应用于食品产业：纳米技术创新“大有可为”

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原文作者：Miguel Cerqueira，Lorenzo Pastrana

来源：New Food Magazine

编辑 / 翻译：Wilbur / Weiwei Ou

纳米技术被公认为是食品科学和技术中最有趣的课题之一。

食品级结构在纳米应用中已显示出有趣的特点：作为一种新技术，它不仅能改善食品安全性和质量，还有助于开发出具有独特性能的创新型食品。据相关预测，以食品产业为重点的纳米技术市场将从2015年的70亿美元增加至2020年的204亿美元。

本文中，来自葡萄牙国际伊比利亚纳米技术实验室（INL）的Miguel Cerqueira和Lorenzo Pastrana将深入探讨这一激动人心的领域创新。

图1：纳米技术被公认为是食品科学和技术中最有趣的课题之一

首先，必须提及的是，食物产品存在纳米结构并非新发现。一个例子就是牛奶中的酪蛋白颗粒，一直都存在于牛奶中，在纳米层面维持牛奶液体的高稳定性。相较于宏微观维度，材料的纳米级维度显示了巨大的优越性。纳米级（1米=10亿纳米，一张纸的厚度约为10万纳米）对材料的影响与其面积-体积比大小、光学性能、物理化学稳定性，以及低密度和高力学性能密切相关。

图２：将纳米技术融入食品供应链

宏微观维度的优势引发了食品行业广泛应用的浓厚兴趣，其能够提高溶解性、生物利用度和感官特性——可以用来防止不良化学反应、保护功能化合物的抗化学降解、避免原料和食品基质之间的相容性等问题。

过去数年里，纳米技术驱动了食品行业开发新的高性能原料，因此，实验室乃至工业级的应用都成倍增长。在过去20余年，相关出版文章及专利分别增加了40%和90%。这一系列数据充分显示了食品行业研究者及企业对使用纳米技术的浓厚兴趣，以及将纳米技术产品应用于食品加工环节的巨大潜力。

图3：电子显微镜图像扫描：a）通过电喷雾制成的乳清分离蛋白胶囊及b)通过纳米喷雾制成的乳钛蛋白纳米胶囊，放大5000x的视图，比例尺为20μm

。

纳米技术为农业和食品行业带来了诸多机遇，如种植农业领域会受益于效益增强型农药的使用（例如喷洒时添加纳米乳剂）；提高动物饲料的效用和营养价值（例如，在反刍消化过程通过毫超微包囊法保护蛋白质和氨基酸）；动物疾病的诊断，或水中致病菌的检测（例如智能传感器）等。

对食品行业而言，纳米技术为消费者和制造商提供了许多潜在的益处，主要集中在食品加工、配方、包装和运输过程中。图2展示了如何将纳米技术融入食品供应链的例子。

在食品加工过程中，分离混合物时，可以选择使用纳米多孔膜或高比表面积膜过滤。纳米系统酶的固定也可以提高其效率、稳定性和重复使用性，从而降低加工过程的成本。其他可应用于食品加工的纳米技术还包括：使用纳米结构以获取食品的新质构特性；利用纳米原纤和聚集蛋白质；在分子结晶时可通过纳米结晶结构圈闭油料。这些应用将能够通过影响温度、PH值和酶来减少原材料使用，改变光学性质，控制流变等。在食品包装中，纳米技术的优势显而易见，而且与产品加工一样，包装成为纳米技术较为成熟的领域之一。在该领域，纳米技术已被用来改善材料性能（改善材料的阻隔和物理性能、轻型材料等），同时还被应用于开发智能包装系统。此外，具有抗菌性能（例如氧化锌和银纳米粒子）的纳米颗粒还被用于减少贮藏过程中微生物的生长，延长食品保质期。这将有益于货架期相对较短的食品（如新鲜猪肉、羊肉和鱼等），而货架期的增加将明显提升行业优势（例如，用于出口目的的运输）。

智能包装是纳米技术应用可能性较大的另一领域。智能食品包装系统可以监测并显示已包装食品质量，从而保证其安全性，监测过程不仅包括行业和零售商的存储和运输过程，还包括售至消费者的过程。其中的一些例子有传感器驱动的RFID（射频识别）标签和指示器，它们通过纳米技术来告知包装食品的质量或新鲜度。

相同的纳米技术还被用于食品安全领域。事实上，整个食品供应链得益于对化学和微生物危害检测和控制的改进，从而促进了食品安全，并最终提高了食品的市场价值。目前，已经开发了几款基于化学和生物检测的传感器来检测和测量挥发物（如氧）和细菌的存在（如单核细胞增生李斯特氏菌）。这些传感器是基于纳米技术而开发的设备，能够测量少量的化合物，有助于快速控制食品质量和安全。食品行业的发展趋势之一，即根据需求建立个性化的营养计划，并允许消费者根据自己的最佳利益选择安全的食品。而纳米技术在食物产品强化和丰富的过程中发挥着至关重要的作用。纳米封装技术的使用可以保护功能性成分，提高其稳定性、生物利用度及已有机制。相较于既存技术系统，通过纳米压缩，可以开发出数种复合类产品，如维生素、矿物质、抗氧化剂、多不饱和脂肪酸等，并能获得更好的稳定性（减少光照和温度等环境条件的影响），改善感官特性（FL味和颜色的低影响），提高生物利用度（通过释放控制提高人体肠道吸收）。图3展示了通过纳流喷雾和电子喷雾生产的纳米颗粒，材料为可用于包装数种生物活性复合物的乳清蛋白。

越来越多的已发表文章和专利表明纳米技术应用于食品行业的可能性将大大增加。尽管包装和食品加工等领域的应用已成为现实，但其他一些应用仍需要推进。

几年前，纳米级食品结构的研究看起来是一个乌托邦，但今天，由于设备、分析软件和新制备技术（如低温透射电子显微镜和小角X射线散射光谱）的巨大进步，研究人员能够评估食品结构并开发新的纳米级系统。

目前，食品行业面临着因为新技术使用而带来的监管和消费者行为改变等方面的困惑。就监管而言，食品行业对使用纳米技术有着明确定义。就消费者行为而言，仍需继续努力管理和改变消费者对日常消费食品使用纳米技术的态度观点。促进科学知识在利益相关者中的传播，降低他们对与食品纳米技术相关的风险认知。在这方面，政府组织、学术机构和行业的作用都举足轻重，它们应该共同努力，向消费者展示在食品产业链中应用纳米技术的优势和安全性，以增加纳米技术产品的接受度。

提示：

*来源：New Food Magazine，原文：Nanotechnology in the food industry: ‘plenty of room’ to innovate

* 图片来源：New Food Magazine

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