應用于食品產業：納米技術創新“大有可為”

▲關注后回復數字“1”，加入系列食品微信群

原文作者：Miguel Cerqueira，Lorenzo Pastrana

來源：New Food Magazine

編輯 / 翻譯：Wilbur / Weiwei Ou

納米技術被公認為是食品科學和技術中最有趣的課題之一。

食品級結構在納米應用中已顯示出有趣的特點：作為一種新技術，它不僅能改善食品安全性和質量，還有助于開發出具有獨特性能的創新型食品。據相關預測，以食品產業為重點的納米技術市場將從2015年的70億美元增加至2020年的204億美元。

本文中，來自葡萄牙國際伊比利亞納米技術實驗室（INL）的Miguel Cerqueira和Lorenzo Pastrana將深入探討這一激動人心的領域創新。

圖1：納米技術被公認為是食品科學和技術中最有趣的課題之一

首先，必須提及的是，食物產品存在納米結構并非新發現。一個例子就是牛奶中的酪蛋白顆粒，一直都存在于牛奶中，在納米層面維持牛奶液體的高穩定性。相較于宏微觀維度，材料的納米級維度顯示了巨大的優越性。納米級（1米=10億納米，一張紙的厚度約為10萬納米）對材料的影響與其面積-體積比大小、光學性能、物理化學穩定性，以及低密度和高力學性能密切相關。

圖２：將納米技術融入食品供應鏈

宏微觀維度的優勢引發了食品行業廣泛應用的濃厚興趣，其能夠提高溶解性、生物利用度和感官特性——可以用來防止不良化學反應、保護功能化合物的抗化學降解、避免原料和食品基質之間的相容性等問題。

過去數年里，納米技術驅動了食品行業開發新的高性能原料，因此，實驗室乃至工業級的應用都成倍增長。在過去20余年，相關出版文章及專利分別增加了40%和90%。這一系列數據充分顯示了食品行業研究者及企業對使用納米技術的濃厚興趣，以及將納米技術產品應用于食品加工環節的巨大潛力。

圖3：電子顯微鏡圖像掃描：a）通過電噴霧制成的乳清分離蛋白膠囊及b)通過納米噴霧制成的乳鈦蛋白納米膠囊，放大5000x的視圖，比例尺為20μm

。

納米技術為農業和食品行業帶來了諸多機遇，如種植農業領域會受益于效益增強型農藥的使用（例如噴灑時添加納米乳劑）；提高動物飼料的效用和營養價值（例如，在反芻消化過程通過毫超微包囊法保護蛋白質和氨基酸）；動物疾病的診斷，或水中致病菌的檢測（例如智能傳感器）等。

對食品行業而言，納米技術為消費者和制造商提供了許多潛在的益處，主要集中在食品加工、配方、包裝和運輸過程中。圖2展示了如何將納米技術融入食品供應鏈的例子。

在食品加工過程中，分離混合物時，可以選擇使用納米多孔膜或高比表面積膜過濾。納米系統酶的固定也可以提高其效率、穩定性和重復使用性，從而降低加工過程的成本。其他可應用于食品加工的納米技術還包括：使用納米結構以獲取食品的新質構特性；利用納米原纖和聚集蛋白質；在分子結晶時可通過納米結晶結構圈閉油料。這些應用將能夠通過影響溫度、PH值和酶來減少原材料使用，改變光學性質，控制流變等。在食品包裝中，納米技術的優勢顯而易見，而且與產品加工一樣，包裝成為納米技術較為成熟的領域之一。在該領域，納米技術已被用來改善材料性能（改善材料的阻隔和物理性能、輕型材料等），同時還被應用于開發智能包裝系統。此外，具有抗菌性能（例如氧化鋅和銀納米粒子）的納米顆粒還被用于減少貯藏過程中微生物的生長，延長食品保質期。這將有益于貨架期相對較短的食品（如新鮮豬肉、羊肉和魚等），而貨架期的增加將明顯提升行業優勢（例如，用于出口目的的運輸）。

智能包裝是納米技術應用可能性較大的另一領域。智能食品包裝系統可以監測并顯示已包裝食品質量，從而保證其安全性，監測過程不僅包括行業和零售商的存儲和運輸過程，還包括售至消費者的過程。其中的一些例子有傳感器驅動的RFID（射頻識別）標簽和指示器，它們通過納米技術來告知包裝食品的質量或新鮮度。

相同的納米技術還被用于食品安全領域。事實上，整個食品供應鏈得益于對化學和微生物危害檢測和控制的改進，從而促進了食品安全，并最終提高了食品的市場價值。目前，已經開發了幾款基于化學和生物檢測的傳感器來檢測和測量揮發物（如氧）和細菌的存在（如單核細胞增生李斯特氏菌）。這些傳感器是基于納米技術而開發的設備，能夠測量少量的化合物，有助于快速控制食品質量和安全。食品行業的發展趨勢之一，即根據需求建立個性化的營養計劃，并允許消費者根據自己的最佳利益選擇安全的食品。而納米技術在食物產品強化和豐富的過程中發揮著至關重要的作用。納米封裝技術的使用可以保護功能性成分，提高其穩定性、生物利用度及已有機制。相較于既存技術系統，通過納米壓縮，可以開發出數種復合類產品，如維生素、礦物質、抗氧化劑、多不飽和脂肪酸等，并能獲得更好的穩定性（減少光照和溫度等環境條件的影響），改善感官特性（FL味和顏色的低影響），提高生物利用度（通過釋放控制提高人體腸道吸收）。圖3展示了通過納流噴霧和電子噴霧生產的納米顆粒，材料為可用于包裝數種生物活性復合物的乳清蛋白。

越來越多的已發表文章和專利表明納米技術應用于食品行業的可能性將大大增加。盡管包裝和食品加工等領域的應用已成為現實，但其他一些應用仍需要推進。

幾年前，納米級食品結構的研究看起來是一個烏托邦，但今天，由于設備、分析軟件和新制備技術（如低溫透射電子顯微鏡和小角X射線散射光譜）的巨大進步，研究人員能夠評估食品結構并開發新的納米級系統。

目前，食品行業面臨著因為新技術使用而帶來的監管和消費者行為改變等方面的困惑。就監管而言，食品行業對使用納米技術有著明確定義。就消費者行為而言，仍需繼續努力管理和改變消費者對日常消費食品使用納米技術的態度觀點。促進科學知識在利益相關者中的傳播，降低他們對與食品納米技術相關的風險認知。在這方面，政府組織、學術機構和行業的作用都舉足輕重，它們應該共同努力，向消費者展示在食品產業鏈中應用納米技術的優勢和安全性，以增加納米技術產品的接受度。

提示：

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

* 圖片來源：New Food Magazine

*投稿，內容合作，聯系Mote Chan（微信：motechenfbif）

/ 更多文章 /

• 如何不靠防腐劑而是通過包裝技術解決貨架期難題？

• 17項經科學證實的Omega-3脂肪酸益處

/微信群/

添加Mote Chan微信（微信號：motechenfbif），申請加入CEO、營銷、創業、研發、設計、啤酒、包裝、嬰幼兒食品、生產&供應鏈、添加劑、功能性食品、乳品、飲料、休閑食品等微信群（群成員包含雀巢，可口可樂，百事，百威，伊利，蒙牛，康師傅，農夫山泉，紅牛等全球高管）（級別可參考：FBIF2017嘉賓）。

點擊閱讀原文，查看更多創意文章