A nanoszerkezetű anyagok iránti kereslet világszerte ugrásszerűen megnövekedett az elmúlt időszakban, amely az elektronikai és energetikai innovációk, valamint a személyre szabott orvoslás fejlesztése mellett az agráriumban is forradalmi változásokat ígér. Az emberi hajszál átmérőjénél akár ezerszer kisebb anyagok révén ugyanis fenntartható és költséghatékony módon javítható a talajok termékenysége és a tápanyagok felszívódása, növelhető a terméshozam és hatékonyabban kezelhetők a különféle növénybetegségek is. A technológia forradalmasíthatja az élelmiszeripart is, a speciális bevonatok és csomagolóanyagok révén ugyanis megelőzhető a kórokozók megtapadása, növelhető az ételek eltarthatósága és csökkenthető az élelmiszerpazarlás is.
Ezek a pozitív hatások azért is különösen fontosak, mert a prognózisok szerint a bolygó népessége 2037-re a 9 milliárdot, 2080-ra pedig a 10,4 milliárdot is elérheti, a növekvő szükségletek kielégítéséhez pedig elkerülhetetlen a mezőgazdasági termelés hatékonyságának jelentős növelése.
Mérföldkőhöz ért az emberiség: 8 milliárdan vagyunk a Földön
Egyre több nanoműtrágya kapható a piacon
A nanoanyagok alatt egész pontosan azokat az anyagokat értjük, amelyeknél a méret legalább egy dimenzióban 1-100 nanométer közé esik. Az ilyen mérettartományba eső nanorészecskék, nanocsövek és nanoszálak azért annyira előnyösek, mert apró méretükhöz nagy fajlagos felület társul, így egyedi fizikai és kémiai tulajdonságaik vannak, a biológiai rendszerekben pedig különleges módon viselkednek.
A növénytermesztésben alkalmazott nano-szilícium-dioxid például több kísérletben javította a magok csírázási potenciálját, az átlagos csírázási időt és a palántanövény növekedési paramétereit, sőt erősítette a gyökérzetet is. A kutatók egy másik teszt során hasonlóan pozitív eredményeket értek el szén nanocsövek használatával is, ahol a csírázási arány az árpa és a szója esetében 50 százalékkal, kukorica esetében pedig 90 százalékkal nőtt a kezelést követően.
Az ehhez hasonló nanoműtrágyákat egyébként természetes keményítőből készült nanokapszulákban is kijuttathatják a szükséges helyre, ami minden szempontból pozitív, hiszen a hordozó olyan biokompatibilis anyagból készül, ami sem az állatokra, sem az emberre nem fejt ki toxikus hatást. Emellett a nanokapszula a lebomlástól is véd, és időben elnyújtott, egyenletes tápanyagfelszabadulást eredményez. Ezekhez a kezelésekhez ráadásul lényegesen kevesebb tápanyagra van szükség, mint a normál műtrágyázás esetében, így az eljárás költséghatékony és fenntartható is.
Itt a megoldás a műtrágya helyett? Sokak szerint ez tényleg működik
Magedzés nanoanyagokkal
Nanoanyagok felhasználásával akár a termesztett növényfajták szárazsággal szembeni tűrőképességét is lehet fokozni. Hazánkban ezzel kísérletezik a Szegedi Tudományegyetemen működő MTA-SZTE Lendület Növényi Nanobiológia Kutatócsoport is, ahol többek között nanorészecskékkel dúsított plazmaaktivált vizet tesztelnek a kívánt cél elérésére.
Mivel a növények helyhez vannak kötve, eleve van egy védekezőképességük, amivel próbálnak megküzdeni a különféle stresszhatásokkal szemben. Szárazság esetén ilyen a gázcserenyílások bezárása, amivel a párologtatásukat csökkentik, de vannak antioxidánsaik is, amelyek az adott stressz hatása alatt aktiválódnak valamilyen mértékben. Ez azonban nem elég. Látjuk, hogy a szárazság mit tesz a növényeinkkel, szárazságtűrésüket tehát valahogyan fokozni kell. Erre lehet egy költséghatékony és zöld módszer a magedzés, melynek során nanorészecskékkel dúsított plazmaaktivált vízben áztatjuk a magokat. A kezelt magból kihajtó növény a várakozások szerint „emlékezni fog” erre az edzésre, így később, amikor környezeti stressz (jelen esetben szárazságstressz) éri, akkor az aktivált védelmi képességeinek hála hatékonyabban (gyorsabban és intenzívebben) képes majd reagálni a zavarásra
– hangsúlyozta Ördögné Kolbert Zsuzsanna egyetemi docens, a kutatócsoport vezetője.
A magedzési eljárás számos más célra is használható, így fontos segítséget jelenthet például a cinkhiányos talajokban való növénytermesztéshez is. Egy másik kísérletben ugyanis a szegedi kutatók a cinkhiányos talajokba szánt növények magjait áztatták egy nanocinkkel dúsított szuszpenzióban, majd a kezelt magokat visszaállították eredeti nedvességtartalmukra és ezt követően csíráztatták ki a növényt. Az előkezelés hatása rendkívül ígéretes, a nanocinkkel kezelt magból kifejlődő növények ugyanis később jobban bírták a cinkhiányos talajokat, és hasonló fejlődést mutattak, mint a normál talajokban növekvő társaik. Ha pedig a fő cél a csírázás serkentése, akkor a kutatók a növényi cellulóz égésekor keletkező karrikineket hívják segítségül a magedzéshez. Ezek az anyagok az erdőtüzeket követően a természetben is csírázásra sarkallják a növényeket, a szegedi kutatók hipotézise pedig az, hogy nano formában bekapszulázva az anyagok hatása még pozitívabb lehet.
Jöhetnek a programozható élelmiszerek?
Az élelmiszerek feldolgozása és csomagolása terén szintén egyre több nanotechnológiai innováció születik világszerte. Léteznek például olyan nanoemulziók, amelyek a tápanyagok jobb elérhetőségét és jobb felszívódását segítik elő, de kifejlesztettek olyan speciális bevonatokat is, amelyek révén csökkenthető az élelmiszereken a patogén baktériumok elszaporodása. A nanotechnológia jól jön a táplálékkiegészítők gyártásánál is, ahol az egyik legfőbb cél a tápanyagok jobb felszívódása és célzott szállítása. A probiotikumokban lévő hasznos mikroorganizmusok transzportját például olyan nanokapszulázási technológia segíti, amely ellenáll a gyomorsavnak.
És bár egyelőre meglehetősen futurisztikusnak tűnik, fejlesztenek már olyan nanokapszulákat is, amelyek aktiválásával az élelmiszer a kívánt színűre vagy ízűre szabályozható a fogyasztó igénye szerint. A nanotechnológia tehát utat nyitott a programozható élelmiszerek világába, amely a kívánt táplálkozási és érzékszervi jellemzőkkel rendelkező, kiváló minőségű ételek előállításával kecsegtet.
Az intelligens csomagolások már a spájzban vannak
Az élelmiszerek fogyasztásából eredő fertőzések és halálesetek egyre nagyobb terhet rónak az egészségügyre és a gazdaságra, amit az egyre ellenállóbb mikrobiális törzsek csak még inkább súlyosbítanak. A nanotechnológia azonban ezen a téren is aduászt jelent, a nanoanyagokkal készülő intelligens és aktív csomagolások ugyanis az eddig használt hagyományos megoldásoknál jóval hatékonyabban védik az ételeket.
A magasabb hatékonyságot jobb mechanikai szilárdságuk, erősebb zárótulajdonságaik vagy például antimikrobiális hatású, nanoezüst kompozit összetevőik révén érik el, melyek segítenek megakadályozni azt, hogy nem kívánatos mikroorganizmus, gáz, nedvesség vagy fény jusson a csomagolt élelmiszerre.
Élelmiszerbotrány: a szakértők sem gondolták volna, mi okozta a bajt
Ha pedig mégis megtörténik a baj, a speciális nanoszenzorok révén arról is tudni fogunk, ezek ugyanis a feldolgozóüzemekben dolgozóknak vagy a fogyasztónak valós időben képesek figyelmeztetést küldeni a környezeti feltételek változásáról, az élelmiszerek állapotáról vagy a kórokozók jelenlétéről, például valamilyen színváltozás révén. Ezek széleskörű elterjedésével lényegesen csökkennének az élelmiszerekhez kötődő betegségek és jelentősen csökkenhetne a szennyezett, romlott élelmiszerekből származó élelmiszerpazarlás is.
Fogyasztói aggályok
Bár ezek az innovációk nyilvánvaló előnyökkel járnak a mezőgazdaság, az egészségügy, a gazdaság és a fenntarthatóság szempontjából is, a nanotechnológia élelmiszeripari alkalmazását egyelőre jelentős félelem kíséri a fogyasztók részéről. Az Európai Unió 25 országában készült lakossági felmérés szerint például a válaszadók 70 százaléka nagyon aggasztónak vagy meglehetősen aggasztónak tartja az olyan új élelmiszeripari technológiák alkalmazását, mint a nanotechnológia, a klónozás vagy a génmanipuláció.
Való igaz, hogy az emberi egészséget vagy a környezetet érintő kockázatok valószínűsége és súlyossága az új anyag, módszer vagy eljárás megjelenésekor gyakran csak korlátozottan becsülhető előre, a tényleges hatásokra sokszor csak évekkel, évtizedekkel később derül fény. A helyzetet és az engedélyek kiadását pedig még tovább bonyolíthatja, ha a nóvum egyszerre ígér vonzó előnyöket és kockázatokat is.
Óriási veszélyt jelent egy szer, amit legálisan lehet használni az EU-ban
A nanoanyagokkal kapcsolatban például tudni lehet, hogy a 20 nanométernél nagyobb részecskéket a növények közvetlenül nem veszik fel, hanem csak a belőlük felszabaduló ionokat hasznosítják. Az viszont aggályos lehet, hogy a 20 nanométernél kisebb nanorészecskék már képesek bejutni a növényi sejtbe, azt azonban egyelőre nem tudjuk biztosan, hogy ezek átkerülhetnek-e az abból készülő takarmányokba vagy élelmiszerekbe.
Ennek kiderítéséhez nagy szükség van olyan megbízható analitikai módszerekre és eszközökre, amelyek a forgalomba kerülés előtt szigorú hatásvizsgálatot tesznek lehetővé. Ez ugyanis elengedhetetlen ahhoz, hogy az új termékek és eljárások felhasználása hosszú távon is biztonságos és ellenőrizhető legyen. És mivel minden nanoanyag speciális egyedi tulajdonságokkal rendelkezik, mindegyikük esetében külön meg kell vizsgálni, hogy használatuk, belégzésük, lenyelésük vagy bőrön keresztüli felszívódásuk jelent-e valamilyen egészségügyi vagy környezetvédelmi kockázatot.
