左 旦

(安徽工商職業(yè)學(xué)院,安徽合肥 230001)

納米技術(shù)在食品科學(xué)中的應(yīng)用分析

左 旦

(安徽工商職業(yè)學(xué)院,安徽合肥 230001)

納米技術(shù)是在納米尺度理解、控制和操縱物質(zhì)世界的一項(xiàng)科學(xué)技術(shù),是二十世紀(jì)末發(fā)展起來的一項(xiàng)新興技術(shù),目前已廣泛應(yīng)用在化工、材料、醫(yī)藥、食品以及能源等領(lǐng)域。并給人們帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。然而,作為一種全新的高科技技術(shù),人們對納米技術(shù)的探討尚不夠成熟,需要人們對其進(jìn)行更深層次的研究。本文主要是對納米技術(shù)在食品科學(xué)中的應(yīng)用情況進(jìn)行分析探討,并提出相應(yīng)的觀點(diǎn)。

納米技術(shù);食品科學(xué);應(yīng)用

作為20世紀(jì)末興起并迅速發(fā)展的一項(xiàng)高科技技術(shù)——納米技術(shù),在各行各業(yè)已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用與推廣,伴隨著研究的深入和科學(xué)的發(fā)展,納米技術(shù)已經(jīng)日趨成熟。此外,近年來納米技術(shù)在醫(yī)藥上的許多研究成果正逐步地應(yīng)用于食品行業(yè),并生產(chǎn)出了許多新型的食品,然而,納米材料的食品安全越來越受到人們的關(guān)注。

一、納米技術(shù)

自從上個(gè)世紀(jì)90年代出現(xiàn)納米技術(shù)后,在納米技術(shù)領(lǐng)域的新概念、新名詞、新材料不斷涌現(xiàn),使得人們對納米技術(shù)的理解不夠透徹,對其研究也處于初級(jí)階段。其實(shí),納米技術(shù)是一門基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究多學(xué)科交叉的科學(xué),不管是在原子、分子或者是在超分子角度上對其分析,納米技術(shù)都堪稱是一項(xiàng)新的、空前的技術(shù)創(chuàng)新,對今后物理學(xué)的發(fā)展起著重要作用。納米技術(shù)的目標(biāo)主要是根據(jù)納米結(jié)構(gòu)所具有的特性和功能,結(jié)合人們的需求,對材料進(jìn)行加工,并制造具有特定功能的產(chǎn)品,給人們帶來全新的技術(shù)革命。此外,在設(shè)計(jì)過程中在原子、分子的水平上運(yùn)用納米技術(shù)進(jìn)行材料設(shè)計(jì),進(jìn)而制造出具有全新性質(zhì)和各種功能的材料,從而滿足人們?nèi)找嬖鲩L的生活需求。此外,納米材料因其尺寸上的微觀性(1～100納米),由于材料的微觀粒子足夠小,從而表現(xiàn)出特殊的熱學(xué)、力學(xué)、物理與化學(xué)性能,并具備特殊的功能,是功能材料制備的首選,由此可見,納米材料具有優(yōu)異的表面效應(yīng)、晶粒尺寸小、體積效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)優(yōu)良,使得納米材料與通過納米技術(shù)制備的工藝已經(jīng)廣泛應(yīng)用于食品、材料制備、化工生產(chǎn)、醫(yī)學(xué)以及生物工程等各種領(lǐng)域,不僅給人們帶來巨大的效益,還會(huì)對各學(xué)科領(lǐng)域的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響與變革。

二、納米食品的概述

所謂納米食品,指的是在食品加工、生產(chǎn)或包裝過程中采用了納米技術(shù)手段的食品。但是,納米食品不僅僅是采用納米技術(shù)將食品的尺寸加工至納米級(jí)別,也涉及到通過納米技術(shù)對食品進(jìn)行了改造從而改變食品性能的食品。從而使經(jīng)過納米技術(shù)加工的食品在營養(yǎng)、吸收等方面會(huì)很大的提高,在這方面應(yīng)用最廣泛主要有維生素制劑、鈣、硒等礦物質(zhì)制劑、豆奶與納米添加營養(yǎng)素的鈣奶茶等。

但是,由于人們對納米技術(shù)研究的局限性決定了納米食品也存在一些問題,從而使得納米食品的安全日益受到人們的關(guān)注。因?yàn)?在納米食品生產(chǎn)過程中主要采用球磨法使食品的尺寸變小而達(dá)到納米級(jí)別,從而不可避免地產(chǎn)生粉料污染,同時(shí),納米技術(shù)給食品所帶來的危害與不利影響等,目前我們還無法預(yù)測,難以判斷納米材料是否對人體有害。目前,我國乃至國際上的納米食品行業(yè)還沒有形成一個(gè)統(tǒng)一的、有效的標(biāo)準(zhǔn),無法對納米食品進(jìn)行安全性評(píng)價(jià),也不利于食品健康的管理與監(jiān)控。此外,據(jù)研究部分納米食品存在一些有害成分,采用球磨法對食品進(jìn)行加工,所制備得到的納米粉末更容易進(jìn)入細(xì)胞甚至細(xì)胞核內(nèi),進(jìn)而對人體所產(chǎn)生的危害也沒有研究清楚。

三、納米技術(shù)在食品科學(xué)中的應(yīng)用分析

1、微乳化技術(shù)和納米膠囊制備技術(shù)

所謂的微乳液,就是通過將兩種互不相溶的液體形成的吉布斯自由能最小、狀體均勻并且穩(wěn)定,各向同性、粒徑大小為l～100納米、外觀透明或半透明的分散體系,而制備該微乳液的技術(shù)也稱為微乳化技術(shù)。自從上個(gè)世紀(jì)末以來,人們加大對微乳理論和應(yīng)用的研究,并將微乳化技術(shù)已應(yīng)用于納米顆粒、微膠囊和納米膠囊的制備。采用納米技術(shù),將微膠囊制備成具有粒徑大小在10～1 000納米尺寸的新型材料。由于納米膠囊顆粒微小,形成膠體溶液,易于分散和懸浮在水中,并形成清澈透明的液體,從而使所載的藥物或食品功能因子改變分布狀態(tài)而濃集于特定的靶組織,進(jìn)而有利于提高療效的目的,增加藥品生產(chǎn)效率。此外,由于分子自組裝技術(shù)特殊的界面分子識(shí)別功能,納米膠囊的制備技術(shù)已應(yīng)用到香料阻燃劑、醫(yī)藥、石油產(chǎn)品以及食品調(diào)味品等領(lǐng)域,并且其應(yīng)用范圍將會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。調(diào)查顯示,目前制備納米膠囊的方法主要有微乳聚合法、乳液中的界面沉積法、乳液中的界面聚合法、復(fù)相乳液溶劑揮發(fā)法等。

2、納米技術(shù)在食品包裝與保險(xiǎn)技術(shù)中的應(yīng)用

在食品包裝行業(yè),納米技術(shù)的應(yīng)用最為普遍,并且該技術(shù)能給人們帶來極大的利益。因?yàn)?在包裝材料過程中,只需加入一定的納米微粒就能夠有效地增加包裝材料的抗菌性能與密封效果,從而更好地為食品包裝提高質(zhì)量安全保障。同時(shí),在冰箱制造行業(yè)也能看到納米技術(shù)的應(yīng)用情況,通過納米技術(shù)能夠有效地生產(chǎn)出一些抗菌性的冰箱,從而滿足人們?nèi)粘Ｉ钚枨?。此?由于納米材料的尺寸微小(納米級(jí)別),并體現(xiàn)出特殊的功能,在食品包裝過程中加入一定的納米微粒有利于改變對現(xiàn)有包裝材料的性能,從而進(jìn)一步保證食品的安全。甚至已有不少人研究納米技術(shù)在玻璃和陶瓷容器等領(lǐng)域的應(yīng)用,通過加入納米顆粒,可以有效地增加了脆性材料的韌性與強(qiáng)度,還可以有效地吸收紫外線防止塑料包裝由于時(shí)間過長而出現(xiàn)老化、變質(zhì)等現(xiàn)象,進(jìn)而增加食品包裝的使用壽命,促進(jìn)食品包裝行業(yè)的發(fā)展。

3、納米技術(shù)在超細(xì)微粒和納米粒子制備中的應(yīng)用

在當(dāng)今的高新技術(shù)研究領(lǐng)域中,超細(xì)微粒尤其是納米粒子已經(jīng)成為人們研究的熱門方向,并是當(dāng)今急需加大研究投入的領(lǐng)域。經(jīng)過超細(xì)化處理后的物質(zhì),粒子之間的接觸面積增大,比表面積也大大增加,界面能顯著提高,表面能會(huì)發(fā)生巨大變化,從而顯現(xiàn)出獨(dú)特的物理與化學(xué)性能。通常情況下,制備超細(xì)粒子的方法為超細(xì)碾磨法,例如市場上比較普遍的具有強(qiáng)抗氧化性的超細(xì)綠茶粉與具有強(qiáng)結(jié)合水能力的超細(xì)面粉等。研究表明,粒子越小越有助于人體的吸收消化,約1 000納米的超細(xì)綠茶粉呈現(xiàn)出較好的營養(yǎng)消化和吸收率,其營養(yǎng)價(jià)值大大超出普通的綠茶粉。又近年來迅速發(fā)展起來的新技術(shù)——超臨界流體制備超細(xì)微粒技術(shù),也屬于納米技術(shù)制備超細(xì)粒子的范疇,該技術(shù)可以較準(zhǔn)確地控制結(jié)晶過程,對粒子尺寸進(jìn)行精確的控制,從而生產(chǎn)出的超細(xì)微粒粒徑小且粒度分布均勻,該技術(shù)在醫(yī)療藥物制造行業(yè)較為普遍,具有誘人的應(yīng)用前景。

4、納米技術(shù)在食品檢測中的應(yīng)用

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,使得納米傳感器技術(shù)也得到了驚人的發(fā)展,并已在食品安全監(jiān)測中得到廣泛的應(yīng)用。所謂納米生物傳感器技術(shù),采用選擇性結(jié)合靶分子的生物探針,對食品進(jìn)行安全監(jiān)測的技術(shù)。因?yàn)?納米材料本身就是非常敏感,對于不均勻的生物與化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)靈敏,將納米技術(shù)與生物學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子材料相結(jié)合,可以制備新型的傳感器件,并提高食品安全監(jiān)測效率。例如與生物芯片等技術(shù)結(jié)合,可以使分子檢測更加簡便、高效的納米生物傳感器。近年來,人們通過納米生物傳感器技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對食品安全、臨床診斷與治療的快速、有效、靈敏地檢測。例如,在傳統(tǒng)的檢測領(lǐng)域,尤其是監(jiān)測微量細(xì)菌時(shí)需要擴(kuò)增或富集樣本中的目標(biāo)菌,從而無形中增加監(jiān)測步驟,同時(shí)過程繁瑣而費(fèi)時(shí)費(fèi)力,然而,利用納米技術(shù)與表面等離子體共振、石英晶體微天平等研制而成的納米生物傳感器,不僅能夠大大減少檢測所需的時(shí)間,還可以提高檢測的靈敏度,進(jìn)而提高監(jiān)測效率與精確度。

四、結(jié)語

綜上所述,由于納米材料發(fā)展比較晚,各方面的研究還不夠完善,納米技術(shù)也存在一些不足和缺陷。但是,這并不影響納米技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用,隨著人們對納米技術(shù)研究的不斷深入,我相信在不久的將來納米技術(shù)將會(huì)引發(fā)一場新的食品科學(xué)的革命,為食品行業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益與發(fā)展空間,也會(huì)使人們的飲食結(jié)構(gòu)和生活方式發(fā)生巨大的變化,引領(lǐng)人們走進(jìn)一個(gè)全新的食品行業(yè),進(jìn)而提在很大程度上提高人們的生活水平。

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TS20

A

1008-7508(2012)07-0127-02

2012-03-27

左旦(1982～),江蘇常州人,安徽工商職業(yè)學(xué)院講師,研究方向:食品科學(xué)。