食品包裝材料納米成分及檢測技術(shù)的研究

鐘浩

摘要：納米材料在食品包裝材料中具有重要的作用，隨著人們對食品健康認識的逐漸加深，包裝材料的安全性與食品安全將成為熱點研究。本文綜述了近幾年納米食品包裝材料中納米成分的應用及檢測與遷移的國內(nèi)外研究進展，重點就納米復合包裝材料中納米成分的種類、納米成分含量檢測方法和遷移研究進行了總結(jié)，為進一步的理論和實驗研究提供參考。

關(guān)鍵字：納米成分;食品包裝;檢測

食品包裝在日常生活中扮演著重要的角色，給日常生活帶來了很多方便。隨著國民經(jīng)濟迅速發(fā)展以及生活質(zhì)量的提高，人們對即時食品、速凍食品以及休閑食品等方便食品的需求量也在不斷增加，然而，這些方便食品對其食品包裝要求極為嚴格，尤其是包裝材料的安全性與食品安全有著密切的關(guān)系。

食品包裝的主要目的在于保護食品的質(zhì)量和安全，從而提供健康的食品。塑料是最為傳統(tǒng)的包裝材料之一，其具有材質(zhì)輕、化學穩(wěn)定性好、易加工、加工成本低以及裝飾效果好等優(yōu)點被廣泛應用在食品包裝材料領(lǐng)域。近年來，隨著納米技術(shù)的快速發(fā)展，納米復合包裝材料也應用而生，以其抗菌效果好、機械強度高、阻隔能力強等優(yōu)良特性，在現(xiàn)代包裝市場上得到了快速發(fā)展。 納米復合包裝材料是將納米材料以分子水平或者超微粒子的形式分散在包裝材料中，使得包裝材料具有納米結(jié)構(gòu)、尺度以及特異功能的復合包裝材料，這些納米成分與包裝材料進行復配可以得到具有效果較好的納米復合包裝材料，其納米成分的類型對包裝材料的性能具有至關(guān)重要的作用。

1食品包裝材料納米成分的應用

納米材料以其獨特的納米結(jié)構(gòu)而具有較好的低透氧率、抗菌殺毒、低透濕率、阻隔二氧化碳、吸收紫外線、自潔功效等優(yōu)良特性。目前，通常應用的食品包裝材料納米添加成分主要有納米TiO2、SiO2、Ag、納米碳酸鈣填充料以及其它復合納米材料。

近年來，研究發(fā)現(xiàn)凹凸棒土、分子篩等納米顆粒添加到包裝薄膜材料中也具有較佳的效果。楊文建等制備了一種含納米Ag、納米TiO2和凹凸棒土的納米包裝聚乙烯（PE）包裝薄膜，研究了雙孢蘑菇在4℃下貯藏10 d期間，納米包裝材料對其感官品質(zhì)、生理指標和營養(yǎng)指標變化的影響，分析認為：納米包裝材料能夠有效抑制貯藏期間雙孢蘑菇感官品質(zhì)的劣變，降低營養(yǎng)價值的損失，提高綜合貯藏品質(zhì)，延長貯藏時間。分子篩作為納米成分制備成分子篩/LDPE共混薄膜對乙烯具有較好的吸收能力，可以顯著保持香蕉的新鮮品質(zhì)，延長其保鮮時間[30]，把分子篩添加在PE/EVA/分子篩復合保鮮膜中可以增大保鮮膜的氣體透過性，有效抑制蔬菜的氧化作用。

2食品包裝材料納米成分檢測與表征

食品包裝材料中納米成分由于其顆粒較小、且使用量較低，導致其納米成分的檢測較為復雜，本文將重點介紹幾種常見、有效的檢測表征方法。

2.1顆粒尺寸形貌分析

納米顆粒由于其顆粒較小，常規(guī)的光學顯微技術(shù)因其分辨率較低無法進行成像分析，而電子掃描探針顯微鏡可以自由地放大倍數(shù)，其分辨率可以達到亞納米級別，是納米材料形貌、尺寸以及尺寸分布表征的最佳手段。透射電子顯微鏡（TEM）可以觀察到粒徑70nm左右顆粒的清晰邊界;原子力顯微鏡（AFM）可以進行納米二維和三維圖像表征，其觀察結(jié)果與TEM的觀察結(jié)果基本一致;掃描電子顯微鏡（SEM）的分辨率在6nm左右，不僅可以對納米顆粒成像，還可以觀察納米顆粒的團聚情況、粒度分布、形貌等;FESEM的分辨率可達1vim，是觀察納米尺寸固體材料形貌的有效工具。其中TEM和SEM在納米食品包裝材料的分析表征中應用較為廣泛。

借助掃描電鏡可以觀察到納米碳酸鈣顆粒在食品塑料包裝中的分布及其形態(tài)，由于納米顆粒的表面效應，可以清楚地看到碳酸鈣納米顆粒發(fā)生團聚，分布不均勻。Chen等從口香糖中分離出TiO2納米成分，利用TEM和SEM對其相貌和粒徑進行了表征，研究發(fā)現(xiàn)，分離出的納米顆粒粒徑集中分布在80-160nm。

2.2 納米成分定性、定量分析

對于納米包裝材料來說，由于其在材料中的添加量一般較低，常規(guī)的定性分析和定量分析方法通常達不到預期的效果，而光譜分析和色譜分析由于其高度靈敏，在分析多分散體系中的納米顆粒方面具有理想效果。光譜分析根據(jù)物質(zhì)原子內(nèi)部電子運動情況的不同、從而發(fā)射光的波長也不同的特點，是研究納米顆粒結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的重要手段之一。色譜分析則主要用于納米材料及小分子的遷移實驗研究。

原子吸收光譜儀可以測定多種元素，而且其測定非常靈敏、準確，火焰原子吸收光譜法可以測到10-9g/mL數(shù)量級，石墨爐原子吸收法可測到10-13g/mL數(shù)量級，原子吸收光譜法是進行微痕量元素測定的理想工具。曹國洲等[27]利用硝酸對樣品浸泡液蒸干后的殘渣進行消解，然后采用火焰原子吸收光譜法測定了消解液中鈣的濃度，從而計算其遷移量，考察了納米碳酸鈣的遷移規(guī)律，發(fā)現(xiàn)遷移量隨著溫度升高、時間延長而增大，在酸性環(huán)境下遷移量最大。Tiede等[36]研究發(fā)現(xiàn)流體動力色譜（HDC）與電感耦合等離子體質(zhì)譜聯(lián)用（ICP-MS）在表征納米TiO2，SiO2、Al2O3、Fe2O3顆粒中具有較好效果，Dekkers等[37]也采用相同的技術(shù)成功分離了多種食品中納米級SiO2，并對納米SiO2進行了定量分析。Wang等[38]將高效液相色譜與ICP-MS及紫外可見光吸收光譜相結(jié)合，成功量化分析了環(huán)境水樣品中富勒烯及其轉(zhuǎn)化物。Fei等[39]利用等離子體增強化學氣相沉淀在PVC表面形成SiOx阻隔曾，結(jié)合紅外光譜對SiOx的元素組成和結(jié)構(gòu)組成進行了研究。研究發(fā)現(xiàn)，小角X射線散射技術(shù)在研究蒙脫土的相變對復合薄膜的物理性能影響方面也具有較好的指導意義。

盡管目前對納米成分的表征方法很多，然而不同的表征方法都具有優(yōu)缺點，需要根據(jù)包裝材料納米成分不同的特性，結(jié)合表征方法的優(yōu)缺點，選擇合適的表征手段才能取得理想的效果。

3結(jié)語

目前，納米包裝材料中納米成分的應用已經(jīng)有了初步的研究發(fā)展，并取得了不錯的進步，然而，納米成分的遷移問題成為了食品包裝安全迫切需要解決的技術(shù)問題。隨著納米包裝材料的快速發(fā)展與應用，對于納米材料這種具有特殊性質(zhì)的材料，為了保證包裝材料的安全，在利用其優(yōu)異性能的同時必須考慮其對食品健康以及環(huán)境的影響。因此，開發(fā)出健康綠色的納米包裝材料將是今后研究工作的重點，同時，也要綜合利用各種表征方法的優(yōu)點，開發(fā)出較為完善的分析檢測方法。

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