纳米技术在食品工业中的应用

               

纳米技术

2018.09.06

一、纳米技术

纳米技术(nanotechnology)是用单个原子、分子制造物质的科学技术,研究结构尺寸在1至100纳米范围内材料的性质和应用。纳米技术的最终目标是直接以原子、分子及物质在纳米尺度上表现出来的这些特性制造出具有特定功能的产品。纳米材料具有优异的晶粒尺寸小、表面效应、量子尺寸效应、体积效应等。随着人们的重视程度不断提高和研究的进一步深入,纳米技术在医药上的许多研究成果正逐步地应用于食品行业,并且开发、生产了许多新型的食品和一些具有良好功效和特殊功能的保健食品,纳米技术在食品方面的取得了卓越的成绩。

二、纳米技术在食品工业中的应用情况

近几年来,国内外研究最多的纳米材料是聚合物基纳米复合材料(PNMC),即将纳米材料以分子水平(1Onm数量级)或超微粒子的形式分散在柔性高分子聚合物中而形成的复合材料(常用的聚合物有PA、PE、PP、PVC、PET、LCP等;常用的纳米材料有金属、金属氧化物、无机聚合物等三大类)。

(一)纳米技术在食品包装上的应用 

1、纳米高阻隔包装

由于纳米粒子通常具有很高的比表面积,因此仅需很小的添加量(约5%,w/w)即可与聚合物形成较强的界面相互作用,从而显著提高原材料的机械性能、阻隔性及热稳定性等。

2、纳米活性包装

活性包装(Active Packaging)是指通过混入特定活性成分吸收食品包装中的氧气、异味、多余水分或主动向包装食品及包装内环境释放二氧化碳、抗菌剂等,从而改变食品保存条件而延长货架期或改善食品安全与感官品质的包装技术。近年来,研究最多的纳米活性包装材料是抗菌型及保鲜型抗菌包装纳米包装。

(1)抗菌包装

目前,在食品领域应用较广的抗菌包装是在聚烯烃材料中加入或在表层涂覆金属、金属氧化物等无机纳米抗菌剂,利用金属离子作用或光催化作用使食品表面的菌体变性失活,从而达到抑菌或杀菌效果,防止食品腐败变质[4]。众所周知,金属银具有广谱杀菌性、良好的热稳定性及低挥发性,因此银系抗菌剂始终是研究最多的无机抗菌剂。银纳米粒子 (AgNPs)尺寸介于原子簇和宏观微粒之间,较高的比表面积使其能更好粘附于菌体表面,从而表现更强力的抑菌活性。

TiO2、Zn0、MgO等金属氧化物纳米粒子具有良好的紫外屏蔽性及光催化功能,相比于传统 Ag粒子,其抗菌能力更强,复合材料制备成本更低,且安全无毒,因此也是食品抗菌 包装的研究热点。

(2)保鲜包装

新鲜果蔬采摘后,由代谢作用产生的乙烯达一定浓度时,会加速果蔬腐烂,不利于长期保存。纳米保鲜包装材料中的特定纳米粒子可促进乙烯氧化分解,同 时 控 制 果 蔬 呼 吸 强 度,从 而 延 长 其 货 架 期。等研究了 PE/Ag2O 纳米包装袋对红富士苹果品质的影响,结果表明,纳米包装袋中的苹果切块失重率低,表面褐变缓慢,感官品质良好,保鲜效果优于普通PE保鲜袋,且安全稳定性高。

(二)纳米技术在食品加工中的应用

在食品加工应用领域,纳米技术做的比较成功的案例是纳米微粒、微胶囊、纳米膜分离、纳米包埋等。

纳米微粒化主要体现在对原料的处理过程中,最具代表性的是功能性食品原料的纳米化。生产功能性食品的目的在于获取生理活性物质,功能性食品生理活性物质包括功能性活性多糖、氨基酸与蛋白质、矿物元素、维生素等。由于功能性食品中生理活性物质普遍具有“微量”与“高效”特性,使得传统食品加工技术已不能满足功能性食品生产需求。功能性食品原料纳米化有助于解决上述困境,在原料生产中,不产生过热现象,可在低温状态下进行,速度快,有利于保留不耐高温的生理活性物质;纳米技术不仅适用于一般物料粉碎,也适于含纤维、糖及易吸湿物料超细化处理;纳米粒子具有小尺寸效应、表面效应和体积效应,这三种特性赋予纳米材料活性,将功能性食品转化成纳米粒子,可提高活性物质溶解度,且纳米技术能对食物进行分子重排,从而能大大提高纳米活性物质被人体吸收率。

功能性食品中生理活性物质贮藏过程易受外界环境因素如氧气、光线、高温、等影响而丧失价值。纳米微胶囊技术可提高功能性食品生理活性物质稳定性,延缓释放促使其活性最大发挥 。纳米微胶囊既可将生理活性物质与周围环境隔开,有效减少外界不良环境因素对其影响,进一步提高其在加工时稳定性并延长产品货架寿命;可掩蔽功能因子自身不良风味,防止营养素间及其与食品配料间相互作用,从而改善和提高生理活性物质表观和品质,选取适当壁材,纳米微胶囊可在一定条件下溶解,或在特定条件下将活性成分释放出。

纳米膜技术——纳滤,可以分离食品中多种营养和功能性成分。纳滤是介于超滤和反渗透之间的一种膜分离技术,它的截留分子量在200~1000Da的范围内,它比反渗透膜要疏松的多,且操作压比反渗透低。纳滤目前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,浓缩果汁,分离氨基酸等方面。

纳米包埋技术可以用于果蔬汁和营养素的生产,采用天然脂质材料包裹成纳米微粒再制成食品,能改进口味和加快在体内的运输,并且具有缓释功能,进入人体后在体内滞留时间延长2~3 倍,有利于人体的吸收,而且微粒不受肠道各种生物因子的破坏,生物利用率可提高1.8~2.2倍。纳米添加剂纳米技术用于食品添加剂的生产,可以减少添加剂的用量,使其很好的分散在食品中,提高利用率,也可以利用超微粉体的缓释作用来保持较长的功效,还可以提高其稳定性和安全性。

(三)纳米技术在食品检测方面的应用

在食品安全检测方面,纳米传感器技术也得到了广泛的应用。所谓纳米生物传感器技术,是指采用选择性结合靶分子的生物探针对食品进行安全监测的技术。纳米材料对于不均匀的生物与化学物质反应灵敏,将纳米技术与生物学、计算机技术、电子材料等相结合,可以制备新型的传感器件,并提高食品安全监测效率。近年来通过纳米生物传感器技术可以实现对食品安全、临床诊断与治疗的快速、有效、灵敏地检测。如智能食品包装的纳米检测功能,能监测和报告食品的状况食品开始受到污染或变质时警告消费者;在食物开始变质之前能根据需要释放防腐剂。利用纳米技术与表面等离子体共振、石英晶体微天平等研制而成的纳米生物传感器,不仅能够大大减少检测所需的时间,还可以提高检测的灵敏度,进而提高监测效率与准确度。

纳米技术在食品行业的应用,主要在食品加工方面是一个创新的突破。纳米优异的性质使得其在食品包装、加工、检测等方面大展手脚,给人们以全新的感受。纳米技术在食品行业的应用将日益增多,食品业将会迎来新的发展高潮。

作者简介:

任艳,食品专业硕士研究生,从事科技创新、研发项目管理工作。

来源:SJGLE食品加工在线

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