NANOTECNOLOGIA NA INDÚSTRIA DE ALIMENTOS

Nanotecnologia aplicada na indústria alimentícia a partir de biossensores, iniciando uma busca por alimentos mais saudáveis e seguros.

A nanotecnologia é focada em caracterização, fabricação, manipulação e aplicação de estruturas biológicas e não biológicas. O prefixo “nano” está relacionado a uma escala de medida em que um nanômetro representa um bilionésimo de metro ou um milionésimo do milímetro. Estruturas nessa escala apresentam propriedades funcionais únicas não encontradas na escala macro.

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Técnicas ou ferramentas nanotecnológicas são usadas durante o cultivo, produção, ou embalagem dos alimentos, o que os caracterizam como nanoalimentos. Não significando que são alimentos atomicamente modificados ou produzidos por nanomáquinas.

O impacto da nanotecnologia na indústria de alimentos se tornou mais visível nos últimos anos, com a organização de conferências dedicadas a discussão desse assunto, iniciando uma busca por alimentos mais saudáveis e seguros. Várias companhias que hesitavam em revelar seus programas de pesquisa em nanoalimentos, agora as tornam públicas, anunciando planos para melhorar os existentes e o desenvolvimento de novos, com vistas a manter a sua presença no mercado. As aplicações incluem: alimentos por demanda, alimentos interativos e embalagens inteligentes.

Entre as inúmeras possibilidades de utilização da nanotecnologia na indústria de alimentos, estão a utilização de sensores nanoestruturados e nanobiossensores para detecção de microrganismos patogênicos, aditivos, toxinas e resíduos em produtos alimentícios.

Na agricultura, biossensores podem detectar e quantificar patógenos de plantas ainda no campo, definindo posições com o auxílio de sistema de posicionamento global (GPS), que podem orientar o produtor a realizar aplicações de pesticidas pontuais, visando a redução e otimização do uso de agroquímicos, e até mesmo no controle para armazenamento de lotes de sementes (que possuem o risco de serem contaminados com fungos produtores de toxinas). Em vista desse potencial, os biossensores aplicados à agricultura têm sido estudados desde 1992.

Os nanobiossensores são dispositivos desenvolvidos em escala nano que convertem eventos biológicos (distúrbios genéticos e metabólicos, ou infecções virais e bacterianas) em sinais processáveis. Logo, as reações bioquímicas oriundas desses eventos biológicos incorporadas aos elementos de reconhecimento (ácidos nucléicos, organelas ou células, enzimas isoladas, tecidos e anticorpos), são capazes de produzir sinais (elétricos, térmicos ou ópticos), os quais são associados a um sistema de transdução que convertem o sinal entre os elementos de reconhecimento e o analito, em um efeito detectável e mensurável.

Dessa maneira, o princípio de funcionamento de um biossensor está fundamentado na utilização de um sistema que contém dois componentes: o biorreceptor, que é o elemento de reconhecimento que permite ocorrer a reação bioquímica ou a ligação específica com o alvo; e o transdutor, que recebe o sinal produzido entre o biorreceptor e a amostra, e o quantifica, gerando o resultado em sinal. Esse esquema encontra-se apresentado na imagem abaixo.

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Para serem aplicados na indústria de alimentos, os biossensores devem possuir se não todas, algumas das seguintes características: alta sensibilidade, alta seletividade, confiabilidade, durabilidade, rapidez na emissão dos resultados, simplicidade de operação, poucas exigências de condições de preparação do meio, automação, facilidade de transporte, miniaturização, capacidade de realizar múltiplas análises e baixo custo.

Tipos de Nanobiossensores

Sensores de Nanofios

São constituídos de fios metálicos de níquel, platina e ouro, de diâmetro na ordem dos nanômetros, semicondutores de silício (fosfato de índio ou de nitrito de gálio) e os isolantes de sílica ou de dióxido de titânio.

Os nanofios conseguem detectar concentrações diminutas de biomoléculas, ou seja, algo como 1.000 moléculas dissolvidas em um milímetro cúbico de solução. Isso é possível sem a utilização de qualquer reagente ou agente fluorescente ou mesmo marcadores radioativos.

Na imagem abaixo, vemos nanofios de silício gravados (bastões azuis) e atrelados a anticorpos (Ys azuis e vermelhos) que podem detectar outros anticorpos mergulhados em solução. Já os retângulos, dizem respeito aos contatos elétricos.

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Nanobiossensores Virais

São constituídos de nanopartículas que possuem um núcleo ultramagnético de óxido de ferro revestido com dextrano. Essa nanopartícula magnética se encontra conectada a um anticorpo que reconhece o vírus, permitindo uma detecção com elevada sensibilidade. As propriedades magnéticas dessas nanopartículas tornam-nas detectáveis e monitoráveis por meio de técnicas de ressonância magnética, sendo possível visualizar a distribuição viral em um organismo.

Sensores nanoshell

Nanoshell são esferas concêntricas de 100 nm de diâmetro, compostas por um núcleo dielétrico (sulfeto de ouro ou sílica) e um revestimento de metal (ouro), combinando atividade óptica (infravermelho) com as propriedades biocompatíveis do ouro (que não estimula o sistema imunitário). Esse material consegue captar e armazenar um largo espectro de luz, que concentra a sua intensidade e gera um pigmento muito forte e definido. Assim, estes compostos podem constituir sensores biológicos e químicos ultrassensíveis. Esse nanomaterial revela-se muito útil para melhorar as técnicas de imunoensaios realizadas no sangue. Quando os anticorpos sob investigação se ligam à molécula, são geradas ligeiras mudanças nas propriedades ópticas do Nanoshell, que podem ser monitoradas para detectar especificamente pequenas quantidades da molécula investigada.

Nas imagens abaixo, vemos o constituinte de um nanoshell e a reação do nanoshell.


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Em análises de qualidade de alimentos, os biossensores são aplicados, sobretudo, na detecção de contaminantes químicos e biológicos. Uso de biossensores reduz a manipulação da amostra e, consequentemente, diminui também as possibilidades de contaminação humana. Esse fato torna os biossensores recomendados para laboratórios de microbiologia de alimentos.

A detecção de microrganismos pelos biossensores pode ser realizada por duas formas: direta ou indiretamente. A primeira é baseada na interação direta da molécula bioativa com o microrganismo, e um tipo de biossensor, que tem sido bastante empregado na detecção de bactérias patogênicas, utiliza microbalança de cristal de quartzo (transdutor piezoelétrico), embora sua aplicabilidade para análise de alimentos encontre dificuldades práticas. A detecção indireta é baseada no monitoramento de metabólitos microbianos por meio de reações bioquímicas, que ocorrem na superfície do transdutor. Alguns parâmetros, tais como, mudança no pH, consumo de oxigênio, concentração de íons, diferença de potencial, corrente ou resistência podem ser medidos por transdutores eletroquímicos.

Na tabela abaixo, vemos exemplos de biossensores aplicados na avaliação de qualidade de alimentos.

Tabela 1

Toxinas produzidas por microrganismos também são passíveis de detecção pelos diferentes tipos de biossensores, principalmente, os amperométricos, os quais têm sido indicados como alternativa para substituição de kits comerciais, em sua maioria importados, e de alto custo. Esses kits, geralmente, se baseiam na interação antígeno-anticorpo, apresentam detecção limitada quanto aos diferentes subgrupos de uma determinada toxina. Os imunossensores, um tipo de biossensor baseado na interação antígeno/anticorpo, empregam duas técnicas sensíveis e específicas na detecção de contaminantes biológicos, que são as técnicas eletroquímicas e imunológicas, que têm demonstrado vantagens na detecção e no menor custo das análises em relação aos kits comerciais.

Nanotecnologia em embalagem de alimentos

Desenvolver embalagens inteligentes para otimizar a vida dos produtos nas prateleiras é o que tem sido o objetivo de muitas firmas. Esses sistemas de embalagens seriam capazes de reparar buracos ou rasgos, responder às alterações ambientais como temperatura, umidade, etc., e alertar o consumidor se a comida estiver contaminada. As nanotecnologias podem apresentar soluções, por exemplo, para modificar o desempenho de permeação de membranas, aumentar as propriedades de barreira (mecânica, térmica, química e microbiana), melhorar as propriedades de resistência ao calor, desenvolver superfícies ativas antifúngicas e antimicrobianas, assim como a capacidade sensorial tais às alterações.

Na imagem abaixo, vemos embalagem produzida com a Nanotecnologia.

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-TABELA 1. VENUGOPAL, V. Biosensors in fish production and quality control. Biosensors and Bioelectronics, Oxford, 2002.

Autor: Filipe Anderson D’Abreu Dias

Assessor de conteúdo: Filipe Anderson D’Abreu Dias