陳軍 吳健生 顧娟紅

（蘇州出入境檢驗(yàn)檢疫局，蘇州215104）

 

摘要 隨著納米材料越來(lái)越廣泛地應(yīng)用在生產(chǎn)和生活中，其安全性問(wèn)題也日益凸顯，目前納米技術(shù)在此領(lǐng)域的研究仍在起步階段，對(duì)納米食品的安全性，即其對(duì)人體和環(huán)境的影響等方面的問(wèn)題的認(rèn)識(shí)還不夠全面和深入。本文綜述了納米食品的國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)、發(fā)展概況及安全性評(píng)價(jià)等問(wèn)題，簡(jiǎn)要地提出了其今后的發(fā)展趨勢(shì)，并認(rèn)為有必要對(duì)納米食品的生產(chǎn)和使用制定相應(yīng)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞 納米食品 食品安全 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)  

 

引言

納米科學(xué)、工程與技術(shù)經(jīng)常簡(jiǎn)稱為納米科技，它是一門新興的學(xué)科，是想象、構(gòu)建、控制和利用直徑大約在1-100納米的物質(zhì)，這些物質(zhì)奇特的界面現(xiàn)象能產(chǎn)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(guó)看好之重點(diǎn)科技之一。盡管納米科技的基礎(chǔ)知識(shí)在過(guò)去的幾年有了很大的增長(zhǎng)，應(yīng)用到食品行業(yè)仍處于起步階段，但其未來(lái)發(fā)展值得重視與關(guān)注。納米科技應(yīng)用于食品領(lǐng)域的機(jī)會(huì)在于改善食品、添加物與補(bǔ)充物的質(zhì)地、風(fēng)味與生物利用率，發(fā)展檢測(cè)微生物與化學(xué)污染的傳感器與肥料及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的控制釋放。然而納米食品的發(fā)展也存在一些問(wèn)題，由于食品是種特殊的商品，與人體的健康息息相關(guān)，因此納米技術(shù)和納米材料在食品中應(yīng)用是否會(huì)對(duì)人體造成不良影響得到了多方面的關(guān)注。將納米技術(shù)應(yīng)用于新功能食品原料加工，雖然有利于開辟食品新產(chǎn)業(yè)，但人類對(duì)于食品原料的新功能尚有許多未知領(lǐng)域，尤其是業(yè)界尚未形成統(tǒng)一的針對(duì)納米食品的生物安全性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)用的短期評(píng)價(jià)模型很難對(duì)納米食品的生物效應(yīng)全面和深入的認(rèn)識(shí)，有必要建立新的量度方法來(lái)對(duì)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(yīng)做出適當(dāng)評(píng)估，例如這些新型食品攝入量評(píng)估和新型食品毒理學(xué)和過(guò)敏性評(píng)估。本文對(duì)納米材料在食品行業(yè)的應(yīng)用即其安全性進(jìn)行了介紹和論述。

1  納米、納米技術(shù)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(zhì)的科學(xué)技術(shù)，包含基礎(chǔ)與應(yīng)用研究，在食品工業(yè)可以應(yīng)用于原料制備、產(chǎn)品應(yīng)用、理化分析、安全檢測(cè)等四大領(lǐng)域，是目前除了保健食品外，最熱門與重要的高新技術(shù)。經(jīng)過(guò)微細(xì)化的處理，納米材料可具有特殊的表面、體積與量子效應(yīng)，進(jìn)而會(huì)表現(xiàn)新的特性與功效，因此，納米技術(shù)的目標(biāo)是利用納米結(jié)構(gòu)所具有的特性開發(fā)具有特定功能的產(chǎn)品。

食品納米技術(shù)包含微結(jié)構(gòu)修飾或納米設(shè)備應(yīng)用技術(shù)，而納米食品，是指在生產(chǎn)、加工或包裝過(guò)程采用食品納米技術(shù)的食品。納米食品有廣義和狹義之分，從廣義來(lái)說(shuō)，在食品生產(chǎn)加工和包裝中，利用了納米技術(shù)的都可以稱為納米食品；從狹義來(lái)說(shuō)，只有對(duì)食品成分本身利用納米技術(shù)改造和加工的產(chǎn)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(shù)延長(zhǎng)貨架期。

納米技術(shù)在食品當(dāng)中的應(yīng)用已逐漸顯現(xiàn)出相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)，食品工業(yè)正在努力將納米技術(shù)用于從農(nóng)莊到餐桌的全過(guò)程，有部分納米食品已開始投入市場(chǎng)。納米技術(shù)在食品產(chǎn)業(yè)有巨大的發(fā)展?jié)摿Γ�納米食品加工、納米包裝材料、納米檢測(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)應(yīng)用的研究熱點(diǎn)。

2  納米技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用

目前，納米技術(shù)已與眾多學(xué)科進(jìn)行了交叉，同樣滲透到了食品營(yíng)養(yǎng)領(lǐng)域，引起了食品加工的巨大變革，給食品工業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了新的曙光。納米技術(shù)在食品上的研究和應(yīng)用主要包括納米食品加工、納米包裝材料和納米檢測(cè)技術(shù)等方面。

2.1 食品加工

納米技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)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。納米技術(shù)對(duì)食物進(jìn)行分子、原子的重新編程，使得某些物質(zhì)結(jié)構(gòu)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)礦質(zhì)元素的吸收利用率、延長(zhǎng)食品的保質(zhì)期。將納米技術(shù)、生物技術(shù)和食品工程結(jié)合起來(lái)，可研發(fā)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(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，所涉及的納米技術(shù)包括食品微觀結(jié)構(gòu)、香味與質(zhì)量、病菌控制系統(tǒng)、風(fēng)險(xiǎn)分析法、高壓技術(shù)、機(jī)器人和信息技術(shù)等。

2.2 食品包裝材料

運(yùn)用納米技術(shù)研發(fā)的包裝系統(tǒng)可以修復(fù)小的裂口和破損，可以適應(yīng)環(huán)境的變化，并且能在食品變質(zhì)的時(shí)候提醒消費(fèi)者。此外納米技術(shù)可以改進(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)。在食品包裝領(lǐng)域，近幾年來(lái)，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(wú)機(jī)聚合物等三大類。目前根據(jù)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(xué)、生物學(xué)性能有大幅度提高，如可塑性、穩(wěn)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(yè)中也已開始大規(guī)模應(yīng)用，并取得了較好的包裝效果。

3.3 食品機(jī)械

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。食品機(jī)械工作環(huán)境惡劣，對(duì)潤(rùn)滑劑要求較高，而通常潤(rùn)滑劑易損耗、易污染環(huán)境。磁性液體中的磁性顆粒尺寸僅為10nm，因此不會(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)。納米磁致冷工質(zhì)食品冷凍和冷藏設(shè)備又開辟了新食品加工貯藏技術(shù)，它與通常的壓縮氣冷式致冷方式相比具有節(jié)能、環(huán)保、高效等特點(diǎn)，而納米改性橡膠與傳統(tǒng)橡膠相比各項(xiàng)指標(biāo)均有大幅度提高，尤其抗老化性能可提高3倍，使用壽命長(zhǎng)達(dá)30年以上，且色彩艷麗，保色效果優(yōu)異。

3.4 食品檢測(cè)

納米技術(shù)與生物學(xué)、電子材料相結(jié)合，制備出的新型傳感器件可用于食品快速檢測(cè)。目前食品檢測(cè)分析一般采用化學(xué)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(shí)的前處理，樣品損失也較大。相對(duì)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(shù)要求高、儀器昂貴，并不適合現(xiàn)場(chǎng)快速測(cè)定和普及，而納米材料本身就是非常敏感的化學(xué)和生物傳感器，與生物芯片等技術(shù)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。

3 納米食品的潛在安全問(wèn)題

目前納米食品產(chǎn)品種類已超過(guò)300種，一些帶有納米級(jí)別添加劑的食品和維生素已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。據(jù)預(yù)測(cè)納米食品市場(chǎng)在2010年將達(dá)到204億美元，因此，納米技術(shù)在食品上的研究有著很大的發(fā)展?jié)摿Αｋm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)食品產(chǎn)品中納米粒子可能的釋放以及這些材料對(duì)人類健康的安全性做出評(píng)估。由于納米材料雖然物質(zhì)組成未發(fā)生變化，但其對(duì)機(jī)體產(chǎn)生的生物效應(yīng)和作用強(qiáng)度可能發(fā)生本質(zhì)上的改變。當(dāng)前有關(guān)納米顆粒或納米材料的健康危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)的相關(guān)信息很缺乏，僅美國(guó)環(huán)保局(EPA)在2003 年正式提出納米顆粒或納米材料對(duì)人類健康和環(huán)境存在潛在影響，但初步的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)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(huán)境中，也對(duì)檢測(cè)和效應(yīng)評(píng)估提出了新的挑戰(zhàn)。由于納米技術(shù)應(yīng)用在食品行業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估機(jī)制(管理規(guī)范)尚未建立，目前缺乏足夠的科學(xué)數(shù)據(jù)證明納米食品優(yōu)于傳統(tǒng)加工方式且具有顯著功效差異，加之公眾對(duì)納米食品安全性的擔(dān)心，使得消費(fèi)者對(duì)于應(yīng)用納米技術(shù)生產(chǎn)的食品接受度并不高。同時(shí)現(xiàn)有的納米技術(shù)也存在納米結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性不高以及產(chǎn)品由相關(guān)技術(shù)得到的功能性無(wú)法預(yù)測(cè)等問(wèn)題。

歐盟日前發(fā)布關(guān)于(EU) No 6/2010草案，要求對(duì)采用納米技術(shù)生產(chǎn)的食品在許可銷售并添加標(biāo)識(shí)前進(jìn)行特別的危害評(píng)估，并且，一旦被允許消費(fèi)時(shí)，必須加貼所有含納米形式的成分，并在之后用括號(hào)注明“nano”。該議案旨在規(guī)范涉及新型食品的法規(guī)，集中并簡(jiǎn)化審批程序，在允許新型食品生產(chǎn)銷售的同時(shí)確保食品安全。根據(jù)新議案，只有通過(guò)歐盟食品安全機(jī)構(gòu)的評(píng)估并在該機(jī)構(gòu)注冊(cè)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(chǎng)大量消費(fèi)的食品，既包括一些運(yùn)用新生產(chǎn)工藝如納米技術(shù)加工的食品，也包括過(guò)去只在非歐盟市場(chǎng)銷售的食品。該草案同時(shí)廢止了 歐洲議會(huì)和理事會(huì)條例(EC)No258/97和委員會(huì)條例(EC)No1852/2001，并修訂了歐洲議會(huì)和理事會(huì)條例(EC)No1331/2008，建立食品添加劑、食品酶和食品調(diào)味料對(duì)共同批準(zhǔn)程序。

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)，各國(guó)監(jiān)管當(dāng)局已開展的納米食品風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)多沿循食品或食品接觸材料的類似安全性評(píng)價(jià)途徑，如毒性、細(xì)胞功能異化和炎癥等短期評(píng)價(jià)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(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，這對(duì)評(píng)價(jià)復(fù)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(yīng)該承認(rèn)，納米食品的安全性評(píng)估遠(yuǎn)比想象中復(fù)雜，僅其顆粒粒徑的判斷即因所用儀器、表示方法、環(huán)境參數(shù)、原料組成與加工方式的不同而結(jié)果迥異，更不用說(shuō)表面的物理化學(xué)分析。此外，還需要先確定原料成分或粒徑變化對(duì)食品理化性質(zhì)或保健功能的影響，這些考慮因素也將導(dǎo)致食品公司在開發(fā)相關(guān)產(chǎn)品和技術(shù)時(shí)將安全性納入其現(xiàn)有確保食品安全的食品成分監(jiān)管和審批框架，以確保市場(chǎng)前置審批、可追溯性和風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)管的有效性。

4 有關(guān)納米技術(shù)在食品及食品包裝應(yīng)用前景

在食品消費(fèi)趨向功能化、健康化、方便化、營(yíng)養(yǎng)化的今天，食品已不僅是營(yíng)養(yǎng)和能量的來(lái)源，還要起到維持人體健康和減少疾病的作用，而納米技術(shù)和納米材料的應(yīng)用與開發(fā)為食品工業(yè)提供了一項(xiàng)引領(lǐng)時(shí)代潮流的前沿技術(shù)。近年來(lái)納米技術(shù)在醫(yī)藥中的許多研究成果正在逐步應(yīng)用于食品行業(yè)，從而改進(jìn)了食品工藝，并開發(fā)出一些新型食品。隨著基因、食物與健康關(guān)系進(jìn)一步確定，納米技術(shù)將更全面地促進(jìn)食品領(lǐng)域的發(fā)展。將納米技術(shù)引入食品的研發(fā)，不僅能突破傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)工藝、傳統(tǒng)產(chǎn)品的升級(jí)換代，提高產(chǎn)品的技術(shù)含量，而且還可以在納米原料、納米添加劑的制備技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化方面建立一系列具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的專利技術(shù)，檢測(cè)手段和創(chuàng)新方法，為食品產(chǎn)業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展注入動(dòng)力，具體表現(xiàn)在：開發(fā)納米顆粒或納米級(jí)復(fù)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(shù)加工食品原料、開發(fā)以食品包裝材料和營(yíng)養(yǎng)物運(yùn)送體系味特征的新產(chǎn)品、研制用于食品安全檢測(cè)的“納米機(jī)械”等。

在食品包裝領(lǐng)域，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(wú)機(jī)聚合物等三大類）。目前根據(jù)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(xué)生物學(xué)性能有大幅度提高，如可塑性穩(wěn)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(yè)中也已開始大規(guī)模應(yīng)用并取得了較好的包裝效果。

在包裝材料（如塑料及復(fù)合材料）中加入納米微粒，使其產(chǎn)生了除異味、殺菌消毒的作用，可大大延長(zhǎng)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(xì)菌并提高許多人造食品的保質(zhì)期，即使這些食品已經(jīng)開封。現(xiàn)在還出現(xiàn)了可食性納米復(fù)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(guò)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(dòng)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(xué)家的目標(biāo)遠(yuǎn)不此這些。隨著時(shí)間的推移，原子級(jí)別的包裝技術(shù)將變得更加復(fù)雜。食品加工工藝將提供經(jīng)過(guò)工程改造的食品以滿足消費(fèi)者的特定口味。

5 結(jié)論

納米技術(shù)具備促進(jìn)包括食品行業(yè)在內(nèi)的傳統(tǒng)工業(yè)快速發(fā)展的巨大潛力，它可以幫助人類在納米尺度范圍內(nèi)認(rèn)識(shí)和改造自然，即在生產(chǎn)過(guò)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(chǎn)品。由于納米材料具有較大的比表面積和小尺寸效應(yīng)，因而具有很強(qiáng)的吸附性和很高的活性。納米科技的發(fā)展將給人類帶來(lái)很多恩惠，納米食品和納米包裝材料的開發(fā)也將大大推動(dòng)食品工業(yè)的發(fā)展。納米材料的特殊效應(yīng)使其在食品加工及包裝領(lǐng)域有著極其廣闊的應(yīng)用前景，但也正是其特殊效應(yīng)使我們不得不面對(duì)和重視其生物安全性問(wèn)題。目前學(xué)術(shù)界只重視納米材料神奇功能的發(fā)現(xiàn)和新產(chǎn)品開發(fā)，對(duì)納米材料的毒性方面尚缺乏系統(tǒng)研究,過(guò)去對(duì)宏觀物質(zhì)的安全性評(píng)價(jià)結(jié)果有可能不適用于納米材料,迄今為止，尚未形成國(guó)際性的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)規(guī)范納米技術(shù)及產(chǎn)品的發(fā)展與應(yīng)用，只有一些國(guó)家制定了一些規(guī)范來(lái)調(diào)整它的發(fā)展。隨著納米材料在食品及食品包裝中的廣泛應(yīng)用，人們通過(guò)食品接觸的納米材料越來(lái)越多，我們有必要對(duì)納米材料通過(guò)食品對(duì)人類的潛在性影響問(wèn)題給予足夠的關(guān)注和探討，為人類在食品工業(yè)中合理應(yīng)用納米材料提供科學(xué)依據(jù)。

 

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