納米技術在食品工業中的應用

               

納米技術

2018.09.06

一、納米技術

納米技術(nanotechnology)是用單個原子、分子制造物質的科學技術,研究結構尺寸在1至100納米範圍内材料的性質和應用。納米技術的最終目标是直接以原子、分子及物質在納米尺度上表現出來的這些特性制造出具有特定功能的産品。納米材料具有優異的晶粒尺寸小、表面效應、量子尺寸效應、體積效應等。随着人們的重視程度不斷提高和研究的進一步深入,納米技術在醫藥上的許多研究成果正逐步地應用于食品行業,并且開發、生産了許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,納米技術在食品方面的取得了卓越的成績。

二、納米技術在食品工業中的應用情況

近幾年來,國内外研究最多的納米材料是聚合物基納米複合材料(PNMC),即将納米材料以分子水平(1Onm數量級)或超微粒子的形式分散在柔性高分子聚合物中而形成的複合材料(常用的聚合物有PA、PE、PP、PVC、PET、LCP等;常用的納米材料有金屬、金屬氧化物、無機聚合物等三大類)。

(一)納米技術在食品包裝上的應用 

1、納米高阻隔包裝

由于納米粒子通常具有很高的比表面積,因此僅需很小的添加量(約5%,w/w)即可與聚合物形成較強的界面相互作用,從而顯著提高原材料的機械性能、阻隔性及熱穩定性等。

2、納米活性包裝

活性包裝(Active Packaging)是指通過混入特定活性成分吸收食品包裝中的氧氣、異味、多餘水分或主動向包裝食品及包裝内環境釋放二氧化碳、抗菌劑等,從而改變食品保存條件而延長貨架期或改善食品安全與感官品質的包裝技術。近年來,研究最多的納米活性包裝材料是抗菌型及保鮮型抗菌包裝納米包裝。

(1)抗菌包裝

目前,在食品領域應用較廣的抗菌包裝是在聚烯烴材料中加入或在表層塗覆金屬、金屬氧化物等無機納米抗菌劑,利用金屬離子作用或光催化作用使食品表面的菌體變性失活,從而達到抑菌或殺菌效果,防止食品腐敗變質[4]。衆所周知,金屬銀具有廣譜殺菌性、良好的熱穩定性及低揮發性,因此銀系抗菌劑始終是研究最多的無機抗菌劑。銀納米粒子 (AgNPs)尺寸介于原子簇和宏觀微粒之間,較高的比表面積使其能更好粘附于菌體表面,從而表現更強力的抑菌活性。

TiO2、Zn0、MgO等金屬氧化物納米粒子具有良好的紫外屏蔽性及光催化功能,相比于傳統 Ag粒子,其抗菌能力更強,複合材料制備成本更低,且安全無毒,因此也是食品抗菌 包裝的研究熱點。

(2)保鮮包裝

新鮮果蔬采摘後,由代謝作用産生的乙烯達一定濃度時,會加速果蔬腐爛,不利于長期保存。納米保鮮包裝材料中的特定納米粒子可促進乙烯氧化分解,同 時 控 制 果 蔬 呼 吸 強 度,從 而 延 長 其 貨 架 期。等研究了 PE/Ag2O 納米包裝袋對紅富士蘋果品質的影響,結果表明,納米包裝袋中的蘋果切塊失重率低,表面褐變緩慢,感官品質良好,保鮮效果優于普通PE保鮮袋,且安全穩定性高。

(二)納米技術在食品加工中的應用

在食品加工應用領域,納米技術做的比較成功的案例是納米微粒、微膠囊、納米膜分離、納米包埋等。

納米微粒化主要體現在對原料的處理過程中,最具代表性的是功能性食品原料的納米化。生産功能性食品的目的在于獲取生理活性物質,功能性食品生理活性物質包括功能性活性多糖、氨基酸與蛋白質、礦物元素、維生素等。由于功能性食品中生理活性物質普遍具有“微量”與“高效”特性,使得傳統食品加工技術已不能滿足功能性食品生産需求。功能性食品原料納米化有助于解決上述困境,在原料生産中,不産生過熱現象,可在低溫狀态下進行,速度快,有利于保留不耐高溫的生理活性物質;納米技術不僅适用于一般物料粉碎,也适于含纖維、糖及易吸濕物料超細化處理;納米粒子具有小尺寸效應、表面效應和體積效應,這三種特性賦予納米材料活性,将功能性食品轉化成納米粒子,可提高活性物質溶解度,且納米技術能對食物進行分子重排,從而能大大提高納米活性物質被人體吸收率。

功能性食品中生理活性物質貯藏過程易受外界環境因素如氧氣、光線、高溫、等影響而喪失價值。納米微膠囊技術可提高功能性食品生理活性物質穩定性,延緩釋放促使其活性最大發揮 。納米微膠囊既可将生理活性物質與周圍環境隔開,有效減少外界不良環境因素對其影響,進一步提高其在加工時穩定性并延長産品貨架壽命;可掩蔽功能因子自身不良風味,防止營養素間及其與食品配料間相互作用,從而改善和提高生理活性物質表觀和品質,選取适當壁材,納米微膠囊可在一定條件下溶解,或在特定條件下将活性成分釋放出。

納米膜技術——納濾,可以分離食品中多種營養和功能性成分。納濾是介于超濾和反滲透之間的一種膜分離技術,它的截留分子量在200~1000Da的範圍内,它比反滲透膜要疏松的多,且操作壓比反滲透低。納濾目前用于濃縮乳清及牛奶,調味液脫色,提取雞蛋黃中的免疫球蛋白,濃縮果汁,分離氨基酸等方面。

納米包埋技術可以用于果蔬汁和營養素的生産,采用天然脂質材料包裹成納米微粒再制成食品,能改進口味和加快在體内的運輸,并且具有緩釋功能,進入人體後在體内滞留時間延長2~3 倍,有利于人體的吸收,而且微粒不受腸道各種生物因子的破壞,生物利用率可提高1.8~2.2倍。納米添加劑納米技術用于食品添加劑的生産,可以減少添加劑的用量,使其很好的分散在食品中,提高利用率,也可以利用超微粉體的緩釋作用來保持較長的功效,還可以提高其穩定性和安全性。

(三)納米技術在食品檢測方面的應用

在食品安全檢測方面,納米傳感器技術也得到了廣泛的應用。所謂納米生物傳感器技術,是指采用選擇性結合靶分子的生物探針對食品進行安全監測的技術。納米材料對于不均勻的生物與化學物質反應靈敏,将納米技術與生物學、計算機技術、電子材料等相結合,可以制備新型的傳感器件,并提高食品安全監測效率。近年來通過納米生物傳感器技術可以實現對食品安全、臨床診斷與治療的快速、有效、靈敏地檢測。如智能食品包裝的納米檢測功能,能監測和報告食品的狀況食品開始受到污染或變質時警告消費者;在食物開始變質之前能根據需要釋放防腐劑。利用納米技術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間,還可以提高檢測的靈敏度,進而提高監測效率與準确度。

納米技術在食品行業的應用,主要在食品加工方面是一個創新的突破。納米優異的性質使得其在食品包裝、加工、檢測等方面大展手腳,給人們以全新的感受。納米技術在食品行業的應用将日益增多,食品業将會迎來新的發展高潮。

作者簡介:

任豔,食品專業碩士研究生,從事科技創新、研發項目管理工作。

來源:SJGLE食品加工在線

聲明:本文僅代表作者觀點,并不代表食品加工在線立場。本網站内容僅出于傳遞更多信息之目的。

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