Nuôi trồng thủy sản được coi là một trong những hệ thống sản xuất thực phẩm quan trọng nhất cả về tác động kinh tế và an ninh lương thực, và sự phát triển không ngừng của ngành này là yếu tố then chốt trong chiến lược đảm bảo an toàn dinh dưỡng toàn cầu. Ngày nay, các loại hệ thống dựa trên công nghệ nano khác nhau đã được sử dụng để tăng sản lượng, hiệu quả và tính bền vững của nó. Những nỗ lực gần đây đã được thực hiện trong các lĩnh vực quản lý sức khỏe, tăng cường sự phát triển của cá và động vật có vỏ bằng cách bổ sung dinh dưỡng trong chế độ ăn uống, cũng như trong chế biến và bảo quản hải sản và xử lý nước, v.v.
Vì vậy, công nghệ nano có một vai trò quan trọng trong việc cải thiện hiệu quả và tác động môi trường của ngành công nghiệp này. Với quan điểm này, chúng tôi đề xuất xem xét tình hình hiện tại của công nghệ nano trong lĩnh vực nuôi trồng và đánh bắt thủy sản, nhấn mạnh không chỉ trong các ứng dụng hiện tại và triển vọng trong tương lai, mà còn ở khía cạnh đạo đức và quản lý liên quan đến chủ đề này.
Contents
Giới thiệu
Sáng kiến Công nghệ Nano Quốc gia Hoa Kỳ (NNI) định nghĩa công nghệ nano là “sự hiểu biết và kiểm soát vật chất ở quy mô nano, ở kích thước từ khoảng 1 đến 100 nm, nơi các hiện tượng độc đáo cho phép các ứng dụng mới” (https://www.nano.gov/ nanotech-101 / cái gì) (Hình 1). Công nghệ nano có tiềm năng to lớn trong việc cung cấp các cải tiến sáng tạo cho các hệ thống nuôi trồng thủy sản nhằm giảm chi phí, tăng hiệu quả và giảm tác động của chúng ta đến môi trường, vì điều đó cần thiết ảnh hưởng đến khả năng của chúng ta để nuôi sống hơn 7 tỷ cư dân trên hành tinh. Trung Quốc đã đi đầu trong việc phát triển và triển khai nhanh chóng công nghệ nano trong lĩnh vực nông sản thực phẩm, những ứng dụng chỉ được coi là thành công nếu sản phẩm đáp ứng được yêu cầu về chất lượng, giảm chi phí, bền vững với môi trường và ít rủi ro đối với sức khỏe con người (Chena & Yadab, 2011). Ngày nay, công nghệ nano là một ngành công nghiệp hàng tỷ tỷ và đang mở rộng nhanh chóng, được minh chứng bởi hơn một nghìn sản phẩm có chứa vật liệu nano hiện có trên thị trường. Kể từ thập kỷ qua, hơn 300 sản phẩm thực phẩm nano đã có mặt trên thị trường quốc tế (Ramsden, 2018), với tác động kinh tế của các ngành công nghệ nano ước tính đạt ít nhất 3 nghìn tỷ đô la vào năm 2020, ngoài việc sử dụng khoảng 6 triệu lao động (He et al., 2019).
Hình 1. Kích thước tương đối của các hạt nano so với kích thước của các sinh vật sống dưới nước khác nhau.
Thị trường công nghệ nano toàn cầu áp dụng cho lĩnh vực thực phẩm gần đây được dự báo sẽ tăng với tốc độ hàng năm hơn 24% trong giai đoạn 2019–2023, đạt 112,48 tỷ đô la, các ứng dụng ngày càng tăng trong các sản phẩm dinh dưỡng chịu trách nhiệm chính cho sự thúc đẩy thị trường này (Technavio, 2019) . Hiện tại, thông tin hiện có cho thấy lĩnh vực thực phẩm nano đang dẫn đầu bởi Hoa Kỳ, tiếp theo là Trung Quốc, Nhật Bản và Liên minh Châu Âu (EU) (Chaudhry và cộng sự, 2017; Thiruvengadam và cộng sự, 2018). Hoa Kỳ dẫn đầu nhóm này với nguồn tài trợ lớn nhất thế giới cho nghiên cứu công nghệ nano, kế hoạch 4 năm đầu tư 3,7 tỷ đô la, được thông qua Sáng kiến Công nghệ Nano Quốc gia (NNI) (Meghani et al., 2020; Thiruvengadam et al., 2018) . Ngày nay, một số công ty hàng đầu trong ngành này là các công ty như AQUANOVA (Đức), BASF (Đức), NanoPack (Bỉ) và PEN (Mỹ).
Công nghệ nano kết hợp các ngành khác nhau như vật lý, hóa học, công nghệ sinh học và kỹ thuật (Chandra, 2016), và hoạt động ở phạm vi 1–100 nm, một số kích thước của các phần tử cấu trúc, tinh thể, phân tử và cụm được biểu hiện trong vật liệu nano (Hình 2) , bao gồm chiều không (hạt nano, cụm nano và chấm lượng tử), một chiều (ống nano carbon và ống nano đa vách), hai chiều (lớp graphene và màng siêu mỏng) và ba chiều (vật liệu có cấu trúc nano). Các dạng và hình dạng khác nhau của hạt nano được sử dụng, chẳng hạn như dendrimers (Wu và cộng sự, 2015a), viên nang nano (Torchilin, 2006), quả cầu nano (Donbrow, 1991), ống nano (Reilly, 2007), v.v. Ngoài ra, vật liệu nano đã được báo cáo với nhiều ưu điểm; ví dụ, nhắm mục tiêu theo mô cụ thể, giảm liều lượng và độc tính, cũng như tăng khả dụng sinh học, hiệu quả của thuốc và giảm các tác dụng phụ thứ cấp (Shah & Mraz, 2019; Toyokawa và cộng sự, 2008; Xu và cộng sự, 2018a). Các đặc tính hóa lý của vật liệu nano dẫn đến ứng dụng rộng rãi của nó trong việc bảo quản thực phẩm, xử lý nước và chăm sóc sức khỏe, trong số những đặc tính khác (Baranwal và cộng sự, 2018; Ogunkalu, 2019).
Hình 2. Các kích thước khác nhau của vật liệu nano hiện đang được phát triển.
Vật liệu nano có thể được tổng hợp sắp xếp nguyên tử theo nguyên tử (quy trình từ dưới lên) hoặc chuyển đổi các vật liệu lớn sang kích thước nano (quy trình từ trên xuống), với các đặc tính vật lý, quang học, hóa học, từ và điện tạo thuận lợi cho các quá trình này (Roy và cộng sự, 2012). Loại vật liệu nano chính bao gồm kim loại nano, oxit kim loại, ống nano cacbon và quả cầu cacbon, cũng như các vật liệu tổng hợp như chấm lượng tử, gốm sứ nano và vỏ nano (Boxall và cộng sự, 2007; Stone và cộng sự, 2010). Có khả năng không giới hạn số lượng các nguyên tố hóa học có thể được sử dụng để sản xuất vật liệu nano. Các vật liệu nano hiện nay cũng đang nổi lên với các hình dạng ba chiều phức tạp và / hoặc chứa một số chất hóa học khác nhau (Handy, 2012, trang 1–29). Mặt khác, việc sử dụng các hạt nano để thúc đẩy nuôi trồng thủy sản và ngành thủy sản đang đạt được động lực to lớn.
Nuôi trồng thủy sản là ngành công nghiệp thực phẩm cho thấy mức tăng trưởng nhanh nhất và sản xuất hơn 50% thủy sản được sử dụng làm thực phẩm (Souza và cộng sự, 2017; Hussain và cộng sự, 2019). Sản lượng cá trên toàn thế giới đạt khoảng 180 triệu tấn trong năm 2018, với tổng giá trị xuất bán lần đầu ước tính là 401 tỷ USD, trong đó 82 triệu Tm, trị giá 250 tỷ USD, là từ sản xuất nuôi trồng thủy sản; tiêu thụ cá thực phẩm bình quân đầu người tăng từ 9,0 kg (năm 1961) lên 20,5 kg (năm 2018), với tốc độ bình quân khoảng 1,5% / năm (FAO, 2020; Shah & Mraz, 2019). Do đó, nuôi trồng thủy sản có thể là một trong những ngành đóng góp lớn nhất cho các Mục tiêu Phát triển Bền vững cho năm 2030 (FAO, 2018).
Hơn nữa, nuôi trồng thủy sản là một hoạt động chính tạo ra việc làm cho các gia đình đánh cá truyền thống, đặc biệt quan trọng ở các nước đang phát triển, thu hút khoảng 20,5 triệu người trên khắp thế giới (Sibaja et al., 2019; FAO, 2020). Tuy nhiên, suy thoái môi trường, ô nhiễm hóa chất, dinh dưỡng dưới mức tối ưu và tỷ lệ mắc bệnh là một trong những yếu tố tác động tiêu cực đến lĩnh vực này đối với việc đạt được an ninh lương thực toàn cầu (Shah & Mraz, 2019).
Công nghệ nano có nhiều ứng dụng trong nuôi trồng thủy sản và có thể giúp chuyển đổi đáng kể ngành công nghiệp này (Hình 3). Giữa các ứng dụng hiện tại của nó, chúng ta có thể tìm thấy việc phát hiện và kiểm soát mầm bệnh, xử lý nước, khử trùng ao, phân phối chất dinh dưỡng và thuốc hiệu quả (Jimenez-Fernandez và cộng sự, 2014; Bhattacharyya và cộng sự, 2015; Huang và cộng sự, 2015 ; Sibaja-Luis và cộng sự, 2019). Ví dụ, vắc-xin DNA-nano được sử dụng để cải thiện hệ thống miễn dịch của cá. Tương tự, các hạt nano sắt cũng có thể được sử dụng để cải thiện sự phát triển của cá (Mohammadi và Tukmechi, 2015).
Hình 3. Các ứng dụng chính hiện nay của công nghệ nano trong ngành nuôi trồng thủy sản.
Ngày nay, có rất nhiều khả năng ứng dụng các công nghệ này trong tương lai. Trong lĩnh vực nông sản thực phẩm, nghiên cứu ứng dụng vật liệu nano cho các hệ thống phân phối đã được thực hiện bằng cách sử dụng các hạt nano, mixen, liposome, biopolyme, nhũ tương, phức hợp protein-carbohydrate, dendrimers và các hạt nano-lipid rắn, cùng nhiều loại khác. Các đặc tính chính mang lại lợi thế của các vật liệu nano này bao gồm khả năng hấp thụ và sinh khả dụng cao, khả năng phân tán và hòa tan tốt hơn, cải thiện tính ổn định chống lại sự suy thoái môi trường trong quá trình chế biến thực phẩm, cũng như động học giải phóng có kiểm soát (Chen và cộng sự, 2006; Ogunkalu, 2019; Pathakoti et al., 2017). Ngoài ra, sử dụng vật liệu nano cho hệ thống phân phối có thể cải thiện cấu hình dinh dưỡng của thức ăn và tỷ lệ chuyển hóa thức ăn (Bhattacharyya và cộng sự, 2015). Những ưu điểm này nâng cao hiệu quả, giảm lãng phí và gánh nặng tài chính, đồng thời nâng cao năng suất và chất lượng sản xuất (Chena & Yadab, 2011).
So với các công nghệ khác, việc phân phối các phân tử thông qua các ứng dụng công nghệ nano có thể hiệu quả hơn trong việc ngăn ngừa / điều trị bệnh, thông qua việc phân phối chính xác và giải phóng thuốc và vắc xin có kiểm soát, giảm rủi ro liên quan đến sức khỏe và các yếu tố môi trường cũng như giảm việc sử dụng hóa chất. Các hạt nano để phân phối mục tiêu có thể cho phép các phương pháp sử dụng thuốc mới nhanh hơn, không xâm nhập và tiết kiệm chi phí hơn. Hơn nữa, phương pháp điều trị có thể ngăn ngừa bệnh, kết hợp chẩn đoán và trị liệu trong một bước duy nhất (tiên lượng), sẽ nâng cao hiệu quả điều trị bệnh và hạ thấp đáng kể chi phí (Chena & Yadab, 2011; Morris, 2009).
Công nghệ nano cũng bao gồm cải tiến kỹ thuật đóng gói cá, và nâng cao chất lượng về hương vị, kết cấu, mùi, hình thức, mùi vị, cũng như cải thiện khả năng hấp thụ chất dinh dưỡng của cá. Công nghệ nano cũng được áp dụng để cải thiện khả dụng sinh học (bao gồm các hợp chất chức năng), bao gói và giám sát việc giải phóng chất kháng khuẩn vi nang trong bao bì, làm chậm quá trình phân hủy, cải thiện độ ổn định và thời hạn sử dụng của các thành phần tinh tế. Một ứng dụng khác của hạt nano bao gồm các đặc tính kìm khuẩn của nó để tạo ra các bề mặt kháng vi sinh vật. Ví dụ, các hạt nano bạc đã được sử dụng để giảm mầm bệnh và kéo dài thời hạn sử dụng của các sản phẩm thịt trong các lĩnh vực khác nhau trong ngành nông sản thực phẩm (Ogunkalu, 2019).
Tuy nhiên, việc xử lý các hạt nano cũng gây thêm mối quan tâm đến môi trường và sức khỏe (Otles & Yalcin, 2008), vì việc hấp thụ các hạt này có thể có tác động bất lợi đến sự sao chép của DNA và dẫn đến đột biến gen (Suppan, 2011, trang 3– 20). Để công nghệ nano bền vững và được sử dụng cho nhiều ứng dụng hơn, vòng đời và thời hạn sử dụng của vật liệu nano phải được nghiên cứu để xem xét các rủi ro tiềm ẩn về sức khỏe và môi trường mà chúng có thể có, bao gồm phơi nhiễm, hấp thụ, tích tụ, giải phóng và lắng đọng (Handy, 2012, trang 1–29).
Với quan điểm này, mục tiêu chính của tổng quan này là tập trung vào việc cung cấp một bản tóm tắt thông tin rộng rãi, không chỉ về các ứng dụng và ứng dụng chính của công nghệ sinh học trong lĩnh vực nuôi trồng thủy sản; mà còn trên quan điểm về các khía cạnh quản lý và lập pháp liên quan đến các công nghệ này.
Dịch bệnh là một trong những trở ngại chính cho sự bền vững và phát triển của nuôi trồng thủy sản (Rather et al., 2011; Sibaja-Luis et al., 2019; Yang et al., 2021). Trong bối cảnh này, công nghệ nano có một vai trò to lớn, được liên kết để cung cấp các quan điểm mới liên quan đến chẩn đoán bệnh tật và quản lý sức khỏe (Handy, 2012, trang 1–29). Một số chiến lược liên quan đến hệ thống phân phối thuốc lõi rắn, ngụ ý bao phủ một hạt nano rắn bằng một lớp vỏ axit béo để bảo vệ thuốc (Hình 4). Kỹ thuật này đặc biệt thành công trong trường hợp thuốc không bền hoặc nhạy cảm với nhiệt, (Mitchell & Trivedi, 2010).
Hơn nữa, các vật liệu nano xốp có thể được sử dụng như một chất nền phân phối dược phẩm. Ví dụ, để giải phóng thuốc có kiểm soát, các hạt silica trung tính có thể được sử dụng (Stromme và cộng sự, 2009). Hệ thống phân phối nano qua đường uống liên kết với các hạt nano đã được sử dụng vì nhiều lý do, trong số đó, tăng cường kiểm soát sự giải phóng thuốc (Eldridge và cộng sự, 1990), bao gồm giải phóng trực tiếp mô đích (Jani và cộng sự, 1990), sinh khả dụng dược phẩm có tỷ lệ hấp thụ thấp (Florence và cộng sự, 1995), sự ổn định của thuốc bằng cách tăng thời gian cư trú trong ruột (Peters & Brain, 2009), cũng như khả năng hấp thụ được cải thiện, được cấp bởi tỷ lệ phân tán cao hơn ở cấp độ phân tử (Mohanraj & Chen, 2006).
Hình 4. Các hạt nano khác nhau đang được nghiên cứu trong nuôi trồng thủy sản để cung cấp thuốc và liệu pháp nhắm mục tiêu, cũng như những ưu điểm của việc sử dụng các hạt nano.
Alginate là một polyme được tìm thấy tự nhiên được tạo ra từ axit β-d-mannuronic (M) và axit α-l-guluronic (G) được tìm thấy trong một số loài tảo nâu và vi khuẩn (Shah & Mraz, 2019) và có thể được sử dụng để sản xuất các hạt nano một cách hiệu quả và có thể mở rộng bằng cách nhũ hóa (Reis và cộng sự, 2017). Các báo cáo từ một số nguồn đã trình bày alginate, không chỉ như một chất bổ trợ kháng nguyên (Borges và cộng sự, 2008; Tafaghodi và cộng sự, 2007), mà còn là chất thúc đẩy tỷ lệ sống và trọng lượng của cá (Chiu và cộng sự, 2008; Fujiki và cộng sự ., 1994). Hơn nữa, alginate có thể tăng cường phản ứng miễn dịch ở cá mú cẩm thạch nâu (Epinephelus fuscoguttatus) và cá chép châu Á (Cyprinus carpio), cũng như tăng cường hệ thống miễn dịch của cá mú cẩm thạch nâu và cá mú chấm cam (E. coioides) chống lại iridovirus và Streptococcus sp., và đối với bọ trĩ (Scophthalmus maximus) chống lại V. anguillarum (Cheng và cộng sự, 2008; Huttenhuis và cộng sự, 2006; Skjermo & Bergh, 2004; Yeh và cộng sự, 2008). Sự kết hợp của chitosan-alginate đã được sử dụng hiệu quả để tiêm chủng đường uống cho cá hồi vân (Oncorhynchus mykiss) chống lại Lactococcus garvieae và Streptococcus iniae, làm tăng tỷ lệ sống sót sau các thử nghiệm thử thách và đáp ứng miễn dịch, so với nhóm đối chứng và vắc xin không bọc (Halimi và cộng sự, 2019).
Hơn nữa, DNA nanovaccines, chuỗi DNA ngắn trong viên nang nano, đã được sử dụng trong ngành nuôi trồng thủy sản để tạo ra phản ứng miễn dịch ở cá. Các hạt nano sắt đã được chứng minh là giúp tăng tốc sự phát triển của cá, liên quan đến việc phân phối thuốc với sự phóng thích được lập trình, đang trở thành hiện thực rất nhanh theo cách tiếp cận này (Hussain và cộng sự, 2019). Ví dụ, vắc-xin đóng gói nano đã được sử dụng thành công chống lại vi khuẩn Listonella anguillarum ở cá chép châu Á (Bhattacharyya và cộng sự, 2015) và cá hồi vân (Oncorhynchus mykiss) (Mongillo, 2007; Ogunkalu, 2019).
Chitosan là một polysaccharide bao gồm d-glucosamine và N-acetyl-d-glucosamine phân bố ngẫu nhiên, có thể được tìm thấy tự nhiên trong bộ xương ngoài của động vật giáp xác và côn trùng (Elieh-Ali-Komi & Hamblin, 2016). Nó có các tính năng độc đáo, chẳng hạn như không độc hại và có thể phân hủy sinh học, chất kết dính sinh học và tương thích sinh học. Do đó, các công thức dựa trên chitosan, hầu hết ở dạng nhũ tương, đã được sử dụng để phân phối thuốc, lớp phủ ăn được trong các loài nuôi trồng thủy sản, cũng như trong các ứng dụng y tế của con người như thủ tục phẫu thuật hoặc nha khoa (Shah & Mraz, 2019).
Có rất nhiều ví dụ về việc đóng gói và phân phối thành công bằng các hệ thống dựa trên chitosan trong nuôi trồng thủy sản. Theo ý nghĩa này, các phương pháp điều trị đã được phát triển để chống lại vi khuẩn Vibrio parahaemolyticus ở cá biển đầu đen (Acanthopagrus schlegelii) (Li và cộng sự, 2013), Philasterides dicentrarchi ở cá bơn (S. maximus) (Leon-Rodrıguez và cộng sự, 2013), và Vibrio anguillarum ở cá vược châu Á (Lates calcarifer) (Kumar và cộng sự, 2008). Cả DNA và RNA, đã được đóng gói và phân phối thành công sau hệ thống này. Ví dụ, RNA trong chế độ ăn đã được sử dụng trong rohu (Labeo rohita) (Ferosekhan và cộng sự, 2014), cũng như các phần tử không hoạt động của vi rút gây bệnh tụ huyết trùng (VHSV) ở cá bơn Nhật Bản (Paralichythys olivaceus) (Kole và cộng sự, 2019). Hơn nữa, Kitiyodom et al. (2019) đã báo cáo về hiệu quả nâng cao của việc tiêm vắc-xin ngâm ở cá rô phi (Oreochromis sp.) Chống lại bệnh Columnaris bằng nanovaccine dính niêm mạc phủ chitosan. Ngoài ra, các túi màng bọc chitosan (cMVs) từ mầm bệnh cá nội bào Piscirickettsia salmoniswere, được tiêm vào cá ngựa vằn trưởng thành (Danio rerio), cung cấp một sự bảo vệ đáng kể với việc tăng tỷ lệ sống và tăng phản ứng miễn dịch (Tandberg và cộng sự, 2018).
Theo nghĩa này, Rajeshkumar et al. (2009) phát hiện ra rằng cấu trúc DNA được bao bọc bằng chitosan có chứa gen VP28 của virus gây hội chứng đốm trắng (WSSV) có thể làm tăng đáng kể tỷ lệ sống sót khi thử thách với virus, so với tỷ lệ tử vong 100% của đối chứng. Tuy nhiên, tỷ lệ sống sót tương đối giảm từ 85 xuống 50% khi thử thách được thực hiện từ 7 đến 30 ngày sau điều trị, với tác dụng giảm do hệ thống miễn dịch của giáp xác không đáp ứng được bộ nhớ.
Một polyme phân hủy sinh học khác, axit polylactidecoglycotidic (PLGA) đã được sử dụng phần lớn để đóng gói và phân phối các hợp chất khác nhau trong cá (Shah & Mraz, 2019). Ví dụ, một vắc-xin DNA được đóng gói trong PLGA cho thấy phản ứng miễn dịch được cải thiện chống lại bệnh viêm tế bào lympho (Tian & Yu, 2011). Ngoài ra, Behera et al. (2010) đã phát hiện ra rằng PLGA bao bọc các kháng nguyên từ Aeromonas hydrophila, được sử dụng như một loại vắc-xin ở rohu, đã tạo ra phản ứng kích thích miễn dịch và kháng thể mạnh mẽ, cả 21 và 42 ngày sau khi chủng ngừa.
Yun và cộng sự. (2017) đã sử dụng vi hạt PLGA để mang các tế bào A. hydrophila trước đó đã bị giết bằng cách xử lý bằng formalin, như một cách để cung cấp kháng nguyên cho chạch ao (Misgurnus anguillicaudatus) và cá chép (C. carpio). Khi chúng được thử thách với A. hydrophila, những con cá được xử lý bằng PLGA-A. hydrophila cho thấy khả năng sống sót cao hơn và tăng đáp ứng miễn dịch bẩm sinh và thích ứng hơn so với nhóm được điều trị chỉ với A. hydrophila đã bị giết, có khả năng tạo ra các đáp ứng miễn dịch cao hơn và lâu dài hơn so với chỉ dùng kháng nguyên. Ngoài ra, việc tiêm phòng hàng loạt có thể đạt được bằng cách sử dụng các viên nang nano có khả năng chống tiêu hóa và thoái hóa. Cả hai phương pháp uống và giải phóng hoạt chất cụ thể tại cơ sở sẽ làm giảm nỗ lực và chi phí liên quan đến quản lý bệnh, dẫn đến các thực hành bền vững hơn (Rather et al., 2011).
Một công thức khác ở dạng liposome, được tạo ra từ phospholipid, phần lớn đã được sử dụng trong một số lĩnh vực nuôi trồng thủy sản. Trong trường hợp của cá chép châu Á, kháng nguyên bao bọc liposome của Aeromonas salmonicida, một thí nghiệm cho thấy khả năng sống sót cao hơn và giảm loét da so với nhóm đối chứng (Irie et al., 2005). Hơn nữa, trong các thí nghiệm khác, các kháng nguyên A. hydrophila được nhũ tương hóa trong liposome đã cải thiện kháng thể huyết thanh, giúp tăng cường phản ứng miễn dịch, ở cá chép (Shah & Mraz, 2019; Yasumoto et al., 2006). Gần đây hơn, Malheiros et al. (2020) đã báo cáo về nhũ tương nano với nhựa dầu của Copaifera reticulata (Leguminosae) chống lại ký sinh trùng monogeneans trên mang của Tambaqui (Colossoma macropomum). Họ nhận thấy rằng nhựa dầu không có nhũ tương nano cho thấy hiệu quả 100% chỉ ở nồng độ 600 mg / L hoặc cao hơn trong khi nhựa dầu có nhũ nano cho thấy hiệu quả là 100 sau 30 phút tiếp xúc với nồng độ 200 mg / L). Ngoài ra, tất cả cá chết sau 2 giờ tiếp xúc ở tất cả các nồng độ được thử nghiệm (200–1000 mg / L) khi được áp dụng một mình, trong khi tất cả những con được xử lý bằng nhựa dầu nhũ nano đều sống ở tất cả các nồng độ được thử nghiệm (50–250 mg / L ).
Trong vài năm gần đây, các hệ thống phân phối phóng thích có kiểm soát và cảm biến chẩn đoán dựa trên các hạt nano đã được phát triển để thay đổi đặc tính và cấu trúc của chúng theo kích thích của môi trường như nhiệt độ, cường độ ion, pH hoặc hoạt động của enzym. Ví dụ, trong ngành dược phẩm, các hạt nano nhạy cảm với pH đã được sử dụng để phân phối các phân tử chống ung thư (Nile và cộng sự, 2020). Hơn nữa, McClements (2017) đã báo cáo các hạt nano lipid mang các hợp chất hoạt tính sinh học có thể bị phá vỡ khi tiếp xúc với lipase, do đó, hợp chất hoạt tính sinh học có thể được giải phóng trong điều kiện rối loạn tiêu hóa.
Gần đây, Lee et al. (2020) đã phát triển một phương pháp thú vị có thể được sử dụng làm vắc xin uống trong nuôi trồng thủy sản. Để thăm dò cách tiếp cận của họ, họ đã sử dụng một chất kích thích của hệ thống miễn dịch, trong trường hợp này là kháng nguyên từ Streptococcus parauberis (bất hoạt bằng phương pháp điều trị bằng formalin); được bao bọc bởi các hạt alginate, được sử dụng làm mô hình. Để kiểm soát cả hiệu quả đóng gói và giải phóng tại cơ quan đích (ruột), họ liên kết chéo các hạt với các hạt nano đất sét. Toàn bộ hệ thống tập trung vào việc lưu trữ trong điều kiện dạ dày và giải phóng trong điều kiện ruột, đáp ứng với mức độ pH. Đây có thể là một cách tiếp cận rất hiệu quả để chỉ điều trị các sinh vật bị ảnh hưởng trong quần thể đang được nuôi cấy, chỉ sử dụng phương pháp điều trị khi cần thiết.
Cảm biến nano để phát hiện mầm bệnh
Hệ thống cảm biến nano hiện đang được phát triển để cho phép phát hiện nồng độ rất thấp không chỉ ký sinh trùng, vi khuẩn và vi rút mà còn cả các yếu tố gây ô nhiễm trong nước (Chen và cộng sự, 2016). Điều này đặc biệt quan trọng trong các đợt bùng phát tại các hệ thống nuôi trồng thủy sản thương mại, vì có thể mất quá nhiều thời gian trước khi tác nhân gây bệnh gây ra tác động để xác định sự hiện diện của nó, làm chậm trễ việc điều trị để kiểm soát mầm bệnh, tạo ra tác động kinh tế quan trọng. Về mặt này, công nghệ nano có tiềm năng vượt qua thách thức này thông qua việc phát hiện sớm và tiêu diệt mầm bệnh.
Hiện nay, cảm biến nano có thể phát hiện hàng loạt tác nhân gây bệnh. Ví dụ, sử dụng cảm biến điện nano, việc phát hiện các hạt virus đơn lẻ là khả thi (Patolsky và cộng sự, 2004). Hơn nữa, đã có báo cáo rằng các hạt nano vàng nhắm mục tiêu miễn dịch có thể hoạt động hóa chức năng với một kháng thể nhắm mục tiêu đến một phân tử sinh học cụ thể được quan tâm, chẳng hạn như hạt nano vàng có nắp đậy bằng globulin miễn dịch, để liên kết đặc biệt với các kháng thể được tạo ra chống lại Staphylococcus pyrogenes và S. aureus, trong số những loại khác (Roy và cộng sự, 2012). Cảm biến nano cũng được sử dụng để làm sạch ao cá và giám sát đàn cá, chẳng hạn như cảm biến dựa trên ống nano carbon, có độ nhạy cao để phát hiện dấu vết của mầm bệnh như vi rút, ký sinh trùng và vi khuẩn; và cả kim loại nặng, cả từ thực phẩm và nước (Hussain et al., 2019).
Cảm biến nano theo dõi, với bộ định vị chuyển tiếp dữ liệu về địa phương hóa và tình trạng sức khỏe của cá, đã được báo cáo, thông qua việc sử dụng công nghệ phân tích dữ liệu lớn, cho phép kiểm soát từng cá thể cá hoặc trong việc phát triển hệ thống lồng thông minh (Sekhon, 2014 ; Hussain và cộng sự, 2019). Một con chip đã kết hợp một mạch vô tuyến kích thước nano được liên kết với một mã nhận dạng nhúng, được gọi là mã vạch nano, đã được báo cáo là một thiết bị theo dõi riêng lẻ, theo cách mà thông tin chứa trong các thẻ có thể được quét từ khoảng cách xa để xác định chúng. tự động. Những thẻ như vậy có thể được sử dụng không chỉ như một thiết bị theo dõi mà còn để theo dõi hành vi cho ăn, kiểu bơi và thậm chí cả quá trình trao đổi chất của động vật. Thông qua việc áp dụng mã vạch nano, cả nhà xuất khẩu và ngành công nghiệp chế biến đều có thể theo dõi nguồn gốc của một sản phẩm cụ thể, cũng như theo dõi tình trạng giao hàng. Hơn nữa, những cảm biến nano này, cùng với DNA tổng hợp được gắn thẻ với các đầu dò mã hóa màu, hệ thống mã vạch nano có thể được sử dụng không chỉ để xác định mầm bệnh mà còn theo dõi sự rò rỉ, thay đổi nhiệt độ và các thông số khác; do đó, nâng cao chất lượng sản phẩm (Rather et al., 2011).
Khử trùng vi sinh
Nhiều NP kim loại đã được sử dụng để phòng bệnh và chữa bệnh, chẳng hạn như bạc, titan, cupper, trong số những loại khác. Các NP kim loại có các phương thức hoạt động khác nhau chống lại vi khuẩn, trong đó, một trong những tác động mạnh nhất là chống lại màng tế bào và thành tế bào bằng cách gắn vào chúng bằng tương tác tĩnh điện và có thể phá vỡ chúng (Hình 5). Chúng cũng có thể làm gián đoạn quá trình vận chuyển ion do liên kết với các ion và kênh ion. Các NP này có thể gây ra đứt gãy sợi kép của DNA, cản trở quá trình lắp ráp ribosome và hoạt động của enzym, thông qua tương tác tĩnh điện. Các NP kim loại cũng được biết là kích hoạt trạng thái stress oxy hóa cao hơn làm tăng lượng oxy phản ứng (ROS) có thể làm hỏng protein, lipid và DNA.
Hình 5. Ảnh hưởng của các hạt nano kim loại (NP) đối với các yếu tố khác nhau của vi khuẩn, khi được sử dụng để khử trùng vi sinh vật, điều trị và phòng bệnh. Các NP kim loại có thể gắn và phá vỡ cả màng tế bào và thành tế bào, cũng như có thể phá vỡ sự vận chuyển ion do liên kết với các ion và kênh ion. Các NP này có thể gây ra đứt gãy sợi kép của DNA, cản trở quá trình lắp ráp ribosome và hoạt động của enzym, thông qua tương tác tĩnh điện. Các NP kim loại cũng có thể kích hoạt trạng thái ứng suất oxy hóa cao hơn làm tăng lượng oxy phản ứng (ROS) có thể làm hỏng protein, lipid và DNA.
Hạt nano bạc keo là một trong những sản phẩm công nghệ nano chính được sử dụng để chống lại một loạt các tác nhân gây bệnh, bao gồm vi rút, ký sinh trùng, nấm và vi khuẩn. Bạc được coi là một trong những vật liệu nano hứa hẹn nhất trong số các hạt nano kim loại động oligo, do tác dụng trên phạm vi rộng đối với các loài vi sinh vật khác nhau, ứng dụng dễ dàng ở các dạng khác nhau, cấu trúc tinh thể, độ tiếp xúc bề mặt cao so với thể tích của nó và khả năng tương thích với một số hợp chất (Nangmenyi & Economy, 2014). Hoạt động kháng khuẩn có liên quan đến khả năng oxy hóa đối với DNA và protein với các tác động gây hại cao. Ví dụ, các hạt nano bạc có thể tiêu diệt các chủng S. aureus kháng methicillin (Jeong et al., 2005).
Các quy trình loại bỏ vi sinh vật cũng đã được phát triển bằng cách sử dụng chất xúc tác quang ánh sáng nhìn thấy được trung gian bởi các hạt nano oxit kim loại, cũng như các sợi xốp và bọt nano (Li và cộng sự, 2014). Tác dụng của chúng không chỉ giới hạn ở việc loại bỏ vi sinh vật mà còn để loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ từ ngành dược phẩm và mỹ phẩm (Chena & Yadab, 2011). Ví dụ, các hạt nano titanium dioxide có hoạt tính chống vi khuẩn mạnh, có khả năng tiêu diệt mầm bệnh trên cá trong ống nghiệm (Cheng và cộng sự, 2009), và các hoạt động của chúng đã được xác nhận là một chất điều biến miễn dịch mạnh mẽ đối với chức năng bạch cầu trung tính của cá (Jovanovic và cộng sự ., 2011). Hiện nay, một thiết bị công nghệ nano thương mại có tên NanoCheck có thể được sử dụng để làm sạch ao cá thông qua các hạt gốc lantan (kích thước 40 nm), có thể ức chế sự phát triển của tảo bằng cách hấp thụ phốt phát từ nước (Rather et al., 2011).
Korni & Khalil (2017) báo cáo rằng các hạt nano gừng có thể ngăn ngừa nhiễm trùng huyết do vi khuẩn Aeromonas di động trên cá giống cá chép châu Á. Thay vì et al. (2017) báo cáo rằng các hạt nano bạc được tổng hợp bởi Azadirachta indica (neem) có hoạt tính kháng khuẩn và điều hòa miễn dịch tiềm năng ở cá giống mrigal (Cirrhinus mrigala) đã thách thức với A. hydrophila. Gần đây hơn, Erdem et al. (2018) đã chứng minh hiệu quả kháng khuẩn của các hạt nano bạc tổng hợp máng Aeromonas sobria chống lại A. hydrophila. Điều này làm tăng khả năng cải thiện quản lý vệ sinh thông qua việc sử dụng các chất kháng khuẩn thân thiện với môi trường hơn (Shah & Mraz, 2019).
Về vấn đề này, điều quan trọng là phải làm nổi bật công trình được xuất bản gần đây của Kepiro et al. (2020), thiết lập thiết kế khái niệm của các pseudocapsid protein thể hiện một phổ rộng các hoạt động kháng khuẩn. Trái ngược với các kháng sinh thông thường, các pseudocapsid này có hiệu quả cao đối với các chủng vi khuẩn đa dạng. Phương pháp này có thể loại bỏ vi khuẩn kháng kháng sinh in vivo mà không gây độc. Pseudocapsid áp dụng cấu trúc hình khối đa diện về kích thước, nhưng không có hình dạng, và có sẵn ở cả cấu hình thời gian D và L. Các tác giả này chứng minh rằng những pseudocapsid như vậy có thể gây ra tác hại nhanh chóng và không thể đảo ngược đối với tế bào vi khuẩn.
Xử lý chất ô nhiễm trong nước
Công nghệ nano cũng đã được sử dụng để xử lý ô nhiễm nước, một trong những vấn đề chính trong nuôi trồng thủy sản. Xử lý nước, liên quan đến hiệu quả xúc tác quang và hấp phụ của vật liệu nano, tạo ra các phương pháp lọc nước hiệu quả và rẻ tiền. Ví dụ, để loại bỏ ô nhiễm asen từ nước ngầm, aerogel konjac glucomannan từ tính đã được phát triển với các tính năng bước xanh (Ye et al., 2016). Tuy nhiên, các tấm nano graphene và graphene oxit, có liên quan đến việc loại bỏ một số loại chất ô nhiễm khỏi nước, đã thu hút sự chú ý lớn trong vài năm gần đây (Liu và cộng sự, 2016; Motamedi và cộng sự, 2014). Graphene oxit-titan oxit nanocompozit đã được sử dụng để hấp phụ, loại bỏ kim loại nặng và các hợp chất hữu cơ khỏi nước dư (Atchudan và cộng sự, 2017; Hu và cộng sự, 2013).
Các tính năng như chi phí thấp, không độc hại, chất xúc tác quang hiệu quả, ổn định về mặt sinh học và hóa học, cho thấy oxit titan là một ứng cử viên đầy hứa hẹn cho việc xử lý nước tồn dư. Hơn nữa, một số nghiên cứu đã được thực hiện để nghiên cứu hoạt động quang xúc tác của titanium dioxide, cho thấy có khả năng tiêu diệt hàng loạt vi khuẩn Gram âm và Gram dương, nấm sợi và đơn bào, tảo, động vật nguyên sinh, vi rút và vi khuẩn động vật có vú ( Foster và cộng sự, 2011). Hoạt động này diễn ra trong việc sản xuất các gốc oxy phản ứng và peroxice có thể phá hủy thành và màng tế bào. Các hạt nano có thể làm suy giảm chất kháng sinh bằng cách tạo ra các loại oxy phản ứng. Thông qua việc áp dụng các kỹ thuật tương tự, người ta có thể sử dụng các hạt nano sắt để phân hủy các biphenyl và dioxin polychlorinated thành các hợp chất carbon ít độc hơn từ nước ngầm (Majumder & Dash, 2017).
Cung cấp các chất bổ sung chế độ ăn uống và dinh dưỡng
Một trong những khái niệm cơ bản chính đằng sau ý tưởng rằng các hạt nano có thể cải thiện sự phát triển của cá là dựa trên khả năng tăng lượng chất dinh dưỡng được hấp thụ qua đường tiêu hóa của chúng. Các vi chất dinh dưỡng, ở dạng hạt nano, được tích hợp trong thức ăn nuôi trồng thủy sản, có thể thâm nhập vào tế bào hiệu quả hơn, và do đó, tăng tỷ lệ hấp thụ (Hình 6) (Ogunkalu, 2019; Zhou và cộng sự, 2009). Điều này đã được chứng minh ở cá tầm và cá chép non, chúng cho thấy tốc độ tăng trưởng nhanh hơn khi được nuôi bằng các hạt nano sắt (ETC, 2003). Một kết quả tương tự đã được trình bày trong trường hợp của nano selen, cho thấy hiệu quả hơn so với seleno-methionine hữu cơ. Chế độ ăn bổ sung nano-selen có thể nâng cao nồng độ selen trong cơ, tình trạng chống oxy hóa, tỷ lệ tăng trọng tương đối và trọng lượng cuối cùng của cá diếc (Carassius auratus gibelio) (Zhou và cộng sự, 2009).
Hình 6. Sử dụng các nguyên tố vi lượng ở dạng phân tử nano được đưa vào thức ăn nuôi trồng thủy sản và những tác động thấy được ở tôm và cá.
Có thể quan sát thấy sự cải thiện đáng kể khi bổ sung các hạt nano selen trong thức ăn, nhằm tăng cường hệ thống bảo vệ chống oxy hóa và tăng trưởng (Ashouri và cộng sự, 2015). Hơn nữa, trong cá chẽm vàng (Sparus aurata), bổ sung các hạt nano mangan, kẽm và selen trong chế độ ăn sớm, tăng cường khoáng hóa xương và chống căng thẳng (Izquierdo et al., 2017). Ở cá hồi vân, chế độ ăn uống bổ sung Lactobacillus casei và các hạt nano sắt, như một loại lợi khuẩn, đáng chú ý là các thông số tăng trưởng được tăng cường (Mohammadi và cộng sự, 2015), trong khi chế độ ăn với các hạt nano oxit mangan (16 mg / kg), hệ thống bảo vệ chống oxy hóa và tăng trưởng được cải thiện cao. ở tôm càng xanh (Macrobrachium rosenbergii) (Asaikkutti và cộng sự, 2016). Hơn nữa, việc bổ sung các hạt nano đồng vào thức ăn, cũng làm tăng đáng kể phản ứng miễn dịch không đặc hiệu, mức độ enzym chuyển hóa chống oxy hóa, hoạt động của enzym tiêu hóa, các thành phần sinh hóa và tăng trưởng; cả ở cá tráp biển đỏ (Pagrus major) (ElBasuini et al., 2017) và tôm càng xanh (Muralisankar et al., 2016).
Ngoài ra, các hạt nano vàng tổng hợp hóa thực vật của Azolla microphylla, đã được khuyến nghị để giảm hiệu quả tổn thương gan ở cá chép châu Á do acetaminophen có trong nước như một chất gây ô nhiễm (Kunjiappan và cộng sự, 2015). Các hạt nano vàng đó cải thiện đáng kể mức độ của các dấu hiệu stress oxy hóa, giảm ion gan, enzym chuyển hóa, dấu hiệu nhiễm độc gan, mô học gan bất thường, enzym mô bị thay đổi, v.v. Ở cá tầm Siberi (Acipenser baerii), các hạt nano lô hội cũng đã được báo cáo, tăng cường thành phần cơ thể, tỷ lệ sống sót và tăng trưởng (Sharif và cộng sự, 2017).
Công nghệ nano cũng đã được sử dụng để cố gắng cải thiện tính khả dụng sinh học và tăng thời gian lưu giữ của các hợp chất hoạt tính sinh học tự nhiên (Cui và cộng sự, 2009). Ví dụ, sự bao bọc của curcumin trong các hạt nano đã được báo cáo ở dạng phospholipid (Semalty và cộng sự, 2010), mixen (Takahashi và cộng sự, 2009; Wang và cộng sự, 2009), liposome (Letchford và cộng sự, 2008) ), hydrogel (Shah và cộng sự, 2008), trong số những chất khác (Das và cộng sự, 2010). Gần đây hơn, người ta có thể bao bọc curcumin trong các hạt nano chitosan ổn định nhũ tương đáy Pickering, để cải thiện tuổi thọ của vỏ curcumin (Shah và cộng sự, 2016). Trong trường hợp các hợp chất hoạt tính sinh học kỵ nước, nhũ tương Pickering được coi là phương pháp đóng gói tốt nhất, về mặt cải thiện thời hạn sử dụng (Matos và cộng sự, 2016; Shah & Mraz, 2019; Xu và cộng sự, 2018b), vì tính ổn định bởi các hạt rắn (chất dinh dưỡng trong trường hợp này).
Các loại nhũ tương này có những đặc điểm vượt trội so với các loại nhũ tương thông thường (Dickinson, 2010), về mặt độc tính thấp hoặc không, khả năng tái tạo và tương thích sinh học tốt hơn, sản xuất dễ dàng và có thể mở rộng (Wu & Ma, 2016), và cải thiện tính ổn định (Binks, 2007 ). Hơn nữa, cả công thức và thiết kế của các nhũ tương này đều cải thiện việc cung cấp các hợp chất sinh học trong đường tiêu hóa (Liu & Tang, 2016; Matos và cộng sự, 2018; Ngwabebhoh và cộng sự, 2018; Shao và cộng sự, 2018; Winuprasith và cộng sự ., 2018). Hiện nay, nhiều loại hạt keo đã được sử dụng trong sản xuất nhũ tương Pickering, nơi các hạt rắn giúp ổn định nhũ tương. Ví dụ, nhũ tương Pickering dựa trên tinh bột đã được sử dụng để cung cấp các hợp chất (Marku và cộng sự, 2012), chẳng hạn như các hợp chất kháng nấm kỵ nước (Cossu và cộng sự, 2015; Leclercq & Nardello-Rataj, 2016).
Nhũ tương Pickering tinh thể nano, tự ổn định có nhiều tiềm năng sử dụng nó để phân phối và giải phóng thuốc, đặc biệt là với các hợp chất có độ hòa tan thấp (Yi và cộng sự, 2017). Gần đây hơn, nhũ tương dầu Pickering đã ổn định bằng cách sử dụng tinh thể nano xenlulo với tinh dầu oregano đã được sử dụng để cải thiện đặc tính kháng khuẩn của nó chống lại E. coli, B. subtilis, S. aureus và S. cerevisiae (Zhou và cộng sự, 2018). Ngoài ra, để phát triển một hệ thống phân phối kháng khuẩn chống lại E. coli, nhũ tương Pickering đã ổn định hạt nano Zein / Arabic-gum đã được sản xuất với thymol (Li và cộng sự, 2018; Shah & Mraz, 2019). Gần đây hơn, Baldissera et al. (2020a; b), đã báo cáo rằng việc bổ sung chế độ ăn uống với các hạt nano chứa nerolidol làm giảm tải lượng vi khuẩn, tăng tỷ lệ sống và ngăn ngừa thiệt hại do oxy hóa ở cá rô phi sông Nile (Oreochromis niloticus) bị nhiễm Streptococcus agalactiae.
Mặt khác, ngoài việc cải thiện tính ổn định và sinh khả dụng của các thành phần thức ăn, các hạt nano có thể được sử dụng để thay đổi các thuộc tính vật lý của thức ăn cho cá. Ngay cả những tạp chất nhỏ của vật liệu nano cũng có thể nâng cao đáng kể các đặc tính vật lý của viên thức ăn. Ví dụ, việc đưa các ống nano cacbon một vách vào chế độ ăn của cá hồi sẽ tạo ra một viên cứng duy trì tính toàn vẹn của nó trong nước. Điều này rất quan trọng để giảm ô nhiễm và lãng phí thức ăn trong các hệ thống nuôi trồng thủy sản do độ nổi không phù hợp, thức ăn kém ổn định hoặc kết cấu của thức ăn viên gây ra thiệt hại đáng kể trong ngành này (Handy & Poxton, 1993). Vì vậy, sự phát triển của các công thức nano đã được nghiên cứu rất nhiều trong ngành công nghiệp ngày nay. Một đặc điểm cơ bản của các hệ thống này là tính phù hợp cho các mục đích sử dụng khác nhau, chẳng hạn như phân phối thuốc kháng sinh, vắc xin, dược phẩm và các chất dinh dưỡng, trong số những hệ thống khác (Rather et al., 2011; Sibaja-Luis et al., 2019).
Nghiên cứu hiện tại tập trung vào việc sử dụng các loại chất tạo màng sinh học khác nhau để sử dụng trong lĩnh vực nuôi trồng thủy sản (Alboofetileh và cộng sự, 2016; Borgogna và cộng sự, 2011; Dursun và cộng sự, 2010; Joukar và cộng sự, 2017). Alishahi và cộng sự. (2011) phát hiện ra rằng vitamin C được bao bọc trong các hạt nano chitosan làm tăng mức độ vitamin C trong huyết thanh của cá hồi vân (O. mykiss), khi được kết hợp trong thức ăn, làm tăng phản ứng miễn dịch bẩm sinh, bằng chứng là mức độ lysozyme và các hoạt động bổ sung huyết thanh tan máu, so với nhóm đối chứng vitamin C và chitosan.
Gần đây, Abd El-Naby et al. (2019), báo cáo rằng việc bổ sung chế độ ăn uống với các hạt nano chitosan có thể cải thiện cả việc sử dụng thức ăn và tăng trưởng của cá rô phi sông Nile (O. niloticus). Các tác giả này cho rằng hoạt động của các enzym như lipase và amylase được kích thích bởi sự bao gồm của các hạt chitosan. Ngoài ra, người ta thấy rằng việc sử dụng các hạt nano này không chỉ có thể ức chế sự phát triển của vi khuẩn, cả hiếu khí và kỵ khí, mà còn có thể tăng cường hệ thống miễn dịch bẩm sinh.
Ngoài ra, Naiel et al. (2020), đã báo cáo rằng hỗn hợp vitamin C với các hạt nano chitosan cho thấy tác dụng điều chỉnh miễn dịch chống lại độc tính sinh ra do tiếp xúc với thuốc trừ sâu imidacloprid. Họ cũng chỉ ra rằng với việc bổ sung hỗn hợp này, có thể cải thiện cả sự tăng trưởng và sử dụng thực phẩm dưới sự hiện diện của thuốc trừ sâu trong nước. Ngoài ra, họ chỉ ra rằng việc bao gồm các hạt nano chitosan và vitamin C được sử dụng qua thực phẩm không chỉ có tác động tích cực đến trạng thái chống oxy hóa và khả năng miễn dịch không đặc hiệu, mà còn có thể có các tác dụng tích cực khác đối với sức khỏe, được phản ánh trong cấu trúc của tế bào gan và tình trạng sức khỏe chung của O. niloticus khi tiếp xúc với nồng độ imidacloprid dưới mức gây chết.
Gần đây hơn, trong một nghiên cứu tương tự, Ismael et al. (2021) báo cáo rằng việc bổ sung zeolit trong chế độ ăn uống, một mình hoặc kết hợp với các hạt nano chitosan, cũng có thể giảm thiểu tác động của độc tính khi tiếp xúc với imidacloprid. Mặt khác, Abd El-Naby et al. (2020), cũng chỉ ra rằng sự kết hợp của các hạt nano chitosan với thymol cũng có thể có tác động tích cực rõ rệt đến sự tăng trưởng và sử dụng thức ăn ở O. niloticus, cho thấy rằng không chỉ tăng hoạt tính enzym của lipase, catalase và protease. , nhưng chiều dài của nhung mao ruột cũng được ưu tiên. Tuy nhiên, các ứng dụng của vật liệu nano, như dinh dưỡng trong nuôi trồng thủy sản (động vật có vỏ và cá), liên quan đến các sản phẩm giá trị gia tăng, giảm căng thẳng và quản lý sức khỏe, hiện đang được xem xét ở giai đoạn đầu, mặc dù việc sử dụng dinh dưỡng vẫn còn thấp do chi phí cao ( Ogunkalu, 2019).
Chế biến, đóng gói hải sản
Công nghệ nano có thể được sử dụng trong sản xuất các loài nuôi trồng thủy sản cũng như trong tiếp thị thủy sản, đặc biệt vì yêu cầu kéo dài thời hạn sử dụng sản phẩm. Các nỗ lực nghiên cứu trong lĩnh vực đóng gói thực phẩm đã được tăng cường bằng cách sử dụng các vật liệu nano để có thể cung cấp các đặc tính mới, bao gồm giảm oxy, giảm hoạt động của enzym và phân hủy sản phẩm, cũng như các hoạt động kháng khuẩn và kháng nấm, phát hiện mầm bệnh và độc tố; và do đó, cải thiện độ ổn định của sản phẩm (Jiang và cộng sự, 2015; Kumar và cộng sự, 2020; Kuswandi, 2016; Mihindukulasuriya & Lim 2014; Reig và cộng sự, 2014; Rhim và cộng sự, 2013; Sibaja-Luis và cộng sự, 2019; Siegrist và cộng sự, 2008).
Mục tiêu chính của ngành công nghiệp thực phẩm là kéo dài thời hạn sử dụng của sản phẩm, để không chỉ giữ được độ tươi ngon mà còn đảm bảo chất lượng thực phẩm. Hiện nay, công nghệ nano có thể tạo ra nhiều tiến bộ được áp dụng cho các bộ phận chế biến thực phẩm, nhằm tăng thời hạn sử dụng của sản phẩm bằng cách ngăn dòng khí đi qua bao bì, nhưng cũng cung cấp thông tin về các thành phần có thể bị hư hỏng (Nickols-Richardson & Piehowski, 2008). Các cấu trúc nano như nhũ tương nano, sợi nano và hạt nano có thể được sử dụng để làm chậm chất lượng dacay, do đó giữ được màu sắc và hương vị của sản phẩm (Chellaram và cộng sự, 2014; Ozogul và cộng sự, 2017).
Mặt khác, có nhiều báo cáo về việc sử dụng các loại tinh dầu được đóng gói trong các cấu trúc nano đa dạng, bao gồm các oligosaccharid mạch vòng (Abarca và cộng sự, 2016; Ciobanu và cộng sự, 2012; Hill và cộng sự, 2013; Siqueira-Lima và cộng sự ., 2014), ống nano (Kim và cộng sự, 2016; Lee & Park, 2015), hạt nano cao phân tử (Christofoli và cộng sự, 2015; De Oliveira và cộng sự, 2014; Liakos và cộng sự, 2016), hạt nano lipid rắn (Cortes-Rojas và cộng sự, 2014; Feng, 2012; Lai và cộng sự, 2006; Moghimipour và cộng sự, 2013), hạt nano zein (Parris và cộng sự, 2005; Wu và cộng sự, 2012; Zhang và cộng sự. , 2014; da Rosa và cộng sự, 2015), và các hạt nano có thể phân hủy sinh học (Chifiriuc và cộng sự, 2017; Pavela và cộng sự, 2017; Sotelo-Boyas và cộng sự, 2017a, b), trong số những hạt khác.
Hơn nữa, đá tẩm hạt nano có thể được sử dụng cho các ứng dụng đóng gói thực phẩm đa dạng. Ví dụ, các hạt nano bạc, chiết xuất từ ruột chuối và tích hợp vào băng nano, đã được báo cáo là làm giảm tải lượng vi sinh vật trên bề mặt cá đối xám đầu dẹt (Mugil cephalus), thậm chí ức chế sự phát triển của Acinetobacter (Daniel et al., 2016) . Trong lĩnh vực bảo quản thủy sản, các hạt nano bạc được sản xuất bằng phương pháp hữu cơ đang được chú trọng hơn so với việc sử dụng tổng hợp hóa học (Huang và cộng sự, 2018). Ngoài ra, một số động vật, chẳng hạn như hàu, tôm và cá, cũng đã được sử dụng để tổng hợp hạt nano. Những sinh vật đó cũng sở hữu nguồn tài nguyên dồi dào các hợp chất hoạt tính sinh học, chẳng hạn như khoáng chất, dầu, protein, lipid, flavonoid, vitamin, polyphenol, sợi, polysaccharid (fucoidan, laminaran và alginate), terpenoit và carotenoid; tất cả chúng với nhiều chức năng thực vật dân tộc có thể có (Kushnerova và cộng sự, 2010; Hussain và cộng sự, 2019).
Màng nano
Trong lĩnh vực bảo quản và kỹ thuật đóng gói để đảm bảo an ninh lương thực, công nghệ nano đang được áp dụng trong thủy sản trong quá trình bảo quản để làm chậm sự hư hỏng do vi sinh vật và enzym. Các sản phẩm sử dụng vật liệu nano có hoạt tính kháng khuẩn đang trở nên rất phổ biến, chẳng hạn như vật liệu đóng gói kết hợp các hạt nano bạc (Vasile, 2018; Hussain et al., 2019). Màng nanocomposites được đưa vào thực phẩm cùng với màng kháng khuẩn và kỹ thuật phủ ăn được. Màng nanocompozit có nguồn gốc từ các chất tạo màng sinh học tự nhiên, bao gồm lipid, protein và polysaccharid. Do tính chất thân thiện với môi trường, chống chất gây ung thư và có thể ăn được; Những vật liệu đóng gói thay thế này ngày càng được sử dụng nhiều hơn để thay thế nhựa được sản xuất từ các nguồn hóa dầu (Dursun và cộng sự, 2010; Ogunkalu, 2019). Các dạng hạt nano chitosan khác nhau có đặc tính kháng khuẩn đã được nghiên cứu (O’Callaghan & Kerry, 2016). Ví dụ, màng nanocompozit được sản xuất bằng các hạt nano chitosan và gelatin, với việc bổ sung tinh dầu oregano, cho thấy hoạt tính kháng khuẩn cao, bao gồm chống lại bốn mầm bệnh thực phẩm thử nghiệm phổ biến nhất (E. coli, Salmonella enteritidis, S. aureus và Listeria monocytogenes) (Hosseini và cộng sự, 2016; Hussain và cộng sự, 2019).
Một loạt thông tin mới nổi chỉ ra rằng chitosan là vật liệu phủ có thể ăn được đầy hứa hẹn cho các sản phẩm biển, lý tưởng để kéo dài thời hạn sử dụng và cải thiện chất lượng vi sinh vật (Mohan và cộng sự, 2012). Chitosan được coi là một chất kháng khuẩn hiệu quả vì có dạng poly cation (Suptijah và cộng sự, 2008). Hơn nữa, các hạt nano chitosan có các đặc tính hóa lý đặc biệt, bao gồm cả hoạt tính sinh học (Yang và cộng sự, 2010). Nhiều báo cáo cho thấy việc bổ sung các hạt nano trong các màng phức hợp nano sinh học, được làm bằng các hạt nano chitosan và gelatin cho thấy các đặc tính rào cản được cải thiện (Hosseini và cộng sự, 2015). Hơn nữa, người ta đã xác minh rằng nano-chitosan là một chất kháng khuẩn hiệu quả hơn, so với việc phủ chitosan được áp dụng trên philê cá chép bạc (Hypophthalmichthys molitrix). Ở Indonesia, việc sử dụng chitosan như một chất bảo tồn các sản phẩm biển đã được nghiên cứu kỹ lưỡng, nhấn mạnh ở các loài nuôi trong ao bao gồm cá rô phi sông Nile (Oreochromis sp.) (Tapilatu và cộng sự, 2016), và cá da trơn (Pangasiusypopthalmus) (Suptijah và cộng sự. , 2008). Hơn nữa, các ứng dụng chitosan ở các loài cá biển nhiệt đới đã được báo cáo, chủ yếu trên các sản phẩm đã qua xử lý trước, chẳng hạn như cá nục muối Ấn Độ (Decapterus sp.) (Swastawati et al., 2008; Hussain et al., 2019).
Các ống nano carbon, fullerene, graphene và graphene oxide cũng cho thấy đặc tính kháng khuẩn rất tốt, gây tác hại vật lý thông qua tổn thương thành tế bào và màng cũng như tổn thương hóa học thông qua quá trình oxy hóa phospholipid thông qua việc sản xuất các loại oxy phản ứng (Azizi-Lalabadi et al. , Năm 2020). Những vật liệu nano này có thể có tiềm năng rất lớn để phát triển các vật liệu nanocompozit mới cho ngành đóng gói thủy sản.
Nhũ tương nano
Do kích thước giọt cực kỳ nhỏ (<100 nm), nhũ tương nano thể hiện tính ổn định và đặc tính hóa lý vượt trội (McClements, 2011; Otoni và cộng sự, 2016; Solans và cộng sự, 2005). Các kích thước này cho phép diện tích bề mặt cao hơn trên một đơn vị khối lượng, do đó cải thiện hoạt tính của các dung dịch ưa béo (McClements & Rao, 2011). Nhũ tương nano đại diện cho biên giới mới để sản xuất các loại màng ăn được. Để tăng khả năng phân tán trong nước và ngăn ngừa sự phân hủy của tinh dầu, người ta đã phát triển màng alginat với nhũ tương nano chứa tinh dầu (Acevedo-Fani et al., 2015). Nhũ tương nano được làm từ tinh dầu, cùng với đặc tính kháng khuẩn của màng được sản xuất và tinh dầu cỏ xạ hương, đã được chứng minh là có khả năng ức chế sự phát triển của vi khuẩn E. coli, cũng như, hoạt tính kháng khuẩn của màng composite ăn được, được chế tạo bằng cinnamaldehyde được nhũ hóa nano, đã được báo cáo (Otoni và cộng sự, 2014; Hussain và cộng sự, 2019).
Đánh giá rủi ro công nghệ nano và công tác quản lý
Hiện nay, khả năng độc hại của các hạt nano trong hệ thống sinh học đang trở thành mối quan tâm của công chúng. Vật liệu nano có thể tạo thành một nguồn ô nhiễm mới đối với môi trường và nghiên cứu đang được tập trung vào tác động tiêu cực tiềm ẩn mà chúng có thể tạo ra (Moore, 2006; Shah & Mraz, 2019). Do kích thước cực nhỏ, các hạt nano có thể xâm nhập qua màng tế bào và gây độc gen. Khả năng phản ứng hóa học nội tại của vật liệu nano dẫn đến việc tạo ra các loại oxy phản ứng và các gốc tự do cao hơn; và việc tạo ra nó là một trong những cơ chế gây độc chính của các hạt nano. Điều này có thể không chỉ gây ra chứng viêm và stress oxy hóa, mà còn gây hại cho protein và DNA. Vật liệu nano đã được chứng minh tiềm năng tạo ra đột biến DNA và tổn thương cấu trúc lớn đối với ti thể, thậm chí có thể dẫn đến chết tế bào (Majumder & Dash, 2017; Meghani et al., 2020; Vicari et al., 2018).
Nhiều nghiên cứu đã báo cáo tác động độc hại của vật liệu nano đối với các sinh vật dưới nước (Asharani và cộng sự, 2008; Griffitt và cộng sự, 2008; Matranga & Corsi, 2012; Garcia-Negrete và cộng sự, 2013; Canesi và cộng sự, 2015; Vignardi và cộng sự, 2015; Swain và cộng sự, 2016; Canesi và cộng sự, 2017; Sendra và cộng sự, 2017a; b; c; 2018a; b; 2019; Aouini và cộng sự, 2018; Volland và cộng sự, 2018 ; Naguib và cộng sự, 2020; Sayed và cộng sự, 2020). Các nghiên cứu về chất độc nano đã được thực hiện để làm rõ không chỉ các khía cạnh quy định và sự phân bố sinh học của các thành phần này, mà còn để đánh giá, ở cấp độ phân tử, các nguy cơ tiềm ẩn của chúng đối với môi trường (Bello & Leong, 2017). Một cách tiếp cận bền vững của việc sử dụng công nghệ nano trong ngành đánh bắt và nuôi trồng thủy sản sẽ đòi hỏi nhiều nghiên cứu hơn về những vấn đề đó, bao gồm sự hiểu biết về cách vật liệu nano có thể tích tụ và liệu chúng có thể trở nên độc hại đối với sinh vật thủy sinh hoặc con người hay không (Skjolding et al., 2016; Sibaja -Luis và cộng sự, 2019). Sự tham gia nhiều hơn của công chúng cũng sẽ rất quan trọng để duy trì niềm tin vào công nghệ nano, đặc biệt là đối với an toàn thực phẩm và môi trường.
Một câu hỏi quan trọng vẫn là dư luận, và liệu người tiêu dùng có đồng ý ăn cá có thể chứa các hạt nano hay không. Có vẻ như nhận thức của công chúng đối với công nghệ nano rất khác so với các sinh vật biến đổi gen (GMO), phần lớn là thuận lợi, một phần là do những nỗ lực của ngành công nghiệp này nhằm thông báo cho công chúng về sự phát triển của vật liệu nano từ những giai đoạn đầu tiên của nó (Anderson et al. ., 2005; Handy, 2012, trang 1–29; Handy & Shaw, 2007; He et al., 2019; Mukherjee et al., 2019). Ngoài ra, cần phải thực hiện nhiều phân tích rủi ro hơn về tác động lâu dài tiềm ẩn của các vật liệu nano kỹ thuật trong thực phẩm của con người. Trong trường hợp của lĩnh vực nuôi trồng thủy sản, rủi ro phơi nhiễm chính sẽ liên quan đến các bộ phận có thể ăn được của cá, như cơ. Cho đến nay, dữ liệu cho thấy mức độ hạt nano kim loại trong mô cá, từ khẩu phần ăn mang theo mg kg-1 lượng hạt nano đó, theo thứ tự ng g-1 hoặc thấp hơn (Handy et al., 2011; Khosravi-Katuli et al. , 2017; Ramsden và cộng sự, 2009; Shaw & Handy, 2011).
Do đó, những rủi ro có thể xảy ra đối với sức khỏe con người có thể liên quan đến những tác động lâu dài do việc tiêu thụ cá có thể chứa hoặc lượng vật liệu nano thấp hơn. Tuy nhiên, loại lo ngại này không phải là mới. Rủi ro có thể chịu đựng được từ các hóa chất khó phân hủy trong cá ăn được, như thủy ngân hoặc thuốc trừ sâu, được quy định trong luật về mức độ cho phép của các chất ô nhiễm trong nuôi trồng thủy sản (Berntssen et al., 2010). Có thể coi mô hình tương tự đối với vật liệu nano. Hơn nữa, cần thận trọng khi thực hiện các nghiên cứu bổ sung về khả năng chấp nhận của công chúng đối với vật liệu nano trong các sản phẩm thủy sản ăn được. Do đó, cần phải nỗ lực nhiều hơn để đạt được sự tham gia của cộng đồng, nhằm giải thích việc sử dụng công nghệ nano hiện nay của ngành này, cũng như những lợi ích và rủi ro có thể có đối với người tiêu dùng (Handy, 2012, trang 1–29).
Những lo ngại như vậy không ngăn cản chúng tôi cố gắng phát triển công nghệ nano trong lĩnh vực nuôi trồng thủy sản. Việc giám sát cẩn thận liên quan đến việc sử dụng có kiểm soát, có thể hỗ trợ các nỗ lực nhằm tăng lợi ích và giảm rủi ro (Ashraf và cộng sự, 2011). Về vấn đề này, có sẵn hướng dẫn về xử lý an toàn cho nhân viên phòng thí nghiệm sử dụng vật liệu nano để nghiên cứu (Handy, 2012, trang 1–29). Ngày nay, không có quy trình chuẩn hóa nào để đánh giá tác động của vật liệu nano nhân tạo trong môi trường; điều này một phần là do, không chỉ bởi sự đa dạng rộng rãi của các vật liệu nano, mà còn do sự phức tạp của động lực phân tán của chúng trong môi trường. Do đó, các ước tính về mức độ môi trường hầu hết được rút ra từ các mô hình khái niệm về sự giải phóng hạt nano. Một lượng đáng kể thông tin sẵn có về hành vi và số phận của vật liệu nano đến từ các nghiên cứu về hệ sinh thái nước ngọt (Handy và cộng sự, 2008; Ju-Nam & Lead, 2008; Klaine và cộng sự, 2008), nhưng cũng từ môi trường biển ( Bundschuh và cộng sự, 2018; Canesi & Corsi, 2016; Selck và cộng sự, 2016).
Từ các mô hình đó, mức độ tập trung của vật liệu nano nhân tạo trong nước bề mặt được ước tính trong khoảng ng L-1 hoặc thấp hơn (Boxall và cộng sự, 2007; Bundschuh và cộng sự, 2018; Gottschalk và cộng sự, 2009; Metreveli và cộng sự, 2016; Nowack & Bucheli, 2007). Ví dụ, những dự đoán gần đây về vật liệu nano CeO2 trong nước ngọt nằm trong khoảng từ 1 pg / L (2017) đến vài trăm ng / L (2050). So với CeO2, ước tính vật liệu nano SiO2 cao hơn gần một nghìn lần, trong khi đối với vật liệu nano bạc thấp hơn mười lần. Đối với hầu hết các hốc môi trường, vật liệu nano có nguy cơ tương đối thấp; tuy nhiên, các sinh vật sống gần “nguồn” vật liệu nano, chẳng hạn như các cơ sở xử lý chất thải hoặc nhà máy sản xuất, có thể có nguy cơ cao hơn (Giese và cộng sự, 2018). Đây chỉ là những dự đoán và số phận cũng như hành vi của các vật liệu nano được sản xuất trong các hệ sinh thái quan trọng, như đại dương, hiện vẫn chưa được hiểu rõ. Tuy nhiên, Handy (2012), cũng như Shah & Mraz (2019), đã cung cấp cho chúng tôi thông tin rất phù hợp, không chỉ về khả năng độc hại sinh thái, hành vi và số phận của vật liệu nano nhân tạo trong môi trường biển mà còn về các kế hoạch có thể xảy ra theo dõi và giám sát (Abdolahpur và cộng sự, 2019; Baalousha và cộng sự, 2016; Cerrillo và cộng sự, 2017; Sun và cộng sự, 2016).
Các rủi ro liên quan đến vật liệu nano, cũng như với bất kỳ chất mới nào, cần được cân bằng so với lợi ích tiềm năng (Owen & Handy, 2007). Việc đánh giá rủi ro, lợi ích và các vấn đề đạo đức phụ thuộc vào một số yếu tố, không chỉ liên quan đến thành phần của vật liệu nano mà còn với lĩnh vực ứng dụng cụ thể, phương pháp triển khai và mục tiêu cuối cùng. Trong vài thập kỷ qua, rất nhiều nỗ lực đã được tập trung vào luật pháp, đã được xem xét rộng rãi (Jain và cộng sự, 2018; Kaphle và cộng sự, 2018; Wacker và cộng sự, 2016), kết luận rằng các giao thức thử nghiệm nên được được thiết lập để giúp xác định các tác động có thể xảy ra đối với một vật liệu nhất định trước khi ứng dụng trong nông nghiệp, thực phẩm và môi trường, nhằm đưa ra các hướng dẫn quy định có thể khai thác toàn bộ tiềm năng của công nghệ nano.
Tuy nhiên, cho đến nay vẫn chưa có luật pháp quy định tiêu chuẩn nào liên quan đến việc sử dụng công nghệ nano trong lĩnh vực thực phẩm và nông nghiệp. Do đó, cần có các chính sách và hướng dẫn hiệu quả để sử dụng an toàn hơn các hạt nano trong ngành. Do những hạn chế này, luật thực tế vẫn ở giai đoạn phát triển ban đầu, chỉ bao gồm các cách tiếp cận chung liên quan đến vật liệu nano và công nghệ nano. Tuy nhiên, vẫn còn thiếu một quy định hài hòa trên toàn thế giới đối với vật liệu nano nhân tạo. Đối với các sản phẩm không có trong yêu cầu phân loại và ghi nhãn của GHS (Hệ thống phân loại và ghi nhãn hóa chất của Liên hợp quốc), thông tin cho người tiêu dùng, thông qua các tuyên bố khai báo, không tồn tại. Tình huống tương tự được áp dụng cho việc quản lý chất thải nano (Karlaganis và cộng sự, 2019).
Ví dụ, các kim loại oxit vô cơ như titanium dioxide (E171), silicon dioxide (E551) và magie oxit (E530) được Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm (FDA) cho phép sử dụng trực tiếp cho con người. Tuy nhiên, gần đây, và dựa trên những lo ngại về độc tính di truyền, Cơ quan An toàn Thực phẩm Châu Âu (EFSA) đã cấm sử dụng titanium dioxide (E171) làm phụ gia thực phẩm (EFSA và cộng sự, 2021a). Mặt khác, oxit kẽm, oxit sắt và oxit đồng hiện đã được FDA phân loại theo tình trạng GRAS (thường được công nhận là an toàn) là chất bổ sung dinh dưỡng cho thức ăn chăn nuôi. Đối với nhóm cuối cùng này, chúng ta nên thêm oxit đồng và di-oxit đồng, đã được Ủy ban EFSA cho phép về Phụ gia và Sản phẩm hoặc Chất được sử dụng trong Thức ăn chăn nuôi (FEEDAP), đảm bảo rằng nó không gây ra bất kỳ rủi ro nào cho sức khỏe của người tiêu dùng (He et al., 2019). Quy định rất hạn chế liên quan đến thực phẩm nano, một phần là do sự phức tạp của vật liệu nano và bởi các thủ tục lập pháp theo từng trường hợp (SCENIHR, 2012a; b; He et al., 2019) (Bảng 1). Hơn nữa, một yếu tố khác góp phần vào việc thiếu kiến thức là do các mức độ độc hại, ảnh hưởng và rủi ro khác nhau liên quan đến các loại vật liệu nano khác nhau (Deng và cộng sự, 2018).
FDA (Hoa Kỳ) và SCENIHR (Ủy ban khoa học về các nguy cơ sức khỏe mới nổi và mới được xác định, EU) là hai tổ chức chính dành cho quy định và pháp luật về công nghệ nano thực phẩm. Các quy định của EU nhấn mạnh rằng các thành phần thực phẩm có chứa vật liệu nano phải được đánh giá an toàn để đảm bảo an toàn cho con người (Tinkle và cộng sự, 2014). Hơn nữa, thực phẩm nano hoặc các thành phần thực phẩm hoàn toàn chịu sự điều chỉnh của Quy định Thực phẩm Mới lạ của Liên minh Châu Âu (EC 258–97) và REACH (Đăng ký, Đánh giá, Cấp phép và Hạn chế Hóa chất), là công cụ quy định chính của EU và là cơ quan hoạt động tích cực nhất cơ quan liên quan đến luật pháp về công nghệ nano trong ngành thực phẩm, theo sau là FDA. EU là khu vực địa lý tích cực nhất trong việc thực hiện các tiêu chuẩn và quy định liên quan đến việc kiểm soát vật liệu nano, chủ yếu liên quan đến việc đưa chúng vào làm phụ gia thực phẩm. Một ví dụ là Mạng lưới Khoa học EFSA về Đánh giá Rủi ro Công nghệ Nano trong Thực phẩm và Thức ăn chăn nuôi, tổ chức kỷ niệm 10 năm thành lập vào năm 2020 và tìm cách thiết lập các hướng dẫn mới về quy định và đánh giá rủi ro của vật liệu nano trong các sản phẩm nông nghiệp / thực phẩm / thức ăn chăn nuôi (EFSA, 2021a). Mặt khác, Trung Quốc và Nhật Bản, các tác nhân chính trong công nghệ nano, cần xây dựng các quy định trong việc sử dụng và thải bỏ vật liệu nano (Brien & Cummins, 2010; Nile và cộng sự, 2020). Tuy nhiên, gần đây (2017) FDA Đài Loan đã đưa ra các quy định mới liên quan đến đánh giá an toàn và phê duyệt trước khi đưa ra thị trường đối với vật liệu nano đóng gói thực phẩm (Chemical Watch, 2017).
Hơn nữa, Tổ chức Hợp tác và Phát triển Kinh tế (OECD) đã thành lập “Chương trình về vật liệu nano được sản xuất” vào năm 2006 và “Chương trình hướng dẫn thử nghiệm” nhằm tạo ra mạng lưới và sự hợp tác đa ngành để thúc đẩy sự phát triển và ứng dụng của vật liệu nano nâng cao chế tạo. Để phát triển hơn nữa mục tiêu này, OECD đã khởi động vào năm 2020 một dự án 3 năm mới (NANOMET) do EU tài trợ. Ngoài ra, một nhóm làm việc của Tiểu ban GHS của Liên hợp quốc (LHQ) đang xem xét việc sử dụng các tiêu chí GHS cho các vật liệu nano nhân tạo. Phương pháp Tiếp cận Chiến lược của Liên Hợp Quốc về Quản lý Hóa chất Quốc tế (SAICM) là diễn đàn toàn cầu để thảo luận về các vấn đề an toàn nano. SAICM đã trình bày một giải pháp dành riêng cho nano và tích hợp các hoạt động mới liên quan đến vật liệu nano và công nghệ nano trong Kế hoạch Hành động Toàn cầu của mình (Karlaganis et al., 2019).
Các khu vực địa lý khác nhau, chẳng hạn như ở EU, Thụy Sĩ, Thái Lan và Hoa Kỳ, đang thực hiện các quy định nano tuân thủ luật của Tổ chức Thương mại Thế giới (WTO). Điều rất quan trọng là phải duy trì mục tiêu pháp lý chính là bảo vệ người tiêu dùng và môi trường. Hơn nữa, luật pháp không được coi là một biện pháp bảo hộ nhằm mang lại lợi ích cho các ngành sản xuất trong nước (Karlaganis et al., 2019).
Trong khi nghiên cứu về tính an toàn của vật liệu nano cần được phát triển thêm để hướng dẫn các quy định về sử dụng và thải bỏ vật liệu nano, các nỗ lực phải được tập trung vào nghiên cứu liên quan, không chỉ đến phương pháp luận để xác định và mô tả đặc tính của vật liệu nano, mà còn về đánh giá rủi ro lâu dài cho con người và môi trường. Các nhiệm vụ này phải do các bên liên quan đảm nhận, để thúc đẩy các vấn đề khác nhau. Ngoài ra, sự tham gia của công chúng sẽ là cơ bản để đảm bảo một cuộc thảo luận minh bạch và mang tính xây dựng (Chena & Yadab, 2011).
Những lợi ích tiềm năng đối với ngành đánh bắt và nuôi trồng thủy sản là đáng kể, và cho đến nay, các dữ liệu độc học cho thấy rằng vật liệu nano ít nguy hiểm hơn so với các hóa chất khác đã được các ngành này sử dụng. Hơn nữa, mối nguy hại cho sức khỏe có thể thấy trước đối với người lao động sử dụng các sản phẩm công nghệ nano trong đánh bắt và nuôi trồng thủy sản dường như nằm trong giới hạn chấp nhận được. Dự kiến rằng những công nhân này sẽ tiếp xúc nhiều nhất với vật liệu nano trong các sản phẩm thương mại, hơn là nguyên liệu thô có chứa các hạt tự do. Do đó, về mặt tiếp xúc với vật liệu nano, rủi ro về sức khỏe và an toàn nghề nghiệp đối với hầu hết cá nhân của các ngành đó dường như thấp hoặc tương tự đối với các thành viên của công chúng nói chung, vì vật liệu nano được sản xuất hiện có sẵn ở các dạng sản phẩm thương mại khác nhau (Handy , 2012, trang 1–29). WHO đã trình bày Hướng dẫn về Bảo vệ Người lao động khỏi Rủi ro tiềm tàng của Vật liệu nano được Sản xuất, bao gồm danh sách các giới hạn phơi nhiễm nghề nghiệp được đề xuất (WHO, 2017).
Việc quản lý ứng dụng công nghệ nano trong nuôi trồng thủy sản, cũng như trong các lĩnh vực nông nghiệp khác, cần được thảo luận không chỉ về sở hữu trí tuệ và mô hình chuyển giao công nghệ, mà còn về đầu tư tài chính bền vững cho nghiên cứu và phát triển. Hơn nữa, cần phải nỗ lực nhiều hơn nữa để thúc đẩy sự kết hợp và trao đổi công nghệ và giữa các nước đang phát triển. Về nội tại, công nghệ nano đã và sẽ cần sự tham gia và hợp tác đa ngành giữa các bên đóng vai trò quan trọng khác nhau, chẳng hạn như các nhà nghiên cứu, ngành công nghiệp, chính phủ và công chúng (Chena & Yadab, 2011).
Kể từ thập kỷ trước, một số quốc gia, đặc biệt là Ấn Độ, Brazil và Nam Phi, đã đầu tư rộng rãi vào nghiên cứu và phát triển các ứng dụng công nghệ nano liên quan đến các lĩnh vực nông nghiệp và hệ thống thực phẩm khác nhau (Gruere et al., 2011). Trong bối cảnh này, sự kết hợp đồng bộ giữa quan hệ đối tác khu vực công – tư và sự hợp tác của các nước đang phát triển có thể hữu ích để đạt được các mục tiêu chính của ngành nuôi trồng thủy sản và cuối cùng là mang lại lợi ích chung và toàn cầu (Chena & Yadab, 2011 ).
Kết luận
Hiện nay, các ứng dụng công nghệ nano khác nhau đã được thực hiện để cải thiện ngành nuôi trồng thủy sản, có thể đóng một vai trò quan trọng trong sự phát triển và bền vững của ngành này trong tương lai. Ngày nay, có rất nhiều tiềm năng ứng dụng vật liệu nano trong ngành đánh bắt và nuôi trồng thủy sản. Một số lĩnh vực hứa hẹn nhất trong lĩnh vực này là các ứng dụng liên quan đến quản lý sức khỏe cá, kết hợp thành phần kích thước nano, sử dụng công nghệ nano trong thức ăn nuôi trồng thủy sản và đóng gói thực phẩm, cũng như các ứng dụng liên quan đến các sản phẩm giá trị gia tăng, giảm căng thẳng và quản lý sức khỏe. Hiện tại, hầu hết các ứng dụng này đang ở giai đoạn đầu và chi phí cao được coi là yếu tố hạn chế chính cho việc triển khai rộng rãi của chúng.
Phát triển bền vững công nghệ nano trong ngành khai thác và nuôi trồng thủy sản sẽ đòi hỏi phải đánh giá toàn diện các tác động tiêu cực tiềm ẩn của nó; do đó, phải thực hiện phân tích cẩn thận về vòng đời và thời hạn sử dụng của vật liệu nano mới, kết hợp với đánh giá các rủi ro tiềm ẩn về sức khỏe và môi trường, bao gồm phơi nhiễm, phóng thích và lắng đọng. Tuy nhiên, những lo ngại như vậy không ngăn cản chúng ta cố gắng triển khai các ứng dụng công nghệ nano trong lĩnh vực nuôi trồng thủy sản, vốn phải gắn với việc giám sát cẩn thận và sử dụng có kiểm soát, do đó ủng hộ các nỗ lực giảm thiểu rủi ro và tối đa hóa lợi ích.
References
Abarca et al., 2016
R.L. Abarca, F.J. Rodrıguez, A. Guarda, M.J. Galotto, J.E. Bruna
Characterization of beta-cyclodextrin inclusion complexes containing an essential oil component
Food Chemistry, 196 (2016), pp. 968-975, 10.1016/j.foodchem.2015.10.023
CÔNG TY TNHH THƯƠNG MẠI KỸ THUẬT VĨNH TÂM
Địa chỉ: Số A12/85 Đường 1A, Ấp 1, Xã Vĩnh Lộc B, Huyện Bình Chánh, TP. HCM
Hotline: 0923 884 877 – 0796 155 955 – 0789 377 177 – 0931 791 133 – 0907 771 622 – 0987 632 531
Email: [email protected]
Fanpage: Vĩnh Tâm – Cung cấp giải pháp xử lý môi trường
Youtube: BIOFIX VIỆT NAM
