纳米技术的飞速发展丰富了人类的生活，纳米技术和纳米材料在食品产业中得到了广泛的应用。但是由于食品是种特殊的商品，与人体的健康息息相关，因此纳米技术和纳米材料在食品中应用是否会对人体造成不良影响得到了多方面的关注，本文就纳米技术在食品中的应用和安全性问题做个简述，希望能够对我国的相关工作提供参考。

纳米（nanometer，nm），是一种长度单位，1nm是1m的十亿分之一；纳米技术，指研究对象在0.1－100nm尺度上的特定性质，以及如何应用这些特性到具体的产品中。纳米食品有广义和狭义之分，从广义来说，在食品生产加工和包装中，利用了纳米技术的都可以称为纳米食品；从狭义来说，只有对食品成分本身利用纳米技术改造和加工的产品，才称得上是纳米食品。目前所谓的纳米食品均为广义上的纳米食品，主要集中在食品包装中利用纳米技术延长货架期。

食品工业专家预言，纳米技术将会以多种方式对消费性产品产生巨大影响。大多数审查过纳米技术用途的科学委员会得出结论，认为消费者很可能会受益于这项技术，但必须要有新的数据和新的量度方法来确保可对使用纳米技术的所有产品的安全性做出适当评估。必须掌握有关信息，说明游离工程纳米粒子的生物累积以及吸入和摄取游离工程纳米粒子潜在的毒性效应及其对公共卫生的长期影响。对于最终处理这些材料对环境产生的后果，也需要进行认真评价。

纳米技术在食品工业中的应用

目前食品工业正在努力将纳米技术用于从农庄到餐桌的全过程，现已用于食品包装领域。由专业咨询公司Helmut Kaiser进行的调查研究预测，纳米食品的市场将从2004年的26亿美元发展到2010年的204亿美元。该调查报告认为，到2010年，亚洲将成为纳米食品的最大市场。由此可见，纳米技术在食品产业有巨大的发展潜力，纳米食品加工、纳米包装材料、纳米检测技术等方面的研究尤为活跃，成为纳米技术在食品工业应用的研究热点。

1. 在食品包装材料上的应用

运用纳米技术研发的包装系统可以修复小的裂口和破损，可以适应环境的变化，并且能在食品变质的时候提醒消费者。此外纳米技术可以改进包装的渗透性、提高阻隔性、改进抗损和耐热，形成抗菌表面，防止食物发生变质。在食品包装领域，近几年来，国内外研究最多的纳米材料是聚合物基纳米复合材料(PNMC)，即将纳米材料以分子水平(10nm数量级)或超微粒子的形式分散在柔性高分子聚合物中而形成的复合材料。常用的聚合物有PA、PE、PP、PVC、PET、LCP等；常用的纳米材料有金属、金属氧化物、无机聚合物等三大类。目前根据不同食品的包装需求，已有多种用于食品包装的PNMC面市，如纳米Ag/PE类、纳米TiO2 /PP类、纳米蒙脱石粉/PA类等，其某些物理、化学、生物学性能有大幅度提高，如可塑性、稳定性、阻隔性、抗菌性、保鲜性等，在啤酒、饮料、果蔬、肉类、奶制品等食品包装工业中也已开始大规模应用，并取得了较好的包装效果。

2. 在食品机械上的应用

纳米技术在食品机械中的应用主要是作为食品机械的润滑剂、纳米磁致冷工质和食品机械原材料中橡胶和塑料的改性。

食品机械工作环境恶劣，对润滑剂要求较高，而通常润滑剂易损耗、易污染环境。磁性液体中的磁性颗粒尺寸仅为10nm，因此不会损坏轴承，而基液亦可用润滑油，只要采用合适的磁场就可以将磁性润滑油约束在所需的部位，保证了机器的正常运转。

纳米磁致冷工质食品冷冻和冷藏设备又开辟了新的途径。它与通常的压缩气冷式致冷方式相比具有节能、环保、高效等特点。

橡胶和塑料是包装和食品机械应用较多的原材料。新的纳米改性橡胶与传统橡胶相比各项指标均有大幅度提高，尤其抗老化性能可提高3倍，使用寿命长达30年以上，且色彩艳丽，保色效果优异。

3. 在食品检测上的应用

纳米材料本身就是非常敏感的化学和生物传感器，纳米技术与生物学、电子材料相结合，可以制备新型的传感器件。例如与生物芯片等技术结合，可以使分子检测更加高效、简便。纳米生物传感器已应用在微生物检测、食品检测和体液代谢物监测等方面。所有用于生物传感的纳米材料或器件的结构都有两个特点：第一，它们含有针对分析物的特定的识别机制，比如抗体或酶；第二，它们可以从分析物中产生独特的标志信号，并且这种标志信号可以由纳米结构自身产生或者由纳米结构固定的分子或含有的分子产生。

美国乔治亚大学与韩国食品研究所的联合研究团队发现了一项新颖高效的探测食源性病原菌沙门氏菌的方法。他们研制出一个金/硅基于异质结构纳米棒技术的沙门氏菌探测传感器。这项新颖的纳米传感器可以被广泛应用于食品工业、食品安全检测机构、政府食品质检安全机构和从事食品与生物安全的研究人员。

4. 纳米食品

纳米技术对食物进行分子、原子的重新编程，某些结构会发生改变，从而能大大提高某些成分的吸收率、降低保健食品的毒副作用、加快营养成分在体内的运输、提高人体对矿质元素的吸收利用率、延长食品的保质期。纳米食品具有提高营养、增强体质、防止疾病、恢复健康、调节身体节律和延缓衰老等功能。目前的纳米食品主要有钙、硒等矿物质制剂、维生素制剂、添加营养素的钙奶与豆奶、纳米茶和各种纳米功能食品等。

具有如此广泛应用价值的纳米食品生产技术得到各国的一致肯定，纷纷投入巨资进行开发。对传统食品的改造，如在罐头、乳品、饮料等生产中运用纳米技术，使其性能根据需要进行不同程度的改善，并得到合理的性价比，是纳米食品应用领域的一个重要方面。英国制定了一个很庞大的纳米食品发展计划，美国、日本也投入了相当大的力量在将纳米技术应用到纳米食品研究方面。我国在1995年就开始了纳米添加到传统原料中改进功能的研究工作，有的已获得中试研究成果，总体研究水平处于国际前列。

5. 各国研发动态

2003年9月，美国在发布的农业发展路线图中首次提出：重视纳米技术在农业和食品工业中的应用。根据美国农业部门的预测，纳米技术将使整个农业生产方式和食品工业发展发生变革，改变食品生产、加工、包装、运输和消费的方式。许多国家已经认识到纳米技术在农业食品部门的应用前景，在这方面投入了大量研发力量。伊朗政府也重点投资于纳米技术在农业和食品上的应用研究，由农业部门出面资助35个实验室组成研究团队开展此方面的研究，并已取得一定研究成果。

2005年8月，欧洲纳米论坛年度报告显示，希腊、爱尔兰和荷兰将成为欧盟成员国中领先展开纳米食品研究的三个国家。

随着纳米技术不断成为食品和农业领域发展的一个战略平台，欧盟决定开始启动各成员国之间的合作研究项目，便于各国公司以最快的速度充分利用技术领域的新成果。

纳米论坛的报告中指出，爱尔兰、荷兰和希腊希望将纳米技术的研究最终能被欧盟各国食品加工者作为商用。然而，爱尔兰在研究和开发方面的投资低于很多其他欧盟成员国，但其已经开始通过加强自身资源优势来推动纳米技术发展。此外，爱尔兰在纳米技术商业化方面遥遥领先于其他欧盟国家，共有4家大型纳米产品跨国公司。

爱尔兰政府曾在1999年启动了纳米级科学和技术计划，投入大量资金，主要集中在电子学和光子学领域。尽管有很多不同的部门资助了该计划，但爱尔兰政府对纳米技术研究实行中央集权性管理。其中，爱尔兰企业局负责40个项目，其次是爱尔兰科学、工程与技术研究委员会和爱尔兰科学联合会。

爱尔兰科学技术及创新委员会(ICSTI)与爱尔兰高等教育局共同领导整个计划。ICSTI主要负责开发信息和通讯技术、卫生保健、农业和食品、聚合体和塑胶、建筑方面的项目。

在食品领域，ICSTI的目标之一是开发能够满足消费者对安全、新鲜、质量等方面要求的食品生产和处理技术。这些技术包括食品微观结构、香味与质量、病菌控制系统、风险分析法、高压技术、机器人和信息技术等。

荷兰TNO Quality of Life公司正在进行纳米生物研究，为食品、药物和农用化学品领域的应用作准备。TNO特别关注利用纳米技术来确保食品的安全。TNO的研究属于“NanoNed”项目的一部分，目的在于将投资转为实验设备。“NanoNed”包括一个称为“Nanolab”的虚拟实验室，由现有的纳米技术研究基础设施所构成。“Nanolab”也可以供外人所使用，旨在支持刚成立的高科技公司。

在希腊，主要的纳米技术研究者是研究和技术总秘书处，旨在开发可再生能源、食品及其他一系列领域的纳米技术。同时，希腊物理化学研究院在纳米生物研究领域起着领先作用。

中国和德国的科学家开展联合研究，将生物工程技术、纳米技术和食品高新工程技术三大高新技术结合起来，研发具有新概念的保健食品和保健用品。正在研究的项目有利用生物工程技术提取动植物中可食抗菌物质，经纳米化、食品化制成具有清咽润喉、消除口臭、防治蛀牙、消灭口腔病菌、防治口腔溃疡等功效的纳米级口腔保健喷雾剂。

日本东京已有人在实验室研制成功自洁玻璃和自洁瓷砖。其表面有一层薄纳米TiO2，在光的照射下，任何粘污在表面上的物质，包括油污、细菌，由于纳米TiO2的催化作用，使这些碳氢化合物进一步氧化成气体或者很容易被擦掉的物质。TiO2可用于制作包装容器、食品机械的箱体和应用于生产车间等。

德国一研究所以纳米硅基陶瓷制成的特种不污染耐磨透明涂料，涂在玻璃、塑料等物体上，具有防污、防尘、耐刮、耐磨、防火等功能。可用于包装和食品机械上与食品直接接触的零部件的表面涂层。

德国拜耳公司在保鲜膜中加入硅酸盐纳米颗粒，能阻止氧气和潮气进入食品，达到保鲜的目的，据称该产品市场前景看好。德国专门生产洗衣粉和化妆品的汉高公司开发出一种保护牙齿的自然牙骨质，它能在牙齿表面形成一层薄薄的保护层，不久前这种功能牙膏已经上市。丹麦的夫里斯兰食品公司投入巨资，研究利用纳米技术控制奶酪用面粉的发酵过程；挪威技术研究所正在试验在食品的包装材料中添加纳米颗粒，以提高食品保鲜的时间和质量。

俄罗斯国家科研机构农工综合体（农工产业集群）工程技术信息保障和技术经济调查科研所所长维亚切斯拉夫·费多连科夫教授表示，目前，纳米技术和纳米材料可以直接应用于俄罗斯农业领域的各个方面，从畜牧业到农业生产。使用银金属离子与纳米粒子合成的复合包装材料，具有抗菌、保鲜的功效，可有效对各类食品进行消毒。铁金属生物活性纳米粒子的应用能使某些谷类作物的单产提高10%－40%。运用纳米技术对牲畜进行生物活性喂养能有效降低动物发病率，加快动物长膘。此外，用纳米材料配制成的润滑油能够减少零件的磨擦和损耗，延长拖拉机及其他农机的使用寿命。

墨西哥圣路易斯葡多斯科技研究中心高级材料部门的科学家表示，通过白鼠的试验发现，向碳纳米管中掺入一定量的氮可以降低死亡或呼吸困难的危险性，从而加快了实现纳米技术应用到食品包装的步伐。研究小组将做进一步的研究，但是他们在纳米技术应用到批量加工和生产方面迈出了成功的一步。

纳米食品的安全性问题

虽然纳米技术在食品工业中得到了广泛的应用，但是同采用任何新的食品接触材料一样，必须对食品产品中纳米粒子可能的释放以及这些材料对人类健康的安全性做出评估。例如，某些纳米粒子具有穿越血脑屏障的能力。此外，纳米粒子释放到环境中，也对监测和效应评估提出了新的挑战。

虽然纳米级通常是指小于100nm的结构，但是地球之友组织（Friends of the Earth）指出，证据显示300nm就可产生新型风险，并且应该检查其安全。

英国诺丁汉大学的Martin Garnett博士2006年在《职业医学》杂志（Occupational Medicine）发表文章，指出300nm的粒子可以进入细胞。研究纳米微粒是如何在体内分布的Garnett表示，用于阻止纳米粒子聚集的涂料（如表面活性剂）能使纳米颗粒更方便地进入组织。他也指出，实验表明大于100nm的颗粒在各种不同的组织（包括大脑）中聚集。

英国中心科学实验室（Central Science Laboratory，CSL）的Qasim Chaudhry博士和他的同事在近期的《食品添加剂和污染物》杂志（Food Additives And Contaminants）上发表文章表示，工程化的纳米粒子与其他结构正在被用来开发新的口味、质感、营养品质，以及改善食品的货架寿命和可跟踪性。但是他们说，没有足够信息来充分评估这些添加剂和配料的风险。CSL是英国政府食品和乡村事务部(Defra)下属的实验室，位于约克郡。

Chaudhry博士指出，在面对这种不确定性，特别是当含有纳米材料的食品和饮料有可能被大量人群消费时，将会审慎考虑采取行动。他们指出，有越来越多的科学证据表明纳米粒子可以进入人体细胞，并造成伤害。

Chaudhry博士表示，已经提出了饮食中的纳米粒子和更大的微观粒子是否能够导致肠道发炎的问题，这必须进行测试以检查纳米食品配料或添加剂是否影响营养。

Chaudhry博士认为，目前的法规并没有完全涵盖食品纳米技术和欧洲食品科学专业团体，食品科学与技术学会最近建议将纳米粒子当作新的、潜在有害的材料，直到测试证明它们安全为止。

2004年英国皇家学会和皇家工程院也做出了大体一致的建议。

近年来，围绕纳米产品的生物安全性，发达国家积极地展开了研究。2003年4月，Science杂志首先发表文章讨论纳米材料与生物环境相互作用可能产生的生物安全问题，并介绍了Lam研究小组的研究结果，他们发现单壁碳纳米管可能会损害老鼠的肺部组织。随后，各个领域的科学家们开始探讨纳米生物安全问题，尤其是关于纳米颗粒对人体健康、生存环境和社会安全等方面是否存在潜在负面影响的问题，即纳米生物环境安全性问题。2006年，美国政府和私人机构投资约40亿美元用于纳米技术，其中有10%用于研究纳米物质潜在的危害，而这其中的大部分用来研究纳米物质的一般毒性和对环境的影响。为了对纳米颗粒潜在危害进行研究，评估生产者和消费者可能遭受的风险，欧盟第五框架协议就启动“NANOSAFE”（纳米安全计划），投入了32.3万欧元，随后启动“NANOSAFE2”（纳米安全计划-2），快速增加到700万欧元对相关方面进行研究。在这些研究中，纳米干粉颗粒的危害评估被认为是最至关重要的领域。从2007年启动的欧盟第七框架协议（2007-2013年）中，界面和尺寸相关的现象，包括对人体的安全性、健康和环境（以及度量学、术语和标准）被推荐为最主要的研究课题。

目前许多监管当局正在开展评价工作，以确定是否已将纳米技术在食品和食品接触材料中的使用完全纳入其现有确保食品安全的食品成分监管和审批框架。各国采用的办法很可能有所不同。评价食品中所用纳米粒子的摄取情况，或许应当沿循建议用于食品或食品接触材料的其他材料的类似安全性评价途径。不过，纳米材料可能在评估接触以及在体内和复合基体中度量该材料方面提出新的挑战。或许还需要评价一些毒性检测，以确定用于审查安全性的信息与人类具有相关性并可预测对人类的效应。这些考虑因素已导致食品公司着重关注这些材料的市场前置审批、可追溯性和与其风险管理有关的其他监管方面。

2007年7月25日，美国食品药品管理局（FDA）发布首份纳米技术相关产品监管调查报告。报告说，随着纳米技术拓展到药品、医疗设备制造等诸多领域，监管机构必须及早动手，深入研究，以制定针对纳米产品的科学监管方法。FDA“纳米技术工作组”在报告中建议政府监管机构有必要整合现有的工具、资源、信息，出台一整套有针对性的纳米产品科学指导准则，作为产业制造商和研究人员的执行标准，以保证纳米技术新产品的安全性和有效性。纳米技术的应用利益和风险并存，比如在纳米尺度内，材料的化学、物理及生物特性可能会发生不可预知的变化，传统的产品安全标准不再适用。报告建议，FDA等监管机构有必要重新评估目前的纳米产品审查程序，未来还应建立内部专家小组，以获取最新的纳米技术信息，从更为科学的角度审查纳米技术新产品。

目前，国际上尚未形成统一的针对纳米食品的生物安全性评价标准，尽管使用的评价方法和生物体系很多，但大多数是短期评价方法，如毒性、细胞功能异化和炎症。纳米粒子的特性变化很大，不同的食品其生物效应和毒性有差别，影响其安全性的主要因素是颗粒尺寸效应，相同的食品材料，颗粒大小不同，其毒性等也不能一概而论。所以，建立不同种类，特别是不同形态和尺寸的纳米食品的安全性评价技术指标是一项很有必要的工作。此外，由于纳米粒子穿透性强，在对其安全性评价中考虑致癌、致畸、致突变和慢性毒性显得尤为重要。

（作者单位：中国科学院国家科学图书馆武汉分馆）

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