Nanotechnologieën, kun je die eten?

Nanotechnologieën, kun je die eten?

door Koos van der Kolk, die momenteel onderzoek doet naar nanotechnologieën in de landbouw en voedsel voor het wetenschappelijk instituut.

 

Noem het woord ‘nanotechnologie’ en de kans is groot dat je gesprekspartner je verbaasd aankijkt. Nanotechnologie? Kun je dat eten? Als het aan de industrie ligt in ieder geval wel: binnen een paar jaar kunnen we het eerste nanovoedsel op ons bord verwachten. Hoog tijd om even uit ons dagelijkse leven te stappen en te duiken in de wondere wereld van de nanotechnologieën.

De opbouw van dit artikel is als volgt. In de eerste paragraaf leg ik uit wat nanotechnologieën zijn. Vervolgens geef ik een overzicht van de nano-ontwikkelingen in ons voedsel en sluit ik af met enkele opmerkingen over het te verschijnen Kort Commentaar over deze materie.

Wat zijn nanotechnologieën

‘Nano’ komt van het Griekse woord voor ‘dwerg’, en wordt binnen de exacte wetenschappen gebruikt om een lengtemaat aan te duiden. Van groot naar klein: een millimeter is een duizendste meter, een micrometer een miljoenste meter en een nanometer een miljardste meter. Een miljardste meter, hoe klein is dat wel niet? Stel we nemen een voetbal en een molecuul van ongeveer 1 nanometer groot: een buckeyball. Blazen we de voetbal nu op tot de grootte van de aarde, dan wordt de buckeyball ongeveer zo groot als een pingpongballetje. Ander voorbeeld: de punt aan het einde van deze zin is altijd nog een slordige 500.000 nanometer breed.

 

Voetbal: 22,5 centimeter

Aarde: 12756 kilometer

C60 Buckeyball: 0,7 nanometer

Pingpongbal: 4 centimeter

Figuur 1. De verhouding tussen een voetbal en een buckeyball is gelijk aan de verhouding tussen de aarde en een pingpongbal.

 

Wetenschappers krijgen processen en objecten op nanoschaal (ruwweg: van één tot honderd nanometer) steeds beter onder de knie. Dit ‘onder de knie hebben’ duiden we aan met de term ‘nanotechnologieën’[1]. Voor  nanotechnologen zijn moleculen net kleine LEGO-blokjes, waarvan je van alles kunt maken.

Nanotechnologieën lijken nieuw en grensverleggend. Toch is dit slechts ten dele waar: iedere moderne huiskamer barst nu al van de nanotechnologieën. Onze computers, televisies en radio’s, allemaal bevatten ze nanocomponenten. Onderzoekers van IBM tekenden al in 1989 het logo van dat bedrijf met individuele atomen. Het nieuwe is dat er momenteel wereldwijd miljarden euro’s worden gespendeerd aan de ontwikkeling van nanotechnologieën. Deze technologieën hebben dan ook grote beloften: betere behandeling van ziekten, geheel nieuwe producten, meer welvaart, enzovoort.

 

Kader: Moleculen, atomen, hoe zat het ook alweer?

 

De hele stoffelijke werkelijkheid bestaat uit piepkleine deeltjes: moleculen. Deze moleculen bestaan op hun beurt weer uit individuele atomen en atomen uit protonen, neutronen en elektronen. De buckeyball uit figuur 1 bestaat uit zestig koolstofatomen en is dus een C60-molecuul.

 

Nanotechnologieën in ons voedsel

Ook de voedingsindustrie heeft zich massaal op de nanotechnologieën gestort. Er valt dan ook veel geld te verdienen: de wereldwijde markt voor nanotechnologieën wordt geschat op 2,6 miljard dollar in 2006, tot ruim 20 miljard in 2010. De belangrijkste ontwikkelingen zijn: 1. het beter kunnen volgen van voedingsmiddelen gedurende de productie, 2. slimme verpakkingen, 3. geheel nieuwe producten en 4. de gerichte bezorging van voedingsstoffen. Een aantal toepassingen zullen overigens pas op de middellange termijn - over vijf tot twintig jaar – in de schappen komen te liggen.

1. Big brother in voedselland

Voedsel gaat door vele handen voor het op ons bord beland. Over de hele wereld wordt er met ingrediënten, halffabrikaten en producten gesleept[2]. Voor de voedselindustrie is dit een probleem, want zorg er maar eens voor dat al die duizenden producten vers zijn (en blijven!) en aan alle veiligheidsvoorschriften voldoen. Bovendien verplicht Europa bedrijven sinds januari 2005 om de levensgeschiedenis van voedingsmiddelen bij te houden. Deze informatie is namelijk erg handig bij het uitbreken van ziekten of voedselvergiftigingen.

Om het volgen van voedingsmiddelen – in jargon: tracking and tracing – mogelijk te maken, zijn in de loop van jaren tal van systemen ontwikkeld. Eén van die systemen is Radio Frequency Identification (RFID). Een RFID-tag is een kleine computerchip met daaromheen een antenne. De gegevens op de chip kunnen met een RFID-scanner op afstand uitgelezen, en in een computer opgeslagen worden.

Tracking and tracing is zeker geen nieuw concept in de voedingsector. De voortgaande ontwikkeling van kleinere, betere en goedkopere (nano)systemen maakt het echter mogelijk om in de toekomst ieder individueel product te volgen. Bepaalde informatie van het product kan bovendien ook op een ‘slimme verpakking’ weergegeven worden, zodat de consument precies weet wat hij koopt.

2. Slimme verpakkingen

Bij een gemiddeld gezin verdwijnt ieder jaar zo’n 135 kilo voedsel in de afvalbak[3]. Ook door de detailhandel worden jaarlijks tonnen voedsel weggegooid. Een belangrijke oorzaak hiervan is de uiterste houdbaarheidsdatum van levensmiddelen. Als deze verstreken is, mag het product namelijk niet meer verkocht worden en rest een gang naar de vuilniscontainer. Op deze houdbaarheidsdatum zit echter een marge. Yoghurt van een paar dagen over de datum kun je bijvoorbeeld nog prima eten. Daarnaast zegt die datum eigenlijk niet zoveel over de versheid van het product. Het maakt namelijk nog al uit of diezelfde yoghurt een middag in een warme auto ligt of niet.

Biosensoren vormen een belangrijk onderzoeksthema binnen de nanotechnologieën. Dergelijke sensoren kunnen niet alleen meer stoffen detecteren dan de huidige, ze zijn ook veel gevoeliger. Vooral dat laatste aspect is handig voor het detecteren van voedselbederf. Bij het bederven van voedsel komt namelijk een heel boeket van chemische stoffen vrij. Biosensoren aan de binnenkant van de verpakking kunnen deze stoffen in een vroeg stadium detecteren en – bijvoorbeeld door een kleurverandering op het etiket - doorgeven aan de consument ‘help, ik bederf!’[4] Koppel dergelijke sensoren aan de RFID-chips uit de vorige paragraaf en de op afstand uitleesbare slimme verpakking is geboren. De beste jongetjes uit de klas van slimme verpakkingen zijn echter de zogenaamde ‘actieve verpakkingen’. In deze verpakkingen zitten namelijk stoffen die actief bederf tegengaan. Een voorbeeld hiervan vormen de ‘oxygen scavengers’,chemische stoffen die zich binden aan zuurstof zodat bepaalde bacteriën, die ook zuurstof nodig hebben, niet meer kunnen delen.

3. Eerst kijken, dan koken

In de ambachtelijke productiewijze van voedsel zijn de eigenschappen van een product pas echt bekend zodra het product geproduceerd is. Gericht wetenschappelijk onderzoek maakt het echter mogelijk om de uiteindelijke producteigenschappen te voorspellen en dus te manipuleren. Voedsel wordt hierbij gezien als een som van delen: melk is een oplossing van eiwitten, vetten en zouten in water, brood een matrix van eiwitten, gluten, suikers enzovoort. Ieder ingrediënt kan vervolgens geïsoleerd, veranderd, vervangen, kortom: ontworpen worden.

Zuivelbedrijf Friesland Coberco Dairy Foods is op deze manier bezig om de textuur (het gevoel wat voedsel in de mond geeft) van zuivelproducten te verbeteren. Een ander voorbeeld zijn de zogenaamde ‘light vetten’. Deze vetten bestaan uit zeer kleine druppeltjes water met een laagje vet eromheen. Het voordeel van deze ‘vetten’ is dat ze dezelfde smaak en textuur hebben als gewone vetten, maar slechts een fractie van de calorieën.

4. Gerichte bezorging van voedingsstoffen

Westerlingen leven steeds ongezonder. We eten te veel, te vet, te zoet en bewegen te weinig. Desondanks neemt de gemiddelde leeftijd in onze samenleving toe. Deze combinatie van factoren zorgt voor een flinke stijging in het aantal gevallen van kanker, diabetes en hart- en vaatziekten. Voedsel kan een actieve rol spelen bij het voorkomen van deze kwalen, zo is de opvatting.

Voedsel blijft in ons lichaam maar weinig bespaard: vermaling, een zuurbad, diverse aanvallen van verterende enzymen, gal. En gelukkig maar: zonder deze ‘behandelingen’ zou ons lichaam nauwelijks voedingsstoffen op kunnen nemen. Toch kleven er ook nadelen aan de hardhandigheid van onze spijsvertering. Sommige voedingsstoffen worden namelijk al afgebroken voor ze goed en wel opgenomen kunnen worden door het lichaam. Hetzelfde gebeurt ook bij bepaalde medicijnen, die daarom in een beschermende capsule worden gestopt. Deze capsule beschermt het medicijn gedurende de ruige tocht door de maag en geeft zijn inhoud pas vrij op de plek waar dat nodig is: in de darmen. Dit principe willen nanotechnologen nu ook toe gaan passen in ons voedsel, zij het met capsules van slechts 30 nanometer groot. Deze nanocapsules kunnen bovendien zondanig afgericht worden dat ze hun inhoud pas vrijgeven wanneer ze – via het bloed – aankomen bij het orgaan of weefsel waarvoor ze bestemd zijn.

Het Kort Commentaar

Nanotechnologieën blijken een ware goudmijn voor de voedselindustrie. Zaak dus, om onze oren te spitsen en onze blik te scherpen. Goudmijnen trekken immers naast eerlijke goudzoekers ook lieden van minder allooi aan. Daarnaast is het de vraag of er niet een hele andere onderzoeksagenda te bedenken is dan de hierboven geschetste.

In juli hoopt het Kabinet haar visie te geven op het hele spectrum van nanotechnologieën. Om hier – in ieder geval deels – op een adequate manier op te kunnen reageren, hebben Henk Jochemsen en ik een Kort Commentaar (KC) geschreven over nanotechnologieën in landbouw en voedsel. In dat KC leveren we kritiek op wat wij een verlichte technologieontwikkeling noemen: een technologieontwikkeling waarin de werkelijkheid er primair is voor de mens en waarbij de economie een ongezond dikke vinger in de pap heeft. Hierdoor komt de schepping, of erger nog: het leven ernstig in de knel. Deze technologieontwikkeling is in onze cultuur zeer dominant, getuige de milieuproblematiek en de verschillende crises rondom BSE (‘de gekke koeienziekte’) en MKZ (mond- en klauwzeer). Als alternatief stellen we een verantwoorde technologieontwikkeling voor[5], waarin bijbelse principes als betrouwbaarheid, rentmeesterschap, rechtvaardigheid en openheid centraal staan. In deze technologieontwikkeling is er – naast de nodige veiligheidsissues[6] – ook aandacht voor vragen als ‘hebben we de nieuwe technologie nodig?’, ‘zijn er alternatieven?’, ‘wat zijn de gevolgen voor de Derde Wereld?’, ‘hoe kunnen we deze technologieën inzetten om het leed in de wereld te verzachten?’ en ‘willen we deze technologie eigenlijk wel?’. Vooral die laatste vraag is interessant als we spreken over voedsel. Er is immers weinig zo dagelijks als ons brood. Gaat er niet veel verloren als dat brood steeds minder bij de bakker, en steeds meer uit het laboratorium lijkt te komen? Willen we nanotechnologieën eigenlijk wel eten?

In de praktijk blijkt het lastig om aan verantwoorde technologieontwikkeling te doen. Onze Nederlandse economie is namelijk met handen en voeten gebonden aan de wereldeconomie. Bepaalde ethische keuzes zouden de economische groei kunnen vertragen, wat in de discussie koren op de molen is van het bedrijfsleven. Daarnaast bestaan de meeste nanotechnologieën alleen nog maar op papier, wat het vellen van harde oordelen bemoeilijkt.

Toch zijn we overtuigd van het belang om zo vroeg mogelijk een christelijk geluid te laten horen, nu de kaarten nog geschud worden. Het Kort Commentaar is hiertoe een aanzet.

 

Het Kort Commentaar over nanotechnologieën in landbouw en voedsel komt eind juni uit.



[1] Juister geformuleerd: “nanotechnologieën zijn het complex van kennis, vaardigheden en apparatuur dat nodig is om gericht objecten te maken op nanoschaal”. De gangbare enkelvoudvorm ‘nanotechnologie’ is ietwat misleidend: er zijn meerdere technologieën die op nanoschaal opereren. Naar: Kampers, F.W.H. (2004) Potentiële Risico’s van Bio-Nanotechnologie voor Mens en Milieu, Oriëntatierapport in opdracht van de COGEM

[2] Zo berekende het Provinciaal Instituut voor Milieueducatie in België dat een tomatensoep met balletjes uit blik in totaal 32.000 kilometer aflegt voor het op het bord van de consument terechtkomt. Agriholland website, http://www.agriholland.nl/nieuws/artikel.html?id=64832 (01-05-2006)

[3] Agro Keten Kennis (2005) Energietransitie ketenefficientie beperken derving in versketens, http://www.akk.nl/pdf/Beperkenderving.pdf  (27-4-2005)

[4] Tijdens het rijpingsproces van fruit worden ook stoffen afgescheiden. De firma Ripesense heeft deze eigenschap geëxploiteerd en verpakkingen op de markt gebracht die met een kleurcode aangeven hoe rijp het fruit in de verpakking is. Zie http://www.ripesense.com. Op http://www.exn.ca/dailyplanet/view.asp?date=2/2/2006 staat een kort filmpje over deze vinding onder het kopje 'Juicy idea'.

[5] Op basis van eerder werk van prof. dr. ir. E. Schuurman en de publicatie ‘Toetsen en begrenzen’ over biotechnologie

[6] Met name de piepkleine nanodeeltjes blijken een mogelijk probleem. Deze deeltjes dringen namelijk overal in door en kunnen veel schade aanrichten in het (menselijk) lichaam en in de natuur.