Applications of nanoformulations in agricultural production and their impact on food and human health

Jampílek, J.; Kráľová, K.

doi:10.2429/proc.2015.9(2)054

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Applications of nanoformulations in agricultural production and their impact on food and human health

Autorzy

Jampílek J. , Kráľová K.

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Pobierz

Identyfikatory

DOI

10.2429/proc.2015.9(2)054

Warianty tytułu

Zastosowania nanozwiązków w produkcji rolnej i ich wpływ na żywność i zdrowie człowieka

Konferencja

ECOpole’15 Conference (14-16.10.2015, Jarnoltowek, Poland)

Języki publikacji

Abstrakty

In last years, an increasingly growing number of nanoagrochemicals such as nanopesticides, nanofertilizers or plant growth stimulating nanosystems is put into the practice. This is connected with the demand to decrease the dose-dependent toxicity of pesticides by reduction of the amount of applied active ingredients in nanoscale formulations, securing not only their increased aqueous solubility resulting in better bioavailability but also targeted delivery, controlled release and/or protection against degradation. Application of nanofertilizers enables more effective supply of nutrient to plants. The contribution is focused on nanoformulations applied in agriculture enabling controlled release of the active ingredient into weeds and the body of pests and nutrients to plants as well as on benefits of the use of nanoformulations in food industry related to food packaging, food security, encapsulation of nutrients and development of new functional products. The environmental impact of nanoagrochemicals and related health risks are highlighted as well.

W ostatnich latach coraz bardziej rośnie liczba nanochemikaliów stosowanych w rolnictwie, takich jak: nanopestycydy, nanonawozy lub stymulujące wzrost roślin nanosystemy. Jest to związane z potrzebą ograniczenia, zależnej od dawki, toksyczności pestycydów poprzez zmniejszenie ilości stosowanych składników aktywnych w nanopreparatach, zapewniając nie tylko ich zwiększoną rozpuszczalność w wodzie, co gwarantuje lepszą biodostępność, ale również kontrolowane uwalnianie i/lub ochronę przed degradacją. Zastosowanie nanonawozów umożliwia bardziej efektywne dostarczanie składników odżywczych roślinom. W pracy przedstawiono nanozwiązki stosowane w rolnictwie, umożliwiające kontrolowane uwalnianie składnika czynnego do chwastów i szkodników oraz składników odżywczych dla roślin, jak również korzyści wynikające z użycia nanozwiązków w przemyśle spożywczym związanym z pakowaniem żywności, bezpieczeństwem żywności, kapsułkowaniem składników odżywczych i rozwojem nowych produktów funkcjonalnych. Omówiono również wpływ nanoagrochemikaliów na środowisko i związane z nimi zagrożenia dla zdrowia.

Słowa kluczowe

nanoinsecticides nanoherbicides nanofungicides controlled release and targeted delivery environmental impact health risks

nanoinsektycydy nanoherbicydy nanofungicydy kontrolowane uwalnianie i ukierunkowana dostawa wpływ na środowisko zagrożenie dla zdrowia

Wydawca

Towarzystwo Chemii i Inżynierii Ekologicznej

Czasopismo

Proceedings of ECOpole

Rocznik

2015

Tom

Vol. 9, No. 2

Strony

465--472

Opis fizyczny

Bibliogr. 76 poz.

Twórcy

autor

Jampílek J.

josef.jampilek@gmail.com

Faculty of Pharmacy, University of Veterinary and Pharmaceutical Sciences Brno, Palackého 1/3, 612 42 Brno, Czech Republic

autor

Kráľová K.

Faculty of Natural Sciences, Comenius University, Mlynská dolina Ch-2, 842 15 Bratislava, Slovakia

Bibliografia

[1] Thornton PK. Phil Trans R Soc B. 2010;365:2853-2867. DOI: 10.1098/rstb.2010.0134.
[2] Sekhon BS. Nanotechnol Sci Appl. 2014;7:31-53. DOI: 10.2147/NSA.S39406.
[3] Sonkaria S, Ahn SH, Khare V. Recent Pat Food Nutr Agric. 2012;4:8-18. DOI: 10.2174/2212798411204010008.
[4] Pérez-de-Luque A, Hermosín MC. Nanotechnology and its use in agriculture. In: Bagchi D, Bagchi M, Moriyama H, Shahidi F, editors. Bio-nanotechnology: A Revolution in Food, Biomedical and Health Sciences. West Sussex: Wiley-Blackwell; 2013:299-405.
[5] Nalwa HS. Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology. Valencia, CA, USA: American Scientific Publisher; 2004-2011.
[6] Bhushan B. Handbook of Nanotechnology. Berlin-Heidelberg: Springer-Verlag; 2004.
[7] Rai M, Ribeiro C, Mattoso L, Duran N. Nanotechnologies in Food and Agriculture. Heidelberg: Springer; 2015.
[8] Lopes CM, Fernandes JR, Martins-Lopes P. Food Technol Biotechnol. 2013;51:183-197. http://www.ftb.com.hr/images/pdfarticles/2013/April-June/ftb_51-2_183-197.pdf.
[9] Knauer K, Bucheli TD. Nano-materials: Research needs in agriculture. Rev Suisse Agric. 2009;41:341-345.
[10] Jampílek J, Kráľová K. Ecol Chem Eng S. 2015;22:321-361. DOI: 10.1515/eces-2015-0018.
[11] Kumar S, Bhanjana G, Sharma A, Sarita, Sidhu MC, Dilbaghi N. Sci Adv Mater. 2015;7:1143-1148. DOI: 10.1166/sam.2015.2243.
[12] Pérez-de-Luque A, Rubiales D. Pest Manag Sci. 2009;65:540-545. DOI: 10.1002/ps.1732.
[13] Shi JY, Abid AD, Kennedy IM, Hristova KR, Silk WK. Environ Pollut. (Oxford, U.K.). 2011;159:1277-1282. DOI: 10.1016/j.envpol.2011.01.028.
[14] Wang ZY, Xie XY, Zhao J, Liu XY, Feng WQ, White JC, et al. Environ Sci Technol. 2012;46:4434-4441. DOI: 10.1021/es204212z.
[15] Nekrasova GF, Ushakova OS, Ermakov AE, Uimin MA, Byzov IV. Russ J Ecol. 2011;42:458-463. DOI: 10.1134/S1067413611060117.
[16] Kim HS, Kang HS, Chu GJ, Byun HS. Solid State Phenom. 2008;135:15-18. DOI: 10.4028/www.scientific.net/SSP.135.15.
[17] Mishra S, Singh HB. Appl Microbiol Biotechnol. 2015;99:1097-1107. DOI: 10.1007/s00253-014-6296-0.
[18] Mondal KK, Mani C. Ann Microbiol. 2012;62:889-893. DOI: 10.1007/s13213-011-0382-7.
[19] Kumar R, Nair KK, Alam MI, Gogoi R, Singh PK, Srivastava C, et al. J Nanosci Nanotechnol. 2015;15:1350-1356. DOI: 10.1166/jnn.2015.9088.
[20] Koli P, Singh BB, Shakil NA, Kumar J, Kamil D. J Environ Sci Health B Pestic Food Contam Agric Wastes. 2015;50:674-681. DOI: 10.1080/03601234.2015.1038961.
[21] Yadav A, Aggarwal A. NY Sci J. 2014;7:7-15. http://www.sciencepub.net/newyork/ny0711/002_27311ny071114_7_15.pdf.
[22] Hwang IC, Kim TH, Bang SH, Kim KS, Kwon HR, Seo MJ, et al. J Fac Agric Kyushu Univ. 2011;56:33-40, http://catalog.lib.kyushu-u.ac.jp/handle/2324/19633/p033.pdf.
[23] Kang MA, Seo MJ, Hwang IC, Jang C, Park HJ, Yu YM, et al. J Asia Pac Entomol. 2012;15:533-541. DOI: 10.1016/j.aspen.2012.05.015.
[24] Suresh Kumar RS, Shiny PJ, Anjali CH, Jerobin J, Goshen KM, Magdassi S, et al. Environ Sci Pollut Res. 2013;20:2593-2602. DOI: 10.1007/s11356-012-1161-0.
[25] Saini P, Gopal M, Kumar R, Srivastava C. J Environ Sci Health B. 2014;49:344-351. DOI: 10.1080/03601234.2014.882168.
[26] Rai V, Acharya S, Dey N. J Biomater Nanobiotechnol. 2012;3:315-324. DOI: 10.4236/jbnb.2012.322039.
[27] Corradini E, De Moura M, Mattoso L. eXpress Polym Lett. 2010;4:509-515. DOI: dx.doi.org/10.3144/expresspolymlett.2010.64.
[28] Hasaneen MNA, Abdel-Aziz HMM, El-Bialy DMA, Omer AM. Afr J Biotechnol. 2014;13:3158-3164. DOI: 10.5897/AJB2014.13699.
[29] Sarkar S, Datta SC, Biswas DR. Proc Natl Acad Sci B Biol Sci. 2015;85:415-421. DOI: 10.1007/s40011-014-0371-2.
[30] Liu RQ, Lal R. Sci Rep. 2014;4:Article number 5686. DOI: 10.1038/srep05686.
[31] Ghahremani A, Akbari K, Yousefpour M, Ardalani H. Int J Pharm Res Schol. 2014;3:235-241. http://ijprs.com/abstract.php?id=404&aid=417.
[32] Umarani R, Mala R. Asian J Microbiol Biotechnol Environ Sci. 2013;15:327-331.
[33] Tarafdar JC, Raliya R, Mahawar H, Rathore I. Agric Res. 2014;3:257-262. DOI: 10.1007/s40003-014-0113-y.
[34] Pandey AC, Sanjay SS, Yadav RS. J Exp Nanosci. 2010;6:488-497. DOI: 10.1080/ 17458081003649648.
[35] Lee CW, Mahendra S, Zodrow K, Li D, Tsai YC, Braam J, et al. Environ Toxicol Chem. 2010;29:669-675. DOI: 10.1002/etc.58.
[36] Juhel G, Batisse E, Hugues Q, Daly D, van Pelt FN, O´Halloran J, et al. Aquatic Toxicol. 2011;105:328-336. DOI: 10.1016/j.aquatox.2011.06.019.
[37] Nel A, Xia T, Madler L, Li N. Science. 2006;311:622-627. DOI: 10.1126/science.1114397.
[38] Askari M, Amirjani M, Saberi T. J Plant Process Function. 2014;3:43-56. http://jispp.iut.ac.ir/browse.php?a_id=129&sid=1&slc_lang=en.
[39] Baghai N, Sayide MF. J Saffron Res. 2014;1:156-169. http://en.journals.sid.ir/ViewPaper.aspx?ID=374410.
[40] Liu XM, Zhang FD, Zhang SQ, He XS, Wang RF, Wang YJ. Plant Nutr Fertilizer Sci. 2005;11:14-18.
[41] Lahiani MH, Dervishi E, Chen J, Nima Z, Gaume A, Biris AS, et al. ACS Appl Mater Interfaces. 2013;5:7965-7973. DOI: 10.1021/am402052x.
[42] Wang XP, Han HY, Liu XQ, Gu XX, Chen K, Lu DL. J Nanopart Res. 2012;14:Article Number 841. DOI: 10.1007/s11051-012-0841-5.
[43] Mondal A, Basu R, Das S, Nandy P. J Nanopart Res. 2011;13:4519-4528. DOI: 10.1007/s11051-011-0406-z.
[44] Tripathi S, Sonkar SK, Sarkar S. Nanoscale. 2011;3:1176-1181. DOI: 10.1039/c0nr00722f.
[45] Monreal CM. Intelligent NanoFertilizers. AAFC & Carleton University; 2012, http://bio.albertainnovates. ca/media/60531/monreal.pdf.
[46] Neethirajan S, Jayas DS. Food Bioprocess Technol. 2011;4:39-47. DOI: 10.1007/s11947-010-0328-2.
[47] Tamjidi F, Shahedi M, Varshosaz J, Nasirpour A. Innov Food Sci Emerg Technol. 2013;19:29-43. DOI: 10.1016/j.ifset.2013.03.002.
[48] Abbasi A, Emam-Djomeh Z, Mousavi MAE, Davoodi D. Food Chem. 2014;143:379-383. DOI: 10.1016/j.foodchem.2013.08.018.
[49] Johansson C. Functional barriers against migration for food packaging. In: Lagaron JM, editor. Multifunctional and Nanoreinforced Polymers for Food Packing. Woodhead Publishing in Materials; 2011:316-344.
[50] Ajaykumar MT. Res J Biotechnol. 2014;9:12-24.
[51] Yam KL, Takhistov PT, Miltz J. J Food Sci. 2005;70:R1-R10. DOI: 10.1111/j.1365-2621.2005.tb09052.x.
[52] Mihindukulasuriya SDF, Lim LT. Trends Food Sci Technol. 2014;40:149-167. DOI: 10.1016/j.tifs.2014.09.009.
[53] Bhattacharyya A, Bhaumik A, Rani PU, Mandal S, Epidi T. Afr J Biotechnol. 2010;9:3489-3493.
[54] Rai M, Ingle A. Appl Microbiol Biotechnol. 2012;94:287-293. DOI: 10.1007/s00253-012-3969-4.
[55] Prasad R, Kumar V, Prasad KS. Afr J Biotechnol. 2014;13:705-713. DOI: 10.5897/AJBX2013.13554.
[56] Lyons K, Scrinis G. Under the regulatory radar? Nanotechnologies and their impacts for rural Australia. In: Merlan F, Raftery D, editors. Tracking Rural Change: Community, Policy and Technology in Australia, New Zeeland and Europe. Abilene: ANU Press; 2009:151-171, http://press.anu.edu.au//tracking/pdf/ch08.pdf.
[57] Masarovičová E, Kráľová K. Ecol Chem Eng S. 2013;20:9-22. DOI: 10.2478/eces-2013-0001.
[58] Handy RD, Owen R, Valsami-Jones E. Ecotoxicology. 2008;17:315-325. DOI: 10.1007/s10646-008-0206-0.
[59] Vaculíková E, Plachá D, Čech-Barabaszová K, Jampílek J. Adv Sci Eng Med. 2014;6:477-485. DOI: 10.1166/asem.2014.1529.
[60] Hoet PHM, Brüske-Hohlfeld I, Salata OV. J. Nanobiotechnol. 2004;2:12. DOI:10.1186/1477-3155-2-12.
[61] Obersdörster G, Maynard A, Donaldson K, Castranova V, Fitzpatrick J, Ausman K, et al. Part Fibre Toxicol. 2005;2:8. DOI: 10.1186/1743-8977-2-8.
[62] Sharma HS, Hussain S, Schlager J, Ali SF, Sharma A. Acta Neurochir Suppl 2010;106:359-364. DOI: 10.1007/978-3-211-98811-4_65.
[63] Cho WS, Duffin R, Poland CA, Howie SEM, MacNee W, Bradley M, et al. Environ Health Perspect. 2010;118:1699-1706. DOI: 10.1289/ehp.1002201.
[64] Karlsson HL, Cronholm P, Gustafsson J, Möller L. Chem Res Toxicol. 2008;21:1726-1732. DOI: 10.1021/tx800064j.
[65] Wang Z, Li N, Zhao J, White JC, Qu P, Xing B. Chem Res Toxicol. 2012;25:1512-1521. DOI: 10.1021/tx3002093.
[66] Ahamed M, AlSalhi MS, Siddiqui MKJ. Clin Chim Acta. 2010;411:1841-1848. DOI: 10.1016/j.cca.2010.08.016.
[67] AshaRani PV, Mun GK, Hande MP, Valiyaveettil S. ACS Nano 2009;3:279-290. DOI: 10.1021/nn800596w.
[68] Hackenberg S, Scherzed A, Kessler M, Hummel S, Technau A, Froelich K, et al. Toxicol Lett. 2011;201:27-33. DOI: 10.1016/j.toxlet.2010.12.001.
[69] Soto K, Garza KM, Murr LE. Acta Biomater. 2007;3:351-358. DOI: 10.1016/j.actbio.2006.11.004.
[70] Keenan CR, Goth-Goldstein R, Lucas D, Sedlak DL. Environ Sci Technol. 2009;3:4555-4560. DOI: 10.1021/es9006383.
[71] Warheit D, Laurence B, Reed K, Roach D, Reynolds G, Webb T. Toxicol Sci. 2004;77:117-125. DOI: 10.1093/toxsci/kfg228.
[72] Sayes C, Liang F, Hudson J, Mendez J, Guo W, Beach J, et al. Toxicol Lett. 2006;161:135-142. DOI:10.1016/j.toxlet.2005.08.011.
[73] Shvedova A, Castranova V, Kisin E, Schwegler-Berry D, Murray AR, Gandelsman VZ, et al. J Toxicol Environ Health. 2003;66:1909-1926. DOI: 10.1080/713853956.
[74] Nagai H, Okazaki Y, Chew S, Misawa N, Yamashita Y, Akatsuka S, et al. Proc Natl Acad Sci USA. 2011;108:E1330-1338. DOI: 10.1073/pnas.1110013108.
[75] Poland C, Duffin R, Kinloch I, Maynard A, Wallace W, Seaton A, et al. Nat Nanotechnol. 2008;3:423-428. DOI: 10.1038/nnano.2008.111.
[76] Bottini M, Bruckner S, Nika K, Bottini N, Bellucci S, Magrini A, et al. Toxicol Lett. 2006;160:121-126. DOI: 10.1016/j.toxlet.2005.06.020.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-4aa967f0-06db-4e5a-8653-5b6bfecaddeb