孙宏伟
（长春工程学院理学院 吉林 长春 邮编：130012）
摘要：纳米技术在食品领域有广泛的应用前景，鉴于食品与人们的健康息息相关，纳米技术对人体健康及环境所构成的潜在风险，已经引起广泛的关注，本文主要介绍纳米技术的基本概念，研究内容，纳米技术在食品及食品检测领域的应用，例如纳米技术在食品包装及食品添加剂的应用和安全问题，并对纳米技术在食品领域的应用做出一些期望。
关键词：纳米技术； 食品 ；安全 ；检测。
所谓纳米技术就是用纳米尺度对物质进行测量、控制和操作的高新技术 。纳米粒子具有一般物质没有的性质和特点，这使得纳米技术备受人们的关注，并且成为食品业的焦点问题。
纳米技术在食品中具有广泛的应用前景。自2003年9月美国农业部第一次提到纳米技术在食品工业中的应用，认为纳米技术会改变食品加工、生产、包装、运输等环节，从而改变整个食品
产业以来，全球纳米技术食品工业有了很大的发展。20009年，Helmut Kaiser咨询公司的统计结果显示，全球市场有超过2500种使用纳米技术的产品，其中登记在册的食品产品和化妆品计480种，包装材料有95种。其应用领域主要包括：抗菌或易于清洁的食品包装材料；食品添加剂，如抗块剂、增白剂；维他命食品强化剂；低脂食品胶囊等。然而另一方面，有关纳米技术在食品中的应用是否应该被允许或受限制的争论也非常激烈。其主要原因在于，食品是种特殊的商品，与人体的健康息息相关。而纳米技术和纳米材料在食品中应用是否会对人的健康与环境造成不良影响并没有得到确切的证明。某些纳米材料的生物学效应尚不明朗。在这样的情况下，主张将纳米技术应用于食品工业中的人们认为，纳米技术对于改善食品、添加物与补充物的质地、风味与生物利用率具有重要的作用，而其负面效应尚不能确定；反对将纳米技术应用于食品工业的人们则认为，纳米技术虽然有利于开辟食品新产业，但人类对于食品原料的新功能尚有许多未知领域，尤其是业随着社会不断进步，科学技术也有了很大的进展，纳米技术作为一种新兴的技术广泛的被大家所熟知，许多人更是置身于相关的研究项目中。
1.纳米和纳米技术
1.1纳米
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,即10- 9m。形象地说, 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1nm, 病毒、蛋白质、DNA、RNA 等大小都在1 100nm。
1.2纳米技术
纳米技术是用单个原子、分子制造物质的科学技术，研究结构尺寸在0.1至100纳米范围内材料的性质和应用。纳米技术是一门交叉性很强的综合学科，研究的内容涉及现代科技的广阔领域，是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术，它是现代科学（混沌物理、量子力学、介观物理、分子生物学）和现代技术（计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术）结合的产物，纳米科学技术又将引发一系列新的科学技术，例如：纳米物理学、纳米生物学、纳米化学、纳米电子学、纳米加工技术和纳米计量学等。
2.纳米技术在食品领域的应用
纳米技术在食品中的应用主要分为三大类，即在食品添加剂和食品包装及食品安全监测上的应用。
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，他不仅意味着用原子修饰食品或用纳米设备生产食品,而且也只用纳米技术对食品进行分子，原子的重新编排，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。目前纳米技术在食品领域中，以纳米加工技术，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与应用最为突出，已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。
2.1纳米技术在食品添加剂中的应用
纳米材料具有良好的吸收性、超微性和分散性，可以提高食品的活性和生物利用度，纳米粒子所具有的缓释作用，可以在人体内缓慢释放有效成分，保持较长的功效，同时避免功能性成分的副作用。纳米技术在添加剂中的应用纳米技术在现实生活中的应用，一方面可以减少添加剂的用量，提高添加剂的利用率；另一方面利用纳米粒子所具有的缓释作用可以用来使食品保持较长的功效，同时能提高食品的稳定性及安全性。纳米食品添加剂主要有两大类，一类是天然的食品添加剂，主
要来源于动植物中。比如说，作为食品添加剂的类胡萝卜素。类胡萝卜素具有提高营养、增强免疫力以及抗氧化剂的功能。人体自身不能合成类胡萝卜素，必须通过外界摄入；但类胡萝卜素在许多植物中含量较低，在一般食品中含量相对较小。因此，为了提高食品中的类胡萝卜素的含量，人们从天然植物中分离出纳米类胡萝卜素添加剂。例如德国ＢＡＳＦ公司生产的纳米级类胡萝卜素。作为一种食品添加剂，它的优点是有利于人体吸收，并能有效延长食品的保鲜期。第二类是由化学合成的纳米食品添加剂。其主要作用是增加食品的保鲜功能，防止腐败变质，改善食品的感官性状，包括、香、味、形，以及保持或提高食品的营养价值。比如防腐剂、抗氧剂在防止食品腐败变质的同时，也保持了食品的营养价值。二氧化钛就是常见的食品添加剂中的一种，主要用于肉制品、鱼糜制品、糖果、烘焙食品、奶酪、调味料和食品补充剂中（牙膏）。
2.2纳米技术在食品包装中的应用
纳米技术在食品工业中首次实质性的应用始于将纳米材料应用于食品包装。估计现在大约有400-500种纳米包装产品用于商业用途，未来十年预计将有１／４食品包装使用纳米技术。纳米技术能够提高材料的阻隔性能，改善材料耐热性能，形成抗菌表面，修复小的裂口和破
损；纳米技术还可以用于检测食品中微生物指标和生化指标的变化；纳米包装可以释放抗菌剂、抗氧化剂、酶、香味和营养素等以延长产品的寿命。用于食品包装的纳米材料在啤酒、饮料、果蔬等食品包装工业中已经投入使用，并取得良好的效果。例如，杜邦公司将纳米二氧化钛加入到塑料中，生产的“杜邦抗光剂210”可以减少紫外线对透明包装食品的破坏。德国的化工巨头拜尔公司研制出一种含有硅酸盐纳米粒子的透明塑料薄膜，应用到食品包装材料，具有更轻、强度更大、耐热性更好的特点，而且能够阻隔氧气、二氧化碳和水蒸气等气体成分，有效预防食品的腐败变质。美国安姆科公司利用纳米复合材料制造的啤酒瓶，解决了传统树脂瓶保质期短，容易引起啤酒败坏和酒精挥发的问题。柯达公司利用纳米技术研制的抗菌包装材料能吸收包装内的氧气从而阻止食品变质，并实现商业化应用。随着纳米技术的进一步发展，未来运用纳米技术研发的智能包装系统还具有潜在的提高食品质量的性能。
2.3 纳米技术在食品安全检测中的运用
纳米技术与生物学、电子材料相结合，制备出的新型传感器件可用于食品快速检测。目前食品检测分析一般采用化学分析法、薄层层析法、气相谱法、高效液相谱法，但需要繁琐、耗时的前处理，样品损失也较大。相对于灵敏度较低的CA和TLC方法，GC、HPLC的
灵敏度较高，但操作技术要求高、仪器昂贵，并不适合现场快速测定和普及，而纳米材料本身就是非常敏感的化学和生物传感器，与生物芯片等技术结合，可以使分子检测更加高效、简便。纳米生物传感器已应用在微生物检测、食品检测和体液代谢物监测等方面。所有用于生物传感的纳米材料或器件的结构都有两个特点：第一，它们含有针对分析物的特定的识别机制，比如抗体或酶；第二，它们可以从分析物中产生独特的标志信号，并且这种标志信号可以由纳米结构自身产生或者由纳米结构固定的分子或含有的分子产生。国人深受地沟油之害，网上流传最广大蒜鉴别法——大蒜对于敏感，如果蒜变红就是地沟油，但结果证实大蒜与地沟油没有联系，所以大蒜鉴别地沟油的方法并不可行。当然，有的鉴别方法还是有科学依据的，比如有人提出食用油电导率小，而地沟油由于混杂了盐等各种物质，电导率就高。纳米技术的应用，能给我们一个全新的视角。
目前食品检测分析一般采用化学分析法(CA)、薄层层析法(TLC)、气相谱法(GC)、高效液相谱法(HPLC)，但需要繁琐、耗时的前处理，样品损失也较大。相对于灵敏度较低的CA和TLC方法，GC、HPLC的灵敏度较高，但操作技术要求高、仪器昂贵，并不适合现场快速测定和普及，而以纳米金为免疫标记物的检测技术正弥补了这些技术的缺点，在现代食品分析检测中的运用也越来越多。农药残留，农药残留分析的困难包括：样品基质背景复杂
、前处理过程繁琐，需要耗费较多的时间、被测成分浓度较低、分析仪器的定性能力受到限制、仪器检测灵敏度不够等一系列问题，但使用金标记的快速检测可以很好的解决以上问题。国内的王朔分别使用纳米金免疫层析和纳米金渗滤法检测西维因的残留，整个检测过程只需5min，检测限也分别达到100ug/L和50μg/L。国内的生物技术公司也开发出了成熟的商品化产
品，如克百威农残速测试纸条等。
致病微生物检测，目前基于金标记的快速检测研究在致病微生物方面比较多，检测的种类也比较多。最早Hasan以免疫磁性分离技术为基础的免疫胶体金技术已成功应用于01弧菌的检测。国内洪帮兴等人研究了以硝酸纤维膜为载体纳米金显的寡核苷酸芯片技术，为在分子水平快速简便的鉴别致病菌提供了可能，甚至可以检出致病菌的耐药性变异。该芯片技术对大肠埃希氏菌、沙门氏菌、志贺氏菌、弧菌、副溶血弧菌、变形杆菌、单核细胞增生李斯特菌、蜡样芽孢杆菌、肉毒梭菌和空肠弯曲菌等10种(属)具有高灵敏度和特异性，检出水平可达10CFU/mlt251。殷涌光等在使用集成化手持式Spreeta TM SPR传感器快速检测大肠杆菌时，引入胶体金复合抗体作为二次抗体大幅度增加质量，进一步扩大了检测
信号，同时延长胶体金复合抗体与微生物的结合过程，使检测信号进一步稳定与放大，从而显著提高了检测精度，使该传用这种技术的摄像机在数字图像传感器里每一个像素中都使用了一个模拟数字转换器(ADC)，在捕捉到光信号时直接转化为数字
信号，最大程度地降低了信号在排列中的衰减和干扰。但由于DPS是基于每个像素单独处理的技术，因其每个像素都包含一套完整的处理
电路，从而也大大减小了每个像素的感光面积，即感光量减少，其结果是基于CMOS和DPS技术的摄像机，其灵敏度是有显著影响的。由于CCD的固有特性，即便是采用多次曝光方式，CCD摄像机的宽动态范围最多也只有66dB，而CMOS宽动态摄像机据悉其动态范围已能达到120dB以上。可见，在未来，CMOS宽动态技术将有更大的发展空间。
3.纳米食品的安全性问题
由于纳米尺度上物质的许多有辆特性，纳米材料越来越多的走入百姓的生活，纳米材料的特殊效应使其在食品工业应用中有着广阔的应用前景，但也正是其特殊效应使人们不得不重视和面对其安全性问题。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，因为如果某些维生素或矿物质如果人体吸收过多或过快，将会产生毒副作用，此外他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开发研究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问题和纳米材料通过食品对人类的潜在性问题给予足够的讨论和关注。
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不少缺陷和挑战，我国的纳米技术虽有一定的进步，但我们必须清醒的看到，我国和世界上的发达国家相比，在这个领域还相差甚远，为使我国的纳米技术快速走上发展之路，我们应该采取相应措施。例如：加大在纳米领域的经费和人才培养：建立纳米专门的研究机构等。
参考文献
(1) .Joseph T.Morrission M.Nanotechnology in agriculture ang food,A nanforum report [EB/OL].。
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