Sposoby wykorzystywania żywności w biotechnologii, nanotechnologii oraz leczeniu. Korzyści i zagrożenia.

Wstęp: Sposoby wytwarzania oraz wykorzystywania żywności przeszły na przestrzeni ostatnich czterystu lat znaczącą ewolucję, której następstwa widoczne są w dzisiaj. Postęp technologiczny wskazał na nowe kierunki rozwoju dziedzin związanych z żywieniem człowieka. Powstały nowe rodzaje żywności, mające przyczynić się do podniesienia jej wartości odżywczej oraz lepszej jej przyswajalności, jak również zminimalizowania alergii pokarmowych. Rozpoczęto proces wykorzystywania żywności jako leków. Wreszcie udział biotechnologii (w szczególności agrotechnologii) oraz nanotechnologii wpłynął istotnie na samą żywność oraz jej dostępność na rynku, co doprowadziło do istotnych zmian w sposobie żywienia społeczeństwa oraz ogólnego stanu odżywienia. Nowe rodzaje żywności oraz sposoby jej wykorzystania nie pozostają obojętne na zdrowie i życie człowieka. Prócz korzyści, które niesie za sobą rozwój biotechnologiczny w dziedzinie żywienia człowieka pojawiają się zagrożenia. Początki globalnego handlu żywnością sięgają XVI wieku. Wymiana towarów na rynku światowym przyczyniła się znaczącej ewolucji diety związanej z ograniczeniem geograficzno – klimatycznej determinacji diety. Wiek XVIII zapoczątkował znaczący postęp w metodach utrwalania oraz przetwarzania żywności. Natomiast XX wiek to czas uprzemysłowienia się produkcji żywności, a także upowszechnienie się dodatków do żywności. Przełom wieku XX i XXI to czas chemizacji żywności, polegającej na jej wzbogacaniu, tworzeniu nowej zawierającej organizmy genetycznie modyfikowane lub powstałe z ich użyciem oraz suplementacji diety. 1. Klasyfikacja żywności Aktualne ustawodawstwo dotyczące żywności wyróżnia jej dwie kategorie. Należą do nich: Żywność specjalnego przeznaczenia Nowa żywność, w skład której wchodzą: żywność genetycznie modyfikowana żywność funkcjonalna Ad. 1.) Żywność specjalnego żywieniowego przeznaczenia to środki spożywcze różniące się pod względem składu chemicznego oraz właściwości od żywności powszechnie spożywanej. Jest to głównie żywność powstała z myślą o niemowlętach oraz małych dzieciach do lat 3. Żywność ta również znajduje zastosowanie u osób z problemami trawienia oraz osób wymagających specjalnej diety, np. sportowców. Żywność tę otrzymuje się metodą przetworzenia poprzez wzbogacenie jej w określony składnik odżywczy lub jego eliminację dla uzyskania pożądanego efektu. Ad. 2.) Nowa żywność to środki spożywcze i składniki zawierające organizmy genetycznie modyfikowane oraz otrzymywane z ich użyciem, o nowej lub celowo zmienionej podstawowej strukturze molekularnej, uzyskiwane przy użyciu specjalnych technik oraz procesów technologicznych. Nowa żywność charakteryzuje się odmiennymi walorami użytkowymi, pozaodżywczymi właściwościami prozdrowotnymi. Z nową żywnością wiąże się obecnie wiele nadziei, chociaż budzi ona również wiele kontrowersji. Przy produkcji nowej żywności wykorzystuje się substancje dodatkowe[2] (których stosowanie regulowane jest odpowiednimi przepisami prawnymi) oraz naturalne substancje bioaktywne (o których wiedza dotycząca ich właściwości oraz oddziaływania na obecnym etapie jest niewystarczająca, stąd jej użycie budzi zrozumiałe obawy konsumentów). Nowa żywność dzieli się na: a.) żywność genetycznie modyfikowaną (GMO) to żywność transgeniczna powstała z użyciem organizmów genetycznie modyfikowanych lub ich części; zawierająca DNA tych organizmów. Korzyści i zagrożenia związane ze spożywaniem żywności GMO obrazuje tab. 1.  Korzyści: Zagrożenia: Większa odporność i niższy koszt surowców Żywieniowe: Wydłużenie okresu przydatności do spożycia obniżenie wartości odżywczej (tłuszcz, wit. E, składniki mineralne) Odporność na patogeny i szkodniki zmniejszenie strawności i biodostępności spowolnienie mięknięcia (pomidory, brokuły, truskawki) ograniczenie różnorodności spożywanych odmian produktów, których walory zdrowotne nie do końca zostały poznane zmniejszenie zanieczyszczenia pescytydami Higieniczno - zdrowotne: poprawa walorów: -użytkowych (brak pestek, odporność na uderzenia) -technologicznych (obniżenie zawartości kwasu linolenowego w rzepaku, soi) -sensorycznych (kruchość, smak, barwa) -odżywczych (skrobia, cukry) -odporność na antybiotyki -wywoływanie alergii pokarmowych -powstanie nieznanych toksyn -zanieczyszczenie środowiska naturalnego  b.) żywność funkcjonalna (brak ustawowej definicji) to żywność w skład której wchodzą produkty spożywcze oraz napoje wskazujące potwierdzony korzystny wpływ na organizm ludzki. Obecność podstawowych składników odżywczych w żywności funkcjonalnej gwarantuje potrzebę jej wytwarzania. Głównie przyczynia się ona do poprawy odporności, kontroli wagi, ograniczaniu alergii, usprawniania funkcji jelit oraz poprawy kondycji fizycznej. Korzyści i zagrożenia związane ze spożywaniem żywności funkcjonalnej obrazuje tab. 2. Korzyści: Zagrożenia: zwiększenie wydolności fizycznej i umysłowej Żywieniowe: zubożenie wartości odżywczej (ograniczenie strawności, wartości odżywczej białka) poprawa samopoczucia (w tym obniżenie skutków stresu) obniżenie przyswajalności składników mineralnych spowolnienie procesów starzenia się organizmu pogłębienie nadmiaru Na i P w diecie Łagodzenie alergii i poprawa odporności Higieniczno - zdrowotne: wywoływanie nadwrażliwości pokarmowych zapobieganie rozwojowi chorób metabolicznych i nowotworowych wywoływanie zaburzeń psychicznych i efektu jojo negatywne interakcje dodatków do żywności ze składnikami żywności poprawa funkcji jelit i zapobieganie zaparciom zakażania mikrobiologiczne zanieczyszczenia żywności c.) żywność wygodna (brak ustawowej definicji) to produkty gotowe do bezpośredniego użycia, porcjowane i specjalnie pakowane dla wygody konsumenta. Korzyści i zagrożenia związane ze spożyciem żywności wygodnej obrazuje tab. 3 Korzyści: Zagrożenia: ułatwienie obrotu handlowego oraz zastosowania produktów poza domem Żywieniowe: obniżenie wartości witamin i ich aktywności biologicznej oszczędność czasu przy przygotowaniu do spożycia zmniejszenie strawności Higieniczno - zdrowotne: Zwiększenie ryzyka zatrucia pokarmowego pestycydami uławienie przygotowania posiłków w zakłądach zbiorowego żywienia i małej gastronomii przedawkowanie substancji dodatkowych zanieczyszczenie środowiska odpadami opakowań i produktami ich utylizacji utrudnienie nadzoru (dłuższa droga od surowców do konsumenta) Zaprezentowana powyżej klasyfikacja żywności nie jest jedyna. Istnieje wiele różnych podziałów klasyfikujących produkty ze względu na m.in. pochodzenie, stopień przetworzenia, trwałość oraz branżę. Jednak o zdolności zaspokajania potrzeb i oczekiwań konsumentów decyduje „zespół rozmaitych cech i właściwości produktu” określany mianem jakości. Pojęcie jakości mieści w sobie pięć podstawowych aspektów:[3] a. bezpieczeństwo – brak zagrożeń dla zdrowia z tytułu spożywania żywności b. wartość odżywcza – ilość energii oraz składników odżywczych zawartych o kreślonej porcji produktu c. wartość prozdrowotna – zawartość korzystnych dla zdrowia nieodżywczych substancji bioaktywnych, w szczególności witamin, makro - i mikro – elementów d. jakość sensoryczna – atrakcyjność towaru (wygląd, opakowanie) e. dyspozycyjność – trwałość i łatwość przygotowania do spożycia 2. Wykorzystanie żywności w biotechnologii Współczesna biotechnologia znajduje swoje zastosowanie w dziedzinie związanej z żywieniem człowieka. Dzięki wykorzystaniu metod inżynierii genetycznej umożliwia otrzymywanie organizmów modyfikowanych genetycznie (GMO): zarówno zwierząt i roślin o udoskonalonych lub nowych właściwościach użytkowych. Na obecnym etapie zaawansowania biotechnologii największe znaczenie przywiązuje się do wykorzystania GMO do produkcji dodatków do żywności podnoszących jej wartość odżywczą. Przyszłość biotechnologii zmierza jednak w kierunku genetycznej modyfikacji roślin i zwierząt[4]. Głównymi zamierzeniami naukowców są:[5] a. uzyskanie odmian dających większe plony, odpornych na szkodniki i choroby oraz środki chwastobójcze (głównie soja i kukurydza) b. uzyskanie surowców o lepszych właściwościach użytkowych, zwiększających ich wydajność, ułatwiających proces przetwarzania oraz przechowywania oraz podnoszenia atrakcyjności cech sensorycznych (głównie pomidor, ogórek, melon, truskawki, winogrona, rośliny oleiste: soja, rzepak oraz pszenica, jęczmień i ziemniaki) c. otrzymanie produktów o podwyższonej wartości odżywczej przy jednoczesnej eliminacji substancji szkodliwych (białka soi, zboża chlebowe, ryż, pomidory) d. zwiększenie wydajności hodowli krewetek oraz łososia. Zastosowanie na szeroką skalę w przemyśle żywności genetycznie modyfikowanej musi nieść określone konsekwencje. Zmiana dostępności żywności oraz wartości odżywczej produktów pochodzących z GMO wprowadzi do istotnej zmiany sposobu żywienia społeczeństwa, którego kondycję zdrowotną będzie można ocenić dopiero po kilkunastu latach po jej wprowadzeniu. Zastrzeżenia konsumentów co do bezpieczności stosowania GMO znalazła swój wyraz w wydanym w 2003 roku raporcie Panelowej Komisji Naukowej ds. Modyfikacji Genetycznych (Wielka Brytania), która prowadziła badania nad GMO w następujących aspektach: zmiany wartości odżywczych oraz toksyczność w roślinach modyfikowanych genetycznie alergie pokarmowe wywołane roślinami genetycznie modyfikowanymi przyszłość transgenicznego DNA wpływ pokarmu pochodzącego z roślin genetycznie modyfikowanych na łańcuch pokarmowy[6] Wśród potencjalnych zagrożeń związanych z GMO komisja wskazała na dwa: toksyczny charakter transgenów oraz ich produktów niezamierzony skutek uboczny osiągnięty na etapie zamiany (dodania lub eliminacji) określonego genu do genomu rośliny poddawanej modyfikacji, co może prowadzić do zwiększenia toksyczności, rakotwórczości lub alergenności roślin uzyskiwanych tą metodą. Koncepcja „zasadniczej równoważności” wprowadzona w 1993 roku sugeruje, że ocena bezpieczeństwa wykorzystania w przemyśle spożywczym żywności GMO przeprowadzana jest pod kątem parametrów składu, natomiast pomija następstwa dla bezpieczeństwa określonych różnic genetycznych i biochemicznych, które muszą występować, by żywność ta mogła zostać opatentowana. Ocena bezpieczeństwa spożywania roślin uprawnianych metodą modyfikacji genetycznej często jest niewłaściwa ze względu na nieprawidłowo wykonywane testy w czasie ich uprawy.Technologia GMO niesie za sobą potencjalne nadzieje na poprawianie jakości oraz liczebności plonów, w tym również na rozwiązanie problemu głodu na świecie. Przeprowadzone badania naukowe w tym zakresie w Azji, Afryce oraz Ameryce Łacińskiej nie potwierdziły jednak tego założenia. Wykazały one natomiast, że przy stosowaniu tzw. zintegrowanych systemów rolnictwa okazały się one wydajniejsze, a przez to korzystniejsze od stosowania GMO. 3. Wykorzystanie żywności w nanotechnologii. Osiągnięcia nanotechnologii, nauki zajmującej się wykorzystaniem nanocząsteczek w wielu dziedzinach ludzkiego życia związanych również z żywieniem człowieka, mogą istotnie wpłynąć na dostępność, wartość odżywczą oraz bezpieczeństwo żywności. Nanotechnologia zajmuje się wykorzystaniem cząsteczek o wymiarach 1-10nm. Nanocząsteczki charakteryzują się odmiennymi, często znacznie doskonalszymi, ale nie do końca poznanymi właściwościami fizycznymi, chemicznymi oraz biologicznymi w porównaniu z cząstkami o większych rozmiarach. Nanotechnologia może się sprawdzać w uprawie roślin jadalnych oraz przetwarzaniu i pakowaniu żywności. Na obecnym etapie rozwoju nanotechnologii opracowano nanocząsteczki w postaci emulsji, miceli, kapsułek oraz liposomów, co pozwala na łatwiejsze wprowadzenie do żywności aromatów, barwników, witamin i składników mineralnych, przeciwutleniaczy oraz substancji konserwujących. Przez to dziedzina ta umożliwiać może kontrolę uwalniania składników odżywczych, zwiększenie ich biodostępności oraz stabilności ich przetwarzania, przechowywania i dystrybucji. Pojawiające się obawy co do bezpieczeństwa stosowania produktów powstałych przy zastosowaniu nanotechnologii mogą spowolnić rozwój tej dziedziny. Największe obawy konsumentów są związane z brakiem odpowiedniej kontroli w przenikaniu nanocząsteczek przez bariery fizjologiczne (błony śluzowe jelit i górnych dróg oddechowych). 4. Żywność jako lek Związek pomiędzy spożywaną żywnością a stanem zdrowia doceniany był już przez Hipokratesa w V w. p.n.e. Na przestrzeni czasu liczne badania naukowe potwierdziły związek sposobu odżywiania się na zdrowie i samopoczucie człowieka. Związek żywienia ze zdrowiem można rozpatrywać na trzech płaszczyznach: wpływ odżywiania się w kontekście rozwoju organizmu czyli utrzymania jego sprawności fizycznej, umysłowej (stan dobrostanu) wpływ odżywania się na profilaktykę zdrowotną (zapobieganie chorobom) leczenie chorób oraz łagodzenie objawów oraz występujących dolegliwości Omówienie leczniczego (terapeutycznego) oddziaływania żywności na człowieka wymaga od nas usystematyzowania następujących pojęć. Przez żywność (środki spożywcze) rozumie się „substancję lub mieszaninę substancji, które zawiera znaczące ilości jednego lub więcej składników odżywczych, przeznaczonej do spożycia przez ludzi w stanie naturalnym lub po przetworzeniu”[7]. Środkiem leczniczym (zgodnie z ustawą farmaceutyczną z 2001roku) nazywa się substancję lub mieszaninę substancji, której przypisuje się właściwości zapobiegania lub leczenia chorób, a którą podaje się ludziom w celach diagnostycznych, bądź dla przywrócenia, poprawy lub modyfikacji fizjologicznych funkcji organizmu, podana w określonej dawce i postaci farmaceutycznej. Podstawowe funkcje produktów spożywczych oraz środków leczniczych przedstawia tab. 4. Czynnik żywieniowy traktowany w kategoriach środka leczniczego spełnia swoją rolę w następujących sytuacjach: kiedy schorzenie wywołane jest niedoborem lub nadmiarem określonego składnika odżywczego kiedy schorzenie wymaga specjalnego odżywiania (diety) kiedy przyczyna schorzenia nie jest bezpośrednio związana z żywieniem Produkty mające służyć kompensacji niedoborów lub nadmiarów pokarmowych nazywa się żywnością funkcjonalną I generacji.[8] Regularne uzupełnienie (lub zaprzestanie spożycia w przypadku nadmiaru) określonego składnika odżywczego przynosić będzie efekt terapeutyczny. Producenci żywności coraz częściej dokonują modyfikacji swoich produktów pod względem zawartości określonego składnika. W ten sposób do produktów mącznych dodaje się żelazo i wapń, do margaryn – witaminy A, D i E, do soków – witaminy C, B6 oraz wapń, a w produktach nabiałowych obniża się poziom tłuszczu i sodu. W przypadku chorób wymagających stosowania specjalnej diety żywność nie stanowi czynnika terapeutycznego; pomaga natomiast zmniejszać dolegliwości związane z istniejącą chorobą (głównie choroby metaboliczne lub genetyczne). Działanie żywności w chorobach o podłożu niezwiązanym bezpośrednio z samym żywieniem wiąże się z pojęciem żywności funkcjonalnej II generacji.[9] Zalicza się do nich produkty spożywcze, które wywierają potwierdzone badaniami działanie zdrowotne ponad to, które wynika z obecności w nich substancji odżywczych uznawanych za niezbędne. Składniki bioaktywne zawarte w omawianej żywności prowadzą często do zahamowania przebiegu przewlekłych chorób, opóźniają procesy starzenia lub zwiększają wydolność organizmu. Przykładem tego rodzaju żywności są margaryny wzbogacone w kwas linolowy oraz fitosterole – hamujące rozwój choroby miażdżycowej, jogurty – leczące zaparcia oraz problemy jelitowe, wzmacniające układ odpornościowy. Ostatnie doniesienia z USA oraz Japonii mówią o powstaniu żywności funkcjonalnej III generacji, którą stanowić mają produkty o składzie zoptymalizowanym pod kątem indywidualnego odbiorcy na podstawie badań genetycznych ustalających podatność na choroby uwarunkowane żywieniowo.[10] Mając na względzie terapeutyczne oddziaływanie żywności na człowieka należy pamiętać, że o ile nie każdy lek może spełniać funkcje żywności, o tyle (prawie) każda żywność w określonych warunkach może wykazywać działanie lecznicze. Im bardziej żywność upodabnia się do leku, tym bardziej wymaga dołożenia starań, by móc rekomendować ją do spożycia. Uzyskanie efektu leczniczego z zastosowaniem żywności wymaga dłuższego czasu, aniżeli w przypadku leków, głównie z racji mniejszej zawartości substancji działającej prozdrowotnie, tym samym zmniejsza się zagrożenie niepożądanymi skutkami ubocznymi związanymi z jej spożywaniem. Rosnąca świadomość związku pomiędzy odżywianiem się a zdrowiem człowieka doprowadziła do zwiększenia zapotrzebowania na żywność funkcjonalną we współczesnym przemyśle spożywczym, przez co żywność ta stała się konkurencyjna na komercyjnym rynku. Jednak wprowadzanie żywności funkcjonalnej wiąże się z poniesieniem ogromnych nakładów finansowych, związanych z procesem jej opracowywania i wdrażania na rynek a według dyrektywy unijnej nr 2000/13/WE art.2.1 – „znakowanie i stosowanie metody nie mogą (…) przypisywać żadnej żywności właściwości zapobiegania, leczenia lub wyleczenia ludzkiej choroby, ani nie mogą odnosić się do takich właściwości”. Wprowadza to pewne zamieszanie dla produktów mieszczących się w dwóch kategoriach: żywności i leku lub pozostających pomiędzy nimi. Dodatkowo oświadczenie żywieniowe (Dyrektywa UE nr 89/398/EWG dotycząca oznakowania żywności) ogranicza informację na produkcie do podawania zawartości energii oraz składników odżywczych. Istnieją propozycje zmiany znaczenia informacji zdrowotnej na taką, zgodnie z którą podaje ona, sugeruje lub implikuje, że istnieje powiązanie pomiędzy żywnością a zdrowiem. Chodzi tu głównie o informację o wzmożonym działaniu oraz informację o zmniejszonym ryzyku choroby.[11] Problemy z ujednoliceniem informacji zawartej na produktach żywności funkcjonalnej nie wyczerpują trudności, z którymi muszą się zmierzyć producenci chcący wprowadzić tę żywność na rynek. Konieczne byłoby wypracowanie kryteriów sprawdzania informacji na etykiecie produktu z realnym wpływem substancji zawartych w żywności funkcjonalnej na zdrowie człowieka, a to wydaje się niemożliwe. Przy wprowadzaniu nowej żywności funkcjonalnej sprawującej funkcję leków należy wziąć pod uwagę: ocenę bezpieczeństwa spożywania FF potencjalną skuteczność FF w leczeniu chorób lub ich zapobieganiu 5. Podsumowanie Najważniejsze zmiany związane z żywieniem społeczeństw poprzez zastosowanie metod biotechnologii i nanotechnologii przedstawia tabela 5. Karolina Smoderek Data publikacji: 27.XI.2009r. [1] J. Gawęcki, Żywność i żywienie a zdrowie, W: Żywienie człowieka a zdrowie publiczne, J. Gawęcki, W. Roszkowski (red.), Warszawa 2009, s. 39n [2] Substancja dodatkowa to substancja, która nie jest odrębnie spożywana jako żywność, nie będąca typowym składnikiem żywności, której celowe użycie technologiczne w procesie produkcji, przetwarzania etc. stanie się bezpośrednio lub pośrednio składnikiem środka spożywczego lub półproduktów będących jego komponentami. [3] Tamże, s. 42 [4] Na obecnym etapie badania nad modyfikowanymi organizmami pochodzenia zwierzęcego prowadzi się na mniejszą skalę. Największym zainteresowaniem cieszy się modyfikacja genetyczna mleka krowiego. [5] J. Czapski, J. Korczak, Postęp naukowo techniczny a sposób żywienia, W: Żywienie człowieka a zdrowie publiczne, J. Gawęcki, W. Roszkowski (red.), s. 162 [6] GM Science Panel W: First Report by Departament of Trade and Industy, London 2003, s. 59 [7] J. Gawęcki, Żywność…, s. 52 [8] Tamże, s. 54 [9] Tamże [10] Tamże, s. 54n [11] B. Mepham, Bioetyka. Wprowadzenie dla studentów nauk biologicznych, Warszawa 2009, s. 276