■ 文/李丹，李中華，金林宇，何思遠(yuǎn)，孟魯建

（1、海軍特色醫(yī)學(xué)中心；2、上海交通大學(xué)；3、解放軍31673部隊(duì)）

納米技術(shù)是新興的科學(xué)應(yīng)用技術(shù)，納米技術(shù)是指對(duì)尺寸在1-100nm之間的材料進(jìn)行研究的科學(xué)應(yīng)用技術(shù)[1-3]。結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定性能，物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)決定物質(zhì)的宏觀性質(zhì)，物質(zhì)的宏觀性質(zhì)決定物質(zhì)的宏觀性能，通過研究物質(zhì)的納米微觀結(jié)構(gòu)了解物質(zhì)的宏觀結(jié)構(gòu)和性能，通過探索改變物質(zhì)的納米微觀結(jié)構(gòu)來(lái)改變物質(zhì)的宏觀結(jié)構(gòu)和性能。納米技術(shù)使得人類對(duì)于物質(zhì)的了解更進(jìn)一步，無(wú)數(shù)領(lǐng)域得到了飛速的發(fā)展，甚至在某些領(lǐng)域突破了關(guān)鍵的瓶頸，實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛越，其技術(shù)在很多領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[4-7]，例如生物醫(yī)藥、水處理、電子技術(shù)和機(jī)械等領(lǐng)域。總之，納米技術(shù)使得如今的科學(xué)技術(shù)得到了快速的發(fā)展。

食品是人類生活必不可少的，包括各類水果蔬菜肉類等，對(duì)于各類食品，儲(chǔ)藏和運(yùn)輸損耗是目前存在的問題。以果蔬行業(yè)為例，中國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，每年都有著大量的蔬果生產(chǎn)量，但由于我國(guó)在蔬果保鮮技術(shù)、冷鏈運(yùn)輸和低溫儲(chǔ)存等方面相對(duì)落后，導(dǎo)致每年都有大量的水果蔬菜變質(zhì)損壞[8]，損壞率平均高達(dá)25%，同樣對(duì)于其他食品亦是如此。在食品的整個(gè)生產(chǎn)制造流程中，食物非常容易受到損害，包括物理?yè)p害、化學(xué)損害和生物損害等，變質(zhì)的食物會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生危害，食物變質(zhì)的同時(shí)產(chǎn)生的有害物質(zhì)對(duì)人體造成損害。所以，研究開發(fā)出具有良好保鮮性能、安全和無(wú)毒的食品包裝材料就顯得尤為必要。為了達(dá)到食物更長(zhǎng)時(shí)間的保鮮效果，目前市面上常用的保鮮手段為化學(xué)保鮮方法，其中包括：添加防腐劑、抗氧化劑、干燥劑等化學(xué)試劑來(lái)延長(zhǎng)食物的保存時(shí)間，一方面，這類保鮮方法會(huì)在一定程度上影響食物口感，另一方面添加劑對(duì)人體會(huì)有一定的危害，這些方式都不是推薦的保鮮方式。

納米包裝材料指通過納米技術(shù)將納米粒子與包裝材料復(fù)合，通過納米添加、納米合成和納米改性等方式，加工成具有納米尺度、納米結(jié)構(gòu)或特殊功能的納米包裝材料[9-10]。納米技術(shù)正改變著食品包裝行業(yè)，納米包裝材料能滿足大部分需求，推動(dòng)食品行業(yè)的發(fā)展,納米技術(shù)在食品領(lǐng)域的應(yīng)用如圖1。納米包裝材料種類繁多，在包裝材料方面，納米技術(shù)有納米復(fù)合包裝材料，通過功能性分子材料與聚合物進(jìn)行復(fù)合或者通過特殊的納米技術(shù)工藝得到具有良好阻隔性、保鮮性和高阻隔性能的強(qiáng)化功能的薄膜。納米技術(shù)有活性包裝袋，通過在包裝袋中加入抑菌的納米微粒使得包裝袋具有抑制細(xì)菌生長(zhǎng)的效果。復(fù)合有納米傳感器的包裝袋可以用來(lái)偵測(cè)包裝袋里的細(xì)菌，或者利用納米技術(shù)可以制備高安全性的高阻隔包裝袋。

圖1 納米技術(shù)在食品領(lǐng)域的應(yīng)用

一、納米技術(shù)在食品包裝領(lǐng)域的應(yīng)用

食品包裝領(lǐng)域一直存在著包裝袋內(nèi)食品保鮮時(shí)間不長(zhǎng)容易變質(zhì)等問題，納米技術(shù)以其獨(dú)特的性質(zhì)和優(yōu)勢(shì)，為食品包裝領(lǐng)域解決了諸多的問題。納米包裝材料也種類繁多，有通過納米技術(shù)加工工藝制備的納米結(jié)構(gòu)包裝材料，有通過將功能性分子與高分子材料進(jìn)行復(fù)合制備納米包裝材料，有通過納米粒子的加入賦予包裝材料特殊的性能，有通過納米分子篩使得材料具有良好的透氣性和保鮮性能。根據(jù)已有文獻(xiàn)，綜述納米技術(shù)在食品包裝的應(yīng)用主要有如下四類應(yīng)用：

（一）納米復(fù)合包裝材料

納米復(fù)合材料包裝是指通過功能性分子與聚合物通過特殊的納米技術(shù)工藝得到具有良好力學(xué)強(qiáng)度、良好阻隔性和保鮮性的強(qiáng)化功能的納米復(fù)合材料。納米材料具有諸多的優(yōu)良特性，例如氣體阻隔性能、溫度、濕度阻隔性能，通過將功能性分子與聚合物材料進(jìn)行復(fù)合，很好的改善聚合物的性能，使得材料具有良好的上述性能?？梢愿纳瓢b袋的氣體阻隔性能、溫度調(diào)節(jié)能力和力學(xué)性能。

通過納米技術(shù)工藝改變包裝材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，制備出具有納米結(jié)構(gòu)的包裝材料，使得包裝材料獲得納米材料的突出性能。王雪芳[14]等同過靜電紡絲的方法制備出具有抗菌效益的TiO2/PLA復(fù)合納米纖維膜，研究進(jìn)行了草莓保鮮實(shí)驗(yàn)，納米纖維膜有效的延長(zhǎng)了草莓的保鮮時(shí)間。靜電紡絲是應(yīng)用較為廣泛的納米技術(shù)，通過靜電紡絲方法可以制備出具有納米級(jí)別間隙孔洞的微觀結(jié)構(gòu)，使得制備出來(lái)的膜具有納米微孔結(jié)構(gòu)，提升了力學(xué)性能和氣體的選擇透過性，從而使得制備出來(lái)的保鮮膜具有良好的保鮮效果。Qian[15]等通過研究開發(fā)出TiO2/PLA復(fù)合材料膜，利用TiO2良好的光催化能力和抑菌效果，得出復(fù)合材料具有良好的抑菌效果。溫棚[16]通過靜電紡絲的方法制備出肉桂精油與聚乳酸的復(fù)合納米纖維保鮮膜，大幅延長(zhǎng)了肉類制品的保鮮時(shí)間。

（二）直接添加納米粒子的活性包裝材料

添加納米活性物質(zhì)可以增加包裝袋的各項(xiàng)性能。很多種類納米材料：納米氧化銅、納米銀、納米二氧化鈦、納米氧化鎂、氧化鋅和碳納米管能提供抑菌效果[17-20]。例如在將透光的納米SiO2粒子與普通的塑料薄膜進(jìn)行復(fù)合，可以大幅提升塑料薄膜的透明度韌性等性能，增加了薄膜的應(yīng)用范圍。在聚酯材料中添加復(fù)合納米溶膠能顯著提升材料的阻隔性能。同時(shí)納米氧化鋅也是很好的納米材料，能夠賦予材料良好的力學(xué)性能和抗菌性能。

常見的納米粒的性能作用如下表1所示。

表1 常見的納米粒的性能作用

通過將具有特殊性能的納米粒子與材料進(jìn)行復(fù)合可以大幅改變提升材料的性能，例如納米銀在包裝袋中的應(yīng)用使得包裝袋具有良好的保鮮性能，銀能夠使得食物釋放出的乙烯快速氧化，從而減少乙烯對(duì)食物的影響[21-23]。納米TiO2粒子具有很強(qiáng)的紫外吸收和光催化降解能力，在食品包裝袋中添加納米TiO2粒子能很好的抗紫外線，改性納米TiO2粒子具有優(yōu)異的性能，能賦予材料較好的力學(xué)性能和較好的保鮮性能[24-26]。同時(shí)納米氧化鋅也是很好的納米材料，能夠賦予材料良好的力學(xué)性能和抗菌性能[27-30]。有機(jī)蒙脫石能與保鮮材料復(fù)合。

劉媛媛[31]等研究開發(fā)出具有抑菌效果的改性納米TiO2復(fù)合大豆分離蛋白保鮮膜，并研究探討了抑菌保鮮膜的最佳抑菌效果的制備工藝。袁志[32]等人自主開發(fā)出改性納米TiO2復(fù)合殼聚糖保鮮膜，改性TiO2賦予膜較高的力學(xué)性能、較低的透氧率和較低的透濕率，大幅增加了蔬果的保鮮時(shí)間。李喜宏[33]等制備研究了鈉米 ZnO/PVC膜對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的體外抑菌作和對(duì)蘋果防腐保鮮效果的影響，以及納米ZnO含量、溶液pH值、培養(yǎng)條件(無(wú)光和光照)等對(duì)納米膜抑菌能力的影響。同時(shí)研究結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)所用ZnO粒子含量越高，抑制細(xì)菌的效果越高，保鮮性能也就越好。張改梅[34]等自主研究開發(fā)出具有抗菌性能的納米銀保鮮膜，在不同放電功率、不同放電時(shí)間、不同本底氣壓的條件下制備不同厚度的納米銀薄膜，并對(duì)不同實(shí)驗(yàn)參數(shù)下制備的納米銀薄膜進(jìn)行抗菌性及保鮮性試驗(yàn)進(jìn)行了研究。研究出了濺射時(shí)間與薄膜厚度對(duì)抗菌性能的影響。李群[35]等研究開發(fā)出一種抗菌型納米纖維基保鮮膜，主要以微纖化納米纖維素(MFC)與殼聚糖乙酸水溶液在適當(dāng)配比條件下采用超聲波共混后完成新型抗菌型納米纖維基保鮮膜的制備。保鮮膜的納米纖維結(jié)構(gòu)使得保鮮膜兼具納米材料的諸多優(yōu)點(diǎn)，例如高效抗菌、高透氣性、高透明度、高粘接性、皮膜柔韌性及耐磨性等。

（三）智能納米傳感器包裝材料

智能納米傳感器包裝是指將納米傳感器應(yīng)用于食品包裝。納米傳感器可用來(lái)檢測(cè)食品在儲(chǔ)存過程中的變化，一方面鑒定食品是否損壞，各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)是否符合標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)鑒定有沒有細(xì)菌的滋生，空氣中的氣體含量變化，同時(shí)納米傳感器具有較高的阻隔性，降低氣體和水蒸氣的透過率，對(duì)食品起到保鮮的作用。可用來(lái)檢測(cè)感應(yīng)食物中的生物化學(xué)微生物變化和事物的變壞程度，一些智能包裝被用作事物安全檢測(cè)器。幾種納米傳感器在食品包裝領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，包括納米微粒傳感器、電子鼻、納米懸臂、溶液中的納米微粒和納米條。MILLS等[36]自主研究開發(fā)出氧氣傳感器包裝，以自主研發(fā)的納米晶粒作為納米傳感器，對(duì)包裝袋中的氧氣成分進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以確保包裝袋的密封完整性。

（四）分子篩納米包裝材料

分子篩是一種人工合成的具有分子篩選性的水合硅鋁酸鹽，在結(jié)構(gòu)上具有孔徑均勻排列整齊的納米微孔結(jié)構(gòu)，不同孔徑的分子篩不同直徑不同形狀的分子分離開來(lái)，這也就是分子篩的選擇透過性，分子篩的結(jié)構(gòu)示意圖如下圖2。經(jīng)過快速的發(fā)展，分子篩以其突出的選擇透過性作為吸附劑、分離劑和例子交換劑等廣泛的應(yīng)用于各大行業(yè)。將分子篩應(yīng)用于食品包裝領(lǐng)域，特別是蔬果領(lǐng)域，能夠起到對(duì)食品包裝中氣體成分調(diào)節(jié)的作用，使得保鮮袋中的蔬果和食品處于最佳的狀態(tài)，從而延長(zhǎng)保鮮效果。郭玉花[37]等自主研發(fā)出了納米活性分子篩薄膜，同時(shí)進(jìn)行了納米分子篩薄膜對(duì)草莓保鮮性能的研究，結(jié)果顯示納米分子篩薄膜對(duì)草莓有良好的保鮮效果。徐文才[38]等人自主研發(fā)了分子篩/LDPE共混薄膜，本研究通過改變調(diào)節(jié)作為吸附劑的分子篩合成比例，來(lái)調(diào)節(jié)共混薄膜的性能，進(jìn)行香蕉的保鮮實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示共混膜能顯著增加香蕉的保鮮時(shí)間。

圖2 納米分子篩的結(jié)構(gòu)

二、展望

本文綜述了近幾年來(lái)國(guó)內(nèi)外納米技術(shù)在食品包裝領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀，納米技術(shù)能夠促進(jìn)其所涉及的領(lǐng)域發(fā)生革命性的發(fā)展。納米技術(shù)在食品包裝領(lǐng)域已經(jīng)取得了一定的進(jìn)步和進(jìn)展，納米技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)越性解決了食品包裝領(lǐng)域諸多的問題，通過納米包裝技術(shù)賦予了普通包裝袋諸多優(yōu)良的特性，讓食品領(lǐng)域向前邁了一大步。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，納米技術(shù)研究的不斷精進(jìn)，未來(lái)將有更多特殊功能的材料誕生，而納米材料作為當(dāng)今最具發(fā)展?jié)摿Φ牟牧?，將納米材料應(yīng)用于包裝領(lǐng)域必定是今后的研究熱點(diǎn)。