Nanoteknologi merupakan bidang ilmu yang relatif masih baru. Ilmu tersebut berawal pada tahun 1959, ketika seorang ahli Fisika Caltech, yang bernama Richard Feynman memaparkan suatu visi masa depan tentang ilmu pengetahuan.
Dalam suatu pidatonya yang sangat menumental yang berjudul ”There’s Plenty of Room at the Bottom”, beliau memaparkan hipotesanya bahwa atom-atom atau molekul-molekul dapat dimanipulasi atau diatur menurut kehendak kita, seperti halnya dengan menyusun bahan bangunan atau building blocks.
Beliau juga menyatakan bahwa posisi atom-atom dapat diatur secara teliti dengan memanfaatkan alat – alat buatan manusia. Sebetulnya secara alamiah dalam sel-sel hidup, pengaturan posisi atom tersebut telah berlangsung sejak terciptanya alam semesta itu sendiri.
Pada tahun 1989, para ilmuwan IBM (International Bussiness Machine), telah berhasil memanipulasi atau mengatur posisi atom Xenon dalam substrat Nikel sehingga kemudian dapat membentuk huruf IBM.
Skala nano
Istilah nanoteknologi berasal dari kata nano dan teknologi. Kata teknologi tidak perlu dijelaskan, karena pasti sudah secara umum diketahui. Sedang kata nano sendiri, berasal dari kata yunani ”nano” yang berarti kerdil, atau cebol. Dalam istilah ilmiahnya, nanoteknologi dapat diartikan sebagai bentuk design atau nano design, bentuk produk, atau produk nano. Nano teknologi juga dapat diartikan sebagai pemanfaatan atau aplikasi dari struktur, peralatan dan sistem nano, termasuk sampai ke cara pengendalian ukuran dan bentuk materi pada skala nanometer.
Satu nano meter (satu nm) sama dengan 10 pangkat -9 meter. Dalam batasan lama dalam nano teknologi yang dimaksud hanya meliputi ukuran partikel dalam ukuran skala 0.1 sampai 100 nm. Saat ini kecenderungan ukuran yang dapat digunakan sampai ukuran 300 nm.
Ukuran skala satu nanometer adalah ukuran super kecil, yaitu kira-kira memiliki panjang 10 kali panjang sebuah atom metal, atau sama panjangnya dengan molokul glukosa. Panjang satu molokul air misalnya = 0.1 nm, dan DNA panjangnya sekitar 2 nm.
Ukuran material
Berdasarkan ukurannya, secara umum setiap benda di dunia ini dapat dikelompokkan menjadi tiga golongan yaitu :
A. Makro atau makroskopis, yang dapat dilihat oleh mata telanjang, atau istilahnya kasat mata, dengan partikel penyusun yang disebut makro partikel yang berukuran > 100.000 nm.
B. Mikro atau mikroskopis, yang hanya dapat dilihat dengan pertolongan alat mikroskop, partikelnya sendiri disebut mikropartikel, atau submikro, dengan ukuran >100.000 nm.
C. Nano atau super kecil, hanya dapat dilihat dengan mikroskop khusus.. Nanopartikel, memiliki ukuran > 100 nm.
Dalam bidang nano teknologi, building block nya disebut nanomaterial. Masyarakat ilmiah mengenal dua jenis nano material, yaitu Nanomaterial Anorganik dan Nanomaterial Organik.
A. Nanomaterial Anorganik, berdasarkan strukturnya memiliki 4 jenis nano struktur ,yaitu :
• Fullerenes dan Carbon nanotubes
• Nanowires
• Semi – conductor nanocrystal
• Nanopartikel
B. Nanomaterial Organik selalu mengandung atom karbon. Dan DNA nya bertindak sebagai building block
Produksi nano material
Produksi Nanomaterial dapat dilakukan dengan dua cara yaitu cara Top Down dan Bottom Up
1. Teknik Top Down : merupakan teknik bagaimana caranya memperkecil, atau memecah benda berupa building block dalam hal ini nanomaterial, sehingga dapat dihasilkan benda-benda baru yang berukuran nano. Sistemnya sendiri mirip sekali mekanisme kerja dengan alat lythography. Untuk bisa melakukan hal tersebut diperlukan pemanfaatan beberapa peralatan yang cukup canggih, seperti Electron Transmission Microscope, atau Atomic Forced Microscope.
2. Teknik Bottom UP : Adalah suatu teknik yang jauh lebih canggih dibanding teknik Top Down, dan dengan teknik ini maka proses produksi nano material menjadi lebih teliti, kuat, cepat dan reproduceable.
Mekanisme nya dilakukan dengan dua pendekatan yaitu positional assembly dan chemical self assembly
• positional assembly
melibatkan probe yang berfungsi memindahkan atom pada suatu posisi atau arrangement tertentu yang telah direncanakan sebelumnya.
• chemical self-assembly
atom dan molekul yang berbeda (nanomaterial) dicampur bersama, maka secara spontan akan diorganisir menjadi struktur yang stabil dan well defined.
Nanoteknologi dalam dunia pangan
Nanoteknologi merupakan teknologi masa kini maupun masa depan. Teknologi tersebut sangat menjanjikan, karena membuka berbagai peluang dalam usaha meningkatkan mutu dan keamanan pangan. Teknologi nano telah banyak diterapkan di negara negara maju seperti AS, Inggris, Jerman dan Jepang. Sedangkan di negara yang sedang berkembang masih belum berkembang.
Pangan nano merupakan pangan yang dihasilkan dari budidaya, atau diproduksi, diolah, atau dan dikemas dengan menggunakan teknik nanoteknologi, atau pengemasan nano, dimana kedalam bahan nano material telah disisipkan atau di tambahkan ke dalam bahan kemasannya.
Contohnya : Ingredients dan Additives dalam bentuk nano partikel, baik itu berupa zat besi, zinc atau zat lain. Dapat pula berupa Nanocapsule yang sebelumnya telah dimasukkan ke dalamnya senyawa Co Enzyme Q10 atau asam lemak omega -3.
Partikel benda yang berukuran besar atau makro selalu tunduk pada hukum alam biasa. Sebaliknya bila partikel benda tersebut super kecil berukuran nano, maka tidak lagi tunduk terhadap hukum alam biasa. Mereka tunduk pada hukum Quantum.
Pangan Nano
Pangan nano berarti pangannya sendiri memang memiliki partikel berskala ukuran nano atau menggunakan kemasan nano. Nanokapsul atau gel mikroskopis (nano gel) yang mengemas zat zat gizi atau senyawa cita rasa yang memiliki partikel berukuran nano.
Sebetulnya industri pangan sudah relatif cukup lama mengintroduksikan produk nano, salah satu diantaranya yang sangat populer adalah pangan nano yang disebut mayonais nano. Produk baru tersebut berbeda dengan produk mayonais tradisional. Mayonais tradisional berupa emulsi air dalam lemak(W/L). Lemaknya yang lebih banyak, sering disebut pangan tinggi lemak, konotasi nama yang banyak dihindari oleh para konsumen pencinta kelangsingan tubuh dan kecantikan.
Sedangkan mayonais baru tersebut merupakan bentuk emulsi yang terbalik yaitu emulsi lemak dalam air. Jadi lemaknya lebih sedikit tetapi airnya lebih banyak(L/W), dan dengan partikel lemaknya yang berukuran nano. Mereka yang takut menjadi gemuk, saat ini punya alternatif baru. Karena alasan tersebut mayonais nano juga dipasarkan dengan nama Low Fat Mayonais. Produk tersebut ternyata juga berhasil dalam memuaskan konsumen, khususnya terhadap fatty mouth feel yang lezat.
Keunggulan nanoteknologi
Sebetulnya nanoteknologi telah diterapkan di berbagai sektor terutama yang terbesar (>60%) di sektor kosmetika. Nanoteknologi juga telah diterapkan di bidang elektronika, bioteknologi (BioNT), kimia dan fisika, pengolahan limbah dan water treatment, farmasi, serta health foods. Namun penerapan nanoteknologi di bidang industri pangan (Pangan NT) relatif masih sangat terbatas (10%).
Beberapa industri pangan besar yang telah menerapkan Nanoteknologi diantaranya: Cambell Soup, General Mill, Group Danone, H.J. Heinz, Sara Lee, Nestle, dan lain-lain.
Banyak keuntungan dan nilai positif yang dapat dihasilkan bila nanoteknologi dapat diterapkan dalam industri pangan, diantaranya karena dapat dihasilkan produk baru ;
• Dengan cita rasa baru, dan dengan tekstur baru, yaitu dengan cara merubah ukuran molekul pangan – kristal. Di samping itu juga mampu meningkatkan daya penyebaran (spreadibility) secara lebih merata.
• Produk baru rendah lemak, rendah garam, rendah gula,serta rendah bahan pengawet. Dengan demikian akan berkembang berbagai produk baru pangan sehat (health foods)
• Dengan daya bioavailability yang lebih tinggi bagi berbagai jenis zat gizi dan suplemen,akan banyak menguntungkan tubuh. Karena zat zat tersebut akan lebih mudah diserap karena memiliki ukuran yang sangat kecil, yaitu berskala nano.
• Baik mutu pangan maupun mutu efisiensi gizinya dapat ditingkatkan, serta dapat dijaga tingkat kesegaran produk, sehingga daya simpannya lebih baik
• Mampu memperbaiki fungsi jenis bahan kemasan pangan yang lebih bermutu daya pelindung serta fungsinya. Saat inipun sudah muncul kemasan aktif, Intelligent dan smart packaging.
• Memberikan tingkat penelusuran produk yang lebik baik (product trace ability), serta penelusuran masalah
keamanan yang lebih cepat dan akurat
Kemasan nano
Banyak diantara para pakar yang menganjurkan agar sebelum memutuskan mengembangkan pangan nano disarankan agar terlebih dahulu mengembangkan bahan kemasan dan teknologi kemasan nano.
Yang dapat dikembangkan pada bahan kemasan adalah jenis bahan kemasan dengan daya barrier yang tinggi, yang mampu melindungi produk pangan yang dikemas dari ancaman eksternal, yaitu panas, kimia dan serangan mikroba.
Bahan kemasan nano dapat dikembangkan menjadi minimal 3 kategori :
1. Improved nano – composite, jenis bahan kemasan tersebut merupakan polymer yang di dalam materialnya telah disisipkan beberapa jenis nano material tertentu, dengan tujuan untuk memperbaiki daya fleksibilitas, daya tahan durabilitas, stabilitas barrier terhadap suhu dan kelembaban. Contohnya Nano composit clay, mampu memblokir celah celah yang bisa membiarkan masuk dan lepasnya H2O, oksigen dan CO2
2. Active Nano Composite, merupakan plastik polimer yang telah disisipkan /atau dimasukkan ke dalam nanomaterial tertentu yang memiliki sifat atau daya antimikrobial. yang dikenal sebagai food safety packaging : nano silver,titanium dioksida
3. Intellelligent dan Smart Packaging merupakan bahan kemasan polymer yang di dalamnya telah disisipkan nanosensor dengan tujuan untuk melakukan tugas monitoring terhadap kondisi produk pangan yang ada di alamnya. Mampu mendeteksi keberadaan E.coli, atau Salmonella dalam individu kemasan. Mampu melaporkan bahwa suatu isi kemasan sudah kadaluwarsa atau mulai membusuk
Regulasi dan keamanan produk nano
• Nanoteknologi memiliki potensi pemanfaatan tetapi juga memiliki resiko kesehatan dan pencemaran lingkungan.
• Karena Nano partikel hanya tunduk pada hukum Quantum, maka baik perbedaan bentuk dan ukurannya memiliki sifat yang berbeda, sehingga sangat sulit melakukan standard assessment
• Terjadi tantangan baru
terhadap risk assessment dan
risk management dengan nano partikel.
• Untuk itu diperlukan tersedianya data, prosedur assessment yang masih harus disesuaikan.
• Parameter regulasi yang ada tidak sesuai lagi, perlu diperbaharui
• Relevansi threshold berdasarkan konsentrasi dan berat masa, perlu ditinjau dan diperbaharui
• Risk assessment perlu dilakukan case by case
Oleh Prof. F.G. Winarno, Chairman ALPI
dan Amadeus Driando
(FOODREVIEW INDONESIA Edisi Maret 2012)