納米技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用解析

1、摘 要食品是人類生活中不可缺少的重要組成部分，在把原材料加工成食品的過程中需要許多的工序及其機(jī)械設(shè)備，把納米技術(shù)應(yīng)用到這些步驟上將會(huì)大大的提高效率及成品的質(zhì)量。納米科技是在納米尺度理解、控制和操縱物質(zhì)世界的一項(xiàng)科學(xué)技術(shù)。納米技術(shù)是20世紀(jì)80年代末、90年代初迅速發(fā)展起來的一項(xiàng)高新科學(xué)技術(shù)，許多國(guó)家均把其列入國(guó)家重點(diǎn)研究領(lǐng)域，每年投入大量人力和物力對(duì)其進(jìn)行基礎(chǔ)和應(yīng)用研究。納米技術(shù)已廣泛應(yīng)用于材料、化工、醫(yī)藥、通信、能源等領(lǐng)域，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)，使食品工藝得到了改進(jìn)，生產(chǎn)效率得到了提高，還開發(fā)、生產(chǎn)了許多新型的食品以及具有更好的功效和特殊功能的保健食品。

2、2003年9月，美國(guó)農(nóng)業(yè)部首次展望了納米技術(shù)在農(nóng)業(yè)和食品上的應(yīng)用前景，認(rèn)為納米技術(shù)將改變食品生產(chǎn)、加工、包裝、運(yùn)輸和消費(fèi)等各個(gè)環(huán)節(jié)，從而改變整個(gè)食品工業(yè)，本文對(duì)納米及納米技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，針對(duì)納米技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用就納米技術(shù)在食品包裝材料、食品機(jī)械、食品檢測(cè)、食品加工及其納米食品等方面的應(yīng)用加以綜述。關(guān)鍵詞：納米技術(shù) 食品工業(yè) 應(yīng)用AbstractFood is the humanity lives the essential important constituent, in processes raw material food in the process to need many

3、 working procedures and the mechanical device, applies a nanotechnology these step general to be able big to enhance the efficiency and the end product quality. A nanometer science and technology is in the nanometer criterion understanding, the control and an operation material world science and tec

4、hnology. A nanotechnology is a high new science and technology which at the end of 1980s, at the beginning of the 90's develop rapidly, many countries include it the country key research area, throws the National People's Congress quantity manpower and the physical resource every year carrie

5、s on the foundation and the applied research to it. A nanotechnology has widely applied in domains and so on material, chemical industry, medicine, correspondence, energy, in recent years a nanotechnology gradually was applying on the medicine many research results in food profession, enable food cr

6、aft to obtain the improvement, the production efficiency obtained the enhancement, but also developed, has produced many new foods as well as has a better effect and the special function health foods. In September, 2003, the American Ministry of Agriculture has forecast a nanotechnology for the firs

7、t time on agricultural and food application prospect, thought a nanotechnology will change food production, the processing, the packing, the transportation and the expense and so on each link, thus changed the entire food industry, this article has carried on the simple introduction to nanometer and

8、 a nanotechnology, in view of a nanotechnology in the food industry application on a nanotechnology in food aspect and so on packing material, food machinery, food examination, food processing and nanometer food applications summarized.Key words: Nanotechnology Food Industry Application 前言目前食品工業(yè)正在努力

9、將納米技術(shù)用于從農(nóng)莊到餐桌的全過程。由專業(yè)咨詢公司Helmut Kaiser進(jìn)行的調(diào)查研究預(yù)測(cè)，納米食品的市場(chǎng)將從2004年的26億美元發(fā)展到2010年的204億美元。該調(diào)查報(bào)告認(rèn)為，到2010年，亞洲將成為納米食品的最大市場(chǎng)1。納米食品是采用納米技術(shù)對(duì)食物進(jìn)行分子、原子的重新編程，使某些結(jié)構(gòu)發(fā)生改變所制成的食品。納米技術(shù)的應(yīng)用大大提高了某些成分的吸收率、降低保健食品的毒副作用、加快營(yíng)養(yǎng)成分在體內(nèi)的運(yùn)輸、提高人體對(duì)礦物質(zhì)元素的吸收利用率、延長(zhǎng)食品的保質(zhì)期。由此可見，在食品產(chǎn)業(yè)納米技術(shù)有巨大的發(fā)展?jié)摿?。目前納米技術(shù)在食品加工、包裝材料、檢測(cè)技術(shù)等方面的研究尤為活躍，成為納米技術(shù)在食品工業(yè)中應(yīng)用的

10、研究熱點(diǎn)。本文針對(duì)納米技術(shù)及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用加以綜述。1納米與納米技術(shù)“納米”是英文nano的譯名，是一種長(zhǎng)度單位，原稱毫微米，即10-9米。lnm的長(zhǎng)度約相當(dāng)于35個(gè)原子緊密地排列在一起所具有的長(zhǎng)度。納米結(jié)構(gòu)通常是指尺寸在100納米以下的微小結(jié)構(gòu)。從具體的物質(zhì)來說，假設(shè)一根頭發(fā)的直徑為0.5×10-4米，把它徑向平均剖成5萬根，每根的厚度即約為1納米；如果將一納米的物體放到乒乓球上，就像一個(gè)乒乓球放在地球上一般。納米科學(xué)與技術(shù),有時(shí)簡(jiǎn)稱為納米技術(shù), 是研究結(jié)構(gòu)尺寸在0.1100納米范圍內(nèi)材料的性質(zhì)和應(yīng)用。納米技術(shù)其實(shí)就是一種用單個(gè)原子、分子射程物質(zhì)的技術(shù)。2納米材料的特性物體的

11、表面積與體積之比稱為物體的“比表面積”。一般球形顆粒的表面積與直徑的平方成正比，其體積與直徑的立方成正比，故其比表面積與直徑成反比。隨著顆粒直徑的變小，比表面積將會(huì)顯著增大，說明表面原子的大小所占的百分比將會(huì)顯著增加。超微顆粒的表面與大顆粒物體的表面是十分不同的2。用高倍率電子顯微鏡對(duì)金屬超微顆粒進(jìn)行電視攝像和實(shí)時(shí)觀察，發(fā)現(xiàn)這些顆粒沒有固定的形態(tài)，隨著時(shí)間的變化會(huì)自動(dòng)形成各種形狀（如立方八面體、十面體、二十面體）。這種狀態(tài)既不同于一般固體，又不同于液體，這是一種準(zhǔn)固態(tài)。在電子顯微鏡的電子束照射下，表面原子仿佛進(jìn)入了“沸騰”狀態(tài)。尺寸不小于10納米后就看不到這種顆粒結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性，故不小于10納

12、米的微顆粒具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。對(duì)于構(gòu)成納米材料的超微顆粒而言，尺寸變小，其比表面積必然顯著增加，從而引發(fā)種種 “小尺寸效應(yīng)”，產(chǎn)生出一系列特殊的性能。2.1具有很高的活性納米超微顆粒很高的“比表面積”決定了其表面具有很高的活性。利用這一特性可生產(chǎn)出高效的納米催化劑用于食品加工中可大大改善普通催化劑的不足之處。2.2特殊的磁學(xué)性質(zhì)磁性超微顆粒實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)生物磁羅盤。通過電子顯微鏡觀察表明，生活在水中的趨磁細(xì)菌體內(nèi)通常含有直徑約為微米級(jí)的磁性氧化物顆粒，趨磁細(xì)菌就依靠它而游向營(yíng)養(yǎng)豐富的水底。人們發(fā)現(xiàn)小尺寸磁性超微顆粒與大塊磁性材料有顯著不同，大塊純鐵的磁矯頑力約為80安/米，而當(dāng)顆粒尺寸減小到2

13、×10-2微米以下時(shí)，其矯頑力可增加1000倍。若進(jìn)一步減小其尺寸，大約小于6×10-3微米時(shí)，其矯頑力反而降低到零，呈現(xiàn)出超順磁性。利用超順磁性將磁性超微顆粒制成用途廣泛的磁性液體，可用于真空封接和潤(rùn)滑。2.3特殊的力學(xué)性質(zhì)陶瓷材料在通常情況下一般呈現(xiàn)脆性，由納米超微顆粒壓制成的納米陶瓷材料卻具有良好的韌性。美國(guó)學(xué)者報(bào)道氟化鈣納米材料在室溫下可以大幅度彎曲而不會(huì)斷裂。人的牙齒之所以具有很高的強(qiáng)度，就是因?yàn)樗怯闪姿徕}等納米材料構(gòu)成的。呈納米晶粒的金屬要比傳統(tǒng)的粗晶粒金屬硬35倍。金屬陶瓷復(fù)合納米材料則可在更大的范圍內(nèi)改變材料的力學(xué)性質(zhì)。此技術(shù)的應(yīng)用可令易碎的陶瓷變的具有韌

14、性，使其在食品工業(yè)中成為一種重要的包裝及機(jī)械材料。3納米技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用納米技術(shù)的出現(xiàn)為食品工業(yè)的發(fā)展提供了一個(gè)嶄新的平臺(tái)。納米技術(shù)使基因工程變得更加可控，人們可根據(jù)自己的需要，制造多種多樣、便于人體吸收的納米生物“產(chǎn)品”。用納米生物工程、化學(xué)工程合成的“食品”將極大豐富食品的數(shù)量和種類。其中納米技術(shù)在食品包裝材料、食品機(jī)械、食品加工、食品檢測(cè)中的應(yīng)用則占據(jù)著舉足輕重的地位。3.1在食品包裝材料上的應(yīng)用傳統(tǒng)的食品包裝經(jīng)常使用的一種聚酰胺塑料薄膜，是用普通聚酯胺6（即尼龍6）制成，可使食物與空氣隔絕開，避免氧化作用使食物變質(zhì)。但它對(duì)氧氣、二氧化碳的阻隔性并不理想，對(duì)水的阻隔性則更差。采用納

15、米復(fù)合技術(shù)制成的聚酯胺6納米塑料（NPA6），其氧氣透過率與普通聚酯胺6相比可降低一半，水蒸汽的透過率也大大降低。在食品包裝領(lǐng)域，采用納米技術(shù)研發(fā)的包裝系統(tǒng)可以改善包裝材料的性能，延長(zhǎng)其使用壽命，實(shí)現(xiàn)包裝的抗菌透氣性1。近幾年來，國(guó)內(nèi)外研究最多的納米材料是聚合物基納米復(fù)合材料(PNMC)，即將納米材料以分子水平(10nm數(shù)量級(jí))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(fù)合材料。常用的納米材料有金屬、金屬氧化物、無機(jī)聚合物等，而常用的高分子聚合物有PA，PE，PP，PVC，PET，LCP等。根據(jù)不同食品的特性與包裝要求，已有多種PNMC(如納米AgPE類、納米TiO2PP類、納米蒙脫石粉

16、PA類等)用于食品，如啤酒、飲料、果蔬、肉類、奶制品等的包裝，取得了較好的包裝效果。研究結(jié)果表明，與普通包裝材料相比，納米包裝材料在某些物理、化學(xué)、生物學(xué)性能上有大幅度提高，如可塑性、穩(wěn)定性、阻隔性、抗菌性、保鮮性等。如胡秋輝等研制的一種新型納米包裝材料用于綠茶的包裝時(shí)，納米包裝的透濕量、透氧量分別比普通包裝的低28.0和2.1，縱向拉伸強(qiáng)度比普通包裝的高24.0，而且茶葉有效成分的保留率有所提高，因此，該納米材料可有效提高綠茶的保鮮品質(zhì)。在食品保鮮殺菌方面,運(yùn)用納米技術(shù)在包裝材料中添加特殊性能的填充材料或在材料表面涂上一層特殊的納米涂層,生產(chǎn)出的納米功能性材料具有除味、殺菌、自動(dòng)消毒的效果,

17、從而延長(zhǎng)了食品儲(chǔ)存期提高食品的食用品質(zhì)。如用納米TiO2和納米ZnO4等作光催化殺菌劑制成的納米材料，殺菌能力較強(qiáng)，不僅能將細(xì)菌和殘骸一起殺滅消除，同時(shí)還能將細(xì)菌分泌的毒素也分解掉。此外納米技術(shù)還可以適應(yīng)環(huán)境的變化，在食品變質(zhì)的時(shí)候提醒消費(fèi)者3。美國(guó)威斯康星大學(xué)利用納米技術(shù)開發(fā)出了一種能夠快速檢測(cè)有害化學(xué)品的傳感器，與傳統(tǒng)的化學(xué)探測(cè)裝置相比，該傳感器不僅靈敏度高，可探測(cè)100ppb的化學(xué)物質(zhì)，而且探測(cè)范圍大，通過改變液晶材料即可探測(cè)出不同的有害氣體，這種傳感器能夠探測(cè)到腐敗食物釋放出的化學(xué)物質(zhì)，可用于檢驗(yàn)食品是否變質(zhì)。某些涂層材料，如納米超薄涂層(如納米TiO2)也有化學(xué)感應(yīng)的功能，可用于食品

18、中氣、光、濕敏感材料，用于食品包裝，能夠指示食品的食用性能及受各類污染程度，實(shí)現(xiàn)食品的自診斷，從而增強(qiáng)了食用安全性。結(jié)果表明，與普通包裝材料相比，納米包裝材料不僅能提高某些物理、化學(xué)、生物學(xué)性能如可塑性、穩(wěn)定性、阻隔性、抗菌性、保鮮性等，還可以起到指示作用以更好的保護(hù)食品。利用這些納米材料的特殊性能生產(chǎn)出可塑性高，穩(wěn)定性大，阻隔性好抗菌保鮮且可適應(yīng)外部環(huán)境變化的新型包裝可大大的改善原有包裝的不足為廣大消費(fèi)者提供更多的方便和利益。3.2在食品機(jī)械上的應(yīng)用食品機(jī)械主要是用于食品工業(yè)原材料的加工工藝，因此對(duì)食品機(jī)械的各方面要求都很嚴(yán)格。比如不易污染、高度耐腐蝕等，把納米技術(shù)應(yīng)用到食品機(jī)械中則可大大改

19、善這些缺點(diǎn)與不足。納米技術(shù)在食品機(jī)械中的應(yīng)用主要是作為食品機(jī)械的潤(rùn)滑劑、納米磁致冷工質(zhì)和食品機(jī)械原材料中橡膠和塑料的改性。 在食品機(jī)械中，對(duì)潤(rùn)滑劑要求較高，而通常普通潤(rùn)滑劑易損耗、易污染環(huán)境。而納米技術(shù)潤(rùn)滑劑-磁性液體中的磁性顆粒尺寸僅為10nm，在食品生產(chǎn)機(jī)械中采用磁性液體則不會(huì)損壞軸承，而基液亦可用潤(rùn)滑油，只要采用合適的磁場(chǎng)就可以將磁性潤(rùn)滑油約束在所需的部位，保證了機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn),可有效防止?jié)櫥瑒┬孤段廴臼称?。納米磁致冷工質(zhì)。磁致冷發(fā)展的趨勢(shì)是由低溫向高溫發(fā)展的4。20世紀(jì)30年代利用順磁鹽作為磁制冷工質(zhì),采用絕熱去磁方式成功地獲得了mK量級(jí)的低溫, 20世紀(jì)80年代采用Gd3Ga5012

20、 (GGG)型的順磁性石榴石化合物成功地應(yīng)用于1.515K的磁制冷。到了20世紀(jì)90年代用磁性Fe離子取代部分非磁性Gd離子,由于Fe離子與Gd離子間存在超交換作用,使局域磁矩有序化,構(gòu)成磁性的納米團(tuán)簇，當(dāng)溫度大于15K時(shí)，其磁熵變高于GGG，成為1530K溫區(qū)最佳的磁致冷工質(zhì)5。1997年，美國(guó)利用自旋系統(tǒng)磁熵變的致冷方式，研制成Cd為磁致冷工質(zhì)的磁致冷機(jī)。它與通常的壓縮氣體式致冷方式相比較，具有效率高、功耗低、噪聲小、體積小、無污染等優(yōu)點(diǎn)6。這為食品冷凍和冷藏設(shè)備又開辟了新的途徑。陶瓷材料在通常情況下一般呈現(xiàn)脆性，由納米技術(shù)制成的納米陶瓷具有良好的耐磨性、較高的強(qiáng)度及較強(qiáng)的韌性，可用于食品

21、機(jī)械的密封環(huán)、軸承以提高其耐磨性和耐蝕性。也可用于制作輸送機(jī)械和沸騰干燥床關(guān)鍵部件的表面涂層。如德國(guó)一研究所以納米硅基陶瓷制成的特種不污染耐磨透明涂料，涂在玻璃、塑料等物體上，具有防污、防塵、耐刮、耐磨、防火等功能。可用于食品機(jī)械上與食品直接接觸的零部件的表面涂層6。此外采用納米材料技術(shù)對(duì)食品機(jī)械關(guān)鍵零部件進(jìn)行金屬表面納米粉涂層處理，可以提高機(jī)械設(shè)備的耐磨性、硬度和使用壽命。 橡膠和塑料是食品機(jī)械應(yīng)用較多的原材料。通常的橡膠是靠加入碳黑來提高強(qiáng)度、耐磨性和抗老化性, 制品為黑色，不適宜用在食品機(jī)械上。納米材料的問世使這一問題迎刃而解。新的納米改進(jìn)型橡膠各項(xiàng)指標(biāo)均有大幅度提高，尤其抗老化性能提高

22、了3倍，使用壽命則長(zhǎng)達(dá)30年以上，且色彩艷麗，保色效果優(yōu)異。3.3納米技術(shù)與食品加工從理論上講，所有制備納米材料的技術(shù)與方法均可應(yīng)用于納米食品的生產(chǎn)，但由于食品的特殊性，比較實(shí)用和有發(fā)展?jié)摿Φ募{米技術(shù)是納米酶催化劑技術(shù)、微乳化技術(shù)和納米膠囊制備技術(shù)、分子自組裝技術(shù)、超細(xì)微粒和納米粒子的制備技術(shù)和膜分離技術(shù)等7。 納米酶催化劑技術(shù) 酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的具有高度催化活性和高度專一性的生物催化劑。其被廣泛應(yīng)用食品、化工等領(lǐng)域，但由于酶的穩(wěn)定性差和使用壽命短等問題，限制了其使用效率，因此，利用納米材料固定化酶，用于食品工業(yè)，既可提高酶的穩(wěn)定性，又可以提高酶的利用率和生產(chǎn)效率。 微乳化技術(shù)和納米膠囊制備技術(shù)

23、 在通常情況下，將兩種互不相溶的液體在表面活性劑作用下形成的熱力學(xué)穩(wěn)定、各向同性、外觀透明或半透明、粒徑l100nm的分散體系稱為微乳液，相應(yīng)地把制備微乳液的技術(shù)稱之為微乳化技術(shù)。自20世紀(jì)80年代以來，微乳的理論和應(yīng)用研究獲得了迅速的發(fā)展，微乳化技術(shù)已應(yīng)用于微膠囊、納米顆粒和納米膠囊的制備。納米膠囊，也稱毫微囊，是20世紀(jì)80年代以來發(fā)展起來的新技術(shù)，是微膠囊中具有納米尺寸的新型材料，納米膠囊顆粒微小，粒徑一般在101000nm，易于分散和懸浮在水中，形成膠體溶液，外觀是清澈透明的液體。納米膠囊具有一定的靶向性，從而使所載食品功能因子改變分布狀態(tài)而濃集于特定的靶組織，以達(dá)到降低毒性的目的8。

24、納米膠囊已被應(yīng)用到食品調(diào)味品領(lǐng)域。制備納米膠囊的方法主要有乳液中的界面聚合法、微乳聚合法、乳液中的界面沉積法、復(fù)相乳液溶劑揮發(fā)法和膠體模板上聚電解質(zhì)的逐步沉積法。 分子自組裝技術(shù)分子自組裝是指分子與分子在平衡條件下，通過分子間非共價(jià)鍵的作用自發(fā)地結(jié)合成穩(wěn)定的分子聚集體的過程。它是20世紀(jì)80年代后期科學(xué)家們?cè)诔肿踊瘜W(xué)的基礎(chǔ)上提出來的。利用分子自組裝技術(shù)制備納米材料是最近幾年才發(fā)展起來的新興技術(shù)，由于分子自組裝技術(shù)特殊的界面分子識(shí)別功能，在制備納米材料時(shí)具有其獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。到目前為止，自組裝技術(shù)已能用來制備納米結(jié)構(gòu)材料，如納米團(tuán)簇、納米管、納米環(huán)、納米線、多孔納米材料、功能化納米材料、功能化納米級(jí)

25、膜及有機(jī)，無機(jī)納米復(fù)合材料。日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所的清水敏美等利用兩親性的小分子化合物，如糖脂質(zhì)的分子自組裝原理，制備了各種納米管和納米線結(jié)構(gòu)的納米材料，并探討了納米材料的分子識(shí)別功能。初步研究結(jié)果表明，分子自組裝納米材料在保健食品方面將有廣泛的應(yīng)用前景。 超細(xì)微粒和納米粒子的制備技術(shù) 超細(xì)微粒特別是納米粒子的研制是當(dāng)今高新技術(shù)中的熱門研究領(lǐng)域9 。物質(zhì)經(jīng)過超細(xì)化處理后，比表面積大大增加，表面能會(huì)發(fā)生顯著變化，顯示出獨(dú)特的理化性質(zhì)。最常用的制備方法為超細(xì)碾磨法，如具有強(qiáng)結(jié)合水能力的超細(xì)面粉和具有強(qiáng)抗氧化性的超細(xì)綠茶粉。研究表明，約l000nm的超細(xì)綠茶粉表現(xiàn)出較好的營(yíng)養(yǎng)消化和吸收率，因而具有較

26、高的SOD活性，即抗氧化性。如一般綠茶粉每克清除活性氧能力為2.5×103，而約1000 nm的超細(xì)綠茶粉每克清除活性氧的能力為0.7×1051.8×105，即活性提高了100倍。3.3.5 膜分離技術(shù)納濾是一種新型膜分離技術(shù)。水處理中心于20世紀(jì)90年代率先在國(guó)內(nèi)研制成功該技術(shù)。納濾膜在其分離應(yīng)用中表現(xiàn)出兩個(gè)顯著特征：一個(gè)是其截流分子量介于反滲透膜和超濾膜之間，為2002000；另一個(gè)是納濾膜對(duì)無機(jī)鹽有一定的截流率，因?yàn)樗谋砻娣蛛x層由聚電介質(zhì)所構(gòu)成，對(duì)離子有靜電相互作用。從結(jié)構(gòu)上看納濾膜大多是復(fù)合型膜，即膜的表面分離層和它的支撐層的化學(xué)組成不同。根據(jù)第一個(gè)特征

27、，推測(cè)納濾膜的表面分離層可能擁有1nm左右的微孔結(jié)構(gòu)，故稱之為“納濾”。 納濾技術(shù)的特點(diǎn)：第一，膜結(jié)構(gòu)絕大多數(shù)是多層疏松結(jié)構(gòu)；第二，分離過程無任何化學(xué)反應(yīng)，無需加熱，無相轉(zhuǎn)變，不會(huì)破壞生活活性，不會(huì)改變風(fēng)味、香味。目前，利用納濾技術(shù)，并結(jié)合超臨界流體萃取技術(shù)和酶技術(shù)可以從食品或天然產(chǎn)物中分離制備多種營(yíng)養(yǎng)和功能性成分，如功能性低聚糖、多不飽和脂肪酸、胡蘿卜素和免疫球蛋白等。3.4在食品檢測(cè)上的應(yīng)用利用納米顆粒比表面積大、表面反應(yīng)活性高、催化效率高、吸附能力強(qiáng)等特性，把納米顆粒引入到傳感器研究中，可大大增強(qiáng)生物傳感器靈敏度。納米生物傳感器可檢測(cè)食品中化學(xué)污染物并標(biāo)記損失分子和病毒，從而可更好控制、

28、檢測(cè)和分析生物結(jié)構(gòu)納米環(huán)境。納米生物傳感器是指能選擇性結(jié)合靶分子的生物探針的納米傳感器10。納米材料本身就是非常敏感的化學(xué)和生物傳感器，納米技術(shù)與生物學(xué)、電子材料相結(jié)合，可以制備新型的傳感器件。例如與生物芯片等技結(jié)合，可以使分子檢測(cè)更加高效、簡(jiǎn)便。納米生物傳感器已應(yīng)用在微生物檢測(cè)、食品檢測(cè)和體液代謝物監(jiān)測(cè)等方面。所有用于生物傳感的納米材料或器件的結(jié)構(gòu)都有兩個(gè)特點(diǎn)：第一，它們含有針對(duì)分析物的特定的識(shí)別機(jī)制，比如抗體或酶；第二，它們可以從分析物中產(chǎn)生獨(dú)特的標(biāo)志信號(hào)，并且這種標(biāo)志信號(hào)可以由納米結(jié)構(gòu)自身產(chǎn)生或者由納米結(jié)構(gòu)固定的分子或含有的分子產(chǎn)生。 近年來，快速、靈敏地檢測(cè)出致病菌對(duì)食品安全、臨床診斷

29、與治療以及反生物恐怖等十分重要，如大腸桿菌0157：H7是一種典型的存在于食物中的致病菌，它能夠在小腸中產(chǎn)生大量強(qiáng)有力的毒素，并能引起出血性大腸炎或者溶血性尿毒癥的并發(fā)癥而導(dǎo)致死亡，尤其是對(duì)兒童。傳統(tǒng)檢測(cè)微量細(xì)菌的方法需要擴(kuò)增或富集樣本中的目標(biāo)菌，因過程繁瑣而費(fèi)時(shí)費(fèi)力。利用納米技術(shù)與表面等離子體共振、石英晶體微天平(QcM)等研制而成的納米生物傳感器，既可提高檢測(cè)的靈敏度，又可大大減少檢測(cè)所需的時(shí)間。例如，采用生物修飾的納米顆粒作為傳感器件，因?yàn)榧?xì)菌眾多的表面抗原可供抗體修飾的納米顆粒識(shí)別與結(jié)合，所以每一個(gè)細(xì)菌表面將結(jié)合數(shù)以千計(jì)的納米顆粒，從而提供極強(qiáng)的熒光信號(hào)，通過熒光信號(hào)為基礎(chǔ)的免疫試驗(yàn)，

30、可快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)出單個(gè)大腸桿菌0157：H7。因此，用針對(duì)不同細(xì)菌的特異性抗體來修飾納米顆粒，就能檢測(cè)多種來源的細(xì)菌病原體，包括食品、生物恐怖試劑、臨床和環(huán)境樣品。此外利用納米顆粒的信號(hào)放大性能研制出的QCM DNA傳感器可用于大腸桿菌0157：H7的檢測(cè)。在食品檢測(cè)中，納米仿生技術(shù)在理解和識(shí)別病原體、檢測(cè)食物腐敗等方面具有潛在的應(yīng)用前景。已通過模仿生物體研制出了“電子舌”和“電子鼻”。納米“電子舌”是運(yùn)用表面涂有納米導(dǎo)電高分子材料電極檢測(cè)小含量化學(xué)物污染裝置，該“電子舌”主要用于識(shí)別食物和水中雜質(zhì)、控制食物風(fēng)味質(zhì)量等方面。 “電子鼻”嗅覺靈敏度高，主要用于識(shí)別食物中病原體產(chǎn)生的揮發(fā)性物質(zhì)，

31、從而判定食物是否腐敗?；蛐酒夹g(shù)也是通過納米技術(shù)實(shí)現(xiàn)一種生物高新技術(shù)，可一次性對(duì)大量樣品進(jìn)行檢測(cè)和分析，從而解決核酸雜交技術(shù)操作繁雜、自動(dòng)化程度低、檢測(cè)效率低等不足。該技術(shù)具有高通量、微型化、自動(dòng)化和信息化等特點(diǎn)，是未來轉(zhuǎn)基因檢測(cè)方向。最近，美國(guó)研究人員開發(fā)的一種新型的基于納米技術(shù)的生物傳感器，在高度準(zhǔn)確檢測(cè)沙門氏菌等食源性病原菌方面正顯示出巨大的潛力11。研究人員通過掠射角沉積技術(shù)制備薄膜法，構(gòu)造了異質(zhì)結(jié)構(gòu)的硅和金納米棒陣列，并使用抗沙門氏菌抗體和有機(jī)染料分子附著在上面，一個(gè)生物傳感器就制成了。當(dāng)這個(gè)生物傳感器接觸含有沙門氏菌的食物時(shí)，傳感器上的抗體就會(huì)發(fā)生生物化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致有機(jī)燃料分子產(chǎn)

32、生肉眼可見的強(qiáng)熒光。其實(shí)，這種傳感器用途十分廣泛，如果改變傳感器中的抗體類型，就可以用于檢測(cè)食物中是否有其他病菌。3.5納米食品 納米技術(shù)對(duì)食物進(jìn)行分子、原子的重新編程，某些結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)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(yíng)養(yǎng)成分在體內(nèi)的運(yùn)輸、提高人體對(duì)礦物質(zhì)元素的吸收利用率、延長(zhǎng)食品的保質(zhì)期。納米食品具有提高營(yíng)養(yǎng)、增強(qiáng)體質(zhì)、防止疾病、恢復(fù)健康、調(diào)節(jié)身體節(jié)律和延緩衰老等功能。目前的納米食品主要有鈣、硒等礦物質(zhì)制劑、維生素制劑、添加營(yíng)養(yǎng)素的鈣奶與豆奶、納米茶和各種納米功能食品等。具有如此廣泛應(yīng)用價(jià)值的納米食品生產(chǎn)技術(shù)得到各國(guó)的一致肯定，紛紛投入巨資進(jìn)行開發(fā)12。對(duì)傳統(tǒng)

33、食品的改造，如在罐頭、乳品、飲料等生產(chǎn)中運(yùn)用納米技術(shù)，使其性能根據(jù)需要進(jìn)行不同程度的改善，并得到合理的性價(jià)比，是納米食品應(yīng)用領(lǐng)域的一個(gè)重要方面。英國(guó)制定了一個(gè)很龐大的納米食品發(fā)展計(jì)劃，美國(guó)、日本也投入了相當(dāng)大的力量在納米食品的研究。我國(guó)在1995年就開始了將納米添加到傳統(tǒng)原料中以改進(jìn)功能的研究工作，總體研究水平處于國(guó)際前列。3.5.1納米食品的安全性問題 雖然納米技術(shù)在食品工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，但是同采用任何新的食品接觸材料一樣，必須對(duì)食品中納米粒子可能釋放的物質(zhì)以及這些材料對(duì)人體健康的安全性做出評(píng)估。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(huán)境中，也對(duì)監(jiān)測(cè)和效應(yīng)評(píng)估提

34、出了新的挑戰(zhàn)。雖然納米級(jí)通常是指小于100nm的結(jié)構(gòu)，但是地球之友組織（Friends of the Earth）指出，證據(jù)顯示300nm就可產(chǎn)生新型風(fēng)險(xiǎn)，并且應(yīng)該檢查其安全。 目前，國(guó)際上尚未形成統(tǒng)一的針對(duì)納米食品的生物安全性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，盡管使用的評(píng)價(jià)方法和生物體系很多，但大多數(shù)是短期評(píng)價(jià)方法，如毒性、細(xì)胞功能異化和炎癥。納米粒子的特性變化很大，不同的食品其生物效應(yīng)和毒性有差別，影響其安全性的主要因素是顆粒尺寸效應(yīng)，相同的食品材料，顆粒大小不同，其毒性等也不能一概而論。所以，建立不同種類，特別是不同形態(tài)和尺寸的納米食品的安全性評(píng)價(jià)技術(shù)指標(biāo)是一項(xiàng)很有必要的工作。此外，由于納米粒子穿透性強(qiáng)，在對(duì)其安全性評(píng)價(jià)中考慮致癌、致畸、致突變和慢性毒性顯得尤為重要。4總述 目前納米技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用主要是在食品包裝上改進(jìn)包裝的滲透性、提高阻隔性、改進(jìn)抗損和耐熱，形成抗菌表面，防止食物發(fā)生變質(zhì)；在食品機(jī)械上作為食品機(jī)械的潤(rùn)滑劑、納米磁致冷工質(zhì)和食品機(jī)械原材料中橡膠和塑料的改性；在食品加工上運(yùn)用納米酶催化劑技術(shù)、微乳化技術(shù)和納米膠囊制備技術(shù)、分子自組裝技