Наночастицами в пищевых продуктах считают твердые или жидкие частицы с характерным размером в диапазоне приблизительно от 1 до 100 нм, обладающие особыми физико-химическими свойствами, отличающимися от свойств макроскопических форм того же вещества. В пищевой химии наночастицы могут присутствовать как намеренно введённые компоненты (наноструктурированные добавки, инкапсулированные нутриенты, антислёживающие агенты), так и как непреднамеренные примеси, образующиеся при переработке, упаковке или миграции из контактных материалов.
Особое внимание уделяется не только составу, но и форме, размеру, агрегационному состоянию и поверхностным свойствам наночастиц, поскольку именно эти параметры определяют их биодоступность, реакционную способность и потенциальное воздействие на организм.
Технологические добавки
Нанокапсулирование биологически активных веществ
Контакт с упаковочными материалами
Процессы переработки
Детекция наночастиц в пищевых матрицах осложняется их низкой концентрацией, склонностью к агрегации и взаимодействию с белками, жирами и углеводами. Основные аналитические задачи включают:
Подготовка проб является критически важным этапом анализа. Основная цель — выделить наночастицы без изменения их исходных характеристик.
Физические методы
Химические методы
Комбинированные подходы
Просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ) Позволяет визуализировать частицы размером менее 1 нм, определять форму, размеры и морфологию. Часто используется в сочетании с энергодисперсионным рентгеновским анализом (EDX) для элементного состава.
Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) Применяется для исследования поверхности и агломератов наночастиц, особенно после лиофилизации проб.
Преимущества:
Ограничения:
Используется для определения гидродинамического диаметра частиц в жидких системах. Метод чувствителен к агрегации и полидисперсности.
Особенности:
Позволяет отслеживать движение отдельных частиц под действием броуновского движения и получать распределение по размерам и концентрации.
Применяется для идентификации функциональных групп на поверхности наночастиц и оценки взаимодействий с компонентами пищевой матрицы.
Позволяет анализировать неорганические наночастицы, включая диоксид титана и оксиды металлов, непосредственно в сложных смесях.
Преимущества:
Используется для определения кристаллической структуры и фазового состава наночастиц, а также оценки среднего размера кристаллитов.
Позволяет исследовать элементный состав и химическое состояние поверхности наночастиц, что особенно важно для оценки реакционной способности.
Индуктивно-связанная плазменная масс-спектрометрия в сочетании с фракционированием (AF4-ICP-MS) применяется для количественного определения металлических наночастиц и оценки их размерного распределения.
Преимущества:
Ограничения:
Капиллярный электрофорез
Полевое фракционирование потоком (AF4)
Разрабатываются методы на основе:
Такие подходы ориентированы на экспресс-контроль и мониторинг в производственных условиях, однако пока уступают классическим методам по точности и универсальности.
Отсутствие универсальных стандартов осложняет сравнение результатов различных исследований. Ключевые проблемы включают:
В международной практике применяются рекомендации ISO и EFSA, направленные на гармонизацию аналитических подходов.
Детекция наночастиц в пищевых продуктах остаётся одной из наиболее сложных и быстро развивающихся областей химии пищевых продуктов, требующей сочетания физико-химических, аналитических и биохимических подходов.