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食品化学76115生物纳米复合材料应用于食品包装的潜在前景
Andrea Sorrentino , Giuliana Gorrasi and Vittoria Victoria
化学与食品工程学院,Salerno大学,via Ponte Don Melillo, I-84084
Fisciano (SA), Italy (Tel.: D39 089 96 4013/3186;
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随着新型高分子材料和无机纳米粒子复合材料的出现,生物纳米复合材料在食品中应用(如包装材料和其他与食品直接接触的材料)的研究和开发预计将在未来十年得到快速发展。本文综述了不同类型新的生物基材料(如可食用和可生物降解的纳米复合薄膜)作为包装材料的商业应用及其法规和未来趋势。特别强调了纳米科技的应用在提高机械性、氧化稳定性、阻隔性和常规聚合物的生物降解性方面的优越性。
引言
食品工业上保护性涂料和合适的包装材料的应用已成为一个热点话题,因为它们有可以提高许多食品的货架期的潜力(Ahvenainen, 2003; Coles, McDowell, & Kirwan, 2003; Giles & Bain, 2001; Hernandez, Selke, & Cultler, 2000)。通过正确的选择食品包装材料和包装技术,是有可能在其要求的商业和消费时间内保持产品的质量和新鲜度(Brown, 1992; Stewart, Tompkin, & Cole, 2002)。
如今,包装工业上使用的大部分材料是来自化石燃料,而实际上这些燃料是不降解的。因此,食品包装材料与其他任何的短期储存包装材料一样,这就意味着存在一个严重的全球性环境问题(Kirwan & Strawbridge, 2003)。我们还需要作出很大的努力来延长食品保质期、提高食品质量同时减少包装废弃物,这些鼓励了人们探索新的生物基包装材料,如属于可再生资源的可食用和可生物降解薄膜(Tharanathan, 2003)。由于其天然的生物可降解性,这些材料的使用至少可以在一定程度上可解决废弃物问题。
但是,生物材料包装必须也能够具有传统包装材料的一系列性能。这些性能包括控制和保护食品的性能,维持食品的感官质量和安全性,并向消费者提供一些产品信息(Robertson, 1993)。
可是迄今为止,这些生物可降解薄膜的阻隔性差,以及天然聚合物所表现出来的低机械强度,都在很大程度上制约着生物可降解薄膜在包装领域的应用。由于天然聚合物的这些局限性,他们通常与其他合成聚合物混合使用,有时也通过化学改性扩大其在特殊领域或者特殊环境下的应用范围(Guilbert, Cuq, & Gontard, 1997; Petersen et al., 1999)。
最近,(复合无机/有机材料尤其是将纳米二氧化硅颗粒添加到有机模板上的材料引起人们广泛的研究兴趣),混合的有机—无机系统受到了人们的高度重视,特别是在聚合物基质中将层状硅酸盐分散成纳米级水平
(Giannelis, 1996)。这种纳米复合材料具有非常特殊的特性,与其他同类物非常不同。他们往往表现出更好的机械强度和氧化稳定性,抗溶剂性能好,具有良好的自清洁功能,尤其是具有可调节的生物可降解性(Alexandre & Dubois, 2000; Sinha Ray & Bousmina, 2005; Sinha Ray & Okamoto, 2003)。
纳米复合材料的应用有望扩大可食性和可生物降解薄膜的应用领域(Lagaro´n et al., 2005; Sinha Ray & Bousmina, 2005)。这将有助于减少食品加工中包装废弃物的产生,并将有助于新鲜食品的保鲜,延长其货架期(Labuza & Breene, 1988; Vermeiren, Devlieghere, Van Beest, de Kruijf, & Debevere, 1999)。
此外,无机粒子的使用可带来许多其他的功能,如颜色和气味等,也可作为一个载体来控制药物或杀菌剂的扩散(Lee, An, Park, & Lee, 2003; Lee & Fu, 2003; Li, He, Evans, & Duan, 2004a; Li, He, Evans, & Duan, 2004b)。
许多研究者正致力于生产可食性的微胶囊来提高药物或日常食品中的易损失的微量营养的传输,研究能在人体特定位置实现靶向释放的纳米颗粒,这对健康有很多好处,如降低了患心脏病、中风、神经性疾病和癌症的风险(Koo, Rubinstein, & Onyuksel, 2005; Yan & Gilbert,