纳米技术在军用食品中的应用及前景

卢姗姗，王典术

（海军医学研究所，上海2004333）

纳米技术在军用食品中的应用及前景

卢姗姗，王典术

（海军医学研究所，上海2004333）

综述了纳米技术在军用食品包装材料、食品安全检测和军用功能性食品研发三个方面中的应用和研究进展，并探讨了未来纳米技术在军用食品开发中的前景与发展方向。

纳米技术；军用食品；食品安全；包装材料；功能性食品

纳米技术是在1 nm～100 nm细微尺度范围内研究物质结构和性质的多学科交叉前沿技术，其最终目标是用原子、分子以及物质在纳米尺度上的特性制造具有特定功能的产品[1]。美国2007年投入了1 400万美元进行纳米技术的研发，其中国防部参与了包括纳米纤维、纳米传感器、纳米包装材料、纳米生物学等多个领域的研究。德国于2006年～2010年每年投入了1 750万欧元进行纳米相关技术的研究。俄罗斯计划2015年再投入5 000万欧元开发纳米相关材料[2]。由此可见，各国十分重视纳米技术的发展。纳米技术已深入渗透至国防科技、医药、材料科学等各个领域。在食品工业领域，纳米技术也逐渐受到国内外科学家的普遍关注。鉴于纳米材料的诸多优越性，纳米技术在军用食品领域具有良好的应用前景。

1 纳米技术在军用食品包装中的应用

1.1 轻质的高强度包装材料

现有的军用包装材料以纸、塑料、马口铁和复合包装材料为主，这些材料各有利弊。纸质包装和塑料包装质轻，但强度不高，而马口铁虽然强度好但质量重。目前，使用较为广泛的复合包装材料是由2种或2种以上不同性能的材料通过层合、共挤等加工工艺结合在一起[3]。美军目前使用的方便即食口粮（MRE）中的蒸煮袋由聚烯烃、铝箔、聚酰胺、聚酯四层通过层压工艺组合而成。这种复合材料具有良好的阻隔性，但因其强度较差、加工工艺有限等缺点还需进一步改进。利用纳米技术生产的纳米复合包装材料兼具了以上四种材料的优点，在军用食品包装领域具有极大应用潜力。纳米粒子尺寸小、彼此间距近，拥有独特的量子尺寸效应、小尺寸效应和超塑性等物理力学性能[4]。纳米颗粒的小尺寸效应所造成的无位错或低位错密度区域能使纳米复合包装材料具有高硬度、高强度的特性，十分适合空投和机动作业，并且能够耐受寒冷、炎热、干燥、高湿等各种恶劣的气候环境。

1.2 可生物降解包装材料

为提高部队机动作业时的隐蔽性，同时减少军用口粮固体废物对环境的污染，可生物降解的军用口粮包装材料是目前口粮包装发展的新趋势。据统计，美军每份MRE口粮的包装占口粮总质量的22.9%，约为0.16 kg。以2004年采购144万的份口粮计算，一年由口粮包装所用材料所产生的固体废物重达230.4 t。通常这些固体废物以掩埋、焚烧等方式处理，对环境造成一定的污染。目前美军纳蒂克士兵研究、发展与工程中心利用吹塑薄膜/流延薄膜工艺生产了一种由多羟基酸构成的可生物降解的纳米复合薄膜材料，用以取代传统的铝箔碾压复合包装。使用这种新型纳米复合材料包装每年可减少20%～30%的固体垃圾量[5]。

1.3 抗菌保鲜包装材料

军用食品在携行及储存过程中，容易受到细菌及有机物的污染，严重影响食品的安全。若采用纳米抗菌包装，纳米粒子的抗菌功能可抑制细菌的滋生，保证口粮的品质。纳米银离子兼具纳米材料和单质银的特点，对常见的食品污染菌具有一定的抑制作用。纳米银包装的食物，可表现出明显的抑菌效果，达到延长货架期的目的[6]。纳米二氧化钛具有抗菌、吸收紫外线的功能，可将其融入复合食品包装材料中，防止微生物和有机物对食品的污染。杜邦公司研发了一种纳米二氧化钛塑料添加剂，具有吸收紫外线的功能。将纳米二氧化钛塑料添加剂加入透明包装后，能够减少紫外线对食物影响，延缓食物氧化进程，延长食物的保鲜时间[7]。此外，潜艇和边缘地区新鲜果蔬的储存与保藏也是军用食品领域极需解决的问题。一些纳米粒子（如纳米银、纳米SiOx）具有加速乙烯氧化，减少包装中乙烯含量的功能[8]。实践中可将这些纳米粒子制成乙烯吸收膜应用于舰艇果蔬储存库中，结合低温及气调保藏技术，延长果蔬的保鲜时间，提高舰艇长航时的饮食保障水平。

2 纳米技术在食品安全中的应用

2.1 纳米生物传感器

随着纳米技术和生物传感器交叉融合的发展，越来越多的新型纳米生物传感器逐年涌现。这些纳米生物传感器由于其体积小、分辨率高、响应时间短、所需样品少、细胞损伤小等特点可被广泛用于食品安全的检测中。俄罗斯利佩茨克市工业大学发明了一种新型纳米传感器，可在数分钟内测定食物中的抗生素残留量。这种传感器是一种带有纳米金粒子的特殊石英切片，具有类似磁体吸铁的物理特性，可吸引一定类型的抗生素分子。这种新型纳米传感器可检测牛奶、乳酪、肉类、水产品中的抗生素残留量，与传统的食物检测方法相比，这种检测方法只需数分钟[9]。此外，纳米传感器还能用于病原菌、化学试剂的检测。由于其携带方便、检测速度快，十分适合在战场使用。美军曾利用纳米技术与生物传感器相结合，研制了一种名为“超级感应器”的纳米传感器用以检测食品是否遭到病原菌的恐怖袭击。以往这样的检测需数天，使用“超级感应器”只需很短的时间就能完成检测[10]。

2.2 纳米标签

保证食品的新鲜安全，就是保证部队人员的战斗力。在现代军事物流中，军用食品品质易发生变化，实时监控物资质量变化有着十分重要的意义。最近，美国休斯敦莱斯大学和麻省理工大学研发的一种光子凝胶纳米层标签，可作为食物新鲜程度的指示剂，直观地提示食品是否变质。这种材料原本透明无色，在遇到不同化学物质时会因纳米层的膨胀而导致光线折射率不同，产生不同的颜色，如在有硝酸盐的溶液中会出现黄色，而在有硫氰酸的情况下会标签则显示蓝色[11]。在军用食品内包装中嵌入这种新型的纳米标签，能够使食物新鲜程度一目了然，在食品储运过程中方便判断食品新鲜程度，把好食品安全关。

2.3 纳米条码

纳米条码技术主要利用各种发光波长不同的半导体量子点制成标记，通过特制的读码器解读其中所含的信息[12]。使用纳米条码可将一些隐蔽的信息和不可见的物理防伪标识嵌入到条码的材料和印制墨水及包装材料或直接附加到产品上，从而对食品各个生产环节和节点信息做到追踪溯源。在军用食品上喷涂纳米条码，既能保证军用食品本身质量及来源的安全可靠，而且可对其流动、保障、供应等每个环节做到全程实时监控，提高饮食保障的安全性。

3 纳米技术军用功能性食品研发中的应用

3.1 营养元素及功能物质纳米化

纳米级的微粒以其小尺寸效应和表面效应，能增大营养素与胃肠道细胞的接触面，提高营养素在肠道的吸收率和生物利用率。由于军用食品水分含量低，不易被人体吸收。因此，可采用纳米技术将营养素粉碎至100 nm以下，形成纳米尺寸的营养物质，提高人体对这些营养素的吸收率。对于需补充特殊营养物质的特勤人员或需通过摄入特殊营养成分提高作业能力的人员，可利用纳米技术将特定的营养成分或功能性因子纳米化，使这些营养物质更容易被人体吸收利用。

3.2 纳米级微胶囊技术

利用微胶囊向特定靶细胞给药的技术已相对成熟，即利用特定的外壳亲水内核疏水聚合物纳米粒包埋有效药物成分，绕过肝脏代谢和穿透血脑屏障，作用于特定靶细胞。通过调整微胶囊的厚度和结构，还可达到缓释效果。纳米微胶囊技术与传统的微胶囊技术相比，其靶向性和缓释效果更加明显[13]。利用纳米微胶囊技术可提高生物活性物质的稳定性、抵御消化道的酶解和水解作用、延缓释放时间，使其生物活性成分最大程度地发挥效果。将微胶囊化的VA、VB1等加入军用口粮的谷物棒中，不仅可掩盖其不良气味，而且可防止这些营养素在保藏过程中变性失活。过去许多军用口粮因口味不佳而不受欢迎，士兵食用率低，影响战斗力。而利用微胶囊技术包埋香料，可提高香料的耐热性和稳定性，明显地改善食物的口感，使军用口粮口味更佳。利用纳米技术将生姜中的有效成分包埋在微胶囊中，可提高其发挥抗晕效果的长效性和稳定性，还可采用纳米技术将生姜材料制成透皮贴剂、口服缓释片等，提供多种有效的进食途径[14]。

4 结语

任何一项新技术都具有两面性，纳米技术也不例外。对纳米材料的毒性方面尚缺乏系统研究，过去对宏观物质的安全性评价方法可能不适用于纳米材料。随着纳米技术在食品工业领域的不断应用，这些问题将不断被揭示，人们对纳米材料的认识也将更加透彻。

目前信息化条件下的高技术战争对军用食品提出了更高的保障要求。传统的饮食保障手段和技术已经很难全面满足部队需求。纳米技术作为一门新兴技术，虽仍有不足和争议，但其独特的物理化学性质，使其在军用食品领域有着十分广阔的研究前景和发展空间。合理利用纳米技术，坚持扬长避短，纳米技术的优越特性将给军用食品领域带来新的发展和机遇。

[1]关荣发,钱博,叶兴乾,等.纳米技术在食品科学中的最新研究[J].食品科学,2006,27(2):270-273

[2] Steven Schilthuizen.“Nanotechnology:innovation opportunities for tomorrow’s defence”(2009/05/01)[OL]Available:http://www.scint. nl/docs/Nanotechnology-book.pdf

[3] 王洪江,孙诚,曲颖.食品包装复合材料现状及发展趋势[J].包装与食品机械,2009,27(1):58-62

[4] 李情,刘晨光.纳米技术在食品科学中的应用研究进展[J].中国农业科技导报,2009,11(6):Z4-Z9

[5]Ray S,Quek S Y,Easteal A,et al.The potential use of polymer-clay nanocomposites in food packaging[J].International Journal of Food Engineering,2006,2(4):84-85

[6] 刘伟,张子德,王琦,等.纳米银对常见食品污染菌的抑制作用研究[J].食品研究与开发,2006,27(5):135-137

[7]Blasco C,PicóY.Determining nanomaterials in food[J].TrAC Trends in Analytical Chemistry,2011,30(1):84-99

[8]祝钧,苏醒,张晓娟.纳米包装材料在果蔬保鲜中的应用[J].食品科学,2008,29(12):766-768

[9] 科技部.俄罗斯研制出新型纳米传感器 [EB/OL]2013-02-26: http://www.most.gov.cn/gnwkjdt/201302/t20130226_99783.htm

[10]New' electronic nose' nano-sensor being developed[EB/OL].2013-06-14.Available:http://www.printedelectronicsworld.com/articles/ new-electronic-nose-nano-sensor-being-developed-00005532. aspx

[11]Lim H S,Lee JH,Walish J J,et al.Dynamic swelling of tunable full-color block copolymer photonic gels via counterion exchange [J].ACSnano,2012,6(10):8933-8939

[12]Mark Rowe Food industry prepares for nano-revolution[EB/OL] 2006-04-25.http://www.just-food.com/analysis/food-industry-prepares-for-nano-revolution_id94597.aspx

[13]孙健平,姜子涛,李荣.纳米微胶囊技术及其在食品中的应用[J].食品研究与开发,2010,31(5):184-187

[14]宣伟东,卞俊,刘娟,等.生姜抗晕动病有效部位化学成分分析[J].中国药房,2009,20(30):2362-2364

Application and Prospect of Nanotechnology in the Development of Military Food

LU Shan-shan，WANG Dian-shu
（Navy Medical Research Institute，Shanghai200433，China）

This paper review the advancement and application of nanotechnology in military food packaging materials，food safety testing and military functional food development.We also discussed the prospect and trends of nanotechnology used in military food development and research.

nanotechnology；military food；food safety；packaging material；functional food

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.03.037

2013-10-17

卢姗姗（1987—），女（汉），研究实习员，硕士研究生，研究方向：食品科学。