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Nanomaterialien

Nanomaterialien im Lebensmittelbereich

Nanomaterialien für den Lebensmittelbereich können gezielt technisch hergestellt werden. Das Spektrum möglicher Anwendungen in Lebensmitteln sowie in Lebensmittelkontaktmaterialien ist groß: Es reicht von Verpackungen mit antimikrobiellen Eigenschaften, über den Schutz von Substanzen vor Oxidation durch Verkapselung bis zur Verbesserung der Bioverfügbarkeit von Stoffen.

Das Max Rubner-Institut forscht institutsübergreifend, unter Federführung des Instituts für Lebensmittel und Bioverfahrenstechnik, zu Nanopartikeln in Lebensmitteln. Dabei steht derzeit die Erarbeitung von Nachweis- und Charakterisierungsverfahren für technisch hergestellte Nanomaterialien im Vordergrund. Ihre Detektion und Charakterisierung in einer komplexen Lebensmittelmatrix ist essentiell für die Ermittlung der Exposition des Menschen mit technisch hergestellten Nanomaterialien als auch für die Beurteilung des Verbleibs und der biologischen Wirkung dieser Nanomaterialien nach oraler Aufnahme.
Aber auch der Bereich der Anwendung wird am MRI geforscht. Außerhalb der EU sind bereits einige Lebensmittelkontaktmaterialien auf dem Markt, wie etwa Verpackungsfolien, Schneidbretter, lebensmitteltaugliche Behälter, die wegen ihres Gehalts an nanoskaligen Silberpartikeln, dem sogenannten „Nanosilber“, antimikrobielle Eigenschaften aufweisen sollen. Am MRI wurde die antimikrobielle Wirksamkeit solcher Lebensmittelkontaktmaterialien sowie ein möglicher Übergang von Silbernanopartikeln in Lebensmittel in zwei Projekten untersucht.

Ein weiterer interessanter Forschungsbereich bezieht sich auf “Nanokapseln“ als Trägersysteme für (bio-)aktive Substanzen, mit deren Hilfe wasserunlösliche Substanzen in Wasser bzw. wasserlösliche Stoffe in Öl eingebracht werden können. In verkapselter Form sind aktive Substanzen außerdem während der Verarbeitung und Lagerung besser vor Oxidation geschützt oder können die Magen-Darm-Passage besser überstehen und vom menschlichen Körper aufgenommen werden. Bekannt ist dieses Prinzip aus der Natur, wo zum Beispiel Caseinmicellen als natürliche Nanopartikel in der Milch das Calcium umschließen und in dieser Form in den Körper transportieren. Am MRI wird untersucht, wie durch Nanoverkapselung oder die besonders feine Zerkleinerung von Pflanzenmaterial die Aufnahme von bioaktiven Substanzen in den Körper (Bioverfügbarkeit) erhöht werden kann. Weitere Forschungsarbeiten befassen sich mit der Frage, ob und wie durch den Einsatz nanoverkapselter pflanzlicher Stoffe die Haltbarkeit von Fleischerzeugnissen oder Öl-in-Wasser-Emulsionen verlängert werden kann.

Die komplexe Zusammensetzung der Lebensmittel verursacht Wechselwirkungen zwischen Nanomaterialien und Lebensmittelbestandteilen wie Proteinen, Kohlenhydraten und Fetten. Diese Wechselwirkungen können zu einer Veränderung der Eigenschaften der Nanopartikel führen. Daher werden am MRI solche Wechselwirkungen in Modellsystemen wie Öl-in-Wasser-Emulsionen und Proteingelen untersuch, um die Mechanismen möglichst grundlegend zu verstehen.
Die verwendeten Nanomaterialien sowie die Wechselwirkungen mit der Lebensmittelmatrix müssen  messtechnisch erfasst  werden. Da es keine Standardmethoden zur Charakterisierung der Nanomaterialien in komplexen Systemen wie es Lebensmitteln sind gibt,  wird die Analytik, etwa die Probenvorbereitung und die Messung, laufend weiter entwickelt, angepasst und optimiert.