سیستم تولید مواد غذایی در مقیاس بزرگ در کشورهای صنعتی -و در کشورهایی که در حال صنعتی‌شدن هستند- مواد غذایی ارزان و قابل دسترس را فراهم کرده است. این امر با روند وابستگی فزاینده به مواد غذایی فرآوری‌شده برای جمعیت در حال رشد مرتبط است. وابستگی به مواد غذایی فرآوری‌شده یک ترکیب پیچیده‌ از فرهنگ، گرایش‌ها، فناوری و بازار است. با این حال امروزه مواد غذایی فرآوری‌شده بخش عمده‌ای از رژیم غذایی جوامع صنعتی را تشکیل می‌دهد. ثابت شده‌است که بسیاری از مواد غذایی فرآوری‌شده اغلب باعث کاهش میزان موادمغذی حیاتی شده‌اند. این کاهش یا در طی خود فرایند فرآوری صورت می‌گیرد و یا در نتیجه اثرات ثانویه گرایش ذائقه به سمت غذاهای فرآوری‌شده دارای نمک، چربی و قند بالا ایجاد می‌شود. دستیابی به مواد غذایی تازه یک نوع رویکرد است اما دسترسی به این مواد ممکن است برای بخش‌هایی ازجامعه با محدودیت همراه باشد. همانطور که در اوایل استفاده از مواد غذایی اورگانیک مشاهده شده، مسأله قیمت یک مسأله اساسی در این راستا است.

چالش موجود، دستیابی به راه حلی است که از یک سو موادمغذی ضروری برای سبک زندگی سالم را فراهم نموده و در عین حال یک منبع غذایی کافی و پایدار مهیا کند. کاهش چربی‌ها، قند، کلسترول و نمک یک عامل محرک است. عامل محرک دیگر، تهیه مواد مغذی ضروری –ویتامین‌ها، موادمعدنی و اسیدهای چرب- است. در حقیقت یک عامل محرک اضافی نیز در ارتباط با علاقه فزاینده به توسعه مواد غذایی عملگرا –فراسودمند- و غنی‌شده –غذاداروها (Nutraceuticals)- که می‌تواند با بیماری‌هایی مثل چاقی مفرط، بیماری‌های قلبی و انواع سرطان‌ها مبارزه کند وجود دارد.

عبارت زیست‌فراهمی به کسری از ماده که بطور فعال در داخل بدن موجود است، اشاره می‌کند. در مورد بیشتر داروهای خوراکی این عبارت بصورت کسری از مقدار دارو که به جریان خون وارد می‌شود تعریف شده است. از طرف دیگر دریافت یا جذب روده‌ای به کسری از مقدار داروکه از طریق دیواره روده جذب می‌شود اشاره دارد.

اگر چه هر دو تعریف مرتبط هستند، کل دارویی که از طریق روده جذب می‌شود ممکن است بدلیل فرآیندهای متعددی که در طی جذب موادمغذی صورت می‌گیرد زیست‌فراهم نباشد. برای طراحی سیستم انتقال موثر نانوذرات برای مواد مغذی، غذاداروها و ترکیبات فعال مرتبط، درک فرایند‌های بیولوژیکی که جذب و زیست تجزیه‌پذیری را تنظیم می‌کند ضروری است.

تعدادی از مواد مغذی وجود دارند که برای سلامتی، پیشگیری از بیماری و نیز کاهش اثرات بیماری‌ها، مهم تشخیص داده شده‌اند. نانوکپسوله‌کردن برای موادمغذی بکار می‌رود که به میزان خیلی کم در آب حل می‌شوند -انحلال در آب وسیله‌ای جهت عبور از سیستم هضم است-. از جمله این مواد می‌توان ویتامین‌ها، آنتی‌اکسیدان‌ها، کاروتن‌ها، اسید‌های چرب امگا 3، کوآنزیم Q10، کورکومین، پلی فنول‌های چای سبز و کوئرستین را نام برد.

• یک سیستم انتقال مواد مغذی باید قابلیت‌های زیر را داشته باشد:

• در برداشتن مقدار کافی ماده زیست‌فعال و حفظ آن در طول ذخیره، فرآوری و حمل و نقل؛

• جلوگیری از اکسایش یا سایر تجزیه‌های شیمیایی؛

• ترکیب آسان با مواد غذایی و نوشیدنی بدون تغییر در مزه، بافت یا ظاهر آنها؛

• تولید از موادی که عموماً ایمن شناخته‌شده و با فرایندهای تولید مطابقت دارد؛

• داشتن نسبت هزینه/سود مناسب؛ و

• بسته به ماده مغذی ترجیحاً دارای انتقال هدفمند و رهایش کنترل‌شده به‌طور مثال در بخش‌های خاصی از بدن باشد.

بهتر است تمام این ویژگی‌ها بدون داشتن اثرات نامطلوب بدست آید.

شکل1. نمایش شماتیک ساختار هسته-پوسته ذرات در نانوامولسیون‌ها

در مورد مکمل‌های مواد مغذی، فناوری نانو برای کاهش اندازه ذرات ترکیبات مختلف بمنظور بهبود جذب آنها مورد استفاده قرار گرفته است. از میان چندین روش مؤثر در تولید نانوذرات، روش کپسوله‌کردن مناسب‌ترین روش بنظر می‌رسد. در این روش مولکول‌ها تفکیک شده و در داخل ترکیب فعال پوشش‌داده می‌شوند. بنابراین چنین ترکیباتی فوراً و بطور مؤثر در داخل بدن جذب می‌شوند. برای این هدف برمبنای مواد طبیعی و سنتزی تعدادی رویکرد وجود دارد.

نانوامولسیون‌های ساخته‌شده از اجزاء خوراکی بطور فزاینده‌ای در صنعت غذا برای کپسوله‌کردن، محافظت و انتقال ترکیبات چربی‌دوست مثل لیپید‌های فعال زیستی همچون اسیدهای چرب امگا 3 و اسید لینولئیک ترکیب‌یافته و طعم دهنده‌های محلول در چربی، ویتامین‌ها، مواد نگهدارنده و غذاداروها بکار می‌رود.

بطور مثال نانوامولسیون‌های دی‌بنزویل‌متان (بدست آمده از گیاه شیرین‌بیان) نشان داده‌اند که پتانسیل افزایش سه‌برابری زیست‌فراهمی را در مقایسه با میکروامولسیون‌ها دارند. نکته اساسی در این مورد کنترل خواص بین سطحی است که این خواص خود کنترل‌کننده پایداری قطرات آب یا روغن در داخل امولسیون است.

چنین سیستم‌هایی باید به اندازه کافی مقاوم باشند تا بتوانند در برابر شرایط فرآوری و تغییرات زیست‌محیطی در طی توزیع و استفاده بوسیله مصرف‌کننده، مقاومت داشته باشند. سرانجام یکی از موانع اصلی در راه استفاده از نانوامولسیون‌ها در مواد غذایی، کمبود مواد فعال سطحی خوراکی است.

چندین ترکیب مختلف، بیوژنیک و سنتزی با هدف انتقال مواد مغذی اضافی به‌همراه موادغذایی در حال توسعه هستند که در جدول (1) خلاصه‌ای از این نوع ترکیب‌ها آورده شده است.

جدول1. سیستم‌های انتقال مطلوب موادمغذی نانوساختار

رشد آگاهی‌های بهداشتی، محدودیت‌های زمانی و تقاضاهای بعدی برای مواد غذایی عملگرا و بی‌دردسر منجر به رشد و توسعه بازار کپسوله‌کردن ‌مواد غذایی شده و در آینده نیز خواهد شد. گزارش اخیر برآورد کرده‌است که بازار کپسوله‌کردن مواد غذایی تا سال 2015 میلادی برای رسیدن به 7/27 میلیارد یورو برنامه‌ریزی شده است.

توسعه و کاربرد نانوامولسیون‌ها اخیراً بدلیل تقاضا برای سیستم‌های مؤثر در زمینه کپسوله‌کردن، نگهداری و رهایش اجزاء مواد غذایی عملگرا افزایش یافته است. در حال حاضر امولسیون‌های متعارف روغن در داخل آب، گسترده‌ترین استفاده را در سیستم‌های انتقال با پایه امولسیون در بسیاری از کاربرد‌های صنعتی دارد. اندازه کوچک ذرات -شعاع ذرات کوچکتر از 100 نانومتر- در نانوامولسیون‌ها بدان معنی است که آنها نور را به میزان زیاد پراکنده نکرده و همچنین قادر به افزایش قابل‌توجه زیست‌فراهمی مواد چربی‌دوست کپسوله‌شده هستند.

بنابراین بهترین راه کاربرد نانوامولسیون‌ها بعنوان سیستم‌های انتقال مواد غذایی، نوشیدنی و مواد دارویی، ممکن است در محصولاتی باشد که در آنها شفافیت نوری و یا افزایش زیست‌فراهمی یک جزء فعال مهم است. بازیگران کلیدی در بازار فناوری کپسوله‌کردن شامل شرکت‌های Advanced BioNutrition Corporation ، آزمایشگاه‌های ABCO ،Blue California ،Balchem Corporation Coating Place Inc ،Cargill Inc ،Encapsys Microencapsulation هستند.

سطوح آمادگی فناوری‌های کپسوله‌کردن مبتنی بر نانو در شکل(2) قابل مشاهده است.

ریسک سرمایه‌گذاری در بخش موادغذایی فراسودمند با افزایش سریع سن جمعیت و رشد تقاضا برای موادغذایی دارای خاصیت پیشگیری‌کننده از بیماری‌ها بطور ویژه بالا پیش‌بینی می‌شود. اقدامات پیشگیرانه در برابر بیماری‌های مربوط به تغذیه ممکن است که صرفه‌جویی قابل توجهی در هزینه مراقبت‌های بهداشتی که بدلیل غلبه فزاینده غذاهای بی‌دردسر دارای مواد مغذی کم ولی نمک، چربی و قند زیاد در حال رشد است، فراهم کند. بعلاوه غذاداروهای تهیه‌شده با فناوری نانو می‌تواند یک رویکرد جدید در درمان بیماری‌های مشخصی از قبیل سرطان، التهاب مفاصل، دیابت و بیماری‌های قلبی ایجاد کند.

کپسوله‌کردن ‌از طریق غذاهای غنی‌شده، مکمل‌های بهبودیافته موادمغذی و موادغذایی دارورسان ارزش بالقوه زیادی برای سلامتی دارد و این امر بهبود زیادی را در کیفیت زندگی و بهداشت عمومی نوید می‌دهد.

بحث‌های عمومی زیادی در زمینه نانوترکیبات موجود در موادغذایی از جمله در کپسوله‌کردن وجود دارد. دوستداران زمین (FoE) تصدیق می‌کنند که نانوکپسوله‌کردن ممکن است مقادیر مواد افزودنی مورد نیاز را به سود تولید کننده‌های مواد غذایی کاهش دهد. از طرف دیگر نگارنده‌های این مقاله درباره خطرات بهداشتی بالقوه‌ای که بدلیل توانایی زیادتر نانومواد برای جذب سلولی و فعالیت شیمیایی زیادتر وجود دارد، نگران هستند. آنها پیشنهاد می‌دهند که پخش تجاری محصولات غذایی دارای نانومواد تا زمان تصویب قوانین ایمنی نانویی و حضور مردم در تصمیم‌گیری متوقف شود. همچنین دوستداران زمین نگران هستند که نانو افزودنی‌ها ممکن است مصرف غذاهای فرآوری‌شده غیر بهداشتی را تقویت کند.

بین کمیسیون، پارلمان و شورای اروپا در مورد آیین‌نامه لغو غذاهای جدید (EC No 258/97) بحث‌هایی صورت گرفته‌است که این بحث‌ها در پایان مارس 2011 بدلیل مسائل غیرمرتبط با فناوری نانو پایان یافت. به‌همین دلیل مقررات مربوط به نانوترکیبات در مواد غذایی جدید ممکن است که برای سال‌های زیادی تنظیم نشود و این مواد در حال حاضر تحت کنترل الزامات برچسب‌گذاری اروپا قرار ندارد.

شکل2. سطوح آمادگی فناوری‌های کپسوله‌کردن مبتنی بر نانو

تولید‌کننده‌های مواد غذایی در اروپا بدون تعیین موارد مجاز و غیر مجاز بحال خود رها شده‌اند. همچنین درباره مناسب‌بودن روش‌های جاری ارزیابی ریسک نانوترکیبات در موادغذایی اختلاف نظر وجود دارد. به‌هرحال در مورد برچسب‌گذاری و تعریف مقدماتی نانومواد توافق صورت گرفته‌است. بطور کلی نگرانی مردم در مورد جنبه‌های بهداشتی و اخلاقی نانوترکیبات موادغذایی بیشتر از کاربردهای فناوری نانو‌ در خارج از بدن است. همچنین نگرانی‌های زیست اخلاقی (Bioethical) رایج مثل «طبیعی بودن» در کپسوله‌کردن ‌ترکیبات مواد غذایی که در آن اصلاح، عنصر کلیدی فناوری است، وجود دارد.

موضوعات دیگری نیز بوسیله عالمان اخلاق مطرح شده است. از جمله اینکه بیان می‌شود که تکثیر غذاهای مهندسی‌شده از نظر موادمغذی، در گرایش به مغذی‌دارکردن (Nutrification) نقش ایفا می‌کند. این مسئله بدان معنی است که ارزش غذا تنها محتوای موادمغذی آن است.

در ارتباط با در معرض نانوذرات قرارگرفتن مصرف‌کننده‌ها، سرنوشت حامل‌هایی که غذاداروهای کپسوله‌شده را حمل می‌کنند نامعلوم است و لازم است که اثرات کوتاه‌مدت و بلندمدت بیشتر بررسی شود. اطلاعاتی بصورت پراکنده درباره سمیت نانوحامل‌ها و نیز زیست‌فراهمی کلی آنها در بدن موجود است. در طی ساخت سیستم‌های انتقال دارای ساختار نانو، ممکن است که کارگران بصورت بالقوه در معرض نانومواد قرار گیرند. بعد از دفع از بدن انسان، احتمال آلوده‌شدن آب‌های سطحی و خاک وجود دارد. ارزیابی خطر و ریسک نانومواد بر مبنای مورد به مورد باید کامل شود.

در اروپا بازار بزرگی وجود دارد که گزینه‌های با چربی و قند پایین را بعنوان بخشی از نیروی محرکه تولید غذاهای بی‌دردسرتر، فراهم می‌کند. بسیاری از شرکت‌های اروپایی شامل بعضی از شرکت‌های تولید‌کننده غذاهای سنتی در حال ورود به این مسئله هستند. بطور مثال «La Morella Nuts» شرکتی واقع در اسپانیا که در زمینه تولید شیرینی و ترکیبات آجیل سابقه دارد در حوزه تحقیقات در فناوری نانو مرتبط با غذاهای عملگرا وارد شده است. همچنین شرکت ایتالیایی «Antonio Amato» از طریق مشارکت در پروژه FP7NANOFOODS در این زمینه سرمایه‌گذاری کرده است. در اروپا یکی از بازیگرهای اصلی شرکت «AQUQNOVA» مستقر در اروپا است. این شرکت نانومایسل‌ها را برای انتقال بسیاری از موادغذایی دارورسان فراهم می‌کند.

یافتن شواهد غذاهای دارورسان فراهم‌شده با فناوری نانو در بازار آسان نیست. تعدادی از محصولات با برچسب نانو در بازار از قبل وجود دارد. در این موارد تعریفی که برای نانو و نانوترکیب مدنظر است مبهم است. به‌هرحال این نوع محصولات گویای پنداره عناصر مشخصی از صنعت نسبت‌به غذاهای دارورسان فراهم‌شده با فناوری نانو است.

• نانوکپسوله کردن ‌پتانسیل عظیمی را در زمینه انتقال موادمغذی در داخل مواد غذایی غنی‌شده دارد؛

• غذاداروهایی که موادمغذی دارای اثر واضح درمانی و یا پیشگیرانه را فراهم می‌کند از طریق نانوکپسوله‌کردن‌سازی بهتر منتقل می‌شود و زیست‌فراهمی بیشتر دارد؛

• مصرف‌کننده‌ها این مزایا را مورد تقدیر قرار می‌دهند درصورتی‌که نگرانی‌های آنها عمدتاً درباره اصلاح مواد غذایی بصورت کلی است یعنی مختص فناوری نانو نیست. همچنین تأکید روی اصلاح/غنی‌سازی مواد غذایی ممکن است که سبب اخلال در مواد غذایی اورگانیک، تازه و غیر فرآوری‌شده، شود؛

• وضع قانون بزرگترین مانع در برابر تجاری‌سازی است. تهیه آئین‌نامه‌ها و استانداردها مشکل است؛

• عدم اطلاع جامع از سمیت نانومواد یک موضوع گسترده‌است ولی در مورد کپسوله‌کردن موادغذایی بدلیل اهداف فناوری در افزایش زیست‌فراهمی این مسئله خاص می‌شود؛ و 

• تحقیقات در اروپا در این زمینه کاملاً زیاد است و شرکت‌های درگیر در زمینه نانو و میکروکپسوله‌کردن مشهوداند. اما بدون یک چشم‌انداز تنظیم‌کننده واضح، پیشرفت در این زمینه و بهره‌برداری از یافته‌های تحقیقات در نانوکپسوله‌کردن بطور قابل توجهی محدود خواهد بود.