纳米技术在食品中的应用

摘要

纳米技术是在纳米尺度对物质进行测量、控制和操纵等的高新技术。纳米粒子具有一般物质没有的性质和特点，这使得纳米技术在很多领域备受关注，成为食品工业应用的热点。主要介绍了纳米技术在食品工业方面的应用，谈谈纳米技术的安全问题和发展前景。

关键词 纳米技术 食品工业 安全性 应用 展望

1 纳米和纳米技术

纳米(nanometer，nm)是一种几何尺寸的度量单位，1 纳米为百万分之一毫米，即 1 毫微米．具体地说，1 纳米等于十亿分之一米的长度，即 10－9m，个别原子的直径只有几分之一纳米，10 个氢原子的并列跨度只有1 nm，病毒大小约为100 nm．

纳米技术从20 世纪90 年代初起得到迅速发展，新名词、新概念不断涌现，像纳米材料学、纳米电子学、纳米化学、纳米生物学、纳米生物技术和纳米药物学等．其实，纳米技术是一门基础研究与应用研究多学科交叉的科学，是在原子、分子或超分子水平上(1～100 nm)理解、控制和操纵物质世界的高新技术[1]．纳米技术的目标是利用纳米结构所具有的特性和功能对材料进行加工，并制造具有特定功能的产品．纳米技术加深了人们对于物质构成和性能的认识，使人们在物质的微观空间内研究电子、原子和分子运动的规律和特性，运用纳米技术可以在原子、分子的水平上设计并制造出具有全新性质和各种功能的材料．

纳米材料因其尺寸上的微观性，表现出特殊的力学、热学、光学、化学性质和磁性性质，因而纳米材料具有优异的表面效应、体积效应和量子尺寸效应，并表现出新的特性和功效[2]．这些特性使得纳米材料广泛应用于材料、化工、食品、生物工程、医学等各种领域，并对各学科领域的发展产生深远的影响．

2 纳米技术在食品工业中的应用

2.1纳米食品

食品纳米技术， 就是把以微细加工为特点的纳米技术应用于食品工业领域。纳米食品是指在生产、加工或包装过程中采用了纳米技术手段或工具的食品，纳

米食品不仅意味着原子修饰食品或纳米设备生产食品，而是指用纳米技术对食品进行分子、原子的重新编程， 某些结构会发生改变， 从而提高某些成分的吸收率， 加快营养成分在体内的运输， 延长食品的保质期等[3]。

目前，在食品领域中，以纳米食品加工技术、纳米配料和食品添加剂的结构控制、纳米复合包装材料、纳米检测技术等方面的研究最为活跃， 已经成为食品纳米技术的研究热点。在食品加工过程中应用纳米技术，加工制造出纳米维生素制剂、纳米矿物质制剂等，纳米技术的深入研究仍在继续。

2.2纳米技术在食品贮藏保鲜中的应用

陈丽等人以 SG-IV型PVC树脂为主料，填加含有纳米粒子的TiO2母粒和其它11种功能材料，研制出高强度的阻O2纳米富士苹果保鲜膜，其纵向拉抻强度提高36%，透O2 率降低18%，透湿率降低10%，CO2渗透率仅变化1.5%，在0～1℃

2 [4]

下可贮藏208天，果肉硬度7.57kg/cm。邱树毅等将表面共价接有杀菌活性官能团的纳米SiOx 配制保鲜涂膜剂，对芒果进行常温保鲜试验，结果表明，处理组在 21d的常温贮藏过程中其硬度、可滴定酸、总糖、可溶性总固形物的变化趋势明显低于空白[5]；经共价修饰纳米SiOx 处理的芒果其发病率下降 90.38%，商品果率达92.31%。黄媛媛等比较了纳米包装材料与普通包装材料对绿茶品质的影响，研究发现，纳米包装材料透氧量降低 2.1%，透湿量降低 28.0%，纵向拉伸强度提高24.0%；绿茶包装 240d 后，新型纳米材料包装的绿茶中，维生素 C、叶绿素、茶多酚、氨基酸保留量比采用普通包装绿茶分别高 7.7%、6.9%、10.0%、2.0%[6]。

在保鲜包装材料中加入纳米银粉，可加速氧化果蔬食品释放出的乙烯，减少包装中乙烯含量。从而达到良好的保鲜效果。用作氧化催化剂的纳米微粒主要有Fe4O3、Fe2O3、Co3O4、NiO以及Pt，Rh、Ag、Pd等。

2．3纳米离子的催化作用

纳米催化设备 以纳米无机材料 TiO2芯制成的白酒陈化设备，用于葡萄酒和其它果酒的加工上，使酒的物质发生性质的变化， 催化果酒中酯化和氧化反应，加速果酒的陈酿过程，缩短陈酿时间，提高生产效率。果酒经过纳米机处理后能催熟，解决了果酒陈酿时间过长的问题[7]。

2.4纳米技术在食品机械上的应用

2.4.1纳米润滑油

食品的生产离不开机械的运作，因此对润滑剂要求较高，普通的润滑剂易损耗，易污染环境。采用纳米技术润滑剂-磁性液体，能使这一现象得以有效改善。该润滑剂的润滑颗粒仅为10nm，因而不会损害轴承，而基液亦可用做润滑油，只要采用合适的磁场就可以将磁性润滑油约束在所需的部位，保证机器的正常运转。

2.4.2纳米技术在食品制冷上的应用

目前应用最广的纳米制冷技术是纳米磁制冷工艺。磁制冷发展的趋势是由低温向高温发展，构成磁性的纳米团簇，当温度大于15K时，其磁柄便高于15K，而纳米磁制冷工艺制冷温度可提高到30K左右。1997年美国利用自旋系统磁嫡变的制冷方式，研制出磁制冷气体，其与普通的压缩制冷气体相比，具有效率高、能耗低、噪声小、体积小、无污染等优点。这为食品冷冻和冷藏设备的研发开辟

了新的途径。

2.4.3改造食品工业传统原料

橡胶和塑料是包装机械中应用较多的原材料。但通常的橡胶是靠加入炭黑来增加其强度的，耐磨性和抗老化性差，且颜色为黑色，不宜在食品机械上使用。纳米材料的问世使这一问题迎刃而解。新的纳米改进型橡胶，各项指标均有了大幅提高，尤其在抗老化作用上。其抗老化年龄能提高3倍，使用寿命长达30年以上，且色彩艳丽，保色效果优异。

2.5纳米过滤膜（器）

新型纳米级净水剂具有极强的吸附能力，可以将污水中的悬浮液、铁锈、异味等污染物除去。采用纳米孔径的过滤装置，可滤去水中的细菌、病毒，而保留矿质元素。 自来水经过纳米技术净化后，质地清澈，无异味，成为高质量的纯

[8]

净水，可以直接饮用。

利用纳米过滤膜（器），可以分离某些高活性的蛋白质、肽类物质、维生素及矿物质等，且分离纯化效果良好。纳米滤膜（器）目前主要用于浓缩乳清及牛奶、调味液脱色、提取鸡蛋黄中的免疫球蛋白、回收大豆低聚糖、调节酿酒发酵

[9]

液组分、浓缩果汁及分离氨基酸等方面。

3 纳米食品的安全性问题

由于纳米尺度上物质的许多优良性能，纳米材料越来越多地走入百姓的生活．市场上的许多商品，如化妆品、食品、织物、涂料、抗菌材料等，都含有纳米材料．近年来，围绕纳米产品的生物安全性，发达国家积极地展开了研究．2003

[10]

年4 月，R.F. Service在 Science 首先发表文章讨论纳米材料与生物环境相互作用可能产生的生物安全问题，并介绍了 Lam 研究小组的研究结果(Lam 研究小组发现单壁碳纳米管可能会损害老鼠的肺部组织)．随后，各个领域的科学家们开始探讨纳米生物安全问题，尤其是关于纳米颗粒对人体健康、生存环境和社会安全等方面是否存在潜在负面影响的问题[11]，即纳米生物环境安全性问题．2004 年，美国、英国、法国、德国、日本、中国等相继召开纳米生物环境效应的学术会议，如中国于 2004 年11 月以“纳米尺度物质的生物效应”为主题在香山召开了第 243 次香山科学会议．

纳米材料的特殊效应使其在食品工业中有着极其广阔的应用前景，但也正是其特殊效应使人们不得不面对和重视其安全性问题．随着纳米材料在食品工业中的广泛应用，纳米食品、纳米功能食品越来越多，但目前对于纳米食品的生物效应及其潜在的安全性研究很少[12]，如可以通过纳米胶囊化提高脂溶性营养因子的溶解性和生物利用率，但同时也可能带来某些负面效应，因为某些维生素或矿物质如果人体吸收过多或过快，将会产生一定的毒副作用．此外，它们在生物体内的分布、代谢等特性可能与传统食品不一样，因而，在对纳米食品进行研究开发与纳米食品投放市场之前，应该对纳米食品的安全性问题和其膳食供应量(RDA)问题及纳米材料通过食品对人类的潜在性影响问题等给予足够的关注和探讨．有必要时，应借助于纳米研究的相关科研平台，如“国家纳米科学中心——高能物理研究所纳米生物效应与安全性联合实验室”(该实验室已于 2006 年 6 月 22 日在北京成立[13]）

4 展望

自20世纪末以来,纳米技术的发展突飞猛进,但是任何一项新技术都有其两面性,在积极作用背后还存在着无法预料的伦理、健康危害。现在对纳米材料的毒性方面尚缺乏系统研究,过去对宏观物质的安全性评价结果有可能不适用于纳米材料。因此,至今为止,还没有相应的国际规章制度来规范纳米技术及产品的发展与应用,只有一些国家制定了一些规范来调整它的发展。

在纳米食品领域中,对大部分产品的毒性已有初步研究,并证实它的优点大于缺点。有研究证明,纳米材料的毒性与它的粒度、表面性质、化学组成等性质有关,比如在粒度小于30 nm时将会透过血脑屏障[14]。通过深入研究将可以控制这些性质来避免或降低毒性,甚至可以变缺点为优点利用这些性质,比如制备小于30 nm的纳米食品专门为血脑屏障以内的组织供给营养。纳米技术在食品业中的发展有着诱人的前景,食品业将会迎来新的发展高潮。

参 考 文 献

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[13] 国家纳米科学中心．“纳米生物效应与安全性联合实验室”揭牌[EB/OL]．[2006-07-30]．http://www.nm863. com

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