纳米技术在食品科学中的应用研究

胸膜纳米技术食品科学中的应用研究
    纳米技术(nanotechnology),是用单个原子、分子制造物质的科学技术,研究结构在0.1~100nm范围内材料的性质和应用。食品科学是应用基础科学与工程知识来研究食品的物理、化学、生化性质及食品加工原理的一门科学,包括:化学类(有机化学、生物化学、食品化学、分析化学等)、生物学、食品科学、食品工程、微生物学等。由于纳米结构的集合为研发具有新功能的材料和产品提供了方法和思路,纳米技术手段或工具在食品的生产、加工或包装过程中的应用促进了传统食品科学领域“旧貌换新颜”,产生了纳米食品。纳米食品不仅是原子修饰食品或纳米设备生产食品,还指用纳米技术对食品进行分子、原子的重新编程,重新编程时某些结构会发生改变,从而能大大提高某些成分的吸收率,加快营养成分在体内的运输,从而延长食品的保质期等。纳米技术的发展触及食品科学的每一个领域,并推动食品科学整体水平的提高。
    2 国内外相关政府计划、发展政策与环境
    纳米技术在农业、食品领域有着巨大的应用潜力。目前,全球范围内许多国家已经开始大规模投资与之相关的研发工作,各国政府投入了大量资金。为了保持领先的创新能力,德国
不断增加创新投入,2009年,德国联邦政府在纳米技术领域的公共研发经费投入为4.4亿欧元。俄罗斯有发展纳米技术的强烈愿望,正在实施世界上最庞大的纳米创新计划,2009年10月,俄总统在莫斯科国际纳米技术展览会开幕式上表示,“俄罗斯将采取多种措施,大力发展纳米技术,促使纳米产业成为俄经济的主导产业之一”。
    在巨大的投入背后,各国纳米技术研发的发展目标有所不同,纳米技术已成为食品和农业领域发展的一个战略平台。美国农业部将目标集中在食品、农业和生物安全性上,建立了纳米传感器的研究项目。英国食品标准机构将目标集中在食品工业领域,尤其是食品包装方面的研究。加拿大的关注点主要集中在食品纳米科技研究,目的是开发可以被社会接受,具有附加值的纳米知识和技术用于食品和食品加工中,增加其商业利益。日本农林渔业部(MAFF)实施了“生物功能的创新性利用—纳米科技和材料的开发”计划,重点研究纳米食品和营养物。新西兰的食品纳米技术研究集中在新西兰特食品上,如深海鱼油和奶制品中纳米技术应用的研究。
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    我国的纳米技术研究起步于20世纪80年代中后期,经过超过20a的发展,目前已经取得了较大的进步。据世界知名的纳米技术研究咨询公司Lux Research的研究报告数据,1995-
2006年,中国在纳米科学与工程领域共发表论文2.5万多篇,仅位居美国之后,排世界第二。为了更好的指导纳米技术的发展,2001年3月,国家纳米科学技术指导协调委员会成立并提出了《国家纳米科技发展纲要(2001-2010)》,同年,科技部又发布了《国家纳米科技发展框架指南》。2006年,《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》把纳米研究作为4个重大研究计划之一。
    3 应用现状
    目前,纳米技术发展迅速,作为高新技术其在食品科学领域中的研究应用得到了日益广泛的关注。纳米技术在食品科学中的应用包括:食品贮藏、包装、食品安全检测、功能性食品研发、纳米食品添加剂的制备和营养成分及生物活性成分的智能供给系统等研究领域[8-9]。二甲四氯
茎叶图
    3.1 纳米技术在果蔬贮藏保鲜中的应用 蔬菜和水果是我国居民膳食中食物构成的主要组成部分,它们富含人体所必需的维生素、无机盐和膳食纤维,含蛋白质和脂肪很少。依靠先进的科学技术,尽可能长时间地保持果蔬的天然品质和特性是食品科学研究领域中一项重要的课题。目前,果蔬较为常用的贮藏保鲜技术包括:冷藏保鲜、临界低温保鲜、防腐
保鲜剂保鲜、臭氧气调保鲜、气调保鲜等,但这些技术的应用均受到场地和条件的限制无法普及。相比之下,纳米材料具有抗菌杀毒、低透氧率、低透湿率、阻隔二氧化碳、吸收紫外线、自洁功效与良好的阻隔性及力学性能等优良特性,其应用也很方便。球磨
    将纳米材料加入涂膜剂,可以有效地延长果蔬贮藏保鲜的周期。纳米二氧化钛、纳米硅氧化物、银系纳米材料、壳聚糖/明胶/TiO2复合膜等纳米材料都已成功的应用于果蔬的贮藏保鲜。陈丽等将TiO2纳米材料应用于PVC(聚氯乙烯)保鲜膜,结果表明,研制的富士苹果PVC/TiO2纳米保鲜膜抗拉强性高,相比同等未添加纳米材料的保鲜膜,其断袭纵向拉伸度提高约36%,横向拉伸强度约提高11%,透氧率降低18%,且二氧化碳仅减少1.5%。马李一等试验表明,加入纳米SiOx涂膜剂,水晶梨的失重率与腐烂率都显著小于其它涂膜液(P0.05);与对照组相比,SiOx涂膜剂处理的果蔬含有较高的VC、有机酸及固形物含量,果实的亮度与泽好,而且明显地延长了果蔬贮藏期。刘晶以常规低密度聚乙烯(LDPE)保鲜膜配方组分为载体,添加含银系纳米材料母粒,吹塑研制出粒径40~70nm的纳米防霉保鲜膜。实验结果表明,已接种灰霉菌的PDA(马铃薯培养基),经4%(W/W)银系纳米母粒浸提液浸泡的滤纸圆片处理于26~28℃恒温培养条件下,其最大抑菌效率较对照提高1倍,含4%(W/W)银系纳米材料保鲜膜制品圆片的最大抑菌效率提高
67.9%。闻燕等用阴离子表面活性剂十二烷基磺酸钠(SDS)改性的纳米TiO2,以不同掺杂比与2%壳聚糖醋酸溶液相混合,用流延法制得分散比较均匀的纳米复合膜,结果表明,纳米TiO2的适当加入有利于提高膜的抗水性,当纳米TiO2的掺杂比为1%时,复合膜的湿态抗张强度和抗水性分别为27.25MPa和45.6%,相比壳聚糖膜,分别提高了40%和11.6%。明胶质量分数为0.30时,掺杂TiO2为0.01、0.02的复合膜较壳聚糖/明胶共混膜的湿强及干态韧性分别提高了55.9%、40.8%和49.7%、47.9%。

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