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(yīng)用在生產(chǎn)和生活中，其安全性問題也日益凸顯，目前納米技術(shù)在此領(lǐng)域的研究仍在起步階段，對納米食品的安全性，即其對人體和環(huán)境的影響等方面的問題的認(rèn)識還不夠全面和深入。本文綜述了納米食品的國內(nèi)外研究動態(tài)、發(fā)展概況及安全性評價等問題，簡要地提出了其今后的發(fā)展趨勢，并認(rèn)為有必要對納米食品的生產(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)險評價  

 

引言

納米科學(xué)、工程與技術(shù)經(jīng)常簡稱為納米科技，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，廣受各國看好之重點(diǎn)科技之一。盡管納米科技的基礎(chǔ)知識在過去的幾年有了很大的增長，應(yīng)用到食品行業(yè)仍處于起步階段，但其未來發(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)展檢測微生物與化學(xué)污染的傳感器與肥料及營養(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)用是否會對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)一的針對納米食品的生物安全性評價標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)用的短期評價模型很難對納米食品的生物效應(yīng)全面和深入的認(rèn)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(yīng)做出適當(dāng)評估，例如這些新型食品攝入量評估和新型食品毒理學(xué)和過敏性評估。本文對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，從廣義來說，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；從狹義來說，只有對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，食品工業(yè)正在努力將納米技術(shù)用于從農(nóng)莊到餐桌的全過程，有部分納米食品已開始投入市場。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技術(shù)等方面。

2.1 食品加工

納米技術(shù)對傳統(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，并得到合理的性價比，是納米食品應(yīng)用領(lǐng)域的一個重要方面。納米技術(shù)對食物進(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、加快營養(yǎng)成分在體內(nèi)的運(yùn)輸、提高人體對礦質(zhì)元素的吸收利用率、延長食品的保質(zhì)期。將納米技術(shù)、生物技術(shù)和食品工程結(jié)合起來，可研發(fā)具有提高營養(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，國內(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)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，對潤滑劑要求較高，而通常潤滑劑易損耗、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(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，使用壽命長達(dá)30年以上，且色彩艷麗，保色效果優(yōu)異。

3.4 食品檢測

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。目前食品檢測分析一般采用化學(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(shù)要求高、儀器昂貴，并不適合現(xiàn)場快速測定和普及，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，可以使分子檢測更加高效、簡便。納米生物傳感器已應(yīng)用在微生物檢測、食品檢測和體液代謝物監(jiān)測等方面。所有用于生物傳感的納米材料或器件的結(jié)構(gòu)都有兩個特點(diǎn)：第一，它們含有針對分析物的特定的識別機(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，并且這種標(biāo)志信號可以由納米結(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題

目前納米食品產(chǎn)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(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。據(jù)預(yù)測納米食品市場在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，必須對食品產(chǎn)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(zhì)組成未發(fā)生變化，但其對機(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度評價的相關(guān)信息很缺乏，僅美國環(huán)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(huán)境存在潛在影響，但初步的實(shí)驗數(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，也對檢測和效應(yīng)評估提出了新的挑戰(zhàn)。由于納米技術(shù)應(yīng)用在食品行業(yè)的風(fēng)險評估機(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，加之公眾對納米食品安全性的擔(dān)心，使得消費(fèi)者對于應(yīng)用納米技術(shù)生產(chǎn)的食品接受度并不高。同時現(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)得到的功能性無法預(yù)測等問題。

歐盟日前發(fā)布關(guān)于(EU) No 6/2010草案，要求對采用納米技術(shù)生產(chǎn)的食品在許可銷售并添加標(biāo)識前進(jìn)行特別的危害評估，并且，一旦被允許消費(fèi)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(guī)范涉及新型食品的法規(guī)，集中并簡化審批程序，在允許新型食品生產(chǎn)銷售的同時確保食品安全。根據(jù)新議案，只有通過歐盟食品安全機(jī)構(gòu)的評估并在該機(jī)構(gòu)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(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(diào)味料對共同批準(zhǔn)程序。

目前，國際上尚未形成統(tǒng)一的針對納米食品的生物安全性評價標(biāo)準(zhǔn)，各國監(jiān)管當(dāng)局已開展的納米食品風(fēng)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(xì)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(tài)和尺寸的納米食品的安全性評價技術(shù)指標(biāo)是一項很有必要的工作，這對評價復(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，以確保市場前置審批、可追溯性和風(fēng)險監(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、營養(yǎng)化的今天，食品已不僅是營養(yǎng)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(shù)和納米材料的應(yīng)用與開發(fā)為食品工業(yè)提供了一項引領(lǐng)時代潮流的前沿技術(shù)。近年來納米技術(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產(chǎn)權(quán)的專利技術(shù)，檢測手段和創(chuàng)新方法，為食品產(chǎn)業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展注入動力，具體表現(xiàn)在：開發(fā)納米顆粒或納米級復(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的“納米機(jī)械”等。

在食品包裝領(lǐng)域，國內(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）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(xué)家的目標(biāo)遠(yuǎn)不此這些。隨著時間的推移，原子級別的包裝技術(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)識和改造自然，即在生產(chǎn)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(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)使我們不得不面對和重視其生物安全性問題。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)，對納米材料的毒性方面尚缺乏系統(tǒng)研究,過去對宏觀物質(zhì)的安全性評價結(jié)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(shù)標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范納米技術(shù)及產(chǎn)品的發(fā)展與應(yīng)用，只有一些國家制定了一些規(guī)范來調(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(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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