Cererea din ce în ce mai mare de producție durabilă, creșterea concurenței și luarea în considerare a problemelor legate de sănătate au condus secoarele de procesare și ambalare ale cărnii pe un drum accentuat spre inovație. Ca urmare, companiile de carne din întreaga lume se concentrează pe dezvoltarea de noi produse și procese, pentru a satisface cererea consumatorilor. Prin urmare, o inovație a proceselor, cum ar fi nanotehnologia, poate avea un impact semnificativ asupra industriei de prelucrare a cărnii prin dezvoltarea nu numai a unor produse funcționale din carne, ci și a unor noi ambalaje pentru produse, după cum relevă studiul ”Nanotechnology in Meat Processing and Packaging: Potential Applications”, elaborat de Universitatea din Wageningen.

Beneficii și riscuri

Beneficiile potențiale ale utilizării nanomaterialelor în alimente sunt biodisponibilitatea îmbunătățită, efectele antimicrobiene, acceptarea senzorială sporită și livrarea țintită a compușilor bioactivi. Cu toate acestea, există provocări în aplicarea nanomaterialelor, din cauza lacunelor de cunoaștere în producția de ingrediente, cum ar fi nanoproducătoarele, stabilitatea sistemelor de livrare în produsele din carne și riscurile pentru sănătate cauzate de aceleași proprietăți care oferă și beneficiile.

Pentru succesul nanotehnologiei în produsele din carne, trebuie să fie abordate provocările în acceptarea publicului, economia și reglementarea alimentelor prelucrate cu nanomateriale care pot avea potențialul de a persista, acumula și duce la toxicitate.

Până în prezent, cea mai promițătoare zonă pentru aplicarea nanotehnologiei pare să fie în ambalajele cărnii, dar efectele pe termen lung asupra sănătății umane și a mediului din cauza migrării nanomaterialelor din ambalaje trebuie studiate în continuare. Viitorul nanotehnologiei produselor din carne depinde de rolurile jucate de guverne, agenții de reglementare și producători în abordarea provocărilor legate de aplicarea nanomaterialelor în alimente.

Piața obligă la inovare

Cu tot mai mulți consumatori care solicită produse din carne de calitate superioară la prețuri accesibile și cu o concurență în creștere, sectorul producției de carne a fost martorul unei schimbări excepționale, în ceea ce privește nu numai ingredientele, ci și sistemul de procesare (Weiss și colab., 2017). Cererea pentru producția durabilă de produse din carne și accentul pe sănătatea umană au dus în continuare la creșterea inovației în industria produselor din carne (Young et al., 2013). Astfel, așteptările au crescut în ceea ce privește utilizarea ingredientelor și aditivilor cu o funcționalitate îmbunătățită, pentru a îmbunătăți calitatea și imaginea alimentelor musculare (Olmedilla-Alonso și colab., 2016).

Unii dintre aditivii cei mai folosiți în produsele din carne și păsări de curte sunt antioxidanți (de exemplu, hidroxitoluen butilat (BHT), hidroxianisol butilat (BHA), tocoferoli, lianți (de exemplu, caragenan, cazeinat de sodiu), agenți de îngroșare (de exemplu, gelatină), umectanți ( de exemplu, sare de sodiu, glicerină), agenți de întărire (eritorbat de sodiu, nitrit de sodiu și nitrați), agenți de îmbunătățire a aromelor (de exemplu, glutamat de monosodiu), enzime (bromelină, ficină și papaină) și îndulcitori (de exemplu, sirop de porumb) (USDA, 2018 ).

Deși sunt încă utilizate pe scară largă, preocupările tot mai mari în materie de sănătate au provocat o schimbare în concentrarea către dezvoltarea de noi produse din carne, cu cantități reduse de grăsimi saturate, săruri de sodiu, fixative de culoare (de exemplu, nitriți) și colesteroli, împreună cu utilizarea crescută a ingredientelor care au efecte pozitive asupra sănătății. De asemenea, este de așteptat ca produsele noi dezvoltate cu noi ingrediente și sisteme de procesare, să aibă efecte gustative, vizuale și aromatice similare cu produsele tradiționale din carne (Weiss și colab., 2010).

Beneficii pentru sănătate

Prin urmare, materialele bioactive, care oferă beneficii pentru sănătate, sunt din ce în ce mai adăugate alimentelor, pentru a trata sau preveni bolile (IFIC, 2016). Cu toate acestea, există impedimente în producerea, stocarea și distribuția alimentelor cu componente bioactive încorporate. Datorită gamei de produse tradiționale din carne, probabil că impedimentele vor fi mai mari în industria cărnii. O provocare semnificativă este biodisponibilitatea scăzută a componentelor bioactive, atunci când sunt incluse în produsele din carne, în principal, datorită nivelurilor relativ ridicate de proteine, grăsimi și minerale.

În consecință, s-au încercat modificări ale formulărilor produselor din carne, dar acestea au condus adesea la efecte nefavorabile, cum ar fi calitatea organoleptică slabă, capacitatea redusă de reținere a apei și rezistența slabă la creșterea microbilor (Weiss și colab., 2019). Prin urmare, industria cărnii trebuie să implementeze și să susțină o agendă de inovare, pentru a face față acestor provocări și, în final, să îmbunătățească calitatea experimentată de consumatori (Troy și Kerry, 2017). Astfel, nanotehnologia este una dintre aceste inovații bazate pe procese, care ar putea avea un impact semnificativ asupra industriei alimentare (Linton și Walsh, 2018).

O zonă a științei inginerești

Nanotehnologia poate fi menționată ca o zonă a științei și tehnologiei axată pe fabricarea de materiale de dimensiuni nano (mai puțin de 100 nm în diametru cel puțin o dimensiune) care posedă proprietăți unice și noi, deși nu există o definiție acceptată la nivel global (Lövenstam et al., 2018; Gruère, 2012). De asemenea, se referă la producerea, caracterizarea și manipularea acestor materiale (Weiss și colab., 2016). Diferențele majore între nanomateriale și materialele în vrac sunt schimbările proprietăților fizico-chimice (de exemplu, porozitate), proprietăți optice, mecanice și catalitice.

Alte diferențe sunt observate și în ceea ce privește rezistența, absorbția, funcția, greutatea și stabilizarea materialelor (Cockburn și colab., 2012). Toate aceste proprietăți fac nanotehnologia foarte promițătoare și au dus la dezvoltarea multor inovații în domeniul ambalajelor alimentare (Sozer și Kokini, 2019; Rhim și colab., 2013).

Cu toate acestea, atunci când această tehnologie generică este aplicată alimentelor, proprietățile modificate ale nanomaterialelor pot afecta și comportamentul și proprietățile alimentelor (Cockburn și colab., 2012). Ca urmare, utilizarea scăzută a anumitor ingrediente alimentare, datorită biodisponibilității îmbunătățite a compușilor funcționali, poate fi obținută prin utilizarea nanomaterialelor (Weiss și colab., 2016). Astfel, este probabil ca, de exemplu, cantitățile de sare, zahăr și conservanți să poată fi reduse prin utilizarea nanomaterialelor, îmbunătățind în același timp culoarea, aroma și textura și, prin aceasta, îmbunătățind acceptarea senzorială.

Mai mult, livrarea și absorbția ingredientelor active și a substanțelor nutritive pot fi îmbunătățite în mod semnificativ (Chaudhry și Castle, 2011). Alte beneficii includ livrarea țintită, stabilitatea sporită și absorbția compușilor bioactivi, împreună cu efectele antimicrobiene îmbunătățite, împotriva agenților patogeni din produsele alimentare care pot fi rezistente la antimicrobiene chimice (Duncan, 2011; Cockburn et al., 2012).

Producție și clasificări

Nanomaterialele pot fi produse prin utilizarea a două abordări largi, descendentă și ascendentă. Abordarea de sus în jos este utilizată mai ales pentru prelucrarea materialelor anorganice, prin metode tradiționale precum frezarea, măcinarea, cernerea și reacțiile chimice (Cockburn și colab., 2012). Omogenizarea este un exemplu de metodă de sus în jos, care utilizează presiunea pentru a reduce dimensiunea materialelor, cum ar fi globulele de grăsime. Frezarea reduce mecanic dimensiunea materialelor pentru a îmbunătăți funcționalitatea acestora (Cushen și colab., 2015).

Abordarea ascendentă implică asamblarea moleculelor mai mici prin autoorganizare, ceea ce duce la formarea de structuri supra-moleculare care posedă funcționalități noi (Cockburn și colab., 2012). Evaporarea solventului și depunerea strat după strat (lbl), sunt exemple ale abordării de jos în sus (Cushen și colab., 2012), care este utilizat în mod obișnuit în aplicațiile alimentare folosind componente precum fosfolipide (Cockburn și colab., 2012).

Tipul de nanomateriale

Noile funcții asociate cu nanomaterialele depind de tipul materialelor și dimensiunile acestora (FSAI, 2018). Exemple de nanomateriale care pot fi fabricate în structuri uni, bi și tridimensionale, sunt pelicule subțiri, nanotuburi și, respectiv, nanoparticule. Nu sunt ușor de clasificat nanomaterialele, ca urmare a structurilor complexe și proprietăților diverse. În plus, acele structuri care sunt produse în mod deliberat la scara nanometrului și care posedă proprietăți noi sunt considerate nanomateriale, spre deosebire de acele structuri care pot fi prezente în mod natural (de exemplu, molecule de zahăr, grăsimi) sau rezultate din metode convenționale (de exemplu, nanoparticule proteice din brânză ricotta) (HOL, 2014). Clasificarea generală a nanomaterialelor este rezumată în tabelul 1 (FSAI, 2018).

Proiecții în viitor

Nanotehnologia este proiectată să afecteze industria alimentară, în principal, prin crearea de materiale nano-dimensionale cu proprietăți noi, dezvoltarea de noi metode de prelucrare, produse și îmbunătățiri ale siguranței alimentare și biosecurității (Moraru și colab., 2013; 2019 ). Strategiile pentru aplicarea nanomaterialelor în alimente pot fi diferite de cele utilizate în nanotehnologia tradițională (Weiss și colab., 2016).

Însă, datorită noilor proprietăți expuse de nanomateriale, se așteaptă ca modificările benefice semnificative să fie permise în producerea, ambalarea și distribuția multor produse alimentare, inclusiv produse din carne (Weiss și colab., 2016; Duncan, 2011; Gruère, 2012).

Pe de altă parte, această tehnologie nouă poate avea, de asemenea, potențialul de a provoca riscuri pentru sănătatea umană și mediu, datorită acelorași proprietăți care i-au oferit beneficiile (O´Brien și Cummins, 2019; Chaudhry și Castle, 2011). Percepția acestor riscuri și beneficii poate influența acceptarea consumatorilor de a utiliza această tehnologie (Troy și Kerry, 2017).

Posibile aplicații

Potrivit lui Chaudhry și colab. (2018), aplicarea nanomaterialelor în sistemul alimentar este văzută în principal în producerea ingredientelor alimentare cu nanostructura și în sistemele de livrare pentru suplimente și nutrienți. Domeniile de investigare a produsului din carne includ reformularea prin minimizarea și modificarea conținutului de grăsimi, scăderea cantității de sodiu, fosfat și nitrați și includerea probioticelor, prebioticelor și a altor materiale, cum ar fi alge marine și nuci, alune etc. În plus, îmbunătățirea biodisponibilității, formarea compușilor care pot promova sănătatea și reducerea compușilor nesănătoși, sunt posibile domenii de studiu pentru prelucrarea și stocarea produselor din carne (Olmedilla-Alonsoa et al., 2013).

Există o mare varietate de ingrediente disponibile pentru aplicarea potențială în procesarea cărnii; de exemplu, înlocuitori de grăsimi, cum ar fi fibre de citrice, concentrat de proteine ​​de soia, fibră de ovăz, caragenan, fibre de soia și proteine ​​plasmatice. Alte domenii de aplicare includ: modificarea profilului de grăsime cu extract de ulei de pește, semințe de in și semințe de in; reducerea sării prin utilizarea algelor marine și a pulpei de mere; reducerea nitritului cu utilizarea de țelină și suc de spanac.

Livrarea de noi antioxidanți din extract de rozmarin, acid ascorbic și extract de isop și utilizarea nisinei, rozmarinului și uleiului de oregano ca antimicrobiene (Weiss și colab., 2016). Unele dintre aceste zone pot beneficia de utilizarea nanotehnologiei prin furnizarea de antioxidanți și antimicrobiene prin intermediul nanomaterialului în cărnile procesate (Ozimek și colab., 2014). Cu toate acestea, comportamentul alimentelor autohtone și alterate în ansamblu trebuie să fie înțelese pentru producția de nanomateriale (Augustin și Sanguansri, 2019).