纳米材料在食品中的应用

纳米材料在气调包装中应用

摘要：本文主要介绍了纳米技术概念以及纳米材料的优异特性, 以及纳米技术在先进的气调包装的最新应用。

Abstract： This article mainly introduced the concept of nanotechnology and the excellent properties of nanometer materials, analyzed the application of nanotechnology in the gas packaging

关键词:纳米技术、纳米材料、气调包装

Keywords：nanotechnology nanomaterial modified atmosphere packaging technique

一、纳米技术概念

纳米技术（nanotechnology）是用单个原子、分子制造物质的科学技术，研究结构尺寸在1至100纳米范围内材料的性质和应用。纳米科学技术是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术，它是现代科学（混沌物理、量子力学、介观物理、分子生物学）和现代技术（计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术）结合的产物，纳米科学技术又将引发一系列新的科学技术，例如：纳米物理学、纳米生物学、纳米化学、纳米电子学、纳米加工技术和纳米计量学等

二、纳米材料

20 世纪 90 年代初兴起的纳米技术,被认为是 21世纪科技发展的前沿

是研究由尺寸在 0.1 ～ 100nm 之间的物质组成的体系的运动规律和相互作用以及可能的实际应有的完整体系。它的出现标志着人类改造自然的能力已延伸到原子、分子水平, 标志着人类科学技术已进入一个新的时代——纳米科技时代。其科学价值和应用前景已逐渐被人们所认识, 纳米科学与技术被认为是21 世纪 3 大科技之一。纳米技术主要包括:纳米物理学、纳米化学、纳米材料。

纳米材料是纳米科学技术最基本的组成部分。纳米材料可定义为:把组成相或晶粒结构控制在100nm 以下长度尺寸的材料。从广义上说, 纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺寸长度范围或由它们作为基本单元构成的

材

三、气调包装

气调包装国外又称MAP或CAP、国内称气调包装或置换气体包装、充气包装。气调包装(modified atmosphere packaging，简称MAP)是指在一定条件下改善包装内环境的气氛，并在一定时间内保持相对稳定，抑制或延缓产品的变质过程，从而延长产品的货架期[5]。具体来说就是采用具有气体阻隔性能的包装材料包装食品，根据客户实际需求将一定比例O2+CO2+N2，N2+CO2，O2 +CO2混合气体充入包装内，防止食品在物理、化学、生物等方面发生质量下降或减缓质量下降的速度，从而延长食品货架期，提升食品价值应用范围:可广泛用于肉、禽、鱼以及果蔬等新鲜食品、熟肉制品、面包糕点等焙烤食品的包装。经过气调包装的食品，由于较好地保持了食品原有的口感、色泽、形状及营养，同时可达到较长的保鲜期，已越来越受到食品加工厂商及消费者的青睐。在欧美市场采用气调包装的食品发展个分迅速，年增长速度高达25%，目前每年气调包装的总量已超过50亿盒之瑞典公司推出采用充满100%CO2气体的包装袋、容器、贮藏室来贮藏肉类。高浓度的CO2能阻碍需氧细菌与霉菌等微生物的繁殖，延长微生物增长的停滞期及指数增长期，起防腐防霉作用。该法能使猪肉不需冷冻处理可保存120天，如再加压处理，贮藏时间更长。这一方法引起美国、澳大利亚等肉类输出国的极大关注。

四、气调包装原理

气调系统中同时存在着两种过程：一是产品的生理系列化过程 ,即新陈代谢的呼吸过程二是包装材料透气作用导致产品与包装内气体的交换过程,这两个过程使气调系统成为一个动态系统。而气调包装就是在这两个环节中做了一些调整。气调包装的原理可归纳为两点 : ①破坏微生物赖以生存繁殖的环境。②满足维护食品内部细胞一定的活性,延缓其生命食品贮藏过程中有两个主要影响因素,即需氧菌和氧化反应,两者均需要O2因此,要延长货架期或保持果蔬的品质,就需要降低环境的O2含量，试验证明,当包装内的O2 含量< 1%。各种细菌生长就急速下降 ,降低到 0.5% 时 ,其生长受到抑制并停止繁殖。然而 ,一些果蔬

的腐烂变质是由于厌氧 /微需氧微生物氧化反应,实际上单独利用真空包装对其有效,并且产品不可避免地被皱缩而不适合多的食物。气调包装技术是特别为真空包装

五、纳米材料在气调包装中应用

5.1.纳米复合包装材料。随着包装的迅猛发展, 包装对特种功能需求的增加, 诸如防爆、防电磁、迷彩、高阻隔包装等要求的出现, 促进了纳米包装技术的发展。由纳米材料复合而成的纳米包装材料就成了当今所需要的一类高新材料。目前研究得最多的纳米复合材料是聚合物基纳米复合材料(PNMC)。例如在高分子聚合物中加入10%的纳米的TLMC(热致液晶聚合物), 就会使材料的拉伸强度提高到450MPa , 从而大大拓展其用途, 亦节省了稀缺资源。高阻隔性包装是指对氧气、水蒸气、二氧化碳等有高阻隔性的包装, 高阻隔包装常采用多层复合膜。药用泡罩包装材料包括药用铝箔、塑料硬片(最常用的材料是药用聚氯乙烯PVC硬片)、热封涂料等。但因为药品对湿气、氧气等敏感和人们对药用包装要求的提高及药品储存期的延长, 现在正在采用新技术将塑料硬片复合一层高阻隔性材料, 如PVDC等,以提高对湿气等气体的阻隔性能, 最具有代表的结构为PVC/ PVDC, PVDC作为高阻隔层材料, 其最大的特点就是对气体水蒸汽具有优异的阻隔性, 能很好的保持药品原味。添加纳米级材料的无机粒子可以极大地改进基础树脂的物性, 在高阻隔包装材料中发挥神奇的作用。如德国 Bayer公司推出的尼龙纳米复合材料, 把化学改性的硅酸盐粘土分散在 PA6薄膜中, 这些细小颗粒不影响薄膜透明度, 但建立了迷宫式的气体通路, 减慢气体通过薄膜的进程。日本纳米材料公司将纳米复合材料涂在各种薄膜基体上, 据称阻隔性与镀铝膜相同。既具有无机材料的高阻隔性又有塑料透明性的涂氧化硅膜是塑料阻隔技术发展的代表, 这种薄膜光泽、透明性好, 阻隔性优于一般共挤出薄膜和 PVDC涂布膜。氧化硅的深层厚度仅为 0.05 ～ 0.06μm, 不会影响透明度, 氧气、水蒸气的透过率极低, 而且与塑料膜粘合极牢, 抗弯折性极佳, 耐消毒,因而在美国、日本等发达国家已生产和使用。

5.2纳米抗菌包装材料。传统的抗菌材料一般采用以银、铜、锌等金属离子为抗菌活性成分的抗菌剂生产工艺, 新的MOD系列纳米高性能无机抗菌剂是将纳米技术导入无菌复合包装, 是以MOD活性基因及无机纳米银化合物为主要抗菌成份, 以各种无机材料为载体而制成的无机抗菌粉体。该抗菌材料采用高科技