Application of nanotechnology in food engineering: a review

Authors

DOI:

https://doi.org/10.33448/rsd-v11i2.25389

Keywords:

Nanotechnology; Industrial technology; Food products.

Abstract

Nanotechnology can be defined as a generic expression of a complex of technologies, techniques and processes aimed at the development of new materials on a nanometric scale and can be applied in different industrial sectors, including foods. In view of the increased consumption of biodegradable products and its environmental aspects, several technologies have been used in the food industry, seeking to avoid the exaggerated production and waste, optimizing the production chain at different points where it can reduce the manufacturing cost, increase shelf life or add some functional ingredient. This study presents a review of a series of applications of nanotechnology in food production, especially in meat, dairy, sweets, fruits and vegetables, packaging and nanosensors.

References

Aguiar, J., Araújo, M., Durço, B. B., Portel, C. S., Pagani, M. M., Machado, M. T., Filho, E. R. T., & Esmerino, E. A. (2021). Emprego da nanotecnologia como mecanismo de inovação tecnológica na indústria de alimentos: aplicações e desafios. Alimentos: Ciência, Tecnologia e Meio Ambiente. 1(12), 1-12.

Arab, F.E., Paris, E.C., de Souza, C. W. O., & Ferreira, M. D. (2017). Avaliação do Efeito Antimicrobiano de Nanopartículas de Óxidos Metálicos. Embrapa Instrumentação, IX Workshop de Nanotecnologia Aplicada ao Agronegócio, 205-208.

Arduini, F., Cinti, S., Scognamiglio, V., & Moscone, D. (2016). Nanomaterials in electrochemical biosensors for pesticide detection: advances and challenges in food analysis. Microchimica Acta, 183(07), 2063–2083.

Assis, O. B. G. (2011). Potenciais aplicações de nanotecnologia em alimentos. Embrapa Instrumentação-INFOTECA-E.

Ayelén Vélez, M., Cristina Perotti, M., Santiago, L., María Gennaro, A., & Hynes, E. (2017). Bioactive compounds delivery using nano-technology: design and applications in dairy food. Nutrient Delivery, 221–250.

Azeredo, H. M. C. (2012). Fundamentos de Estabilidade de Alimentos. (2a ed.), Embrapa. 326.

Barros, R. M. S. (2011). Nanoalimentos e nanotecnologias aplicadas a alimentos – riscos potenciais, necessidades regulatórias e proposta de instrumento para verificar opiniões sobre riscos potenciais à saúde e ao meio ambiente. Dissertação de Mestrado (Ciências na Saúde Pública). Escola Nacional de Saúde Pública Sergio Arouca, Rio de Janeiro.

Bashiri, S., Ghanbarzadeh, B., Ayaseh, A., Dehghannya, J., & Ehsani, A. (2020). Preparation and characterization of chitosan-coated nanostructured lipid carriers (CH-NLC) containing cinnamon essential oil for enriching milk and antioxidant activity. Food Science and Technology, 119(11), 1-7.

Bedoya-Serna, C. M., Dacanal, G. C., Fernandes, A. M., & Pinho, S. C. (2018). Antifungal activity of nanoemulsions encapsulating oregano (Origanum vulgare) essential oil: in vitro study and application in Minas Padrão cheese. Brazilian Journal of Microbiology, 49(8), 929-935.

Bhagat, Y., Gangadhara, K., Rabinal, C., Chaudhari, G., & Ugale, P. (2015). Nanotechnology in agriculture: a review. Journal of Pure and Applied Microbiology, 9, 737-747.

Biswal, S. K., Nayak, A. K., Parida, U. K., & Nayak, P. L. (2012). Applications of nanotechnology in agriculture and food sciences. International Journal of Science Innovations and Discoveries, 2(1) 21-36.

Brasil, Senado Federal. Projeto de Lei nº 880/2019. https://www25.senado.leg.br/web/atividade/materias/-/materia/135353.

Bratovcic, A. (2020). Nanomaterials in Food Processing and Packaging, Its Toxicity and Food Labeling. Acta Scientific Nutritional Health, 4, 7-13.

Brito, S. da C., Sivieri, K., & Ferreira, M. D. (2017). Avaliação da Atividade Antimicrobiana de Nanopartículas de Prata com Diferentes Concentrações em Filmes Poliméricos. Embrapa Instrumentação, IX Workshop de Nanotecnologia Aplicada ao Agronegócio, 173-176.

Cardoso, L. G., Junior, I. J. B., Silva, R. V., Mossmann, J., Reinehr, C. O., Brião, V. B., & Colla, L. M. (2020). Processed cheese with inulin and microencapsulated chia oil (Salvia hispanica). Food Bioscience, 37(1), 1-9.

Chaudhry, Q., & Castle, L. (2011). Food Applications of Nanotechnologies: An Overview of Opportunities and Challenges for Developing Countries. Trends in Food Science & Technology, 22, 595-603.

Claro, F. C., & Magalhães, W. L. E. (2017). Síntese de Nanopartículas de Prata em Filmes de Nanocelulose. Embrapa Instrumentação, IX Workshop de Nanotecnologia Aplicada ao Agronegócio, 149-152.

Delshadi, R., Bahrami, A., Tafti, A. G., Barba, F. J., & Williams, L L. (2020). Micro and nano-encapsulation of vegetable and essential oils to develop functional food products with improved nutritional profiles. Trends in Food Science & Technology, 21(7), 1-27.

Dobrucka, R. (2020). Metal nanoparticles in nanosensors for food quality assurance. LogForum, 16(2) 271-278.

Erfanian, A., Rasti, B., & Manap, Y. (2017). Comparing the calcium bioavailability from two types of nano-sized enriched milk using in-vivo assay. Food Chemistry, 214, 606–613.

Fahey, T., Pham, H., Gardi, A., Sabatini, R., Stefanelli, D., Goodwin, I., & Lamb, D. W. (2021). Active and Passive Electro-Optical Sensors for Health Assessment in Food Crops. Sensors, 21(171), 1-39.

Fernandes, R. G., & Oliveira, L. P. S. (2019). Entre riscos e desinformação: a utilização da nanotecnologia na indústria de alimentos. Revista Jurídica da FA7, 16(2), 63-81.

Ferreira, M. D. P., & Filho, J. E. R. V. (2019). Inserção no mercado nacional e a produção de carnes no Brasil. Instituto de Pesquisa Econômica Aplicada: Ipea, 43, Rio de Janeiro.

Ghazy, O. A., Fouad, M. T., Saleh, H. H., Kholif, A. E., & Morsy, T. A. (2021). Ultrasound-assisted preparation of anise extract nanoemulsion and its bioactivity against different pathogenic bacteria. Food Chemistry, 341, 128259.

Gonçalves, R. A. dos S. Percepção do Consumidor em Relação à Nanotecnologia. (2018). 89. Dissertação (Mestrado em Ciências e Tec-nologia de Alimentos) - Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de Alimentos, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro.

Govindhan, M., Adhikari, B. R., & Chen, A. (2014). Nanomaterials-based electrochemical detection of chemical contaminants. RSC Advances, 4(109), 63741–63760.

Greiner, R. (2009). Current and Projected Applications of Nanotechnology in the Food Sector. Nutrire, 34(1), 243- 260.

Gundewadi, G., Rudra, S. G., Sarkar, D. J., & Singh, D. (2018). Nanoemulsion based alginate organic coating for shelflife extension of okra. Food Packaging and Shelf life, 18, 1-12.

Handford, C. E., Dean, M., Spence, M., Henchion, M., Elliott, C. T., & Campbell, K. (2015). Awareness and Attitudes Towards the Emerging Use of Nanotechnology in the Agri-Food Sector. Food Control, 57 24-34.

Iliger, K. S., Sofi, T. A., Bhat, N. A., Ahanger, F. A., Sekhar, J. C., Elhendi, A. Z., Al-Huqail, A., & Khan, F. (2021). Copper nanoparticles: Green synthesis and managing fruit rot disease of chilli caused by Colletotrichum capsici. Saudi Journal of Biological Sciences, 28(2), 1477-1486.

Imran, M., Revol-Junelles, A. M., Martyn, A., Tehrany, E. A., Jacquot, M., Linder, M., & Desobry, S. (2010). Active food packaging evolution: transformation from micro- to nanotechnology. Food Science & Nutrition, 50(9), 799-821.

Jokar, M., Rahman, R. A., Ibrahim, N. A., Abdullah, L. C., & Tan, C. P. (2012). Influence of nano-size reduction on absorption and bioavailability of calcium from melt production and antimicrobial efficiency of low-density polyethylene (ldpe)-silver nanocomposite film. Food and Bioprocess Technology, 5, 719-728.

Jorge, N. (2013). Embalagens para alimentos. Cultura Acadêmica: Universidade Estadual Paulista, Pró-Reitoria de Graduação.

Kannan, P., & Guo, L. (2020). Nanosensors for food safety. In Nanosensors for Smart Cities, 339-354. Elsevier.

Kazemeini, H., Azizian, A., & Adib, H. I. (2021). Inhibition of Listeria monocytogenes growth in turkey fillets by alginate edible coating with Trachyspermum ammi essential oil nano-emulsion. International Journal of Food Microbiology, 344, 109104.

King, T., Osmond-Mcleod, M. J., & Duffy, L. L. (2018). Nanotechnology in the food sector and potential applications for the poultry industry. Trends in food science & technology, 72, 62-73.

Luo, X., Han, Y., Chen, X., Tang, W., Yue, T., & Li, Z. (2020). Carbon dots derived fluorescent nanosensors as versatile tools for food quality and safety assessment: A review. Trends in Food Science & Technology, 95, 149-161.

Lv, M., Liu, Y., Geng, J., Kou, X., Xin, Z., & Yang, D. (2018). Engineering nanomaterials-based biosensors for food safety detection. Biosensors and Bioelectronics, 106, 122–128.

Manikandan, V. S., Adhikari, B., & Chen, A. (2018). Nanomaterial based electrochemical sensors for the safety and quality control of food and beverages, Analyst, 143(19), 4537-4554.

Martins, V. de C., de Oliveira Braga, E. C., de Oliveira Godoy, R. L., Borguini, R. G., Pacheco, S., de Araújo Santiago, M. C. P., & de Ma-tos Nascimento, L. D. S. (2016). Nanotecnologia em alimentos: Uma breve revisão. Revista Eletrônica Perspectivas da Ciência e Tecnologia, 7(2), 25-42.

Masson, T. J., & Belino, W. V. L. (2021). Estudo das propriedades termomecânicas de nanocompósitos híbridos. Brazilian Journal of Development, 7(4), 42618-42643.

Maurício, R. A. Avaliação Sensorial de Carne Bovina e Ovina com Revestimento Comestível. (2020). 140. Dissertação (Mestrado em Alimentos e Nutrição) - Programa de Pós-Graduação em Alimentos e Nutrição, Universidade Estadual Paulista Julio de Mesquita Filho.

Maurya, V. K., & Aggarwal, M. (2019). Fabrication of nano-structured lipid carrier for encapsulation of vitamin D3 for fortification of ‘Lassi’; A milk based beverage. Journal of Steroid Biochemistry and Molecular Biology, 193, 105429.

Mcclements, D. J., & Xiao, H. (2017). Is nano safe in foods? Establishing the factors impacting the gastrointestinal fate and toxicity of organic and inorganic food-grade nanoparticles. npj Science of Food, 1(6), 1-13.

Medeiros, J. A. da C., Nunes, I. dos S., Araujo, A. S., Carvalho, E. A., & Stamford, T. C. M. (2021). Nanopartículas de Quitosana na Conservação e Produção de Alimentos. Avanços em Ciência e Tecnologia de Alimentos, 4, 418-429.

Mello, F. R. (2017). Controle e Qualidade dos Alimentos. SAGAH.

Melo, N. F. C. B. Bioatividade de coberturas comestíveis a base de quitosana em gel e nanopartículas na conservação de morangos (Fra-garia x ananassa). (2020). 230. Tese (Doutorado em Nutrição) – Programa de Pós-graduação em Nutrição, Universidade Federal de Pernambuco.

Mergen, I. Z. Estudo da perda de vácuo em embalagens plásticas multicamadas para produtos cárneos curados cozidos. (2004). 132. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Universidade Federal de Santa Catarina.

Moura, M. R., Mattoso, L. H. C., & Zucolotto, V. (2012). Development of Cellulose-Based Bactericidal Nanocomposites containing Silver Nanoparticles and their Use as Active Food Packaging. Journal of Food Engineering, 109, 520-524.

Ozkan, G., Franco, P., Marco, I., Xiao, J., & Capanoglu, E. (2019). A review of microencapsulation methods for food antioxidants: Principles, advantages, drawbacks and applications. Food Chemistry, 272(8), 494-506.

Pinelli, J. J. Uso de Nanoemulsões de Óleos Essenciais no Controle de Clostridium sporogenes em Mortadela. (2018). 115. Dissertação (Mestrado em Ciência dos Alimentos) - Programa de Pós-Graduação em Ciência dos Alimentos, Universidade Federal de Lavras.

Pinilla, C. M. B. Desenvolvimento, caracterização e avaliação da atividade antimicrobiana de nanolipossomas contendo nisina e extrato de alho (Allium sativum L.). (2016). 103. Dissertação (Mestrado em Microbiologia Agrícola e do Ambiente), Universidade Federal do Rio Grande do Sul.

Piorkowski, D. T., & Mcclements, D. J. (2014). Beverage emulsions: recent developments in formulation, production, and applications. Food Hydrocolloids, 42, 5–41.

Potorti, A. G., Di Bella, G., Mottese, A. F., Bua, G. D., Fede, M. R., Sabatino, G., Salvo, A., Somma, R., Dugo, G., & Lo Turco, V. (2018). Traceability of Protected Geographical Indication (PGI) Interdonato lemon pulps by chemometric analysis of the mineral composition. Journal of Food Composition and Analysis, 69, 122–128.

Pu, H., Xu, Y., Sun, D. W., Wei, Q., & Li, X. (2020). Optical nanosensors for biofilm detection in the food industry: principles, applications and challenges. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 61(13), 2107-2124.

Roshanpour, S., Tavakoli, J., Beigmohammadi, F., & Alaei, S. (2021). Improving Antioxidant Effect Of Phenolic Extract Of Mentha Piperita Using Nanoencapsulation Process. Journal Of Food Measurement And Characterization, 15(1), 23-32.

Sahoo, M., Vishwakarma, S., Panigrahi, C., & Kumar, J. (2021). Nanotechnology: Current applications and future scope in food. Food Frontiers, 2(1), 3-22.

Sharma, A., Ahmed, A., Singh, A., Oruganti, S., Khosla, A., & Arya, S. (2021). Recent advances in tin oxide nanomaterials as electro-chemical/chemiresistive sensors. Journal of the Electrochemical Society, 168, 027505.

Sharma Khanal, B. K., Budiman, C., Hodson, M. P., Plan, M. R. R., Prakash, S., Bhandari, B., & Bansal, N. (2019). Physico-chemical and biochemical properties of low-fat Cheddar cheese made from micron to nano sized milk fat emulsions. Journal of Food Engineering, 242, 94–105.

Sharma, R. R., Singh, D., & Singh, R. (2009). Biological control of postharvest diseases of fruits and vegetables by microbial antagonists: A review. Biological control, 50(3), 205-221.

Shin, G. H., Kim, J. T., & Park, H. J. (2015). Recent developments in nanoformulations of lipophilic functional foods. Trends Food Science and Technology, 46, 144–157.

Son, M., & Park, T. H. (2018). The bioelectronic nose and tongue using olfactory and taste receptors: Analytical tools for food quality and safety assessment. Biotechnology advances, 36(2), 371-379.

Srivastava, A. K., Dev, A., & Karmakar, S. (2018). Nanosensors and nanobiosensors in food and agriculture. Environmental Chemistry Letters, 16(1), 161-182.

Telles, L. B. Ferramentas e sistemas de custo aplicados a gestão de qualidade no agronegócio. (2014). 68. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Produção) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção, Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Ponta Grossa.

Wang, D., Wang, Z., Wang, X., Zhuang, X., Tian, C., Luan, F., & Fu, X. (2020). Functionalized Copper Nanoclusters-Based Fluorescent Probe with Aggregation-Induced Emission Property for Selective Detection of Sulfide Ions in Food Additives. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 68(40), 11301-11308.

Yang, T., & Duncan, T. V. (2021). Challenges and potential solutions for nanosensors intended for use with foods. Nature nanotechnology, 16, 251-265.

Zhang, L., Peng, D., Liang, R. P., & Qiu, J. D. (2018). Graphene-based optical nanosensors for detection of heavy metal ions. Trends in Analytical Chemistry, 102, 280–289.

Published

17/01/2022

How to Cite

JUNGES, A.; DENTI, A. F.; BERNARDI, J. L.; POLINA, C. C.; MEREGALLI, M. M.; VANZ, J. B. .; MIGNONI, M. L. Application of nanotechnology in food engineering: a review. Research, Society and Development, [S. l.], v. 11, n. 2, p. e3611225389, 2022. DOI: 10.33448/rsd-v11i2.25389. Disponível em: https://rsdjournal.org/index.php/rsd/article/view/25389. Acesso em: 22 nov. 2024.

Issue

Section

Review Article