Загрузить публикацию - G

НАНОТЕХНОЛОГИИ В ПИЩЕВОЙ И ПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕЙ
ПРОМЫШЛЕННОСТИ КАЗАХСТАНА
Каукенов А.Б., магистрант ВКГУ им. С. Аманжолова
Новый век принес надежду на новые технологии, которые могут проникнуть во все
области научных, инженерных приложений, медицину и быт людей. Переход к
нанотехнологии означает новую промышленную революцию XXI века. Нанотехнология
обеспечит невиданные до сих пор возможности практически в любой области
человеческой деятельности. "Это совершенно новые технологии, которые открывают до
этого не виданные знания, - высказал свое мнение еще в апреле 2007 года Нурсултан
Назарбаев. - Необходимо собрать все знания, какие есть в мире, и начинать учить наших
людей. Через 10-15 лет с использованием нанотехнологии будет производиться продукции
на триллион долларов. А мы до сих пор не знаем, что это такое, хотя весь мир этим уже
занимается. Российское правительство уже выделило на развитие нанотехнологии миллиард долларов, там создаются лаборатории. Мы не можем позволить себе отставать".
Каковы же истоки новой технологии?
В 1959 г. Нобелевский лауреат по физике Ричард Фейнман прочитал лекцию с
аллегорическим названием "Внизу полным-полно места", которая позже стала известной.
Фейнман представил аудитории фантастические перспективы по созданию материалов и
устройств на атомном или молекулярном уровне. Термин "нанотехнология" в 1974 г. был
впервые использован японским ученым Танигучи на конференции Японского общества
точного машиностроения.
Нанотехнология - область прикладной науки и техники, занимающаяся изучением
свойств объектов и разработкой устройств размеров порядка нанометра (10-9 метра).
Нанотехнология отличается от традиционных инженерных дисциплин, так как при таких
масштабах привычные микроскопические технологии обращения с материей зачастую не
имеют смысла, а микроскопические явления, слабые при привычных масштабах, становятся значительнее: свойства взаимодействия отдельных атомов и молекул.
Сегодня нанотехнологии активно развиваются в Японии, США, Южной Корее,
Сингапуре, Индии и особенно в Китае. Правительства этих стран, осознав потенциал
нанотехнологии, обеспечивают финансовый прорыв. Так, Южная Корея планирует
затратить 2,6 миллиарда долларов к концу 2010 года. Расходы Тайваня к 2008 году
составляли около 630 миллионов. США могут позволить себе выделить на эти программы
до 300 млрд. долларов. Американские ученые уверены, что объем мирового рынка нанотехнологии к 2015 г. достигнет $1 трлн. Они ведут разработки по всем возможным
направлениям. Япония ограничилась лишь двумя: информационные технологии и
окружающая среда. Они разрабатывают новые технологии для производства чипов,
информационных систем, обладающих огромным быстродействием и памятью, работают
над сенсорами для охраны окружающей среды, диагностики и новых методов лечения.
Германия интенсивно занимается полупроводниковыми нанотехнологиями. В России
определено 10 приоритетных направлений, которые, в первую очередь, связаны с
полупроводниковыми технологиями, биотехнологиями, частично информационными
технологиями и технологиями пищевой промышленности. Приобретают все больший
размах инициативы в сфере современной нанотехнологии и огромных финансовых
вливаний и в других странах, что свидетельствует о сдвиге от фундаментальных исследований нанотехнологии к прикладным.
Нанотехнологии внедряются в жизнь. Пищевая промышленность - один из секторов экономики, использующий нанотехнологию. Особенно это важно при решении
важнейшей продовольственной проблемы в мире. Подсчитано, что темпы производства
продукции сельского хозяйства будут в дальнейшем все более отставать от темпов роста
населения. Сейчас уже дефицит продуктов в мире превышает более 60 млн. т. Но
особенно остро стоит проблема недостаточного потребления белка, витаминов и других
минорных компонентов пищи, немаловажной проблемой является и использование в
технологии пищевых продуктов синтетических продуктов и других добавок, имеющих
гигиеническую и генетическую опасность для потребителя.
Нанопища - это еда, для образования которой использовались нанотехнологии.
Например, при обработке растений или содержании скота, или в создании упаковки. Такая
пища содержит видоизмененные молекулы, которые наделяют продукты питания
необычными для них свойствами: они могут светиться в темноте или быть необычного
цвета. Что касается пользы, то здесь она является главным аргументом "за". Дело в том,
что нанотехнологии в создании пищи улучшают ее питательные свойства и делают более
качественной. Такое производство продуктов идеально подходит развивающимся
странам, так как является относительно недорогим. Развитые страны тоже стремятся
заполучить столь полезный и ценный продукт, потому что привыкли следить за своим
здоровьем, а развитие нанотехнологии может наделить пищу большим количеством витаминов и снизить содержание в ней вредных веществ.
В настоящее время на рынках отдельных государств представлены лишь отдельные
достижения нанотехнологии пищевой промышленности в виде незагрязняющих тканей,
упаковок, позволяющих дольше сохранить свежими продукты питания, ультрафильтрации, широко используемой за рубежом для управления ароматом, цветом и другими
свойствами пищевых продуктов. В США этот процесс используют с начала 90-х годов
прошлого столетия. Например, с помощью ультрафильтрации можно отфильтровать
бактерии молока. Такая стерилизация продлевает срок годности молока в 1,5 раза.
Большие перспективы ожидают наномембраносепарацию в защите окружающей среды.
Наноструктурные материалы открыли новые перспективы для грунтовых вод, в том числе
в плане очищения от тяжелых металлов.
Анализ отечественных и зарубежных публикаций и патентов показал, что в настоящее время проводятся интенсивные исследования в области пищевых нанотехнологии
по следующим направлениям:
- теоретические и экспериментальные исследования способов получения
наноматериалов;
- разработка технологии производства исходных элементов нанотехнологии:
наночастиц, нанонитей, нанокапсул и др.;
- исследования по формированию наноструктур и нанокомпозиций с заданными
свойствами;
- разработка производства из нанокомпозиций пищевых продуктов заданного
состава с необходимыми органолептическими показателями;
- обеспечение и методы оценки безопасности готовых пищевых продуктов, изготовленных по нанотехнологиям;
- разработка новых упаковочных материалов, обеспечивающих высокую сохранность и безопасность готового продукта.
Каждый аспект пищевых нанотехнологии требует проведения большого объема
фундаментальных научных исследований, так как это совершенно новое научное
направление, требующее в последующем конкретной медико-биологической оценки.
Нанотехнология полностью применима в производстве новых нанодисперсных и
наноструктурированных материалов, а также в биотехнологии. Одно из самых
многообещающих направлений в разработке упаковочных материалов - использование
нанотехнологии для создания антибактериального упаковочного материала, способного
адсорбировать кислород, распознавать на продуктах возбудителей опасных заболеваний
(к примеру, сальмонеллу или кишечную палочку) и предупреждать потребителей об
испорченных товарах.
Схожие технологии внедряются по заказу правительства США как средство
распознавания возможных террористических атак путем отравления продуктов питания. В
то же время голландские ученые разработали упаковочный материал, который может не
только распознавать признаки порчи продукта, но и выделять специальные консерванты
для продления срока годности товара. Использование глиняного нанокомпозитного
материала, применяемого при производстве пластиковых бутылок, увеличивает срок
хранения пива и придет бутылкам большую прочность. Специалисты компании
KraftFoods разработали проект по созданию интерактивного напитка. Покупая абсолютно
одинаковые напитки, потребители, управляя наночастицами, смогут менять их вкус, цвет
и аромат соответственно своим предпочтениям.
Однако существуют различные мнения о внедрении нанотехнологии в пищевую
отрасль. Так, А.Щевелева (директор по развитию ЗАО "Балтийский берег", СанктПетербург) отмечает, что "говорить о внедрении нанотехнологии в пищевой отрасли
слишком рано. Безусловно, отрасль заинтересована в применении высокотехнологичных
приемов при производстве продуктов питания, и мы всегда стремимся их внедрять, но
сегодня процент предложения из области нанотехнологии равен нулю".
"Для производства продуктов питания лучше использовать традиционные
технологии и продукты, привычные для организма, но безусловно, если употребление
нанотехнологии будет апробировано, протестировано, утверждено и доказано на всех
уровнях, то почему бы их не использовать?" - уверен А.Черных, коммерческий директор
ООО "Конди".
"Нанотехнологически видоизмененные продукты позволяют улучшить здоровье
людей", - убежден химик из Еврейского университета в Иерусалиме НисимГарти,
предложивший "упаковывать" в наноконтейнеры витамины и пищевые кислоты, объясняя
это тем, что капсулы 10-100 нанометров лучше растворяются. Это ноу-хау, предложенное
предприятию Nutralease, позволяет усилить аромат кофе. Немецкая компания предлагает
еду и напитки с добавлением антиоксидантов, изготовленных с помощью нанотехнологии.
Технология позволяет создавать и водорастворимые, и жирорастворимые компоненты и
применяется в энергетических напитках и мороженом. Компания из Австралии добавляет
нанокапсулы с омега-3 жирными кислотами в белый хлеб.
Можно привести еще множество примеров, но главное - как и любая новая
пищевая технология, нанотехнология приносит новое, требующее научного обоснования и
доказательства безопасности.
Свою роль в развитие нанотехнологии вносит и Казахстан, где с 2003 года исследования в области нанотехнологии являются одними из приоритетных направлений
программы фундаментальных исследований. В стране имеются научные коллективы,
выполняющие подобные исследования и имеющие разработки в данной области.
С 1987 г. нами используется термин "сверхизмельчение", что подразумевает
сверхкритическое микро- или наноизмельчение, механоактивацию, механосинтез материалов,
их
сочетание
в
зависимости
от
постановки
задачи.
Основы
нанотехнологиисверхизмельчения материалов были созданы А.А. Башкирцевым в 1986 г.,
а в 1995 г. нанотехнологиясверхизмельчения, уникальные мельницы, механоактиваторы и
продукция в виде нанодисперсных и наноструктурных порошков были представлены
Президенту РК Н.А.Назарбаеву, который проявил большой интерес, одобрил результаты
многолетней работы и дал соответствующие поручения по развитию инновационной
нанотехнологиисверхизмельчения материалов, как соответствующей высшему мировому
уровню. Дальнейшая деятельность к.т.н. Башкирцева и его лаборатории NSB прослеживается по выполнению спецзаказа для Казатомпрома по помолу кремния технического (2004
г.). В 2005 г. впервые в мире получена ультракристаллическая целлюлоза (УКЦ) с длиной
волокон менее 2 мкм, в 2007 г. впервые в СНГ освоен выпуск инновационных
наноструктурированных продуктов "НаноТалкан" - "живые" продукты-синергетики. В
2007 г. впервые в СНГ освоен выпуск инновационных наноструктурных строительных
материалов "Цемянка". После ознакомления с достигнутыми результатами Президент
Н.А.Назарбаев дал поручение продолжить работу. В 2008 г. по итогам ежегодного
Республиканского конкурса "Шапагат" Патент РК №18836 (NSB: Нанотехнологиясверхизмельчения Башкирцева) победил в номинации "Изобретение года".
На сегодняшний день это позволило Казахстану занять достойное место среди
индустриально развитых стран по производству инновационной продукции, и это не
только нанопорошки и пасты оксидов металлов, полупроводниковая керамика,
танталовые и ниобиевые конденсаторные порошки высокой удельной емкости, магнитные
порошки, порошки тугоплавких металлов и керамики для повышения качества
металлургического литья, но и наноструктурированная мука из злаковых культур с
антиоксидантными и лечебно-профилактическими свойствами, мощные БАДы на основе
нанобиоматериалов.
24-25 июня 2008 г. в Казахстане (г. Усть-Каменогорск) на базе Восточно-Казахстанского государственного технического университета им. Д.Серикбаева прошла
замечательная по своим масштабам и организации I Международная КазахстанскоРоссийско-Японская научная конференция и VI Российско-Японский семинар "
Перспективные технологии, оборудование и аналитические системы для материаловедения и наноматериалов" (МИСиС - InteractiveCorp ВКТУ), в работе которой приняли
участие 470 человек - представители Государственной думы России и Мажилиса
Парламента Республики Казахстан, МОН РК, акимата и маслихата ВКО, вузов, научноисследовательских институтов, институтов развития коммерческих и консалтинговых
фирм, промышленных предприятий Казахстана, России, Японии, Германии, Великобритании, Израиля, Кыргызстана. В процессе работы Конференции был рассмотрен
широкий круг вопросов, касающихся наноматериалов и нанотехнологии, исследовательского и промышленного оборудования для нанотехнологии и электронной
микроскопии, инноваций в образовании и науке. Ведущие японские компании JeolLtd,
UlvacJnc, SeriTechnotronCorporation ознакомили участников конференции со своей
деятельностью, продемонстрировали производимое ими оборудование и методикой работы на нем. На выставке "Наноиндустрия: оборудование - технологии - продукция" были
представлены инновации, научно-технические разработки и предложения к совместному
сотрудничеству 16 организаций Республики Казахстан и Российской Федерации. В ходе
проведения мастер-класса работы на просвечивающем электронном микроскопе JE М2100 и растровом электронном микроскопе JSM-6390 LV с системой энергодисперсного
микроанализа JNCAEnergu, рентгеновском дифрактометре X-PetPro, масспектрометре с
индуктивно-связанной плазмой JCP MS Agilent 7500 СХ участники конференции смогли
непосредственно ознакомиться с работой научного оборудования, получить консультации
от специалистов фирм-производителей, исследовать свои представленные образцы.
Проведенная международная конференция при сотрудничестве трех стран Казахстана,
Японии и России является важным событием для дальнейшего развития высокотехнологичных направлений науки и техники. А представленные достижения в области
материаловедения и наноматериалов занимают важное место в сфере научных
исследований многих стран по всем направлениям и в ближайшем будущем будут
определять темп развития стран, национальную, продовольственную безопасность и
уровень жизни.
Существенные шаги сделаны при финансовой поддержке МОН РК в создании и
организации в ряде вузов Казахстана в 2007 г. лабораторий инженерного профиля, в том
числе и в Таразском государственном университете им. М.Х. Дулати, где создана научная
лаборатория "Наноинженерные методы исследований". В настоящее время завершаются
мероприятия по вводу в действие уникального импортного оборудования.
В университете под лабораторию выделена площадь около 1000 кв. м, проведены
ремонтно-строительные работы, приобретена лабораторная мебель и уникальное
оборудование: аналитический растровый электронный микроскоп ISM-7500 F в комплекте
с рентгеновским микроанализатором, комплексом пробоподготовок и установкой для
выращивания углеродных нанотрубок специальной структуры. В комплекс лаборатории
включены специализированные лаборатории по направлениям исследования,
интерактивный класс, конференц-зал. Планируется проведение исследований в области
нано и биотехнологии по пяти направлениям, в том числе в области пищевой промышленности, так как одной из основных проблем в современном мире является обеспечение
растущего мирового населения продуктами питания.
Требования материально-технического обеспечения и сложности в снабжении
пищей населения мира, в котором отдельные страны не способны производить продукты
питания в достаточном количестве, породили потребность в подходе, в большей степени
основанном на достижениях науки и техники.
Одним из главных направлений создания продуктов питания является сохранение и
приумножение природной пищевой ценности исходного сырья при их производстве, особенно лечебно-профилактических продуктов, пользующихся массовым спросом - хлеб,
крупяные, макаронные изделия, кисломолочные напитки и др., основой которых являются
зерновые, бобовые, масличные культуры, сырье животного, растительного и минерального происхождения.
Известно, что зерновые культуры включают по своей природе огромное количество химических элементов, жизненно необходимых для человека, но технологии переработки сырья сильно влияют на остаточное их количество в готовых изделиях, а
зачастую к полному исчезновению. Поэтому новые возможности нанотехнологии
позволят использовать свойства различных химических веществ анатомических частей
зерновых, бобовых и масличных культур на атомном и молекулярном уровнях для
разработки композитных наноструктурированных пищевых материалов для создания
продуктов нового поколения повышенной пищевой ценности и качества.
Получение наноструктурированных материалов из пищевого сырья растительного
и животного происхождения в виде нанобиоматериалов как пищевых добавок придаст
продуктам питания особые качества сбалансированность по химическому составу, надежность в хранении, гигиеническую и генетическую безопасность. Это направление является
актуальным, и первые эксперименты в мировой науке по их внедрению в пищевую
промышленность показали перспективность нового подхода.
Начало положено, но предстоит очень много поисков, исследований для получения
положительных результатов.