納米技術(shù)在軍用食品中的應(yīng)用及前景

盧姍姍，王典術(shù)

（海軍醫(yī)學(xué)研究所，上海2004333）

納米技術(shù)在軍用食品中的應(yīng)用及前景

盧姍姍，王典術(shù)

（海軍醫(yī)學(xué)研究所，上海2004333）

綜述了納米技術(shù)在軍用食品包裝材料、食品安全檢測和軍用功能性食品研發(fā)三個方面中的應(yīng)用和研究進展，并探討了未來納米技術(shù)在軍用食品開發(fā)中的前景與發(fā)展方向。

納米技術(shù)；軍用食品；食品安全；包裝材料；功能性食品

納米技術(shù)是在1 nm～100 nm細微尺度范圍內(nèi)研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的多學(xué)科交叉前沿技術(shù)，其最終目標(biāo)是用原子、分子以及物質(zhì)在納米尺度上的特性制造具有特定功能的產(chǎn)品[1]。美國2007年投入了1 400萬美元進行納米技術(shù)的研發(fā)，其中國防部參與了包括納米纖維、納米傳感器、納米包裝材料、納米生物學(xué)等多個領(lǐng)域的研究。德國于2006年～2010年每年投入了1 750萬歐元進行納米相關(guān)技術(shù)的研究。俄羅斯計劃2015年再投入5 000萬歐元開發(fā)納米相關(guān)材料[2]。由此可見，各國十分重視納米技術(shù)的發(fā)展。納米技術(shù)已深入滲透至國防科技、醫(yī)藥、材料科學(xué)等各個領(lǐng)域。在食品工業(yè)領(lǐng)域，納米技術(shù)也逐漸受到國內(nèi)外科學(xué)家的普遍關(guān)注。鑒于納米材料的諸多優(yōu)越性，納米技術(shù)在軍用食品領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。

1 納米技術(shù)在軍用食品包裝中的應(yīng)用

1.1 輕質(zhì)的高強度包裝材料

現(xiàn)有的軍用包裝材料以紙、塑料、馬口鐵和復(fù)合包裝材料為主，這些材料各有利弊。紙質(zhì)包裝和塑料包裝質(zhì)輕，但強度不高，而馬口鐵雖然強度好但質(zhì)量重。目前，使用較為廣泛的復(fù)合包裝材料是由2種或2種以上不同性能的材料通過層合、共擠等加工工藝結(jié)合在一起[3]。美軍目前使用的方便即食口糧（MRE）中的蒸煮袋由聚烯烴、鋁箔、聚酰胺、聚酯四層通過層壓工藝組合而成。這種復(fù)合材料具有良好的阻隔性，但因其強度較差、加工工藝有限等缺點還需進一步改進。利用納米技術(shù)生產(chǎn)的納米復(fù)合包裝材料兼具了以上四種材料的優(yōu)點，在軍用食品包裝領(lǐng)域具有極大應(yīng)用潛力。納米粒子尺寸小、彼此間距近，擁有獨特的量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和超塑性等物理力學(xué)性能[4]。納米顆粒的小尺寸效應(yīng)所造成的無位錯或低位錯密度區(qū)域能使納米復(fù)合包裝材料具有高硬度、高強度的特性，十分適合空投和機動作業(yè)，并且能夠耐受寒冷、炎熱、干燥、高濕等各種惡劣的氣候環(huán)境。

1.2 可生物降解包裝材料

為提高部隊機動作業(yè)時的隱蔽性，同時減少軍用口糧固體廢物對環(huán)境的污染，可生物降解的軍用口糧包裝材料是目前口糧包裝發(fā)展的新趨勢。據(jù)統(tǒng)計，美軍每份MRE口糧的包裝占口糧總質(zhì)量的22.9%，約為0.16 kg。以2004年采購144萬的份口糧計算，一年由口糧包裝所用材料所產(chǎn)生的固體廢物重達230.4 t。通常這些固體廢物以掩埋、焚燒等方式處理，對環(huán)境造成一定的污染。目前美軍納蒂克士兵研究、發(fā)展與工程中心利用吹塑薄膜/流延薄膜工藝生產(chǎn)了一種由多羥基酸構(gòu)成的可生物降解的納米復(fù)合薄膜材料，用以取代傳統(tǒng)的鋁箔碾壓復(fù)合包裝。使用這種新型納米復(fù)合材料包裝每年可減少20%～30%的固體垃圾量[5]。

1.3 抗菌保鮮包裝材料

軍用食品在攜行及儲存過程中，容易受到細菌及有機物的污染，嚴(yán)重影響食品的安全。若采用納米抗菌包裝，納米粒子的抗菌功能可抑制細菌的滋生，保證口糧的品質(zhì)。納米銀離子兼具納米材料和單質(zhì)銀的特點，對常見的食品污染菌具有一定的抑制作用。納米銀包裝的食物，可表現(xiàn)出明顯的抑菌效果，達到延長貨架期的目的[6]。納米二氧化鈦具有抗菌、吸收紫外線的功能，可將其融入復(fù)合食品包裝材料中，防止微生物和有機物對食品的污染。杜邦公司研發(fā)了一種納米二氧化鈦塑料添加劑，具有吸收紫外線的功能。將納米二氧化鈦塑料添加劑加入透明包裝后，能夠減少紫外線對食物影響，延緩食物氧化進程，延長食物的保鮮時間[7]。此外，潛艇和邊緣地區(qū)新鮮果蔬的儲存與保藏也是軍用食品領(lǐng)域極需解決的問題。一些納米粒子（如納米銀、納米SiOx）具有加速乙烯氧化，減少包裝中乙烯含量的功能[8]。實踐中可將這些納米粒子制成乙烯吸收膜應(yīng)用于艦艇果蔬儲存庫中，結(jié)合低溫及氣調(diào)保藏技術(shù)，延長果蔬的保鮮時間，提高艦艇長航時的飲食保障水平。

2 納米技術(shù)在食品安全中的應(yīng)用

2.1 納米生物傳感器

隨著納米技術(shù)和生物傳感器交叉融合的發(fā)展，越來越多的新型納米生物傳感器逐年涌現(xiàn)。這些納米生物傳感器由于其體積小、分辨率高、響應(yīng)時間短、所需樣品少、細胞損傷小等特點可被廣泛用于食品安全的檢測中。俄羅斯利佩茨克市工業(yè)大學(xué)發(fā)明了一種新型納米傳感器，可在數(shù)分鐘內(nèi)測定食物中的抗生素殘留量。這種傳感器是一種帶有納米金粒子的特殊石英切片，具有類似磁體吸鐵的物理特性，可吸引一定類型的抗生素分子。這種新型納米傳感器可檢測牛奶、乳酪、肉類、水產(chǎn)品中的抗生素殘留量，與傳統(tǒng)的食物檢測方法相比，這種檢測方法只需數(shù)分鐘[9]。此外，納米傳感器還能用于病原菌、化學(xué)試劑的檢測。由于其攜帶方便、檢測速度快，十分適合在戰(zhàn)場使用。美軍曾利用納米技術(shù)與生物傳感器相結(jié)合，研制了一種名為“超級感應(yīng)器”的納米傳感器用以檢測食品是否遭到病原菌的恐怖襲擊。以往這樣的檢測需數(shù)天，使用“超級感應(yīng)器”只需很短的時間就能完成檢測[10]。

2.2 納米標(biāo)簽

保證食品的新鮮安全，就是保證部隊人員的戰(zhàn)斗力。在現(xiàn)代軍事物流中，軍用食品品質(zhì)易發(fā)生變化，實時監(jiān)控物資質(zhì)量變化有著十分重要的意義。最近，美國休斯敦萊斯大學(xué)和麻省理工大學(xué)研發(fā)的一種光子凝膠納米層標(biāo)簽，可作為食物新鮮程度的指示劑，直觀地提示食品是否變質(zhì)。這種材料原本透明無色，在遇到不同化學(xué)物質(zhì)時會因納米層的膨脹而導(dǎo)致光線折射率不同，產(chǎn)生不同的顏色，如在有硝酸鹽的溶液中會出現(xiàn)黃色，而在有硫氰酸的情況下會標(biāo)簽則顯示藍色[11]。在軍用食品內(nèi)包裝中嵌入這種新型的納米標(biāo)簽，能夠使食物新鮮程度一目了然，在食品儲運過程中方便判斷食品新鮮程度，把好食品安全關(guān)。

2.3 納米條碼

納米條碼技術(shù)主要利用各種發(fā)光波長不同的半導(dǎo)體量子點制成標(biāo)記，通過特制的讀碼器解讀其中所含的信息[12]。使用納米條碼可將一些隱蔽的信息和不可見的物理防偽標(biāo)識嵌入到條碼的材料和印制墨水及包裝材料或直接附加到產(chǎn)品上，從而對食品各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)和節(jié)點信息做到追蹤溯源。在軍用食品上噴涂納米條碼，既能保證軍用食品本身質(zhì)量及來源的安全可靠，而且可對其流動、保障、供應(yīng)等每個環(huán)節(jié)做到全程實時監(jiān)控，提高飲食保障的安全性。

3 納米技術(shù)軍用功能性食品研發(fā)中的應(yīng)用

3.1 營養(yǎng)元素及功能物質(zhì)納米化

納米級的微粒以其小尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)，能增大營養(yǎng)素與胃腸道細胞的接觸面，提高營養(yǎng)素在腸道的吸收率和生物利用率。由于軍用食品水分含量低，不易被人體吸收。因此，可采用納米技術(shù)將營養(yǎng)素粉碎至100 nm以下，形成納米尺寸的營養(yǎng)物質(zhì)，提高人體對這些營養(yǎng)素的吸收率。對于需補充特殊營養(yǎng)物質(zhì)的特勤人員或需通過攝入特殊營養(yǎng)成分提高作業(yè)能力的人員，可利用納米技術(shù)將特定的營養(yǎng)成分或功能性因子納米化，使這些營養(yǎng)物質(zhì)更容易被人體吸收利用。

3.2 納米級微膠囊技術(shù)

利用微膠囊向特定靶細胞給藥的技術(shù)已相對成熟，即利用特定的外殼親水內(nèi)核疏水聚合物納米粒包埋有效藥物成分，繞過肝臟代謝和穿透血腦屏障，作用于特定靶細胞。通過調(diào)整微膠囊的厚度和結(jié)構(gòu)，還可達到緩釋效果。納米微膠囊技術(shù)與傳統(tǒng)的微膠囊技術(shù)相比，其靶向性和緩釋效果更加明顯[13]。利用納米微膠囊技術(shù)可提高生物活性物質(zhì)的穩(wěn)定性、抵御消化道的酶解和水解作用、延緩釋放時間，使其生物活性成分最大程度地發(fā)揮效果。將微膠囊化的VA、VB1等加入軍用口糧的谷物棒中，不僅可掩蓋其不良氣味，而且可防止這些營養(yǎng)素在保藏過程中變性失活。過去許多軍用口糧因口味不佳而不受歡迎，士兵食用率低，影響戰(zhàn)斗力。而利用微膠囊技術(shù)包埋香料，可提高香料的耐熱性和穩(wěn)定性，明顯地改善食物的口感，使軍用口糧口味更佳。利用納米技術(shù)將生姜中的有效成分包埋在微膠囊中，可提高其發(fā)揮抗暈效果的長效性和穩(wěn)定性，還可采用納米技術(shù)將生姜材料制成透皮貼劑、口服緩釋片等，提供多種有效的進食途徑[14]。

4 結(jié)語

任何一項新技術(shù)都具有兩面性，納米技術(shù)也不例外。對納米材料的毒性方面尚缺乏系統(tǒng)研究，過去對宏觀物質(zhì)的安全性評價方法可能不適用于納米材料。隨著納米技術(shù)在食品工業(yè)領(lǐng)域的不斷應(yīng)用，這些問題將不斷被揭示，人們對納米材料的認(rèn)識也將更加透徹。

目前信息化條件下的高技術(shù)戰(zhàn)爭對軍用食品提出了更高的保障要求。傳統(tǒng)的飲食保障手段和技術(shù)已經(jīng)很難全面滿足部隊需求。納米技術(shù)作為一門新興技術(shù)，雖仍有不足和爭議，但其獨特的物理化學(xué)性質(zhì)，使其在軍用食品領(lǐng)域有著十分廣闊的研究前景和發(fā)展空間。合理利用納米技術(shù)，堅持揚長避短，納米技術(shù)的優(yōu)越特性將給軍用食品領(lǐng)域帶來新的發(fā)展和機遇。

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Application and Prospect of Nanotechnology in the Development of Military Food

LU Shan-shan，WANG Dian-shu
（Navy Medical Research Institute，Shanghai200433，China）

This paper review the advancement and application of nanotechnology in military food packaging materials，food safety testing and military functional food development.We also discussed the prospect and trends of nanotechnology used in military food development and research.

nanotechnology；military food；food safety；packaging material；functional food

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.03.037

2013-10-17

盧姍姍（1987—），女（漢），研究實習(xí)員，碩士研究生，研究方向：食品科學(xué)。