淺談納米復(fù)合食品包裝材料的制備及應(yīng)用

◎ 梁海霞，陳 健，郭 瑛，周 翔

（1.連云港市食品藥品檢驗(yàn)檢測中心，江蘇 連云港 222000；2.連云港市質(zhì)量技術(shù)綜合檢驗(yàn)檢測中心，江蘇 連云港 222000）

納米材料具有良好的機(jī)械性能、阻隔性能以及耐熱性能，同時具有優(yōu)良的抗微生物和抗菌性能，廣泛應(yīng)用于食品包裝領(lǐng)域。目前，應(yīng)用于食品包裝材料的納米微粒主要有納米Ag、納米TiO2、納米SiO2、納米ZnO等。

1 納米技術(shù)概述

通常1～100 nm的物質(zhì)，被稱為納米粒子。廣義上講，納米材料是指在三維空間中有一維以上處于納米尺度或由它們?yōu)榛締卧獦?gòu)成的材料。當(dāng)物質(zhì)達(dá)到納米級的尺度，物質(zhì)的各種性能就會發(fā)生變化，從而獲得新的功能特性[1]。納米技術(shù)是指在納米尺寸范圍內(nèi)研究物質(zhì)的特性及相互作用，以及利用這些特性的科學(xué)與技術(shù)，廣泛應(yīng)用在原料、化工、醫(yī)藥等領(lǐng)域[2]。由于納米粒子具有大量的表面缺陷和懸空鍵，容易發(fā)生顆粒間的團(tuán)聚，需要對納米粒子進(jìn)行改性來改善其在基體中的分散狀態(tài)，以此獲得高性能的復(fù)合材料。

1.1 納米復(fù)合包裝材料

納米復(fù)合包裝材料是指利用納米科技，將納米微粒或晶體與傳統(tǒng)的包裝材料通過納米添加、納米合成、納米改性等方式，加工成為具備納米尺度、納米結(jié)構(gòu)及特殊功能的新型包裝材料[3]。納米技術(shù)與傳統(tǒng)的包裝材料相結(jié)合，可以有效提高傳統(tǒng)包裝材料的性能，如高阻氣、阻濕性、較高的耐磨性、較高的強(qiáng)度和韌性等，同時具有較好的成型性[4]。隨著添加有無機(jī)納米粒子的新聚合物以及混合物的出現(xiàn)，食品領(lǐng)域生物納米復(fù)合材料的研究應(yīng)用備受矚目。

1.2 納米復(fù)合食品包裝材料的制備

目前，制備納米復(fù)合食品包裝材料常用的方法有物理法、化學(xué)法。物理法是將納米粒子與樹脂基體共混擠出來制備納米復(fù)合食品包裝材料。化學(xué)法又分為插層復(fù)合法和溶膠-凝膠法；插層復(fù)合法主要用于層狀納米粒子復(fù)合材料的制備，又可以分為聚合物熔體插層復(fù)合法和單體插層原位聚合法；溶膠-凝膠法是將有機(jī)組分與無機(jī)組分利用化學(xué)鍵相連得到均一的聚合物材料，與其他方法相比，此方法優(yōu)點(diǎn)是允許摻雜大劑量的納米粒子。

楊燕婷[5]將聚乙烯（PE）塑料粒子與納米母粒（納米粉體（銀系納米抗菌材料、脫鈦型納米二氧化鈦、凹凸棒土），聚乙烯塑料粒子，偶聯(lián)劑KH-570）共混后擠出成型吹膜形成50 μm厚的納米食品包裝薄膜。柳翱等[6]采用溶液插層-流延成膜法，以聚乙烯醇和鈉質(zhì)蒙脫土為原料，制備出了PVA/MMT納米復(fù)合材料薄膜，具有良好的力學(xué)性能和耐水性，可以作為一種新型的食品包裝材料。

2 納米復(fù)合食品包裝材料應(yīng)用

應(yīng)用于食品包裝的納米復(fù)合材料主要有無機(jī)納米粒子和有機(jī)納米粒子兩種。納米材料在包裝方面的應(yīng)用主要在防腐、抗菌、防偽以及防靜電領(lǐng)域。其中，防腐納米包裝材料和抗菌納米包裝材料廣泛應(yīng)用于食品保鮮領(lǐng)域。

2.1 防腐納米包裝材料

食品是一個靈活多變、復(fù)雜不穩(wěn)定的體系，有些食品的水分含量高、蛋白質(zhì)含量豐富，極易滋長微生物而腐敗變質(zhì)。尤其是果蔬產(chǎn)品等新鮮食品在采摘后，由于自身的新陳代謝、細(xì)菌的侵入繁殖等，容易腐爛變質(zhì)。乙烯是很多果蔬產(chǎn)品的代謝產(chǎn)物，生理作用非常顯著，乙烯的量達(dá)到一定的程度（0.1×10-6）就會加速果蔬的腐爛。因而通過清除或者是減少乙烯的量，能夠起到果蔬防腐保鮮的作用。納米Ag粉具有催化作用，在保鮮食品包裝材料中添加納米Ag粉，可加速將水果蔬菜食品中釋放出來的乙烯氧化，減少乙烯含量，從而達(dá)到良好的保鮮效果，納米微粒Fe3O4、NiO、Fe2O3、Co3O4及 Pt、Rh、Ag等 常 用作氧化催化劑。利用納米技術(shù)改造的包裝容器具有保潔、殺菌、保鮮等功能[7]。

李志嘯等[8]在食品包裝材料中添加納米Ag、納米TiO2、納米凹凸棒土和納米SiO2，制備了納米聚乙烯（polyethylene，PE）包裝袋。結(jié)果顯示，納米PE包裝袋能夠有效地抑制貯藏期間雙孢菇木質(zhì)素的積累、組織纖維化及相關(guān)酶活性的上升，較好地保持了雙孢菇貯藏品質(zhì)，延長了貯藏時間。尹曉婷等[9]運(yùn)用超聲波清洗結(jié)合納米包裝技術(shù)對鮮切生菜進(jìn)行保鮮貯藏，通過測定貯藏期間生菜的主要品質(zhì)、生理和微生物指標(biāo)以探討其保鮮作用。結(jié)果表明，超聲波處理結(jié)合納米包裝的鮮切生菜在溫度為（4±0.5）℃、相對濕度在85%～95%的貯藏環(huán)境中貯藏15 d以后仍有一定的商品價值。

2.2 抗菌納米包裝材料

納米抗菌包裝材料是在食品包裝材料中添加一種新型的納米粒子作為抗菌劑。目前，應(yīng)用較多的為食品抗菌薄膜包裝。純天然的基礎(chǔ)食品包裝材料在采用納米技術(shù)改造以后，其抗菌、無菌食品包裝能使菌體沉淀或者變性，從而發(fā)揮驚人的殺菌效果。

郭輝等[10]研究了二氧化硅納米粒子的殺菌性能，結(jié)果表明二氧化硅納米粒在溫度為35 ℃，超聲時間為20 min，pH值為7時對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌以及粘紅酵母都有很好的殺菌效果。劉賀等[11]研究了負(fù)載中性納米SiO2和Nisin（乳酸鏈球菌素）的大豆分離蛋白復(fù)合膜，結(jié)果表明中性納米SiO2含量0.2%、Nisin含量為0.025‰的大豆分離蛋白復(fù)合膜的感官指標(biāo)及抑菌效果較好。采用納米抗菌包裝儲藏大米能夠有效降低大米陳化和劣變的速度，從而達(dá)到延長大米儲藏期的效果。魏靜等[12]采用靜電紡絲法制備了甲殼素納米晶須/聚乳酸（CNW/PLA）納米纖維膜，與PE保鮮膜、純PLA納米纖維膜相比，CNW/PLA納米纖維膜可在一定程度上延緩草莓的失重，抑制可滴定酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)及纖維素C質(zhì)量分?jǐn)?shù)的下降，具有顯著的抗菌保鮮效果。

3 結(jié)語

納米技術(shù)在包裝材料上的應(yīng)用，很大程度上滿足了人們對食品保存更加健康、營養(yǎng)、方便的需求。隨著經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，人們對于食品包裝種類的需求也會不斷增加，特別是一些具有特殊功能的食品包裝，而這些需求會促進(jìn)納米技術(shù)在食品包裝領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。但是，納米復(fù)合食品包裝材料的安全性還沒有得到明確的證實(shí)。納米復(fù)合食品包裝材料中的納米成分會緩慢地向食品中遷移，有可能會形成安全隱患，對人體的健康產(chǎn)生影響。為了保障食品包裝安全，科研工作者應(yīng)加快納米級食品包裝材料的安全性能以及安全評估研究。同時，食品相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定在考慮食品原料安全性的同時，還應(yīng)該充分考慮食品包裝材料中物質(zhì)的遷移對食品污染的影響。

[1]柯賢文.功能性包裝材料[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[2]商明慧，陳 強(qiáng)，陳春英.包裝材料及食品中納米材料的檢測與表征技術(shù)[J].生態(tài)毒理學(xué)報，2013，8（6）：824-838.

[3]劉 艷.淺析納米包裝材料[J].今日印刷，2009（2）：47-48.

[4]黃曉英，劉天模.納米材料及其應(yīng)用[J].包裝工程，2006，27（5）：304-305.

[5]楊燕婷.食品納米包裝材料的制備及對金針菇、獼猴桃的保鮮作用[D].南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2009.

[6]柳 翱，李海東，程鳳梅.PVA/MMT納米復(fù)合材料的制備及性能表征[J].長春工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2008，29（2）：129-134.

[7]陳希榮.新型包裝材料中應(yīng)用的納米技術(shù)[J].包裝工程，2003，24（6）：4-8.

[8]李志嘯，楊文建，方東路，等.納米包裝材料對雙孢菇細(xì)胞壁代謝及品質(zhì)的影響[J].食品科學(xué)，2016，37（6）：248-253.

[9]尹曉婷，趙葵兒，蔣星儀，等.超聲波處理結(jié)合納米包裝對鮮切生菜品質(zhì)的影響[J].食品科學(xué)，2015，36（2）：250-254.

[10]郭 輝，孫 瓊，錢俊青.二氧化硅納米粒殺菌性能試驗(yàn)[J].浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2013，41（6）：610-613.

[11]劉 賀，王夷秀，趙 宇.負(fù)載中性納米SiO2及Nisin對可食性包裝膜的性質(zhì)影響[J].渤海大學(xué)學(xué)報，2015，36（2）：128-132.

[12]魏 靜，萬玉芹，王鴻博，等.甲殼素納米晶須/聚乳酸納米纖維膜對草莓保鮮效果的影響[J].食品與生物技術(shù)學(xué)報，2012，31（11）：130-134.