陳軍 吳健生 顧娟紅

（蘇州出入境檢驗檢疫局，蘇州215104）

 

摘要 隨著納米材料越來越廣泛地應用在生產和生活中，其安全性問題也日益凸顯，目前納米技術在此領域的研究仍在起步階段，對納米食品的安全性，即其對人體和環境的影響等方面的問題的認識還不夠全面和深入。本文綜述了納米食品的國內外研究動態、發展概況及安全性評價等問題，簡要地提出了其今后的發展趨勢，并認為有必要對納米食品的生產和使用制定相應的規范和標準。

關鍵詞 納米食品 食品安全 風險評價  

 

引言

納米科學、工程與技術經常簡稱為納米科技，它是一門新興的學科，是想象、構建、控制和利用直徑大約在1-100納米的物質，這些物質奇特的界面現象能產生新的特性與功能。納米科技正成為繼信息科技、生物科技之后，廣受各國看好之重點科技之一。盡管納米科技的基礎知識在過去的幾年有了很大的增長，應用到食品行業仍處于起步階段，但其未來發展值得重視與關注。納米科技應用于食品領域的機會在于改善食品、添加物與補充物的質地、風味與生物利用率，發展檢測微生物與化學污染的傳感器與肥料及營養物質的控制釋放。然而納米食品的發展也存在一些問題，由于食品是種特殊的商品，與人體的健康息息相關，因此納米技術和納米材料在食品中應用是否會對人體造成不良影響得到了多方面的關注。將納米技術應用于新功能食品原料加工，雖然有利于開辟食品新產業，但人類對于食品原料的新功能尚有許多未知領域，尤其是業界尚未形成統一的針對納米食品的生物安全性評價標準，現用的短期評價模型很難對納米食品的生物效應全面和深入的認識，有必要建立新的量度方法來對納米顆粒的生物累積以及吸入和攝取納米顆粒的潛在毒性效應做出適當評估，例如這些新型食品攝入量評估和新型食品毒理學和過敏性評估。本文對納米材料在食品行業的應用即其安全性進行了介紹和論述。

1  納米、納米技術和納米食品定義

納米科技是指在納米尺度(＜100nm)理解、控制與操縱物質的科學技術，包含基礎與應用研究，在食品工業可以應用于原料制備、產品應用、理化分析、安全檢測等四大領域，是目前除了保健食品外，最熱門與重要的高新技術。經過微細化的處理，納米材料可具有特殊的表面、體積與量子效應，進而會表現新的特性與功效，因此，納米技術的目標是利用納米結構所具有的特性開發具有特定功能的產品。

食品納米技術包含微結構修飾或納米設備應用技術，而納米食品，是指在生產、加工或包裝過程采用食品納米技術的食品。納米食品有廣義和狹義之分，從廣義來說，在食品生產加工和包裝中，利用了納米技術的都可以稱為納米食品；從狹義來說，只有對食品成分本身利用納米技術改造和加工的產品，才稱得上是納米食品。目前所謂的納米食品均為廣義上的納米食品，主要集中在食品包裝中利用納米技術延長貨架期。

納米技術在食品當中的應用已逐漸顯現出相當的優勢，食品工業正在努力將納米技術用于從農莊到餐桌的全過程，有部分納米食品已開始投入市場。納米技術在食品產業有巨大的發展潛力，納米食品加工、納米包裝材料、納米檢測技術等方面的研究尤為活躍，成為納米技術在食品工業應用的研究熱點。

2  納米技術在食品工業中的應用

目前，納米技術已與眾多學科進行了交叉，同樣滲透到了食品營養領域，引起了食品加工的巨大變革，給食品工業的發展帶來了新的曙光。納米技術在食品上的研究和應用主要包括納米食品加工、納米包裝材料和納米檢測技術等方面。

2.1 食品加工

納米技術對傳統食品的改造，如在罐頭、乳品、飲料等生產中運用納米技術，使其性能根據需要進行不同程度的改善，并得到合理的性價比，是納米食品應用領域的一個重要方面。納米技術對食物進行分子、原子的重新編程，使得某些物質結構發生改變，從而能大大提高某些成分的吸收率、降低保健食品的毒副作用、加快營養成分在體內的運輸、提高人體對礦質元素的吸收利用率、延長食品的保質期。將納米技術、生物技術和食品工程結合起來，可研發具有提高營養、增強體質、防止疾病、恢復健康、調節身體節律和延緩衰老等功能的保健食品和保健用品。目前的納米食品主要有鈣、硒等礦物質制劑、維生素制劑、添加營養素的鈣奶與豆奶、納米茶和各種納米功能食品，所涉及的納米技術包括食品微觀結構、香味與質量、病菌控制系統、風險分析法、高壓技術、機器人和信息技術等。

2.2 食品包裝材料

運用納米技術研發的包裝系統可以修復小的裂口和破損，可以適應環境的變化，并且能在食品變質的時候提醒消費者。此外納米技術可以改進包裝的滲透性、提高阻隔性、改進抗損和耐熱，形成抗菌表面，防止食物發生變質。在食品包裝領域，近幾年來，國內外研究最多的納米材料是聚合物基納米復合材料(PNMC)，即將納米材料以分子水平(10nm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復合材料。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。目前根據不同食品的包裝需求，已有多種用于食品包裝的PNMC面市，如納米Ag/PE類、納米TiO2 /PP類、納米蒙脫石粉/PA類等，其某些物理、化學、生物學性能有大幅度提高，如可塑性、穩定性、阻隔性、抗菌性、保鮮性等，在啤酒、飲料、果蔬、肉類、奶制品等食品包裝工業中也已開始大規模應用，并取得了較好的包裝效果。

3.3 食品機械

納米技術在食品機械中的應用主要是作為食品機械的潤滑劑、納米磁致冷工質和食品機械原材料中橡膠和塑料的改性。食品機械工作環境惡劣，對潤滑劑要求較高，而通常潤滑劑易損耗、易污染環境。磁性液體中的磁性顆粒尺寸僅為10nm，因此不會損壞軸承，而基液亦可用潤滑油，只要采用合適的磁場就可以將磁性潤滑油約束在所需的部位，保證了機器的正常運轉。納米磁致冷工質食品冷凍和冷藏設備又開辟了新食品加工貯藏技術，它與通常的壓縮氣冷式致冷方式相比具有節能、環保、高效等特點，而納米改性橡膠與傳統橡膠相比各項指標均有大幅度提高，尤其抗老化性能可提高3倍，使用壽命長達30年以上，且色彩艷麗，保色效果優異。

3.4 食品檢測

納米技術與生物學、電子材料相結合，制備出的新型傳感器件可用于食品快速檢測。目前食品檢測分析一般采用化學分析法(CA)、薄層層析法(TLC)、氣相色譜法(GC)、高效液相色譜法(HPLC)，但需要繁瑣、耗時的前處理，樣品損失也較大。相對于靈敏度較低的CA和TLC方法，GC、HPLC的靈敏度較高，但操作技術要求高、儀器昂貴，并不適合現場快速測定和普及，而納米材料本身就是非常敏感的化學和生物傳感器，與生物芯片等技術結合，可以使分子檢測更加高效、簡便。納米生物傳感器已應用在微生物檢測、食品檢測和體液代謝物監測等方面。所有用于生物傳感的納米材料或器件的結構都有兩個特點：第一，它們含有針對分析物的特定的識別機制，比如抗體或酶；第二，它們可以從分析物中產生獨特的標志信號，并且這種標志信號可以由納米結構自身產生或者由納米結構固定的分子或含有的分子產生。

3 納米食品的潛在安全問題

目前納米食品產品種類已超過300種，一些帶有納米級別添加劑的食品和維生素已經實現商業化。據預測納米食品市場在2010年將達到204億美元，因此，納米技術在食品上的研究有著很大的發展潛力。雖然納米技術在食品工業中得到了廣泛的應用，但是同采用任何新的食品接觸材料一樣，必須對食品產品中納米粒子可能的釋放以及這些材料對人類健康的安全性做出評估。由于納米材料雖然物質組成未發生變化，但其對機體產生的生物效應和作用強度可能發生本質上的改變。當前有關納米顆粒或納米材料的健康危險度評價的相關信息很缺乏，僅美國環保局(EPA)在2003 年正式提出納米顆粒或納米材料對人類健康和環境存在潛在影響，但初步的實驗數據已表明納米材料毒性的存在。例如，某些納米粒子具有穿越血腦屏障的能力。此外，納米粒子釋放到環境中，也對檢測和效應評估提出了新的挑戰。由于納米技術應用在食品行業的風險評估機制(管理規范)尚未建立，目前缺乏足夠的科學數據證明納米食品優于傳統加工方式且具有顯著功效差異，加之公眾對納米食品安全性的擔心，使得消費者對于應用納米技術生產的食品接受度并不高。同時現有的納米技術也存在納米結構的穩定性不高以及產品由相關技術得到的功能性無法預測等問題。

歐盟日前發布關于(EU) No 6/2010草案，要求對采用納米技術生產的食品在許可銷售并添加標識前進行特別的危害評估，并且，一旦被允許消費時，必須加貼所有含納米形式的成分，并在之后用括號注明“nano”。該議案旨在規范涉及新型食品的法規，集中并簡化審批程序，在允許新型食品生產銷售的同時確保食品安全。根據新議案，只有通過歐盟食品安全機構的評估并在該機構注冊的新型食品才能夠上市銷售。該草案涉及的新型食品是指1997年5月前未在歐盟市場大量消費的食品，既包括一些運用新生產工藝如納米技術加工的食品，也包括過去只在非歐盟市場銷售的食品。該草案同時廢止了 歐洲議會和理事會條例(EC)No258/97和委員會條例(EC)No1852/2001，并修訂了歐洲議會和理事會條例(EC)No1331/2008，建立食品添加劑、食品酶和食品調味料對共同批準程序。

目前，國際上尚未形成統一的針對納米食品的生物安全性評價標準，各國監管當局已開展的納米食品風險評價多沿循食品或食品接觸材料的類似安全性評價途徑，如毒性、細胞功能異化和炎癥等短期評價方法。由于納米粒子的特性變化很大，所以，建立不同種類，特別是不同形態和尺寸的納米食品的安全性評價技術指標是一項很有必要的工作，這對評價復合基體中納米材料潛在的致癌、致畸、致突變和慢性毒性將顯得尤為重要。應該承認，納米食品的安全性評估遠比想象中復雜，僅其顆粒粒徑的判斷即因所用儀器、表示方法、環境參數、原料組成與加工方式的不同而結果迥異，更不用說表面的物理化學分析。此外，還需要先確定原料成分或粒徑變化對食品理化性質或保健功能的影響，這些考慮因素也將導致食品公司在開發相關產品和技術時將安全性納入其現有確保食品安全的食品成分監管和審批框架，以確保市場前置審批、可追溯性和風險監管的有效性。

4 有關納米技術在食品及食品包裝應用前景

在食品消費趨向功能化、健康化、方便化、營養化的今天，食品已不僅是營養和能量的來源，還要起到維持人體健康和減少疾病的作用，而納米技術和納米材料的應用與開發為食品工業提供了一項引領時代潮流的前沿技術。近年來納米技術在醫藥中的許多研究成果正在逐步應用于食品行業，從而改進了食品工藝，并開發出一些新型食品。隨著基因、食物與健康關系進一步確定，納米技術將更全面地促進食品領域的發展。將納米技術引入食品的研發，不僅能突破傳統的生產模式，實現傳統工藝、傳統產品的升級換代，提高產品的技術含量，而且還可以在納米原料、納米添加劑的制備技術和產業化方面建立一系列具有自主知識產權的專利技術，檢測手段和創新方法，為食品產業的長遠發展注入動力，具體表現在：開發納米顆粒或納米級復合材料的納米食品材料、借助納米材料固定化酶和納米膜分離技術加工食品原料、開發以食品包裝材料和營養物運送體系味特征的新產品、研制用于食品安全檢測的“納米機械”等。

在食品包裝領域，國內外研究最多的納米材料是聚合物基納米復合材料(PNMC)即將納米材料以分子水平（10nm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復合材料（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）。目前根據不同食品的包裝需求已有多種用于食品包裝的PNMC 面市，如納米Ag/PE類、納米TiO2 /PP類、納米蒙脫石粉/PA類等，其某些物理化學生物學性能有大幅度提高，如可塑性穩定性、阻隔性、抗菌性、保鮮性等，在啤酒飲料果蔬肉類奶制品等食品包裝工業中也已開始大規模應用并取得了較好的包裝效果。

在包裝材料（如塑料及復合材料）中加入納米微粒，使其產生了除異味、殺菌消毒的作用，可大大延長了食物的保存期，提高包裝食品的貨架壽命。如用硅和鈦制成的納米包裝可以殺死細菌并提高許多人造食品的保質期，即使這些食品已經開封。現在還出現了可食性納米復合包裝材料,它是在食品的各部分之間提供間隔的薄膜。可食性包裝一般是通過刷涂、噴、蘸浸或液化等方式直接生成在食品表面。可食性包裝膜的組成主要有水溶性聚糖和酯類。聚糖包括纖維素、藻酸鹽等,動物或者植物油脂也都能用于可食性包裝膜的制備。但是科學家的目標遠不此這些。隨著時間的推移，原子級別的包裝技術將變得更加復雜。食品加工工藝將提供經過工程改造的食品以滿足消費者的特定口味。

5 結論

納米技術具備促進包括食品行業在內的傳統工業快速發展的巨大潛力，它可以幫助人類在納米尺度范圍內認識和改造自然，即在生產過程中直接操縱原子、分子的排布，從而制造出具有特定功能的新產品。由于納米材料具有較大的比表面積和小尺寸效應，因而具有很強的吸附性和很高的活性。納米科技的發展將給人類帶來很多恩惠，納米食品和納米包裝材料的開發也將大大推動食品工業的發展。納米材料的特殊效應使其在食品加工及包裝領域有著極其廣闊的應用前景，但也正是其特殊效應使我們不得不面對和重視其生物安全性問題。目前學術界只重視納米材料神奇功能的發現和新產品開發，對納米材料的毒性方面尚缺乏系統研究,過去對宏觀物質的安全性評價結果有可能不適用于納米材料,迄今為止，尚未形成國際性的技術標準來規范納米技術及產品的發展與應用，只有一些國家制定了一些規范來調整它的發展。隨著納米材料在食品及食品包裝中的廣泛應用，人們通過食品接觸的納米材料越來越多，我們有必要對納米材料通過食品對人類的潛在性影響問題給予足夠的關注和探討，為人類在食品工業中合理應用納米材料提供科學依據。

 

參考文獻

 

1. Sozer N, and Kokini L. Nanotechnology and its app lications in the food sector[J]. Trends Biotechnol.,2009, 27(2):82-89.

2. Klaypradit W, Huang Y W. Fish oil encap sulation with chitosan using ultrasonic atomizer [J]. Food Sci. Technol. , 2008, 41 (6) : 1133 - 1139.

3. C F Chau, S H Wu, G C Yen. The development of regulations for food nanotechnology[J]. Trends in Food Science & Technology, 2007,18:269-280.

4. P Sanguansri, A AugustinM. Nanoscale materials development-a food industry perspective [J]. Trends Food Sci.Technol.,2006, 17 (10) : 547 - 556.

5. J Weiss, P Takhistov, D J McClements. Functional materials in food nanotechnology[J]. J. Food Sci. 2006,71(9):R107-R116.

6. 李華佳 辛志宏 胡秋輝. 食品納米技術與納米食品研究進展[J]，食品科學，2006,27(9):271-27 。