Alkan DEMİR - Tarımsal Ekonomi ve Politika Geliştirme Enstitüsü

TARIMSAL EKONOMİ VE POLİTİKA GELİŞTİRME ENSTİTÜSÜ
TEPGE BAKIŞ
Temmuz 2011 / ISSN: 1303–8346 / Nüsha: 2
GIDA VE TARIM SEKTÖRÜNDE NANOTEKNOLOJİ
Nazire YÜREKLİ YÜKSEL
TEPGE
Günümüzde, gerek tarım gerekse gıda
sektörlerinde devrim niteliğinde bir potansiyele
sahip olan ve heyecan verici bir hızla gelişen
nanoteknoloji birçok alanı kapsayan bir bilim
dalıdır (1). Maddeyi atomik ve moleküler
seviyede kontrol etme bilimidir. Genel olarak 100
nm ve daha küçük boyutta malzeme ve aygıt
geliştirmekle ilgilidir. (Nanometre (1 nm=10-9 m)
(2,3). Nanoteknoloji uygulamalarında üretilen
malzemeler, parçalar, aletlerin hepsi atomlardan
oluşmaktadır (4).
Nanoteknoloji kavramını ilk defa dile getiren
Amerika
Birleşik
Devletleri’nden
Eric
Drexler'dir. Nanoteknoloji üzerine yoğunlaşan
Foresight Enstitüsü'nün kurucusu olan Drexler,
MIT (Massachusetts Institute of Technology)
laboratuarındaki çalışmaları sırasında, biyolojik
sistemlerden esinlenerek, moleküler makineler
yapılabileceğini
önermiştir.
Böylece,
nanoteknoloji kavramı ortaya çıkmıştır (4,5).
Somut adımlar ise; nanoteknolojinin başlangıcı
1965 yılında Nobel Fizik ödülü alacak olan
Richard Feynman’ın 1959 da yaptığı bir yayındır.
Bu yayınında Feynman fizik kanunlarının mevcut
halinin atom üstüne atom dizilerek yeni bir yapı
oluşturulmasına
ters
düşmediğini
verdiği
örneklerle ifade etmiştir.
Türkiyede nanoteknolojinin önemi UNAM projesi
ile çeşitli kesimlere duyurulmuş, konu gündeme
girmiştir. TÜBİTAK tarafından hazırlanan 2023
vizyon programında nanoteknoloji yer almış ve
yol haritası yapılmıştır. Nanoteknoloji Türkiye’de
büyük holdinglerin orta ve uzun dönem
planlarında yeralmaya başlamıştır (6).
1990 lara kadar durgun bir dönem geçiren
nanoteknoloji, son yıllarda değişik modlarda
atomik kuvvet mikroskobunun geliştirilmesi ile
ivme kazanmıştır.
Son dönemlerde mikroskoplardaki, malzeme
bilimindeki,
moleküler
seviyede
konum
kontrolündeki ve kuantum mekaniğinin klasik ve
modern sınırları arasındaki farkı anlamadaki
gelişmeler nanoteknolojinin gelişimi için ciddi
kazanımlar getirmiştir (4).
Nano bilim ve nano teknoloji araştırmaları için
gelişmiş ülkelerde kamu sektörü 2006 yılında
yaklaşık 6 milyar ABD Doları yatırım yapmıştır.
Son yıllarda ABD, Japonya, AB, Kore, İsrail,
Güney Afrika Birliği, Kanada gibi ülkelerde her
biri 100 milyon doların üzerinde harcama
yapılarak çok sayıda Ulusal Araştırma Merkezleri
ve Enstitüleri kurulmuştur (7).
İleride nanoteknoloji, tıp, askeri sanayi, temiz
enerji kaynakları, bilgisayar, çevre, tarım ve gıda
gibi konularda yaygın olarak kullanılabilecektir.
Sayfa1
1. Giriş
2.Tarım Sektöründe Nanoteknoloji
Tarımda; nanoteknoloji, zirai ilaç kullanımını
azaltma, bitki ve hayvan ıslahı geliştirme, bitki
hastalıklarını önlemede, aynı zamanda hastalık
tesbitinde ve yeni nano-bioendüstriyel ürünler
oluşturma da gelecek vaat etmektedir (8,9). Tarım
için kullanılan tüm girdiler (tohum, tarım ilaçı,
gübre vb) teknolojik olarak değiştirilebileceği gibi
ayrıca bitkinin büyümesi, bitkilerin ihtiyacı olan
bitki besin maddeleri ve pH seviyelerini uzak
mesafeden kontrol edilebilecek ve bu sayede
işgücü azalabilecektir (9,12).
Nanoteknolojide, nano parçacıklar ve kuantum
noktalar (QD) aşırı hassasiyetleri ile belirli bir
biyolojik markerın algılanması için çok önemli
nano malzemeler olarak ortaya çıkmıştır. Bu
malzemeler gelecekte hem önleyici hem de erken
uyarı sistemi olarak kullanılabilecektir. Bu akıllı
araçlar insanlarda kullanılan tıp ilaçları gibi
bitkiler için kullanılan pestisitlerin kontrollü bir
şekilde kullanılanılabilecektir. Aynı zamanda bu
nano malzemeler hayvanlarda kanser tesbitinde
ve belirli hayvan organ ve doku nakillerinde
başarılı şekilde kullanılmıştır (8, 12).
Tarımda pestisit, herbisit ve gübreler ile nano
düzeyde çalışılması sonucu, bunların ne zaman ve
nerede verileceği kontrol altında tutulabilecektir.
Örneğin pestisitin etkisini böceğin içinde
göstermesi sağlanarak çevre kirliliği kısmen
önlenmiş olacaktır. Bunun yanı sıra önemli besin
bileşenlerinin doğrudan hücreye gönderilmesine
olanak sağlanabilecektir (13).
Gıda sanayinin nanoteknolojiden yararlanma
potansiyeli yüksek olmasına rağmen kullanımı
çok sınırlı ölçülerdedir. Ancak özelikle son iki yıl
içinde dünya gıda sanayi bu teknolojinin
üstünlüklerinden yararlanma yollarının arayışı
içindedir. Bazı şirketler nano gıda1 geliştirme
hakkında araştırma programları yapıp ürünlerini
geliştirmişlerdir. Bu uygulama çeşitleri akıllı
paketleme, koruyucular, interaktif gıdalardır.
Talep edilen gıda konseptini geliştirilerek
interaktif
gıda
fikri
müşterilere
kendi
gereksinimine göre ve istekleri doğrultusunda
değiştirme şansı verir. Bu konsepte birçok
nanokapsül renk ve tat seçenekleri ve vitaminler
gibi ek maddeler vardır. Bazı firmalar
nanoteknolojik
araştırma
programlarını
desteklemekte ve gelecek 10 yıl içerisinde
kullanmayı amaçlamaktadır (8).
Gıdalar pek çok biyokimyasal ve biyolojik temel
mekanizma ve prensiplere dayalı reaksiyonlara
bağlı karmaşık sistemler olup, hasattan sonra
uygulanan çeşitli süreçler ile özellikleri önemli
ölçüde değiştirmektedir. Gıda güvencesinin
sağlanması,
patojenlerin
tayininde
yeni
materyallerin geliştirilmesi ve çevrenin korunması
alanlarında nanoteknoloji ile tarım ve gıda
1
Gıdanın bütün süreçlerinde nano teknoloji teknikleri ve
araçlarını (yetiştirme, üretim, işleme ve paketleme vs)
kullanımına denir
sistemlerindeki mühendislik uygulamaları ortak
kesite gelmektedir. Örneğin; gıda güvenliğinin
üretimde, işlemede veya gıdaların taşınmasında
patojenlerin ve kontaminantların teşhisini
sağlayan biyosensörler ile artırılması mümkündür.
Ayrıca her ürünün son noktaya ulaşana kadar
geçirmiş olduğu işlemleri izleyebilen cihazların
da tasarımı, enkapsülasyon ile akıllı salınım veya
taşıma sistemlerinin geliştirilerek fonksiyonel
ingrediyentlerin2 hedef hücrelere ulaşımının
özgünleştirilmesi de diğer örneklerdir. Bununla
birlikte nanoteknoloji uygulamaları için kullanılan
stratejiler
gıda
alanında
farklılıklar
göstermektedir. Bunun nedenlerinin başında gıda
süreçlerinin aslında çok farklı teknolojilerden
oluşması ve çok yüksek düzeyde biyogüvenlik
gereğinin bulunmasıdır.
Ayrıca doğal olarak hammadde çeşitliliği çok
fazladır ve teknolojik süreçler temelde mevzuatlar
ile yönetilmektedir.
Nanoteknoloji gıda sanayinde süper gıdaların
oluşturulması veya akıllı gıda sistemlerinin
doğmasına doğru bir yol haritası hazırlanmasında
büyük potansiyele sahiptir. Bu anlamda sağlığa
etki
yapacak
biyoaktif
bileşenlerin
ve
nutrasötiklerin (İnsana yararlı olacak, onu sağlıklı
tutan bir besinin tamamını veya içindeki
bileşenleri (esansiyel amino asitler, esansiyel yağ
2
Bir karışımı veya bileşiği oluşturan maddelerden her biri
Sayfa2
3.Gıda Alanında Nanoteknoloji
asitleri vitaminler vs) ifade eder); etkinliğinin
geliştirilmesi, çözünürlüğünün iyileştirilmesi,
biyoyarayışlılığın ve dayanıklılığının artırılması
ve kontrollü salınımlarının sağlanması gibi
niteliklerin kazandırılması kuşkusuz halen
dünyada büyük gelişme kaydeden fonksiyonel
gıda üretimine büyük bir ivme verecektir.
Moleküllerin
hedefe
ulaşımını
sağlayan
mekanizmalar, besleyici bileşenlerin de hücrelere
daha kolay şekilde taşınmasını sağlayarak
fonksiyonel gıda üretiminde yepyeni çığırlar
açması beklenilmektedir. Ayrıca bir biyoaktif
molekül çok özgün şekilde hedef hücrelere
taşınıp, sadece kritik bir biyokimyasal madde
veya genetik marker durumunda salınması
sağlanırsa ve aynı zamanda bireylerden genetik
bilginin de alınmasıyla adeta bir elbise diker gibi
kişiye özgü bir gıdanın tasarlanması mümkün
olabilecektir.
Gıda sistemlerinde nanoteknoloji uygulaması
ayrıca gıdaların fizikokimyasal özelliklerinin de
amaca uygun şekilde değiştirilmesine olanak
tanıyabilecektir. Örneğin; çözelti, jeller, filmler
şeklinde polimerler hazırlanabilir. Bu şekilde
hedefi tanıyan gruplar olan proteinler veya doğal
şekerleri kullanabilen biyosensörler, biyolojik
moleküllere bağlanarak geliştirilebilir (10).
4.Gıda ve Tarım Sektöründe Yapılan Nanoteknolojik Çalışmalar
Nanoteknolojinin tarım ve gıdaya uygulanması
için ilk yol haritası Aralık 2002’de USDA(United
States
Drug
Administration)
tarafından
hazırlanmıştır. Tarım ve gıda sistemlerinde
patojen ve kontaminant tayini, pestisitlerin
etkinliğinin artırılması, yeni ambalajlama
sistemlerinin geliştirilmesi ve fonksiyonel
ingrediyentlerin biyoyarının artırılması gibi
birçok alanda nanoteknolojiden yararlanılmaya
başlanmıştır.
Patojen ve kontaminantların belirlenmesi için
nanosensörler geliştirilerek üretim, işleme ve
nakil aşamalarında gıda güvenliği artırılmaya
çalışılmaktadır.
Gıdaların yetiştiği coğrafi bölgeden son ürüne
işleninceye kadar geçtiği bütün aşamalara ait
kayıtları sağlayabilecek cihazların geliştirilmesi
için çalışmalar yapılmakta ve bu sisteme akıllı
sistem (smart system) adı verilmektedir.
Nano seviyede aktif ingrediyent içeren pestisitler
piyasaya sunulmuştur. Nanoteknoloji ile üretilen
pestisitler suda kolay çözüldüğünden daha stabil
olmakta ve daha uzun süre etki göstermektedir.
Gıdaların ambalajlanması gıda endüstrisinde
nanoteknolojinin kullanıldığı bir başka alandır.
Akıllı paketler (smart packaging) üzerine
çalışmalar
yapılmaktadır.
Bu
paketleme
sistemleri, çevresel koşullardaki (sıcaklık ve nem
değişiklikleri, vb.) değişikliklere göre kendini
ayarlayabilecek ve gıdanın kontamine olması
durumunda tüketiciyi uyarabilecektir.
Nano seviyede gıda katkıları üretimine de
başlanmıştır. Nano-katkılar daha kolay absorbe
edilmekte ve ürünün raf ömrünü artırmaktadır.
Fonksiyonel gıda ürünlerinin formülasyonunda
nanoteknolojiden yararlanılmaya başlanmıştır.
Gıda firmaları vitaminler, antioksidanlar vb. gibi
aktif ingrediyentlerin etkinliğini artırmak için
nano dağıtım sistemleri (delivery system)
üzerinde çalışmaktadır. Nano dağıtım sistemleri
ile aktif ingrediyentin kontrolü ve etkinliği
artırılmaya çalışılmaktadır.
Nanoteknoloji ile üretilmiş birçok ürün piyasaya
sunulmuştur. Bunlardan bazılarını örnek verecek
olursak misellerin taşıyıcı sistem olarak
kullanıldığı Novasol adı verilen ek besin tabletleri
geliştirilmiştir, başka bir firma ise misellerin sıvı
taşıyıcı görevini gördüğü; kolesterolü düşüren
kanola yağı; üretilmiştir. Yaşlanmayı geciktirici
LifePak adı verilen besin tableti geliştirilmiştir.
Nanotea adı verilen çay üretilmiştir ve Nanotea
ile selenyum alımının 10 kat artırıldığı ifade
edilmektedir (11).
5. Genel Değerlendirme
ile nano ölçekli olayların
benzerlerinin
geliştirilerek
uygulanması
açılmaktadır.
ile
bilimde
yeni
ufuklar
Sayfa3
Nanoteknoloji
değerlendirilip
Doğanın temel yapıtaşlarını kolayca, ucuz bir
biçimde ve istediğimiz hemen her şekilde
düzenleyebilme imkanı bulunacaktır. Böylece
yeni nesil ürünlerin doğaya daha az zarar vererek
üretilebilmesi ve bunların aynı zamanda daha
dayanıklı, daha hafif ve daha hassas özelliklerle
donatılmış
olması
sağlanabilecektir
(1).
Nanoteknoloji ile üretilen ürünler piyasaya
sunulmakla birlikte çalışmaların çoğu henüz
laboratuar aşamasındadır. Önümüzdeki yıllarda
ise içinde laboratuar ölçeğinde yapılan bu
çalışmaların ticari ürüne dönüşebileceği tahmin
edilebilmektedir (11).
KAYNAKLAR
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
Anonim 2011a. Gıda Endüstrisinde Nanoteknoloji Uygulamaları. http://www.kimyaevi.org, 02.06.2011
Cenger, Y,. 2006. Nanoteknoloji ve Karbon Nano Yapılar. A.Ü. Müh. Fak. Fizik Mühendisliği, Bitirme Tezi,
Ankara.
Anonim 2011b. Nanoteknoloji. http://tr.wikipedia.org, 02.06.2011
Anonim 2010.Geleceğin Teknolojisi, Nanoteknoloji. http://www.tarim.com.tr, 06.06.2011
Anonim 2008. Nanobiyoteknoloji. http://www.kimyaturk.net, 02.06.2011
Anonim 2011c. Türkiye'de Nanoteknolojinin Durumu. http://www.nanoteknolojisi.net, 08.06.2011
Anonim 2011d. http://www.nano.org.tr, 02.06.2011
Joseph,T.,Morrison,M., 2006. Nanotechnology in Agriculture and Food, Institute of Nanotechnology.
http://www.nanoforum.org, 01.06.2011
Rani, B., 2008. Nanotechnology in Agriculture and Food. http://www.brighthub.com, 01.06.2011
Boyacıoğlu, D., 2011. Nanoteknoloji ve Gıda Sistemlerine Uygulamaları-Süper Gıdalara Doğru Bir Yol Haritası
mı? http://www.utb.org.tr, 02.06.2011
İlyasoğlu,H., Özçelik,B., 2008. Fonksiyonel Gıdalarda Nanoteknoloji Uygulamaları. http://www.gidabilimi.com,
08.06.2011
Sharon, M., C, Ajoy.and Kumar, R., 2010. Nanotechnology in Agricultural Diseases and Food Safety, Journal of
Phytology 2(4): 83-92, India. http://journal-phytology.com, 08.06.2011
Devres, O., 2011e. Nanoteknoloji ve Gıda Sanayi, İTÜ Gıda Mühendisliği Bölümü http://www.forumfood.net,
08.06.2011
TARIMSAL EKONOMİ VE POLİTİKA GELİŞTİRME ENSTİTÜSÜ / TEPGE
Gıda, Tarım ve Hayvancılık Bakanlığı Kampüsü
1 nolu Giriş (Eski APK Binası)
Eskişehir Yolu 9. km.
Lodumlu / ANKARA
Telefon : 0.312. 287 58 33
Faks: 0.312. 287 54 58
Sayfa4
1.
2.