июня в голландском местечке Wageningen.
Оказывается, наноеда – это целый набор научных идей, которые уже находятся на пути к реализации и применению в промышленности.
Во-первых, нанотехнологии могут предоставить пищевикам уникальные возможности по тотальному мониторингу в реальном времени качества и безопасности продуктов непосредственно в процессе производства.
Речь идёт о диагностических машинах с применением различных наносенсоров или так называемых квантовых точек, способных быстро и надёжно выявлять в продуктах мельчайшие химические загрязнения или опасные биологические агенты.
И производство пищи, и её транспортировка, и методы хранения могут получить свою порцию полезных инноваций от нанотехнологической отрасли.
По оценке учёных, первые серийные машины такого рода появятся на массовых пищевых производствах в ближайшие четыре года.
Яблоки вместо атомов в решётке круглой наночастицы – логотип первой международной конференции по наноеде (иллюстрация с сайта nanofood.info).
Но на повестке дня и более радикальные идеи. Вы готовы проглотить наночастицы, которые невозможно увидеть?
Помнится, некоторое время назад появилась «страшилка», что, мол, случайно попавшие в природу наночастицы, созданные руками человека, могут представлять опасность для здоровья.
Эти опасения ещё не развеяны, но специалисты по нанотехнологиям предлагают посмотреть на такую «интервенцию» внутрь наших тел и с иной стороны.
А что если наночастицы будут целенаправленно использоваться для доставки к точно выбранным частям организма полезных веществ и лекарств? Что если такие нанокапсулы можно будет внедрять в пищевые продукты?
Пока ещё никто не употреблял наноеду, но предварительные разработки уже идут. Специалисты говорят, что съедобные наночастицы могут быть сделаны из кремния, керамики или полимеров. И разумеется — органических веществ.
И если в отношении безопасности так называемых «мягких» частиц, сходных по строению и составу с биологическими материалами – всё ясно, то «твёрдые» частицы, составленные из неорганических веществ – это большое белое пятно на пересечении двух территорий — нанотехнологии и биологии.
Поскольку эти частицы необычайно малы, они демонстрируют иное химическое поведение чем, те же вещества, но «оптом». Тут в игру уже вступает квантовая механика.
Концепция художников Кристера Ольссона (Krister Olsson) и Такаси Кавасимы (Takashi Kawashima): куриное яйцо с имплантированным биологическим микродатчиком и просвечивающим прямо сквозь скорлупу индикатором срока годности (иллюстрация с сайта tree-axis.com).
Учёные ещё не могут сказать, по каким маршрутам подобные частицы будут путешествовать в теле, и где в результате остановятся. Это ещё предстоит выяснить. Зато некоторые специалисты уже рисуют футуристические картины преимуществ наноеды. Помимо доставки ценных питательных веществ к нужным клеткам.
Как вам понравится, например, интерактивный напиток, нарисованный воображением Мануэля Маркеса-Санчеса (Manuel Marquez-Sanchez) из компании
Нанопродукты будущего
Модные нынче нанотехнологии могут найти применение в приготовлении продуктов питания: с их помощью можно изменить питательные свойства еды и ее вкус. В силу своего размера наночастицы легко проникают через биологические мембраны и физиологические барьеры организма, встраиваясь в живые клетки.
Обогащенные таким образом микроэлементами продукты в ближайшем будущем могут стать недорогим источником полезных веществ. Также наночастицы можно применять для улучшения свойств пищевых добавок, усиления ароматизаторов и красителей.
О дивный наномир
Гордое имя "нанопродукт" еда носит, если при ее выращивании, производстве, переработке или упаковке использовались наночастицы. Крупные производители продуктов питания, такие как компании Kraft, Nestle, Heinz, Altria, Unilever, последние годы активно занимаются изучением нанотехнологий, считая, что за этим будущее.
В Kraft Foods считают, что наноеда будет подстраиваться под индивидуальный вкус каждого потребителя. То есть, купив стандартный продукт, человек сможет изменить его вкус, цвет и аромат, управляя активностью наночастиц.
Пока что влияние наночастиц на организм человека изучено слабо, но нанопродукты уже появились на прилавках магазинов. Наноеда неотличима от натуральной, на ее упаковке нет специальных пометок, так как сертификация в этой области пока отсутствует, поэтому, сами того не подозревая, вы вполне можете полакомиться наночастицами.
Наибольшее число таких продуктов продается в странах Юго-Восточной Азии и Китае. В Европе отношение к модифицированным продуктам пока настороженное, хотя отдельные наноэкземпляры попадаются.
Так, на прилавках голландских магазинов недавно появилось вино Nano Wine. При комнатной температуре Nano Wine имеет вкус фруктового вина из винограда мерло, однако при изменении температуры вкус и запах напитка меняются в сторону земляных оттенков. Таким образом, покупая одну бутылку вина. можно угодить сразу нескольким людям с разными вкусами: любителям каберне, пино нуар, кьянти. Или сканер услуги использовать.
Достигается это за счет изменения свойств молекулярных соединений, которые придают вину его свойства. К вину прилагается подробнейшая инструкция, рассказывающая, сколько времени и при какой мощности микроволновой печи нужно нагревать вино, чтобы оно получило то или иное свойство.
При помощи нанокапсул, содержащих жир тунца, производители обогащают хлеб марки Tip Top Bread жирными кислотами омега-3. Также в заграничных магазинах можно приобрести молоко с наночастицами, позволяющее быстрее усваивать кальций, и напитки с наночастицами антиоксидантного зеленого чая.
Одна из самых доступных на сегодняшний день сфер использования технологий - упаковка, за счет которой продукты долгое время будут оставаться свежими вне холодильника, или наноупаковка, меняющая цвет по истечении срока годности продукта. Также планируется в будущем покрывать овощи и фрукты для защиты от грязи безвредной и безвкусной нанопленкой, которая разлагается в желудке, передает ИА "Казах-Зерно".
Вырасти бифштекс на кухне
"Отец нанотехнологий" - американский инженер Эрик Дрекслер - видит в наночастицах огромный потенциал для гастрономии. На прошлогоднем международном научном форуме в Москве он рассказал о системах, основанных на нанотехнологиях, которые смогут производить свежую еду круглый год прямо дома. Таким образом можно будет получать овощи, зерно и даже мясо.
Ардуино – одна из популярнейших систем упрощенного проектирования материнских плат для инженеров. Такому статусу она обязана своей простоте, относительно программной и аппаратной составляющей, ведь что первое, что второе – уже предоставляется пользователю на блюдечке, а ему остается лишь скомбинировать их по своему желанию. Получается такой конструктор, с целым рядом микроконтроллеров, под различные ситуации, что также увеличивает вариативность его применения.
Давайте же разберёмся в одной из основ создания проектов, а именно, как подключать на Ардуино нано питание и с какими нюансами вы столкнетесь по ходу этого процесса.
Как уже упоминалось, система крайне вариативна, и это в ней заложено самими создателями. А соответственно, она должна быть готова к разным ситуациям и вариантам эксплуатации, чтобы «неловкий» пользователь не сломал что-то ненароком. Или, что происходит чаще, ему не приходилось самостоятельно проектировать материнскую плату под нюансы каждой системы.
Отклоняясь от темы, упомянем, что последнее всё же приходится делать, и, создавая полностью авторские разработки, вам придется докупать резисторы, транзисторы и прочую утварь, но в большинстве случаев – такой подход архаичен и в нем нет необходимости.
А всё дело в том, что на Ардуино питание выстроено специальным образом, позволяющим работать с различными источниками питания, а соответственно, и с некоторой областью характеристик тока, вместо четких значений у аналогов системы. Именно этим питание Аrduino nano и подкупает большинство новичков, а вот более продвинутым пользователям такое решение кажется спорным и может вызывать в их сообществе множество дискуссий.
Почему так происходит, вы поймете сами, как только наработаете определённый опыт в проектировании систем и начнете делать более серьезные вещи, но к тому моменту, скорее всего, надобность в использовании Ардуино у вас и вовсе отпадет.
Если говорить более конкретно, то питание на Ардуино может подключаться через три различных источника:
У нано лишь три входа, описанных выше, и это стоит учитывать при проектировании систем. Также учтите, что если одновременно подключиться к каждому, то плата на программном уровне выберет в качестве источника питания тот, у которого выше всего напряжение, а остальные заблокирует.
Удобство такого решения и объяснять не стоит. Внешние источники питания дополнительно стабилизируются при помощи LM1117IMPX-5.0 с 5В напряжения, а при подключении к компьютеру система начинает использовать диод Шоттки, чтобы регулировать поступающий ток (см. схему выше).
Итак, мы оговорили все способы, как подключить питание на Аrduino, и затронули характеристики последнего, которые необходимы, чтобы плата не сгорела и могла исправно выполнять поставленные задачи. Заранее стоит оговориться, что последнее, в принципе, маловероятно, так как, несмотря на то, что питание Ардуино от Ардуино может иметь различные характеристики, микроконтроллер всё же более строго относится к нему, чем это сделала бы какая-то «болванка», которой вы бы захотели его заменить.
Мы уже говорили, что у ограничений есть свои недостатки и достоинства, поэтому здесь вам придется самостоятельно решать, является ли такой подход удобным для вашего проекта или нет.
В любом случае, подключенное питание лучше регулировать под заданные характеристики по возможности, поэтому в документации некоторых проектов указывают, как правильно выстроить электросхему, чтобы конечный ток поступал в строго ограниченных количествах и регулировался в плане напряжения.
Последнее уже было упомянуто, и то, каким оно должно быть, мы уяснили, но как же сила тока? Ведь это не менее важный нюанс, который стоит заранее учитывать при создании сложных систем, особенно с большим количеством модулей. А последнего добра, в некоторых случаях, может быть действительно много.
Из-за этого и тяжело точно сказать, какое питание на Аrduino mini pro лучше подключать, по силе тока. Дело в том, что каждая мелочь, которую вы используете в проекте, потребляет определённое ограниченное количество электричества, зачастую указываемого в мА, поэтому здесь все расчеты исключительно индивидуальны и зависят от конкретного случая.
Новичкам об этом задумываться не приходится, ведь необходимое питание для Ардуино в мельчайших подробностях расписывается в гайдах, и ошибиться там крайне тяжело. Это необходимо затем, чтобы новый пользователь смог привыкнуть ко всем нюансам проектирования и архитектуры систем.
Ведь если у esp8266 питание от батарейки, то необходимо ещё проследить, чтобы не было его излишков. Если же вы собираетесь подключать питание esp8266 к индивидуальному проекту, аналогов которого в сети не нашли, то тут всё также не очень тяжело. Дело в том, что характеристики каждого модуля и каждой платы в подробностях расписываются в многочисленных мануалах, вам же достаточно будет воспользоваться несколькими законами электротехники и правильно спроектировать платформу, чтобы каждый элемент получал необходимые ему ресурсы.
Подключать всё это можно непосредственно к пинам или, в случае тестирования системы, просто воспользоваться usb-портом. Система сама рассчитает, сколько ей необходимо, и внутренними силами преобразует входное напряжение к подходящим значениям.
Если же вы пользуетесь нерегулируемым и регулируемым источником, то достаточно припаять соответствующий провод к пину, и электричество спокойно потечет по плате.
Возможно, что вы уже сегодня съели за обедом интеллектуальную нанососиску с инновационным наногарниром, даже не подозревая этого.
Что такое наноеда? Очень маленькие порции за огромные деньги. Какие-то невидимые штучки, из которых произрастают бифштексы и эклеры. Нереальная реальность. Тем не менее уровень продаж нанопродуктов и напитков увеличился в мире со 150 миллионов долларов в 2002 году до 860 миллионов в 2004-м, а к нынешнему, по оценкам экспертов, должен был превысить 20,4 миллиарда долларов. Возможно, что вы съели сегодня за обедом нанососиску с наногорошком, даже не подозревая того. Отношение к этой пище настолько неоднозначно, что некоторые производители используют приставку «нано» как рекламу, а другие, напротив, предпочитают об этом факте скромно умалчивать. Как бы то ни было, пищевая промышленность живо интересуется новинками в области нанотехнологий, без которых в скором времени не обойдется ни один ланч.
До настоящего времени никому так и не удалось грамотно набить живот «человеку разумному». Научно-технический прогресс коварен. Едва люди начали калорийно и разнообразно питаться, как тут же уменьшилась потребность социума в тяжелом физическом труде. Как результат - лишние килограммы на боках трудящихся масс. Бросились снижать жирность еды, тут же возникла нехватка жирорастворимых витаминов и других биологически активных веществ. Встала задача по разработке такой технологии производства продуктов, которая делала бы их априори полезными. Решение стали искать в области нанотехнологий. «Благодаря своему размеру наночастицы могут обогащать пищевые продукты различными микронутриентами - минеральными веществами, биологически активными веществами, повышать их усвоение», - объясняет директор Института питания РАН Виктор Тутельян.
Наночастицы способны легко встраиваться в живые клетки, проникая через биологические мембраны и физиологические барьеры организма. В общем, в нем, в этом самом организме, они чувствуют себя как ребенок, оставшийся один в огромной квартире. Захочет - будет паинькой: соберет игрушки и выметет пол, помоет посуду, а захочет - устроит кавардак. В человеческом обществе это вопрос воспитания, а в нашем случае - проблема правильной настройки частицы. Нанотехнологии открывают просто фантастические возможности для производства полезной еды, однако появляются они настолько стремительно, что ученые не всегда успевают как следует отрегулировать процесс их промышленного использования. Оттого вопросов к наноеде пока больше, чем ответов.
Конфета с сюрпризом
На прошлой неделе в Москве проходил III Международный форум по нанотехнологиям, на котором «Итогам» удалось обнаружить самую настоящую наноеду - причем не какие-нибудь скучные котлеты и каши. Стол ломился от печенья и трюфелей, куда при помощи наночастиц ввели Омега-3 - полиненасыщенные жирные кислоты, а по сути - рыбий жир. Это ведь просто эврика: пытка детства - рыбий жир, который спрятан в сладостях, причем не выдает себя ни запахом, ни вкусом! Особого внимания заслуживают шоколадные наноконфеты с витамином С. Мечта сладкоежки! Как это делается? «Когда вы едите, к примеру, морковь, ваш организм производит наносистему, которая называется мицелла, - она нужна, чтобы усвоить бета-каротин, - объясняет представитель компании-производителя Анна Кравченко. - Мы частично заимствуем природную технологию. Берем натуральные ингредиенты - витамины, пребиотики, натуральные красители - и инициируем их. Получаем структуру, по размеру и форме совпадающую с натуральной. В природе в основном встречается диапазон частиц размером от 20 до 60 нанометров. Мы работаем со структурами размером 30 нанометров». В результате полученные ингредиенты имеют более высокую биологическую активность по отношению к человеческому организму. Технология, надо признаться, немецкая, а в России пока идут практические разработки - совместно с разными предприятиями.
Производство наноеды сегодня идет по нескольким направлениям. Во-первых, это получение нанонутриентов - пищевых веществ, измельченных (а по-научному - диспергированных) до частиц размером от 1 до 100 нанометров (то есть от одной до 100-миллиардной метра). В таком виде они могут проникнуть внутрь почти любой клетки. Во-вторых, создание транспортных наносистем - они доставляют нутриенты в нужные места. Включены в процесс и наноинкапсуляты, позволяющие сочетать химически несовместимые пищевые вещества. К этому надо добавить наноструктурированные пищевые добавки, придающие продуктам новые, необычные свойства.
Примеры? Пожалуйста. Молоко с наночастицами, позволяющими быстрее усваивать кальций. Или, скажем, напитки с наночастицами зеленого чая, обладающего повышенными антиоксидантными свойствами. Эти продукты сегодня уже появились на полках заграничных супермаркетов. В начале 2006 года, по данным Института питания РАМН, на мировом рынке было доступно около 200 наименований нанопродуктов. В России, правда, и на сегодняшний день значимо меньше. Но на подходе очередной завоз. Это может быть что угодно. Например, напитки, меняющие цвет, или светящиеся продукты. Представляете себе конфеты с подсветкой, которые можно легко найти в шкафу, не включая свет на кухне?..
С привкусом золота
Конечно, подсветка - баловство. Ибо все усилия ученых направлены исключительно на улучшение полезных свойств еды. Пожалуй, самая популярная сегодня нанодобавка, которую усиленно пытаются ввести в разные продукты, - это серебро. Исследователей вдохновляют антисептические свойства благородного металла. «Серебро часто вводят в БАДы, и производители позиционируют эти добавки как стимулирующие иммунитет, - рассказывает ведущий научный сотрудник лаборатории пищевой токсикологии с группой оценки безопасности наноматериалов Института питания РАМН Иван Гмошинский. - Правда, надежных научных доказательств этой теории пока нет. Серебро в первую очередь влияет на микроорганизмы. В небольшой дозировке - 0,07 миллиграмма в день - оно может поступать в организм с пищей, и эта доза безопасна». То есть ни особой пользы от него, ни вреда. То же самое с золотом и прочими благородными металлами.
Гораздо острее стоит вопрос с нехваткой в человеческом организме металлов попроще - цинка и железа. «Как известно, обогащение различных пищевых продуктов железом в традиционной (солевой) форме встречает значительные трудности, связанные с химической несовместимостью ионов Fe (II) с большим числом компонента рациона, включая многие витамины, полиненасыщенные жирные кислоты, фенольные соединения. В этой связи использование нерастворимых и химически инертных наночастиц солей железа имеет хорошие перспективы при обогащении как специализированных пищевых смесей, так и продуктов массового спроса», - говорится в научной статье экспертов Института питания РАМН, опубликованной в одном из номеров журнала «Вопросы питания». Здесь нанотехнологии как раз могли бы сказать свое слово.
Есть, в частности, разработки с селеном - важным микроэлементом антиоксидантного действия, необходимым для работы сердечной мышцы и кровеносных сосудов. Однако с ним проблема - риск токсической передозировки, в результате чего можно потерять волосы и ногти. Наночастицы в этом смысле могли бы помочь соблюсти безопасную дозу. Некоторые производители пытаются продвигать продукты, обогащенные селеном с приставкой «нано». Но при ближайшем рассмотрении оказывается, что никакое это не «нано», а обычная селеновая соль, просто добавленная в микродозах.
По словам Анны Кравченко, у потребителя уже есть спрос на наноеду, однако производители пока не готовы ее массово выпускать, опасаясь высокой себестоимости продуктов. Впрочем, по расчетам ученых, это опасение напрасно. Нанопродукты не должны быть слишком дорогими: если наночастицы составляют 1-5 процента от общей массы продукта, то удорожание не должно превышать 0,1 евро на килограмм.
«Мы предлагаем золотую середину, - рассказывает эксперт. - Натуральное сырье, но в инновационной форме. Возьмите те же конфеты. Как известно, в их состав входит жир, и с течением времени он имеет свойство портиться - становится прогорклым, появляется белый налет. Взаимодействие с воздухом, неправильное хранение, перепад температур - и конфеты начинают окисляться. Мы вводим в их состав антиокислители, предложив впервые в мире жирорастворимую форму аскорбиновой кислоты, которая в обычной ситуации водорастворима. Мы не только делаем ее более активной, но можем ввести в любой продукт, в том числе и жиросодержащий. Помимо полезности увеличивается срок хранения продукта - причем за счет натуральных ингредиентов».
Виктор Тутельян отмечает еще одно важное перспективное направление применения нанотехнологий - упаковочные материалы. «В этой области открывается масса возможностей - например, с помощью наноматериалов упаковка становится индикатором срока годности. Как известно, в России много фальсификаций на этот счет, в магазинах могут переклеивать этикетки и т. д. А вот с наноэтикеткой подобные фокусы не пройдут: задаешь срок, скажем, 15 дней, и по истечении этого времени упаковка меняет цвет. Кроме того, она может играть роль консерванта - за счет антимикробной активности». Кстати, исследователи обещают, что скоро появится съедобная наноупаковка, которую можно будет съесть без ущерба для здоровья.
Меняя природу вещей
Однако до сих пор остается открытым этический вопрос: не слишком ли легкомысленно исследовать свойства нанопродуктов на живых людях? По словам Ивана Гмошинского, больше всего нанопродуктов продается сейчас в странах Юго-Восточной Азии, и в частности в Китае. В Западной Европе, напротив, отношение к такой продукции настороженное. Это объясняется различиями менталитета - азиаты нацелены на все новое, прогрессивное, а европейцы, наоборот, консервативны. Потому в Старом Свете все более широкую популярность приобретает органическая еда - максимально чистая, с минимумом вмешательства в природу.
«Существуют два абсолютно разных мира, - комментирует ситуацию глава компании по производству детского питания Штефан Хипп. - Наноеда или генетически модифицированные продукты никогда не будут органическими, экологически чистыми. Органическая еда - это отсутствие каких-либо манипуляций с оригинальным продуктом, это возврат к корням. Выращивая растения экологически чистым путем, мы делаем для почвы все, чтобы растение могло получить необходимые элементы. Химические удобрения, гербициды и пестициды не используются. Скажем, Германия пока мало знакома с нанопищей, а потому ее польза или вред обсуждаются довольно редко. Нанопродукты еще недостаточно изучены, поэтому мы не хотим рисковать. Потребитель очень осторожен».
Как бы то ни было, но генно-модифицированная продукция уже давно у нас на столах. Несмотря на то что и в Западной Европе, и в России она подверглась остракизму, в Азии ГМО получили широкое распространение - в частности, потому, что во многом решают проблему нехватки продовольствия. Так, возможно, будет и с нанопродуктами - ведь ученые давно пришли к единому мнению, что еда должна быть «умной», то есть снабженной дополнительными полезными веществами в точной дозировке.
«И недооценка, и переоценка значимости нанопродукции - одинаково неконструктивная позиция, - считает Иван Гмошинский. - А у нас это происходит на уровне подсознания: например, сколько бы мы ни делали исследований, подтверждающих безопасность ГМО, переменить это настроение не удается. При том что не получено никаких достоверных научных данных об опасности производимой на территории России генно-модифицированной продукции. Повторю - научно достоверных».
В продаже наноеда уже есть, а вот способа распознать ее на прилавке нет, поскольку никакой сертификации в этой области еще не существует. На сегодняшний день ученые не исключают, что нанопродукты таят в себе потенциальный вред. Действительно, если они легко проникают в живую клетку, то одному Создателю известно, что они там могут натворить. «Мы должны быть уверены в безопасности. Ведь наночастицы меняют свойства обычного химического соединения. Теоретически они могут быть более токсичными, опасными, - рассуждает Виктор Тутельян. - К вопросу широкого применения нанотехнологий нужно подходить взвешенно: с одной стороны, не останавливать прогресс, а с другой, гарантировать безопасность потребителям». Уже известен первый в современной практике случай массовой интоксикации наночастицами, произошедший в Германии в 2006 году. Правда, связан он был не с наноедой, а с бытовой химией. По меньшей мере 70 человек получили отравление, шестеро были госпитализированы из-за использования в быту спрея для чистки сантехники, в состав которого входили наночастицы силиката. Однако и в пище эти крошечные частицы могут неправильно сгруппироваться, образовать соединения, которые окажут вредное действие на организм. В общем, набедокурить, как шаловливые дети в квартире в отсутствие взрослых.
Сейчас, по словам Виктора Тутельяна, в России по поводу наноеды только формируется законодательная, методическая и административная база - объединенными усилиями Роспотребнадзора, Российской академии медицинских наук, Минобрнауки, Минздравсоцразвития, РОСНАНО и других организаций. Задача - выстроить систему контроля, которая гарантирует поступление на прилавки как минимум безвредных и как максимум очень полезных нанопродуктов. И уж тогда мы смело наноедимся...
