3611 marzo 2008GDOWEEK

Dossier

FRONTIERE

Nanotecnologiequali prospettive

nell’alimentare

FRONTIERE

Nanotecnologiequali prospettive

nell’alimentare

FRONTIERE

Nanotecnologiequali prospettive

nell’alimentare

di Gino Pagliuca e Ugo Stella

3711 marzo 2008GDOWEEK

GRAZIE ALLE NANOTECNOLOGIE CAMBIE-REMO CIÒ CHE MANGIAMO E MODO DIMANGIARE, DI CURARCI, DI PASSARE ILTEMPO LIBERO E DI VESTIRCI.

ILloyd’s per definizione assicura-no di tutto. Ma le loro belle pre-cauzioni se le prendono. Su In-

ternet è disponibile un corposo dos-sier sulle nanotecnologie dell’emer-ging risks team della compagnialondinese, che, dopo aver analizza-to le prospettive tecnologiche edeconomiche, consiglia senza tantigiri di parole di tenersene alla larga.Le compagnie di assicurazione fon-dano il loro business sul calcolo del-le probabilità che un “sinistro” av-venga: però è necessario che ilcomputo sia fattibile. Un calcolo cheprima o poi bisognerà pur fare, datoche la frontiera dell’infinitamentepiccolo è destinata a irrompere nel-la nostra vita quotidiana.Anzi, in parte ci è già arrivata, da-to che il database di nano-project.org censisce già 580 appli-cazioni, nella tecnologia, nellamedicina, nel tessile, nell’industriameccanica ed elettronica. E incampo alimentare? Spiega il pro-fessor Saverio Mannino, diretto-re del dipartimento tecnologie ali-mentari del Distam di Milano: “Sene parla molto, nel mondo si cal-cola che siano circa 400 le azien-de che stanno testando prodotti otecnologie con nanoparticelle le-gate all’alimentare, ma in realtà seci riferiamo al cibo in senso strettoc’è ancora poco e anche in campoaccademico, oltre al Distam, sonopochi gli istituti universitari che sene occupano con continuità. Incampo industriale, le applicazionipiù interessanti sono quelle svi-luppate sull’imballaggio, con sen-sori che, ad esempio, cambiandodi colore possono segnalare lafreschezza di un prodotto o il ri-spetto delle condizioni di tempera-tura necessaria alla sua conserva-zione. Altre applicazioni su cui si

sta lavorando sono i sistemi intel-ligenti per il trasporto nel corpo e ilrilascio controllato di nutrienti.”

● IL DISTAM, LA R&S A MILANOAnche il Distam è impegnato nelcampo della sensoristica. L’equi-pe del professor Saverio Manninoha realizzato un sistema basatosu nanofilamenti di nickel in gradodi valutare il contenuto di glucosioo di metanolo in un alimento. E neha realizzato un altro che, sfrut-tando le proprietà ottiche di nano-particelle d’oro, è in grado di valu-tare il potere antiossidante dei cibie anche, ad esempio, il grado diastringenza (la fastidiosa sensa-zione di secchezza delle fauci) divino e caffè. Gli sviluppi a cui oggi sta lavoran-do sono soprattutto l’incapsulazio-ne mediante elettrospinning di en-zimi, con applicazioni possibili, adesempio, sempre nel campo degliimballaggi “intelligenti”. Sullo svi-luppo in generale delle nanotecno-logie nell’alimentare giocano un lo-ro ruolo anche i timori della pubbli-ca opinione. “Vero -conclude ilprofessor Mannino-, ma bisogne-rebbe anche sapere che le nano-particelle esistono in natura: ci so-no nella farina, anche se poi si ri-compongono”. Vediamo dunque dicapire meglio il termine.

● CHE COSA È LA NANOTECNOLOGIA

Per capire le nanotecnologie, ilprimo aspetto da considerare èragionare in termini di ordine digrandezza degli oggetti con cui siha a che fare. Nanotecnologie èuna parola composta in cui il pre-fisso “nano” deriva dall’unità di mi-sura, nanometro, che si impiegain questo ambito e che a sua vol-

1 Saverio Mannino

Il prof. Saverio Mannino, docen-te di Analisi Chimiche dei Pro-dotti Alimentari della Facoltà diAgraria dell'Università di Milano,svolge la propria attività di ricer-ca presso il Distam ed è mem-bro dell'Associazione Italiana diTecnologie Alimentari e dell’A-merican Chemical Society. Il Di-stam, costituito nel 1985 pressola Facoltà di Agraria, rappresen-ta il maggior centro di ricercapubblico italiano specializzatonei settori alimentare e microbio-logico.

1

� segue a pag. 38

3811 marzo 2008GDOWEEK

Dossier

ta deriva dal sistema fisico di rife-rimento dimensionale utilizzatonella fisica classica di Newton: ilsistema MKS, ovvero Metro (unitàdi lunghezza), Kilogrammo (unitàdi peso) e Secondo (unità di tem-po). Le unità di misura tipicamen-te utilizzate per descrivere il pianodella realtà umana di tutti i giorni,all’interno di una scala dimensio-nale che, come sappiamo, va dal-la fisica dei quanti a quella astro-nomica.

● LA SCALA DIMENSIONALEDISCRIMINANTE FISICA

Con l’avanzare della ricerca versoil sempre più piccolo e il semprepiù grande, si stabilì la convenzio-ne di attribuire alla dimensione“un milione di volte più piccola” ilprefisso “micro”, mentre alla di-mensione “un miliardo di volte piùpiccola” si assegnasse il prefisso“nano”, che quindi partendo dall’u-nità di misura metro, diventa ap-punto nanometro. Ciò chiarito, unaltro aspetto fondamentale cheoccorre capire è che nel discorso

sulle nanotecnologie e, sulla fisicain generale, la scala dimensionalefa la differenza. Non a caso le pro-prietà che caratterizzano le so-stanze e le loro applicazioni a li-vello macro, cioè della vita di tuttii giorni, sono ben diverse da quel-le a livello nano.

● PROPRIETÀ DEI NANOMATERIALI

Le proprietà su cui si basano leapplicazioni delle nanotecnologiesono spesso di tipo elettromagne-tico e un punto chiave per il livellodei risultati in ambito elettroma-gnetico è la “quantità” di superficiedisponibile. Per meglio capire,prendiamo una sostanza chimicae con essa cerchiamo di farne unfoglio spesso un millimetro. Pas-siamo poi in laboratorio e cerchia-mo ora di fare con la stessa so-stanza un foglio spesso un nano-metro. Avremo due alternative: aparità di quantità di materiale, po-tremo realizzare una superficie unmilione di volte più grande, oppu-re a parità di superficie utilizzere-

mo una quantità di materiale unmilione di volte più piccola. In en-trambi i casi risulta evidente il ri-sparmio in termini di “materia” (equindi di scarti/rifiuti industriali),così come è evidente l’aumento dirisparmio energetico nei processiproduttivi: meno materia, menoenergia per trattarla. La nanotec-nologia ha dunque fra i suoi van-taggi la possibilità di ridurre l’im-patto dell’industria sull’ambienteanche perché una buona partedelle applicazioni riguarda l’imbal-lo, che è fra i più pesanti fattori diinquinamento da rifiuti.Non solo, occorre anche conside-rare che le nanoparticelle di unadata sostanza possono avere pro-prietà insospettate rispetto allastessa sostanza presa a dimen-sioni macro. Ecco perché c’è cosìtanto interesse sulla ricerca appli-cata: si intuiscono potenzialità enon se ne vedono i limiti. Da que-sto deriva anche che il procederedella ricerca applicata, che ha unampio spettro di applicazioni po-tenziali sul piano macro, deve pri-

Sono circa 580 le applicazionicensite a fine 2007. La metà sonoriconducibili all’ambito della medi-cina e del benessere

LA PERCEZIONE DEL CONSUMATORE SULLE NANOPARTICELLE

Percezione di beneficioSettore di applicazione

Ritenuto non invasivo per il corpo

Accettazione di unabassa esposizione

ChimicaMedicina

CosmeticaElettronicaAlimentare

L’EUROPA CREDE ALLE NANOTECNOLOGIE

LE APPLICAZIONI COMMERCIALI

Accordo quadro

Fp4Fp4Fp4Fp4

Investimento

120 milioni di euro280 milioni di euro

1.300 milioni di euro3.400 milioni di euro

Salute e fitnessCasa e giardinoCibo e bevande

Elettronica e computerApplicazioni trasversali

AutomobileUtensiliGiochi

NOSISISI

Dipende

DipendeSì per scelta

DipendeSI

NO

Non sa (f. m.)SI (m.) Non sa (f.)

Sì per scelta (m.) Non sa (f.)SI (f.m.)

NO (f.m.)

Fonte: Commissione europea Fonte: Project on emerging nanotechnologies

Fonte: Studio olandese citato dalla dottoressa Sabina Hoekstra-van den Bosch - M=maschi F=femmine

�segue da pag. 37

Doppia elica del Dna

2nanometri di diametro

140 210 280 350

3911 marzo 2008GDOWEEK

ma fare i conti con l’avanzamentodelle conoscenze sulle relazionifra le caratteristiche chimiche, fisi-che e biologiche dei due livelli.

● I NANOMATERIALI NEL FOODNella produzione di alimenti è ov-viamente fondamentale la compo-nente prodotta dalla natura. In tut-ti i cibi e bevande ci sono sostan-ze provenienti dal regno minerale,vegetale e animale che sono e sa-ranno fondamentali per il risultatofinale del cibo prodotto. Le nano-tecnologie non sostituiscono ilprodotto della natura, ma vengonoaggiunte per migliorarlo nelle sueperformance come durata, aspet-to, colore, profumo che si posso-no ricondurre a due ambiti tipicidelle tecnologie alimentari: produ-zione e conservazione. Al primoambito sono riconducibili applica-zioni come: sensori di processo,controllori microbiologici, proget-tazioni di componenti (aromi, an-tiossidanti, sostanze funzionali) etrasporto di sostanze per favoriredeterminati processi di trasforma-

zione. Al secondo, invece, appar-tengono le applicazioni sia sullasuperficie del cibo sia all’internodel pack per impedirne l’ossida-zione oppure la degenerazione inseguito alla luce e all’umidità.

● APPLICAZIONI PROMETTENTIIn termini più tecnici, per realizza-re sensori si impiegano molecolebiologiche, zuccheri o proteine, inqualità di “target-recognitiongroup”. Si tratta di biosensori chepossono servire come rilevatori difattori patogeni, di contaminanti ocome strumenti atti a monitorare iprodotti in via di lavorazione o sta-gionatura. Viceversa nel realizza-re vitamine, antimicrobici, antios-sidanti, aromatizzanti e conser-vanti lo scopo è di migliorare il li-vello funzionale degli ingredienti,senza eccedere nella loro concen-trazione. Del resto gli ingredientifunzionali si presentano in varieforme molecolari e fisiche (stato,pressione, temperatura) e poichésono raramente usati nella loroforma più pura, sono di solito par-

te di un sistema di trasformazioneche prevede di “trasportare” undato ingrediente o di controllare ilrilascio di una particolare sostan-za entro specifiche condizioni am-bientali. Nanostrutture colloidi, na-noemulsioni e nanoparticelle bio-polimeriche sono il meccanismoideale per il rilascio controllato diingredienti funzionali. È così cheun prodotto alimentare si evolveentro limiti ben precisi con un ri-sultato finale molto più stabile.

● NANOLAMINE: NON SOLO PACK

Per il secondo tipo di ambito ap-plicativo, la conservazione, lastruttura più efficace è la nanola-mina che poi si traduce in un filmche può essere edibile o no. Nelprimo caso, lo si può applicare di-rettamente su frutta, verdura, car-ne, cioccolato, prodotti da forno,patatine fritte ecc. e può agire siacome protezione sia come miglio-ramento dell’aspetto dei cibi. I na-nolaminati sono fatti di polisacca-ridi, proteine e lipidi con caratteri-

LE APPLICAZIONI FOOD DELLE NANOPARTICELLE

� segue a pag. 40

Atomo

0,1nanometri

ColtivazioneMigliorare i semi

Migliorare i pesticidi

ProdottoPurificare l’acqua

Stabilizzare componenti insolubili come i grassi

Realizzare cibi del tutto nuovi pergusto e componenti salutistiche

ProcessoAlimentazione integrativa per atleti

Nutriceutica (ad esempio prodotti che migliorano la pelle)

PackagingLimitare l’impiego di componenti tossiche

Eliminare microorganismi dall’imballaggio

Dare indicazioni su tracciabilità e freschezza

Microchip

da100a 200nanometridi spessore

Altezze

1,8miliardi di nanometril’equivalente di un uomo di 1,80 m

4011 marzo 2008GDOWEEK

Dossier

stiche diverse, visto che polisac-caridi e proteine costituiscono unabuona barriera contro ossigeno eanidride carbonica, ma sono menoefficaci contro l’umidità; viceversai lipidi funzionano bene contro que-st’ultima, anche se hanno una limi-tata resistenza meccanica. Poichéil livello assorbente della superficiedipende dalle caratteristiche dell’a-limento come carica elettrostatica,occorre studiare le caratteristicheelettrostatiche della superficie del-l’alimento e della sostanza da as-sorbire per sviluppare la migliore ri-sposta. Anzi, nello stesso laminato,in più strati, possono coesisteredifferenti sostanze assorbenti confunzioni diverse e con vari agentifunzionali tipo antimicrobici, enzi-mi, aromi, coloranti. Se il nanola-minato funziona bene per il food, ildiscorso va in senso opposto pernanofibre e nanotubi, molto pre-senti in applicazioni non food.

● IL RISCHIO PER L’UOMOPosto che la nanotecnologia hauna funzione utile e positiva per

quanto riguarda la produzione, laconservazione e l’impatto ecologi-co, rimane comunque una doman-da da porsi in base al principio diprecauzione: quali particelle sonopericolose per l’essere umano? Ea quale livello di concentrazione? Il già citato rapporto del Lloyd’s diLondra si poneva ovviamentequeste domande circa i problemiassicurativi che potrebbero insor-gere usando la nanotecnologia daparte delle aziende. I problemi as-sicurativi sono in realtà un’eccel-lente cartina di tornasole del livel-lo di affidabilità di qualsiasi tecno-logia. La risposta fornita dall’auto-revole fonte era che al momentonon c’è risposta. Appurato infattiche sono molteplici i modi con cuiuna nanoparticella può entrare nelcorpo -inalazione, ingestione, as-sorbimento-, il punto è che alcu-ne, ma non si capisce per ora be-ne quali, vengono trattenute al-l’interno del corpo e si vanno adaccumulare in alcune zone parti-colari come il rene, il fegato e ilcervello. Particelle tanto più peri-

colose in quanto, è provatoscientificamente, il rischio dovutoall’accumulo nel corpo umano di-pende più dalla dimensione chedal tipo di sostanza. Lo provanotest fatti su topi mediante i qualisi è appurato che il rame introiet-tato in microparticelle non ha in-dotto problemi, mentre lo stessorame in nanoparticelle sì. Nel-l’ambito applicativo food, è quindicomprensibile che la comunitàscientifica, prima di procedere aun uso di massa, intenda mante-nere un atteggiamento di precau-zione, soprattutto nell’uso di me-talli. Non dimentichiamo, infine,che, al pari dell’Ogm, la linea ditendenza generale è di imporre inetichetta di citare la presenza dinanotecnologia.

�segue da pag. 39

IL GIUDIZIO DILa nanotecnologia sta muovendo i primi pas-si nell’ambito dei prodotti alimentari. Se ver-ranno superati in modo chiaro i dubbi circa ilrischio di accumulo nel corpo umano, le na-notecnologie potranno offrire sicuri vantaggiin termini di shelf life, estetica, aspetti olfattivi,impatto ambientale e convenienza.

<L’esempio, sul filo dellaprovocazione, gira incampo accademico. Sitratta di una base pizzacon nanoparticelle mi-croincapsulate che, conil variare della tempera-tura, cambiano radical-mente anche di gusto.Potremmo così avereuna pizza che messa inun microonde a 400W dipotenza assume il sapo-re della classica mar-gherita, a 800W delladiavola e a 1.200W dellacapricciosa. Si tratta diuno scenario auspicabi-le? Difficile pensare cheil consumatore italiano loaccetterebbe.

Foglio di carta

100.000nanometri di spessore

Capello

10.000nanometri di diametro

SOGNO O INCUBO:ARRIVEREMO ALLA PIZZA VIRTUALE?

1200wCapricciosa

800wDiavola

Fonte: Elaborazione GDOWEEK

400wMargherita