金屬氧化物納米顆粒在食品中的應(yīng)用及安全性研究

李海東，田冰，宋楊，陶曉奇,3*

1(西南大學(xué) 食品科學(xué)學(xué)院，重慶，400715)2(中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心, 環(huán)境化學(xué)與生態(tài)毒理學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京，100085)3(川渝共建特色食品重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶，400715)

在過去的一段時(shí)間里，納米技術(shù)被認(rèn)為是最具潛力的技術(shù)之一[1]。隨著納米技術(shù)的飛速發(fā)展，金屬氧化物納米顆粒在電子器件、化妝品、涂料、食品等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[2]。尤其是在食品領(lǐng)域，金屬氧化物納米顆粒普遍應(yīng)用于食品包裝材料以及食品添加劑[3]。相比食品中常用的化學(xué)添加劑，金屬氧化物納米顆粒具有更好的抗菌能力，且耐高溫高壓、不易分解，對pH的依賴性低，在食品包裝和納米檢測器方面都發(fā)揮著重要作用[4]。目前，金屬氧化物納米顆?？梢耘c聚合物結(jié)合，具有對果蔬保鮮的功能，與純聚合物相比，它們對氣體和水的較低滲透性增強(qiáng)了食品包裝的阻隔性能[5]。此外，金屬氧化物納米顆?？梢酝ㄟ^自身特性延長食品保質(zhì)期[6]。隨著對納米顆粒深入了解發(fā)現(xiàn)金屬氧化物納米顆粒的暴露會導(dǎo)致毒理學(xué)效應(yīng)的發(fā)生，從而引起消費(fèi)者對納米顆粒安全性的關(guān)注[7]。盡管之前有關(guān)于納米顆粒在食品中應(yīng)用的報(bào)道，但鮮有對金屬氧化物納米顆粒應(yīng)用和安全性研究相結(jié)合的總結(jié)[2]。綜上所述對金屬氧化物納米顆粒的歸納總結(jié)是十分必要的，因?yàn)槠洳粌H有助于更全面地了解金屬氧化物納米顆粒的應(yīng)用而且也是保障納米科技可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

本綜述重點(diǎn)歸納總結(jié)了多種金屬氧化納米顆粒在食品工業(yè)的應(yīng)用以及其安全性的研究，包括二氧化鈦納米顆粒(TiO2NPs)、氧化鋅納米顆粒(ZnONPs)和四氧化三鐵納米顆粒(Fe3O4NPs)等，還提出對金屬氧化物納米顆粒的監(jiān)管和展望，以期為后續(xù)研究提供參考。

1 食品工業(yè)中金屬氧化物納米顆粒的功能應(yīng)用概述

隨著科技的進(jìn)步，納米技術(shù)給傳統(tǒng)食品科學(xué)和食品工業(yè)帶來革命性的變革。金屬納米顆粒可以作為一種新型抗菌劑，有效防止食品變質(zhì)，延長食品保質(zhì)期。金屬氧化物納米顆粒的物理化學(xué)性質(zhì)導(dǎo)致活性氧(reactive oxygen species, ROS)的過度形成從而引發(fā)細(xì)胞的氧化應(yīng)激發(fā)生，同時(shí)金屬離子在細(xì)胞間質(zhì)、細(xì)胞表面或細(xì)胞內(nèi)的釋放會改變細(xì)胞的結(jié)構(gòu)及功能，從而保護(hù)食品的貯藏[7-8]。目前，金屬氧化納米顆粒與聚合物的復(fù)合設(shè)計(jì)為食品包裝、涂層的發(fā)展提供了新的思路，這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于將納米顆粒自身物化性質(zhì)和聚合物易于加工的特性相結(jié)合。例如明膠與ZnONPs，相較于單純的明膠包裝，ZnONPs的加入使復(fù)合包裝膜的水分含量、水蒸氣滲透率和斷裂伸長率增加，紫外線阻隔性能顯著增強(qiáng)[5]。而低密度聚乙烯(low density polyethylene, LDPE)與TiO2NPS形成的復(fù)合薄膜可以延緩紫外線對薄膜的降解[9]。

除了用作食品抗菌和食品包裝，金屬氧化納米顆粒還可以作為抗氧化劑。眾所周知，鮮切水果在貯藏和銷售過程中，由于氧氣的存在，酚類化合物轉(zhuǎn)化為深色色素，會導(dǎo)致果肉褐變[10]。金屬氧化納米顆?；瘜W(xué)性質(zhì)活潑，易于與氧氣反應(yīng)，可以作為食品的抗氧化保護(hù)層，延長食品保質(zhì)期。例如，ZnONPs涂層可延長鮮切“富士”蘋果的貨架期。研究人員指出，用ZnONPs包裝的蘋果中多酚氧化酶和鄰苯三酚過氧化物酶的活性顯著降低，在貯藏12 d后的褐變指數(shù)僅為23.9，遠(yuǎn)低于對照組的31.7[11]。金屬納米顆粒還可應(yīng)用于食品風(fēng)味的加工，二氧化硅納米顆粒(SiO2NPs)可以作為香料的載體，從而保證產(chǎn)品的風(fēng)味特性[12]；金屬納米顆粒也被批準(zhǔn)用作食品著色劑，例如美國食品和藥物管理局批準(zhǔn)TiO2NPS作為食品著色劑，規(guī)定添加量不得超1%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))[13]。

盡管金屬納米顆粒在食品領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展非常迅猛，但其安全性受到廣泛的質(zhì)疑。最近研究表明，金屬氧化納米顆粒對各種器官產(chǎn)生不良影響，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的健康問題。因此，開展金屬氧化納米顆粒在生物體內(nèi)的安全性研究是非常必要的，目前研究主要集中在金屬氧化物納米顆粒在單一環(huán)境中的毒性機(jī)制[14-16](圖1)。系統(tǒng)地研究金屬氧化物納米顆粒的生物效應(yīng)及其機(jī)理，不僅可以保護(hù)人類健康和環(huán)境，而且有助于在食品領(lǐng)域最大限度地安全使用納米材料技術(shù)。

2 食品工業(yè)中金屬氧化物納米顆粒的應(yīng)用及安全性問題

納米顆粒因其獨(dú)特的物理、化學(xué)和生物特性，如比表面積大，分散性較好，在食品行業(yè)得到了更多的關(guān)注[17]，其中銀、氧化鋅、二氧化鈦和四氧化三鐵等金屬納米顆粒的產(chǎn)量是其他納米材料的10倍。因金屬氧化物納米顆粒具有潛在的抗菌特性，因此可應(yīng)用于食品貯藏容器、食品添加劑等方面[18]，并且它們在納米傳感器檢測食品采后加工方面有著巨大的潛力。值得注意的是，金屬納米顆粒本身可以通過生物富集的方式進(jìn)入人體，包括營養(yǎng)素、殺蟲劑、環(huán)境污染物或加工食品在內(nèi)的途徑進(jìn)入食物鏈[19]，從而引起生態(tài)系統(tǒng)毒性。下面將以TiO2NPs、ZnONPs、Fe3O4NPs等金屬納米顆粒為代表，歸納總結(jié)其在食品工業(yè)中的應(yīng)用及安全性研究。具體如表1所示。

圖1 金屬氧化物納米顆粒對生物體毒性機(jī)理示意圖Fig.1 Schematic diagram of the toxicity mechanism of metal oxide nanoparticles to organisms

表1 金屬氧化物納米顆粒在食品中應(yīng)用Table 1 Application of metal oxide nanoparticles in food

2.1 二氧化鈦納米顆粒在食品中應(yīng)用及安全性研究

2.1.1 二氧化鈦納米顆粒在食品中的應(yīng)用

TiO2NPS是一種白色納米顆粒，食品級TiO2NPS的平均粒徑可以達(dá)到110 nm[41]。與二氧化鈦粗顆粒相比，TiO2NPs具有口感滑、折射率高、覆蓋性強(qiáng)、白度好等優(yōu)點(diǎn)，主要是作為食品添加劑和抗菌劑使用。自2002年以來，美國食品和藥物管理局正式批準(zhǔn)在食品添加劑中使用TiO2NPs，并規(guī)定添加量不得超過食品總質(zhì)量的1%[41]。在歐盟，TiO2NPs也是一種經(jīng)授權(quán)的食品添加劑(編號為E171)，但沒有明確規(guī)定最高含量[22]。在我國，TiO2NPS在涼果類，可可制品中可作為食品著色劑，最大用量為10 g/kg；根據(jù)生產(chǎn)要求，也可用于固體飲料(GB 2760—2014《食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》)。

TiO2NPS具有良好的抗菌性能，可用作食品抗菌包裝，在食品工業(yè)中的應(yīng)用呈指數(shù)增長[20]。JAYARAM等[21]發(fā)現(xiàn)食品級TiO2NPS在黑暗條件下會使大腸桿菌的活性降低，具體機(jī)理是TiO2NPs表面存在的缺陷會形成氧化空穴，從而激活大腸桿菌的下游氧化應(yīng)激反應(yīng)，最終會降低大腸桿菌的活性。隨后FU等[23]的研究表明將TiO2NPS與氧化銅納米顆粒(CuONPs)制備成復(fù)合薄膜進(jìn)行番茄保鮮實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)復(fù)合薄膜相較于對照組而言可以明顯抑制微生物的生長，利用納米顆粒釋放金屬離子產(chǎn)生氧化應(yīng)激導(dǎo)致細(xì)菌死亡從而延長果蔬的保質(zhì)期。以上研究結(jié)果表明，TiO2NPs自身形成ROS會降低微生物活性，但應(yīng)考慮到TiO2NPs產(chǎn)生ROS的量是否會影響到復(fù)合包裝膜的其他材料，以及細(xì)菌死亡后剩余的ROS存在是否會對食品本身產(chǎn)生影響。

2.1.2 二氧化鈦納米顆粒的安全性研究

正常情況下，TiO2NPs的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)都非常穩(wěn)定。在傳統(tǒng)的活體毒理學(xué)研究中，它曾是難溶性低毒顆粒的代表，甚至作為陰性對照，但這并不意味著TiO2NPs是絕對安全的。在英國，TiO2NPs的人均每日膳食消費(fèi)量約為5.4 mg/d[42]。WEIR等[43]通過量化各種商業(yè)產(chǎn)品中的鈦含量，并使用英國國家飲食和營養(yǎng)調(diào)查針對不同食品類別的消費(fèi)者攝入量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，進(jìn)行了人體暴露分析。在英國人群中，兒童的膳食暴露量平均約為2～3 mg/(kg·d)，其他年齡段約為1 mg/d，在美國人群中，10歲以下兒童平均每天的TiO2NPS攝入量為1～2 mg/d，其他年齡段為0.2～0.7 mg/(kg·d)。這些數(shù)據(jù)都表明人們會通過食品攝入二氧化鈦，因此納米顆粒生物安全性的研究迫在眉睫。在生物環(huán)境中，TiO2NPs往往會產(chǎn)生自由基，導(dǎo)致氧化應(yīng)激、遺傳毒性和最終細(xì)胞死亡[24]。CHEN等[7]發(fā)現(xiàn)小鼠在連續(xù)14 d口服TiO2NPs(10、50、100 mg/kg)后會產(chǎn)生ROS，并會導(dǎo)致谷胱甘肽耗竭，脂質(zhì)過氧化，DNA損傷以及肝臟功能改變。TiO2NPs產(chǎn)生ROS的能力與顆粒大小密切相關(guān)，與塊狀二氧化鈦相比，TiO2NPs能在懸浮液中產(chǎn)生更多的羥自由基[44]。除了食用暴露，在食品加工過程中產(chǎn)生的金屬氧化物納米顆粒也應(yīng)該得到重視，并且在暴露劑量的選擇上應(yīng)考慮其在食品應(yīng)用中的實(shí)際劑量，從而能夠更好地考察金屬納米顆粒的應(yīng)用與安全。

2.2 氧化鋅納米顆粒在食品中應(yīng)用及安全性研究

2.2.1 氧化鋅納米顆粒在食品中的應(yīng)用

目前，ZnONPs具有優(yōu)異的生物相容性、低毒和低成本等優(yōu)勢，已成為食品和農(nóng)業(yè)部門最常用的金屬氧化納米材料之一，可用于飼料、食品輸送系統(tǒng)、食品包裝材料、水凈化、環(huán)境修復(fù)和智能傳感器的開發(fā)[27]。在食品生產(chǎn)中，ZnONPs可用作食品添加劑，GB 14880—2012《食品營養(yǎng)強(qiáng)化劑使用標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定ZnONPs被用作餅干的營養(yǎng)強(qiáng)化劑時(shí)最大使用量為8 mg/100g，而在歐盟,根據(jù)EU 2016/1416法規(guī)規(guī)定ZnONPs的最大使用劑量不超過25mg/kg。除此以外ZnONPs可以通過添加到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)來增加糧食產(chǎn)量，并且可以提高食品的安全和質(zhì)量[25]。因此，在合適的劑量下，ZnONPs在食品加工、質(zhì)量控制和食品安全方面具有很大的潛力?，F(xiàn)代食品工業(yè)將ZnONPs引入到聚合物基質(zhì)中，形成活性食品包裝系統(tǒng)，可以有效防止食品微生物腐敗,被用于肉類、啤酒和新鮮橙汁等商品。EMAMIFAR等[26]利用雙螺桿擠出機(jī)將ZnONPs和AgNPs混合到聚乙烯樹脂中制備復(fù)合薄膜，用于包裝橙汁。在4 ℃條件下貯藏7、28、56 d后進(jìn)行微生物檢測和感官評估，結(jié)果表明含有納米包裝的橙汁中微生物的含量控制在6 lgCFU/mL以下。除此以外，ZnONPs還顯示出對耐高溫、耐高壓的真菌和孢子的抗菌作用，以及在較低濃度下對各種真菌菌株的抗菌作用[45]。綜合研究表明ZnONPs在食品加工中有許多優(yōu)點(diǎn)，對于其在食品包裝中的應(yīng)用除了考慮其微生物檢測和感官評估，還應(yīng)該對食品中是否有殘留的納米顆粒進(jìn)行定量分析，也可以對納米顆粒的使用劑量進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化，更加全面地考量ZnONPs在食品中的應(yīng)用。

除了在食品加工中的應(yīng)用，近年來，ZnONPs在食品質(zhì)量監(jiān)測、過程監(jiān)測和新鮮度測定方面越來越受到消費(fèi)者和制造商的重視。最近，在食品質(zhì)量控制領(lǐng)域開發(fā)了幾種基于ZnONPs的納米傳感器和智能包裝系統(tǒng)[27]，這種基于ZnONPs的刺激響應(yīng)型納米復(fù)合結(jié)構(gòu)可以為食品生產(chǎn)監(jiān)測提供諸多優(yōu)勢，例如可以提供小型和便攜式監(jiān)控系統(tǒng)，以執(zhí)行實(shí)時(shí)食品質(zhì)量分析和過程監(jiān)控。MENG等[4]利用多孔單晶的ZnONPs制作出可以檢測魚肉中三甲胺和硫化氫含量的檢測器，由于ZnONPs的加入增加了檢測器的電導(dǎo)率，該方法檢測限可達(dá)10 μg/L，線性范圍為10～300 μg/L，滿足食品中對三甲胺和硫化氫最大殘留限量的檢測要求。此技術(shù)能夠滿足食品加工中便捷的檢測需求，但另一方面如何減低檢測器的生產(chǎn)成本使其在基層大規(guī)模應(yīng)用也將是未來研發(fā)的重點(diǎn)。

2.2.2 氧化鋅納米顆粒的安全性研究

ZnONPs因?yàn)槠淞己玫奈锢砘瘜W(xué)性質(zhì)而廣泛應(yīng)用在食品加工中，美國食品和藥物管理局、歐洲食品安全局都將ZnONPs視為安全材料，現(xiàn)在有研究對于ZnONPs的安全性提出了不同觀點(diǎn)。研究人員發(fā)現(xiàn)ZnONPs介導(dǎo)的氧化應(yīng)激導(dǎo)致HeLa細(xì)胞的細(xì)胞周期停滯、線粒體膜電位改變和細(xì)胞凋亡[8]。這種氧化應(yīng)激還可以誘導(dǎo)結(jié)腸癌細(xì)胞的凋亡，從而導(dǎo)致下游的炎癥反應(yīng)、線粒體膜改變以及炎癥因子白細(xì)胞介素-8的釋放[28]。一般情況下，這種機(jī)制有助于治療癌癥，但在正常細(xì)胞中，氧化應(yīng)激產(chǎn)生的自由基是有害的。ZnONPs溶解釋放出的鋅離子也有毒性作用，例如FRANKLIN等[46]觀察到從溶解的ZnONPs中釋放出的鋅離子對水生生物有劇毒。根據(jù)上述研究結(jié)果，在食品生產(chǎn)應(yīng)用中應(yīng)考慮ZnONPs對人體的影響，所以在以后研究中應(yīng)使給藥劑量貼近日常食品生產(chǎn)和人體暴露真實(shí)環(huán)境，并系統(tǒng)研究給藥模型不僅要在細(xì)胞層面，還應(yīng)在動物層面深度思考，這樣才可以全面將氧化鋅納米顆粒應(yīng)用到食品工業(yè)中。

2.3 四氧化三鐵納米顆粒在食品中應(yīng)用及安全性研究

2.3.1 四氧化三鐵納米顆粒在食品中的應(yīng)用

Fe3O4NPs具有分散性好、合成成本較低、易于回收等優(yōu)勢，因此廣泛應(yīng)用于日常生活中，在食品生產(chǎn)中用于糖果和巧克力制品的著色，GB 2760—2014 《食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定最大添加量為0.02 g/kg。并因其含有豐富的鐵元素，常被用作農(nóng)作物的營養(yǎng)補(bǔ)劑[29]。有研究表明Fe3O4NPs可以作為小麥生產(chǎn)中的添加劑，可以有效避免鐵黃癥的發(fā)生。此外，F(xiàn)e3O4NPs還可以通過正?？椎?如氣孔)滲透到小麥內(nèi)部組織[29]。經(jīng)過Fe3O4NPs處理的玉米種子生長發(fā)育相對于對照組而言有顯著提升，這說明適量添加Fe3O4NPs可以幫助農(nóng)作物提高產(chǎn)量[47]。

在食品中，F(xiàn)e3O4NPs常作為補(bǔ)充鐵元素的營養(yǎng)強(qiáng)化劑，DUEIK等[31]將Fe3O4NPs添加到茶葉中以此來改善鐵元素缺乏的問題，最終達(dá)到每杯紅茶可以提供4 mg鐵。與傳統(tǒng)的添加方式不同，研究人員首先利用Fe3O4NPs分散性好的優(yōu)點(diǎn)使其與EDTA先形成Fe(Ⅲ)-EDTA復(fù)合物，避免與多酚進(jìn)行接觸，從而防止了鐵元素與多酚形成絡(luò)合物影響茶葉品質(zhì)。隨后又通過檢測色度和感官分析確定合適的添加量。此外，相比于其他納米材料復(fù)雜的合成路線，F(xiàn)e3O4NPs合成方法更加簡潔，制備方法多樣，能有效控制粒徑和外形，這使其作為食品載體有著良好的優(yōu)勢。ZHAO等[30]制備了Fe3O4NPs摻雜的空心金屬有機(jī)骨架作為辣椒素的納米載體，并將其復(fù)合到明膠/殼聚糖基質(zhì)中制備抗菌包裝膜。這種復(fù)合納米載體有效地解決了相分離問題，顯著提高了明膠/殼聚糖薄膜的拉伸強(qiáng)度、透水率和紫外阻隔性能。以上研究體現(xiàn)了Fe3O4NPs在食品應(yīng)用的廣泛性，隨著對于納米顆粒認(rèn)識的提高，將Fe3O4NPs作為食品添加劑時(shí)應(yīng)注意人體對于納米顆粒的代謝效率，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)加入對納米顆粒代謝速率的研究，避免納米顆粒對人體健康產(chǎn)生危害，尤其是要考慮納米顆粒的粒徑、電位等物化性質(zhì)。在作為納米載體時(shí)應(yīng)思考納米顆粒的毒性以及對于載體物質(zhì)的影響，這樣才可以使納米顆粒的應(yīng)用與安全性達(dá)到最好的結(jié)合。

2.3.2 四氧化三鐵納米顆粒的安全性研究

Fe3O4NPs的廣泛應(yīng)用引起了研究人員對其安全性的重視，研究發(fā)現(xiàn)活體氣管內(nèi)滴注Fe3O4NPs可引起不同的臨床病理改變，包括濾泡增生、肺毛細(xì)血管增生和肺泡脂蛋白增多癥[48]；在咽內(nèi)滴注Fe3O4NPs可激活肺、主動脈和心臟組織中的血紅素加氧酶-1，這些都是氧化應(yīng)激的標(biāo)志[32]。食入Fe3O4NPs也會引起生物機(jī)體發(fā)生不良反應(yīng)，ZHENG等[33]研究人員用斑馬魚作為Fe3O4NPs食用暴露模型，發(fā)現(xiàn)當(dāng)Fe3O4NPs給藥劑量達(dá)到100 μg/mL時(shí)，可以誘導(dǎo)斑馬魚產(chǎn)生肝臟氧化應(yīng)激以及細(xì)胞凋亡。以上研究表明，F(xiàn)e3O4NPs的環(huán)境暴露與氧化應(yīng)激發(fā)生存在某種關(guān)聯(lián)。除了直接對生物體產(chǎn)生危害，F(xiàn)e3O4NPs還可以吸附生物大分子物質(zhì)，例如蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和多糖等，從而改變其生物毒性[49]。而在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)該進(jìn)一步思考Fe3O4NPs的暴露時(shí)長問題，上述研究中均采用大劑量短時(shí)長的暴露方式，這種方式在食品生產(chǎn)中存在一定差異，這也為日后研究提出了新思路，應(yīng)設(shè)計(jì)與食品生產(chǎn)切實(shí)相符的暴露方式，進(jìn)一步完善Fe3O4NPs在食品領(lǐng)域的應(yīng)用。

3 其他金屬氧化物納米顆粒在食品中的應(yīng)用

除了上述金屬氧化物納米顆粒，本文還簡單列舉幾種常用于食品的其他金屬氧化物納米顆粒。硅是一種準(zhǔn)金屬，是地球上最豐富的固體元素，它以二氧化硅和硅酸鹽的形式廣泛存在。其中SiO2NPs具有比表面積大、生物相容性好、表面易功能化等特點(diǎn)，可用于開發(fā)罐、瓶和袋的不粘涂層[34]。GB 2760—2014《食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定SiO2NPs作為食品添加劑在乳粉中使用的最大含量為15 g/kg，而在歐盟,根據(jù)EU 2015/1362法規(guī)規(guī)定SiO2NPs在食品中最大添加量不能超過3 g/kg。將 SiO2/TiO2/Ag復(fù)合納米顆粒結(jié)合到聚乙烯包裝材料中形成多功能納米復(fù)合材料，能夠抑制金針菇的衰老，延長包裝的保質(zhì)期，其主要原因是經(jīng)納米顆粒處理過的包裝材料可以減少多糖的積累，并延緩了蛋白質(zhì)的損失，研究數(shù)據(jù)表明4 ℃的條件下經(jīng)納米顆粒處理過的金針菇在14 d時(shí)外觀質(zhì)量還保持的較高水平[35]。該包裝方式為研究提供新的思路，應(yīng)深入研究復(fù)合納米顆粒對食品保鮮的作用，尤其加大對食品中小分子物質(zhì)保護(hù)機(jī)理的研究可以更好地延長食品保質(zhì)期。

氧化鋁納米顆粒(Al2O3NPs)通常用于食品添加劑或食品包裝，GB 2760—2014《食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定Al2O3NPs作為面粉的增白劑，最大添加量為100 mg/kg。而作為食品包裝材料主要的作用是保護(hù)包裝食品免受氧氣和紫外線照射。但原有氧化鋁顆粒制作的金屬薄膜很厚、不透明、難以回收利用且不可微波。因此，以Al2O3NPs為代表的替代品逐漸產(chǎn)生，SANTOS等[37]利用等離子電解氧化(plasma electrolytic oxidation，PEO)的方法制備Al2O3NPs涂層，與傳統(tǒng)Al2O3NPs的方法不同，PEO工藝用時(shí)較短且制成的Al2O3NPs涂層較薄，可以進(jìn)行微波加工，除此以外，研究人員將檸檬酸鈉作為添加劑降低了合成成本，這為Al2O3NPs大規(guī)模應(yīng)用于食品工業(yè)提供了新的途徑。在日常食品生產(chǎn)中可以探索與其他納米顆粒相互結(jié)合應(yīng)用于食品工業(yè)，發(fā)揮各自優(yōu)點(diǎn)，并全面考慮復(fù)合納米顆粒安全性，提高食品質(zhì)量。

CuONPs具有良好的抗菌作用，因此在食品包裝中倍受關(guān)注。CuONPs容易接受和提供電子，從而起到保護(hù)作用，并且CuONPs顯示出高氧化還原電位和破壞微生物細(xì)胞成分的能力。BEIGMOHAMMADI等[39]在低密度聚乙烯包裝膜中加入CuONPs，制備出具有抗菌性能的納米復(fù)合薄膜，通過改良加工可以將薄膜厚度控制在(45±5) μm。在冷藏條件下貯存一個(gè)月后發(fā)現(xiàn)，利用CuONPs包裝的奶酪大腸菌群減少了4.21 lgCFU/g，而僅用低密度聚乙烯包裝的奶酪大腸菌群只減少了1.04 lgCFU/g。在不添加化學(xué)防腐劑的情況下，金屬氧化物納米顆粒作為食品延長保質(zhì)期的方式會更加健康[39]?？偟膩碚f，CuONPs作為食品包裝材料具有抗菌效果好的優(yōu)點(diǎn)，但在后續(xù)的研究中應(yīng)思考食品包裝中納米顆粒與食品接觸所導(dǎo)致的殘留問題，確定其在食品中的最大添加量，進(jìn)行安全性研究，進(jìn)而，完善CuONPs在食品中的應(yīng)用。

金屬氧化物納米顆粒在食品中廣泛應(yīng)用，但這不代表金屬氧化物納米顆粒是絕對安全的。HU等[36]研究發(fā)現(xiàn)SiO2NPs經(jīng)過口服進(jìn)入小鼠血液中可以通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激引起小鼠血糖升高。隨著對金屬氧化物納米顆粒的進(jìn)一步研究，ALSHATWI等[38]發(fā)現(xiàn)Al2O3NPs對人類間充質(zhì)干細(xì)胞的代謝有影響，并伴隨著劑量依賴性的細(xì)胞毒性。與此同時(shí)，ATES等[40]利用鯽魚作為生物暴露模型發(fā)現(xiàn)即使在低劑量CuONPs的條件下依然可以造成鯽魚的肝臟損傷。綜上所述，對于金屬氧化物納米顆粒的生物安全研究是必要的，而在其使用上需要更加全面系統(tǒng)的思考和研究。

4 總結(jié)與展望

納米顆粒在食品領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用引起了研究人員的重視，利用先進(jìn)的加工工藝改善食品的風(fēng)味和質(zhì)地可提高食品質(zhì)量，為食品工業(yè)的發(fā)展提供持續(xù)不斷的技術(shù)支持。本文對于食品領(lǐng)域常用金屬氧化物納米顆粒的應(yīng)用和安全性研究進(jìn)行歸納總結(jié)，由于其特殊的物化性質(zhì)，具有相當(dāng)大的應(yīng)用潛力。其可通過誘導(dǎo)細(xì)菌的氧化應(yīng)激殺死細(xì)菌從而延長食品保質(zhì)期，與聚合物聯(lián)合應(yīng)用可以擴(kuò)大保鮮優(yōu)勢。相比于化學(xué)添加劑，金屬氧化物納米顆粒的使用方式受到溫度和壓力影響較小，并且作為食品添加劑可以更有效地對人體所需營養(yǎng)素進(jìn)行補(bǔ)充[3]。

與此同時(shí)，隨著我國食品工業(yè)的快速發(fā)展，許多食品制造商沒有明確在配料表中標(biāo)注金屬氧化物納米顆粒的種類、來源以及劑量，這導(dǎo)致食品監(jiān)管存在著相當(dāng)大的隱患[50]。關(guān)于金屬氧化物納米顆粒的應(yīng)用也存在許多安全性問題。首先，金屬氧化物納米顆粒可以誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生羥自由基影響人體健康。其次，金屬氧化物納米顆粒用作食品包裝材料時(shí)，對其在食品中的遷移規(guī)律尚無明確研究，還需要進(jìn)一步系統(tǒng)的研究，為其在食品領(lǐng)域應(yīng)用提供理論依據(jù)。最后，金屬氧化物納米顆粒的人體暴露多采用短時(shí)長，口服的方式，與實(shí)際暴露情況存在一定區(qū)別。總之，歸納總結(jié)金屬氧化物納米顆粒的應(yīng)用和安全性研究進(jìn)展顯得尤為重要，可為其在食品領(lǐng)域的發(fā)展提供可靠的依據(jù)，根據(jù)研究結(jié)果制定切實(shí)可行的監(jiān)管規(guī)則，以此來保障食品安全。