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论食品科学中纳米技术的应用

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摘 要:随着科学技术的飞速发展,纳米技术的研究也日益成熟,在人们生活的方方面面已经得到了广泛应用,特别是食品、医药、材料、化工和能源等相关领域,为社会创造了巨大的经济社会效益。论文在对纳米材料和技术等方面论述的基础上,进一步探讨了纳米在食品科学中的应用情况,并提出自己的观点,希望为食品科学研究起到抛砖引玉的作用。
中国论文网 http://www.xzbu.com/3/view-3696342.htm
  关键词:食品科学,纳米技术,纳米材料,应用
  一、引言
  二十世纪末纳米技术开始兴起,随着人们的重视程度不断提高和研究的进一步深入,纳米技术在医药上的许多研究成果正逐步地应用于食品行业,并且开发、生产了许多新型的食品和一些具有良好功效和特殊功能的保健食品,纳米技术在食品方面的取得了卓越的成绩。
  二、纳米技术概述
  所谓纳米,它是一种几何尺寸的度量单位,l纳米为百万分之一毫米,也就是十亿分之一米的长度。由于纳米材料的微观粒子非常的小,进而表现出特殊的力学、热学、物理和化学特性,并且具备特殊的功能。[1]总体而言,纳米材料具有优异的晶粒尺寸小、表面效应、量子尺寸效应、体积效应等,这些特性使得纳米技术广泛应用于食品工艺。[2]从二十世纪九十年代初开始,纳米电子学、纳米材料学、纳米生物学、纳米化学、纳米药物学以及纳米生物技术的到了快速发展,同时有关的新名词、新概念也不断涌现。人们对纳米技术的理解较为模糊,一直以来人民对其研究也处于起步阶段,还有待于我们进一步深入研究。纳米技术的主要目标是,根据纳米结构所具有的特性和功能,结合人们的需求,对材料进行加工,并制造具有特定功能的产品,给人们带来全新的技术革命。此外,在设计过程中在原子、分子的水平上运用纳米技术进行材料设计,进而制造出具有全新性质和各种功能的材料,从而满足人们日益增长的生活需求。
  三、食品科学中纳米技术的应用
  随着纳米技术的快速发展,纳米食品生产取得了可喜的成绩。到目前为止,纳米食品产品已经超过三百种,一大部分食品已经实现了商业化。据相关统计预测,到2013年我国纳米食品市场将达到250亿美元。[3]由此可见,纳米技术在食品上的应用有较为广阔的前景。纳米技术在食品上的应用和研究主要包括:纳米包装材料、纳米食品加工以及纳米检测技术等诸多方面,具体应用如下:
  (一)微乳化技术和纳米胶囊制备技术
  微乳液其实就是通过将两种互不相溶的液体形成的吉布斯自由能最小、状体均匀并且稳定,各向同性、粒径大小为l-100纳米、外观透明或半透明的分散体系,而制备该微乳液的技术也称为微乳化技术。自从上个世纪末以来,人们加大对微乳理论和应用的研究,并将微乳化技术已应用于纳米颗粒、微胶囊和纳米胶囊的制备。采用纳米技术,将微胶囊制备成具有粒径大小在10-1000纳米尺寸的新型材料。由于纳米胶囊颗粒微小,形成胶体溶液,易于分散和悬浮在水中,并形成清澈透明的液体,从而使所载的药物或食品功能因子改变分布状态而浓集于特定的靶组织,进而有利于提高疗效的目的,增加药品生产效率。[4]此外,由于分子自组装技术特殊的界面分子识别功能,纳米胶囊的制备技术已应用到香料阻燃剂、医药、石油产品以及食品调味品等领域,并且其应用范围将会进一步扩大。调查显示,目前制备纳米胶囊的方法主要有微乳聚合法、乳液中的界面沉积法、乳液中的界面聚合法、复相乳液溶剂挥发法等。
  (二)纳米技术在食品包装与保险技术中的应用
  在食品包装行业,纳米技术的应用最为普遍,并且该技术能给人们带来极大的利益。因为,在包装材料过程中,只需加入一定的纳米微粒就能够有效地增加包装材料的抗菌性能与密封效果,从而更好地为食品包装提高质量安全保障。同时,在冰箱制造行业也能看到纳米技术的应用情况,通过纳米技术能够有效地生产出一些抗菌性的冰箱,从而满足人们日常生活需求。[5]此外,由于纳米材料的尺寸微小(纳米级别),并体现出特殊的功能,在食品包装过程中加入一定的纳米微粒有利于改变对现有包装材料的性能,从而进一步保证食品的安全。甚至已有不少人研究纳米技术在玻璃和陶瓷容器等领域的应用,通过加入纳米颗粒,可以有效地增加了脆性材料的韧性与强度,还可以有效地吸收紫外线防止塑料包装由于时间过长而出现老化、变质等现象,进而增加食品包装的使用寿命,促进食品包装行业的发展。
  (三)纳米技术在超细微粒和纳米粒子制备中的应用
  在当今的高新技术研究领域中,超细微粒尤其是纳米粒子已经成为人们研究的热门方向,并是当今急需加大研究投入的领域。经过超细化处理后的物质,粒子之间的接触面积增大,比表面积也大大增加,界面能显著提高,表面能会发生巨大变化,从而显现出独特的物理与化学性能。通常情况下,制备超细粒子的方法为超细碾磨法,例如市场上比较普遍的具有强抗氧化性的超细绿茶粉与具有强结合水能力的超细面粉等。研究表明,粒子越小越有助于人体的吸收消化,约1000纳米的超细绿茶粉呈现出较好的营养消化和吸收率,其营养价值大大超出普通的绿茶粉。[6]再比如近年来迅速发展起来的新技术--超临界流体制备超细微粒技术,也属于纳米技术制备超细粒子的范畴,该技术可以较准确地控制结晶过程,对粒子尺寸进行精确的控制,从而生产出的超细微粒粒径小且粒度分布均匀,该技术在医疗药物制造行业较为普遍,具有非常广阔的应用前景。

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