La filiera agro-alimentare è destinata ad essere trasformata dallo sviluppo delle nanotecnologie. Le nanoparticelle vengono già utilizzate in molti ambiti della food chain (ingredienti, additivi, applicazioni di processo, packaging, sensori) ma, in futuro, saranno talmente integrate nelle linee produttive da condizionare anche i metodi di controllo e gestione.
Giovanna Zappa, dirigente di ricerca presso il Dipartimento Sostenibilità dei Sistemi Produttivi e Territoriali – Divisione Biotecnologie e Agroindustria dell’ENEA, ci delinea il futuro dell’industria agroalimentare.
Dott.ssa Zappa, quali sono a suo parere i più promettenti filoni di ricerca? Sono quelli che vedono le nanotecnologie impiegate in associazione ad altri campi di ricerca (ICT, scienze omiche e molecolari, mild technology, biomateriali), offrendo soluzioni efficaci e di lunga durata a problematiche di importanza strategica per lo sviluppo, la sostenibilità e la salute.
Le nanotecnologie porteranno l’ingegneria genetica a livello di ingegneria molecolare, consentendo di modellare il DNA delle sementi per ottenere proprietà differenti delle piante (colore, stagione di crescita, produttività etc.) e consentiranno lo sviluppo di fertilizzanti e pesticidi ad alta efficacia.
I nanosensori permetteranno il monitoraggio a distanza dei parametri di crescita delle piante (pH, livelli di sostanze nutritive, umidità, infestanti, fitopatogeni) riducendo significativamente gli input e la manodopera ‘on farm’, trasformando l’azienda agricola in una “fabbrica biologica” che potrà essere monitorata e gestita da un portatile, e il cibo sarà così creato con sostanze appositamente progettate. Le nanotecnologie potranno modificare gli alimenti trasformando i cibi che oggi sono ritenuti “poco sani”, (sostituendo o “bloccando” alcuni grassi o zuccheri, arricchendoli con vitamine e fibre, etc.), in cibi benefici per la salute o riduttori di peso.
La ‘fortificazione’ del cibo con nanocapsule “medicinali” potrà infine consentire di potenziare le proprietà nutriceutiche di un dato alimento e di commercializzarlo come terapeutico. Molti ricercatori sono oggi anche impegnati nella preparazione di matrici alimentari nanostrutturate a partire da proteine vegetali, nel tentativo di imitare la struttura della carne utilizzando le molecole contenute nelle piante, organizzate prima in fibrille, poi riunite insieme in fibre, e quindi in fasci.
Quali sono i principali vantaggi nell’impiego delle nanotecnologie in ambito alimentare? Le nanotecnologie possono svolgere un ruolo importante nella creazione di un approvvigionamento più sostenibile di prodotti alimentari di alta qualità per la popolazione mondiale. Attraverso queste nuove tecnologie è possibile realizzare pesticidi, erbicidi, farmaci veterinari o sanitizzanti “nanoformulati”, ossia con caratteristiche di rilascio lento o innescabile in risposta a uno specifico input.
I vantaggi possono anche riguardare il frazionamento più efficiente delle colture, ed il miglioramento della biodisponibilità degli integratori alimentari. È grazie alla nanosensoristica, l’impiego di nanoformulati e l’applicazione di tecnologie ICT in agricoltura che si stanno sviluppando le tecniche di “precision farming”.
Per mezzo di nanotecnologie è inoltre possibile migliorare la germinazione, le difese e la resistenza agli stress delle piante, inibire la crescita di funghi fitopatogeni o batteri, rimuovere le sostanze inquinanti e prevenire perdite di acqua ed erosione del suolo.
Quali sono le applicazioni più rilevanti nel settore alimentare? Le applicazioni più importanti riguardano il packaging. Infatti l’impiego delle nuove tecnologie e dei nuovi materiali polimerici nano-compositi consentono lo sviluppo di packaging biodegradabili ed una serie di miglioramenti in termini di prestazioni meccaniche e di proprietà funzionali, allargando sempre più il ruolo dell’imballaggio da “contenitore passivo” a “sistema attivo” in grado di intervenire nei processi di conservazione degli alimenti, di registrare dati e informazioni di processo e/o di interagire con l’ambiente (esterno o interno).
Come sta rispondendo il mercato a queste opportunità? Vi è un livello sufficiente di interesse da parte delle aziende produttrici? Considerando le diverse opportunità offerte dalle nanotecnologie, è necessario distinguere tra le diverse fasi della filiera. Mentre alcuni settori si stanno sviluppando in stretta connessione con le nanotecnologie (es. packaging funzionale, nanoformulati, nanosensoristica), altri settori sono più cauti nell’introduzione delle nanotecnologie nei processi produttivi. Ciò a causa di incertezze sui reali benefici economici, sull’accettazione da parte dei consumatori e sull’evoluzione del quadro normativo.
Quali sono al momento i maggiori ostacoli di carattere tecnico-scientifico allo sviluppo delle ricerche? La dimensione nano – per via dell’aumento dell’area superficiale e degli effetti quantistici (ininfluenti nel macro-mondo, ma via via più importanti al diminuire delle dimensioni delle particelle) – produce una maggiore reattività dei materiali e modifiche delle loro proprietà chimico-fisiche.
Ciò comporta una variazione – passando dalla dimensione macro e micro alla dimensione nano – delle caratteristiche di persistenza, biodisponibilità, agglomerazione, del profilo tossicologico e tossicocinetico. Le conoscenze sulle interazioni dei materiali di dimensioni “nano” a livello molecolare o fisiologico, dei potenziali effetti sulla salute dei consumatori e degli impatti ambientali a medio e lungo termine sono ancora limitate. Inoltre la mancanza di metodi standardizzati per evidenziare la presenza e caratterizzare le nanoparticelle negli alimenti insieme alla carenza di adeguati materiali di riferimento, rende debole il sistema delle misure e dei controlli.
Per consentire un efficace e sicuro impiego di queste tecnologie è necessario far progredire in maniera equilibrata ed armonica le conoscenze scientifiche in diversi ambiti ed in particolare è necessario sostenere gli studi e le ricerche sugli effetti (sulla salute e sull’ambiente) dell’esposizione a medio e lungo termine alle nanoparticelle e consentire uno sviluppo adeguato della nanometrologia e permettere a questi due settori di ricerca di “tenere il passo” con le nanotecnologie.
Vi sono altri fattori che rallentano le ricerche? La rapida proliferazione e diffusione delle nanotecnologie in una vasta gamma di prodotti di consumo ha sollevato una serie di preoccupazioni legate alla tutela della salute, alla sicurezza alimentare, alla salvaguardia ambientale e questioni di carattere etico, politico e normativo. Le incertezze e la mancanza di conoscenze sugli effetti e gli impatti delle nuove tecnologie o l’assenza di una chiara comunicazione dei rischi e dei benefici possono sollevare preoccupazioni tra il pubblico.
Come si può intervenire sulla diffidenza dei consumatori? È essenziale sviluppare strategie di comunicazione efficaci in grado di rafforzare la fiducia dei consumatori nel sistema ricerca, impedendo fenomeni di speculazione e la strumentalizzazione delle preoccupazioni dei consumatori che induce spesso la distorsione dei mercati con ingenti danni economici. È pertanto indispensabile rispondere con chiarezza e trasparenza alla crescente domanda di informazioni da parte dei consumatori ed alle loro preoccupazioni legate alla sicurezza dei prodotti. È necessario parallelamente impedire il “demonizzare” e lo svilupparsi di posizioni contrapposte a priori (come già è avvenuto per gli OGM), favorendo lo sviluppo tecnologico in armonia con la natura, tenendo conto delle percezioni e attitudini di scelta e consumo attuali e nel rispetto delle generazioni future.
Vi sono agevolazioni o finanziamenti a livello nazionale e europeo per le aziende che vogliono investire nella ricerca in questo campo? A livello di programmi europei Horizon2020 offre opportunità attraverso diversi programmi, tra cui: “Nanotechnologies, Advanced Materials, Biotechnology and Advanced Manufacturing and Processing” (NMBP) e “Food security, sustainable agriculture and forestry, marine and maritime and inland water research and the bioeconomy” (SFS).
Il tema delle nanotecnologie è anche presente in numerosi piani regionali di “Smart Specialization Strategy” e ampiamente considerato all’interno della Strategia Nazionale di Specializzazione Intelligente, alle quali saranno collegati nuovi bandi per attività di ricerca. Fondamentale, in questo come in altri campi, è la cooperazione tra le aziende e gli organismi di ricerca e per il settore agroalimentare il Cluster Agrifood Nazionale rappresenta il punto di riferimento ed il naturale punto d’incontro. Dal sito dedicato (www.clusteragrifood.it) è possibile scaricare la Roadmap tecnologica nazionale e trovare informazioni utili per avviare collaborazioni.
La normativa europea. Per garantire l’applicazione sicura delle nanotecnologie in campo alimentare, è necessario che la normativa sia mantenuta aggiornata rispetto agli sviluppi scientifici e tecnologici. Uno dei primi richiami al riguardo arriva nel 2004 con il documento intitolato “Nanoscienze e nanotecnologie: un piano di azione per l’Europa 2005-2009” nel quale la Commissione Europea presenta la propria strategia per adeguare le normative in tema di salute e sicurezza alimentare in seguito allo sviluppo delle nanoscienze.
Nel marzo del 2009, il comitato scientifico dell’EFSA pubblica un primo parere su “Nanoscienza e nanotecnologie in rapporto alla sicurezza di alimenti e mangimi” nel quale afferma che l’approccio classico per la valutazione del rischio può essere applicato anche alle nanoparticelle avendo però l’accortezza di valutare singolarmente ogni caso. I dati scientifici, spiega infatti il documento, appaiono carenti e le metodologie non sono adeguatamente armonizzate e validate per poter definire una procedura unica.
Nel 2011 l’EFSA prepara la “Guidance on the risk assessment of the application of nanoscience and nanotechnologies in the food and feed chain” dove fornisce suggerimenti pratici su come effettuare la valutazione del rischio connesso all’impiego di nanomateriali ingegnerizzati (ENM) in additivi alimentari, materiali a contatto con alimenti, nuovi prodotti alimentari, additivi per mangimi e pesticidi. Nello stesso anno l’EFSA dà anche il via al “Network for Risk Assessment of Nanotechnologies in Food and Feed” con l’obiettivo di armonizzare le metodologie, promuovere lo scambio di informazioni con gli Stati europei e realizzare nuove sinergie nella valutazione dei rischi.
Dott.ssa Zappa, come vengono considerati i nanomateriali nella attuale normativa europea sugli alimenti?
La presenza di nanoparticelle negli alimenti può originare da diverse fonti: contaminanti ambientali, migrazione dai materiali a contatto, presenza sotto forma di additivi o di ingredienti e residui di fitofaramaci o farmaci veterinari nano formulati.
Il Regolamento sugli additivi alimentari introduce già una distinzione specifica tra gli additivi prodotti mediante l’impiego di tecnologie convenzionali e quelli ottenuti attraverso le nanotecnologie, specificando che “se un additivo alimentare già incluso in un elenco comunitario subisce un cambiamento significativo per quanto riguarda il suo metodo di produzione, le materie prime utilizzate o la dimensione delle particelle, ad esempio per mezzo delle nanotecnologie, l’additivo alimentare preparato con tali nuovi metodi o materie prime va considerato un additivo diverso ed è necessaria una nuova inclusione negli elenchi comunitari o la modifica delle specifiche prima che esso possa essere immesso sul mercato”.
Anche la normativa sulle etichette alimentari dispone di informare i consumatori circa la presenza di nanomateriali ingegnerizzati negli alimenti. In particolare prevede che tutti gli ingredienti presenti sotto forma di nanomateriali ingegnerizzati debbano essere chiaramente indicati nell’elenco degli ingredienti, facendo seguire la dicitura «nano», tra parentesi alla denominazione dell’ingrediente stesso.
