食品包装材料纳米成分及检测技术的研究

钟浩

摘要：纳米材料在食品包装材料中具有重要的作用，随着人们对食品健康认识的逐渐加深，包装材料的安全性与食品安全将成为热点研究。本文综述了近几年纳米食品包装材料中纳米成分的应用及检测与迁移的国内外研究进展，重点就纳米复合包装材料中纳米成分的种类、纳米成分含量检测方法和迁移研究进行了总结，为进一步的理论和实验研究提供参考。

关键字：纳米成分;食品包装;检测

食品包装在日常生活中扮演着重要的角色，给日常生活带来了很多方便。随着国民经济迅速发展以及生活质量的提高，人们对即时食品、速冻食品以及休闲食品等方便食品的需求量也在不断增加，然而，这些方便食品对其食品包装要求极为严格，尤其是包装材料的安全性与食品安全有着密切的关系。

食品包装的主要目的在于保护食品的质量和安全，从而提供健康的食品。塑料是最为传统的包装材料之一，其具有材质轻、化学稳定性好、易加工、加工成本低以及装饰效果好等优点被广泛应用在食品包装材料领域。近年来，随着纳米技术的快速发展，纳米复合包装材料也应用而生，以其抗菌效果好、机械强度高、阻隔能力强等优良特性，在现代包装市场上得到了快速发展。 纳米复合包装材料是将纳米材料以分子水平或者超微粒子的形式分散在包装材料中，使得包装材料具有纳米结构、尺度以及特异功能的复合包装材料，这些纳米成分与包装材料进行复配可以得到具有效果较好的纳米复合包装材料，其纳米成分的类型对包装材料的性能具有至关重要的作用。

1食品包装材料纳米成分的应用

纳米材料以其独特的纳米结构而具有较好的低透氧率、抗菌杀毒、低透湿率、阻隔二氧化碳、吸收紫外线、自洁功效等优良特性。目前，通常应用的食品包装材料纳米添加成分主要有纳米TiO2、SiO2、Ag、纳米碳酸钙填充料以及其它复合纳米材料。

近年来，研究发现凹凸棒土、分子筛等纳米颗粒添加到包装薄膜材料中也具有较佳的效果。杨文建等制备了一种含纳米Ag、纳米TiO2和凹凸棒土的纳米包装聚乙烯（PE）包装薄膜，研究了双孢蘑菇在4℃下贮藏10 d期間，纳米包装材料对其感官品质、生理指标和营养指标变化的影响，分析认为：纳米包装材料能够有效抑制贮藏期间双孢蘑菇感官品质的劣变，降低营养价值的损失，提高综合贮藏品质，延长贮藏时间。分子筛作为纳米成分制备成分子筛/LDPE共混薄膜对乙烯具有较好的吸收能力，可以显著保持香蕉的新鲜品质，延长其保鲜时间[30]，把分子筛添加在PE/EVA/分子筛复合保鲜膜中可以增大保鲜膜的气体透过性，有效抑制蔬菜的氧化作用。

2食品包装材料纳米成分检测与表征

食品包装材料中纳米成分由于其颗粒较小、且使用量较低，导致其纳米成分的检测较为复杂，本文将重点介绍几种常见、有效的检测表征方法。

2.1颗粒尺寸形貌分析

纳米颗粒由于其颗粒较小，常规的光学显微技术因其分辨率较低无法进行成像分析，而电子扫描探针显微镜可以自由地放大倍数，其分辨率可以达到亚纳米级别，是纳米材料形貌、尺寸以及尺寸分布表征的最佳手段。透射电子显微镜（TEM）可以观察到粒径70nm左右颗粒的清晰边界;原子力显微镜（AFM）可以进行纳米二维和三维图像表征，其观察结果与TEM的观察结果基本一致;扫描电子显微镜（SEM）的分辨率在6nm左右，不仅可以对纳米颗粒成像，还可以观察纳米颗粒的团聚情况、粒度分布、形貌等;FESEM的分辨率可达1vim，是观察纳米尺寸固体材料形貌的有效工具。其中TEM和SEM在纳米食品包装材料的分析表征中应用较为广泛。

借助扫描电镜可以观察到纳米碳酸钙颗粒在食品塑料包装中的分布及其形态，由于纳米颗粒的表面效应，可以清楚地看到碳酸钙纳米颗粒发生团聚，分布不均匀。Chen等从口香糖中分离出TiO2纳米成分，利用TEM和SEM对其相貌和粒径进行了表征，研究发现，分离出的纳米颗粒粒径集中分布在80-160nm。

2.2 纳米成分定性、定量分析

对于纳米包装材料来说，由于其在材料中的添加量一般较低，常规的定性分析和定量分析方法通常达不到预期的效果，而光谱分析和色谱分析由于其高度灵敏，在分析多分散体系中的纳米颗粒方面具有理想效果。光谱分析根据物质原子内部电子运动情况的不同、从而发射光的波长也不同的特点，是研究纳米颗粒结构和性质的重要手段之一。色谱分析则主要用于纳米材料及小分子的迁移实验研究。

原子吸收光谱仪可以测定多种元素，而且其测定非常灵敏、准确，火焰原子吸收光谱法可以测到10-9g/mL数量级，石墨炉原子吸收法可测到10-13g/mL数量级，原子吸收光谱法是进行微痕量元素测定的理想工具。曹国洲等[27]利用硝酸对样品浸泡液蒸干后的残渣进行消解，然后采用火焰原子吸收光谱法测定了消解液中钙的浓度，从而计算其迁移量，考察了纳米碳酸钙的迁移规律，发现迁移量随着温度升高、时间延长而增大，在酸性环境下迁移量最大。Tiede等[36]研究发现流体动力色谱（HDC）与电感耦合等离子体质谱联用（ICP-MS）在表征纳米TiO2，SiO2、Al2O3、Fe2O3颗粒中具有较好效果，Dekkers等[37]也采用相同的技术成功分离了多种食品中纳米级SiO2，并对纳米SiO2进行了定量分析。Wang等[38]将高效液相色谱与ICP-MS及紫外可见光吸收光谱相结合，成功量化分析了环境水样品中富勒烯及其转化物。Fei等[39]利用等离子体增强化学气相沉淀在PVC表面形成SiOx阻隔曾，结合红外光谱对SiOx的元素组成和结构组成进行了研究。研究发现，小角X射线散射技术在研究蒙脱土的相变对复合薄膜的物理性能影响方面也具有较好的指导意义。

尽管目前对纳米成分的表征方法很多，然而不同的表征方法都具有优缺点，需要根据包装材料纳米成分不同的特性，结合表征方法的优缺点，选择合适的表征手段才能取得理想的效果。

3结语

目前，纳米包装材料中纳米成分的应用已经有了初步的研究发展，并取得了不错的进步，然而，纳米成分的迁移问题成为了食品包装安全迫切需要解决的技术问题。随着纳米包装材料的快速发展与应用，对于纳米材料这种具有特殊性质的材料，为了保证包装材料的安全，在利用其优异性能的同时必须考虑其对食品健康以及环境的影响。因此，开发出健康绿色的纳米包装材料将是今后研究工作的重点，同时，也要综合利用各种表征方法的优点，开发出较为完善的分析检测方法。

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