方面的纳米技术在食品加工、包装、和保护产业

文摘

纳米技术已被证明其能力在几乎所有可能的领域我们是知道的。然而,今天真正意义上的纳米技术的发展为食品行业很大程度上。越来越多的人口,生产食物是不够的。它必须被保留下来以达到大众在全球范围内。纳米技术使这个想法成为现实通过增加不同种类的食物材料的保质期。它不是一个完全说测量;但是它带来了食物的浪费程度由于微生物侵扰。不仅新鲜食物,而且更健康的食物正在设计的帮助下nano-delivery系统作为食品补充剂的载体。有法规遵循然而其中几个对人口的健康构成严重威胁。在未来几天,新模式维护食品要发展纳米技术的帮助下。 In this paper, an overview has been given of the different methods of food processing, packaging, and preservation techniques and the role nanotechnology plays in the food processing, packaging, and preservation industry.

1。介绍

自史前时代起,人类就试图改善和设计更好的食物保存技术。从穴居人试图保持食物储存新鲜的杀死在山洞里,提供了一种抑制环境以防止被宠坏了的制冷技术21世纪,人已经走了很长的路。酒窖和冷流也会发现他们使用的保存食物。干燥和发酵过程存在大约公元前10000年前和今天我们使用修改后的版本的这些过程(1]。发酵、盐、晒干、烧烤、烘箱、吸烟、蒸、盐,腌制,酸洗,罐装,瓶装,果冻,辐照,碳化的食物,以及使用化学或人工防腐剂的保存方法很少被人在日常生活中常用的。所有这些方法针对一个简单的想法,那就是,要么减缓疾病的乘法导致生物体或杀害生物完全然而,这些技术应用与完全认定其背后的科学机制。方法渗透抑制和真空保存也常用技术的保存食物。考古证据支持的实践所提到的保护技术和他们的存在在希腊,罗马,埃及文明。埃及人用于sun-dry他们的食物为了保护他们免受损坏2]。罗马人引入了酸洗的概念,以防止食品微生物感染(3]。然而希腊人负责果冻食品通过引入糖或蜂蜜保存技术(3]。威廉·卡伦在1784年第一次技术创新突破食物的保存技术,使原油人工制冷的方法(2]。1800年初见证了罐头食物和盐,为了保持它的新鲜更长一段时间(2]。也有其他人取得重大发现的保存技术,如1809年尼古拉,阿佩尔(2]谁发明了一种真空灌装技术,将为法国军队提供食物,这导致了镀锡,然后由彼得·杜兰罐头的发展在1810年(4]。通过引入巴氏灭菌的路易·巴斯德在1862年,牛奶、葡萄酒、啤酒可以保存(4]。然而,这些方法确实是原油和无法保存食物更长的持续时间。有一个永久的必要性和更可靠的解决方案的保存食物。

门外汉术语的“纳米”一词指的是小的东西,小,和原子在本质上(5]。应用这样一个理念,整合与科学,导致“纳米科学领域。”“纳米技术”或“纳米”,如今,已经成为世纪的呼唤。它发现它的使用在每一个领域的科学和技术。在图1,编译使用的几个纳米材料通常是基于它们的大小相比,生物分子或微生物与纳米材料的大小。它有一个革命性的影响深度和模式的观点。它有一个繁荣的其他几个行业的应用及其在食品工业中的应用一直是最近的一个事件。然而,它一直在食品工业平稳较快发展。食品质量和安全一直是一个十分关注的问题。保持健康人群的想法,研究人员一直在试图找出创新技术以提高食品质量和安全。纳米技术领域的营养的入侵导致了新颖的设计和发展食品有更好的溶解性、热稳定性和口服生物利用度6]。将功能元素在食品领域研究已经进行了很长一段时间。纳米技术铺平了道路,这想法,这导致了这种和纳米复合材料的发展7]。纳米技术在食品科学是应用在几个方面;它有很大的潜力,可以用于改善食品的质量和安全。从提高保质期改善食品存储跟踪和追踪污染物的引入抗菌或保健品食品、纳米技术在食品科学领域起着至关重要的作用[8]。

pre -农产品采后相关问题一直非常减少由于应用纳米技术的保存食品(9]。保护行业一直在增加同样的速度作为食品行业,几乎每年10 - 12% (10]。报告表明,食品包装行业的市场价值在2012年增加了25亿美元(11]。它可以进一步提出基于产业蓬勃发展的报告和收入同样飙升高得多。一些机构,如国家纳米技术计划(NNI),国家科学基金会(NSF),国立卫生研究院(NIH),纳米科学和技术中心(CNST),美国农业部(USDA),国家食品与农业研究所(NIFA),与农业和食品研究计划(AFRI),已经资助的研究和开发纳米技术在美国12]。纳米技术的一些欧洲机构如下:欧洲委员会(EC),工程和物理科学研究委员会(EPSRC),医学研究委员会(MRC),生物技术和生物科学研究委员会(BBSRC),区域发展机构(RDA),和奥地利Nano倡议(ANI) (13]。按照印度的场景,尽管有关纳米技术正在进行引人注目的作品,然而,根据数据增长甚至收益率尚未报道。他们对食品工业的贡献同样不能估计目前由于缺乏数据报告。然而,一些公司如雨后春笋般涌现,全国几所大学正在缓慢但稳步让纳米技术领域的一个突破。其中的几个公司Adnano技术,NanoBio化工、NanoShel, NanoXpert技术,Sisco研究实验室,量子公司DaburPharma,梅达生物技术,Velbionanotech [14]。与基金等机构部门科技(DST)、生物技术(印度生物技术部),原子能部(DAE),国防研究开发和组织(DRDO)、印度医学研究理事会(),新能源和可再生能源(MNRE)和科学与工业研究理事会(CSIR),大学也发生了新的和创新的方式利用纳米技术所提供的15]。

借助纳米技术,食品的保质期可以增加,可以减少食物变质的程度,最后健康的食物可以达到大众,最终它将改善人们的健康,可以帮助减少粮食短缺的问题。等形式的“纳米系统”固体纳米粒子,纳米纤维,nanocapsules,纳米管,纳米复合材料,纳米传感器,nanobarcodes一些主要的纳米材料,发现他们使用在食品加工、包装、保存部门(16]。

2。食品管理

2.1。食品加工

食品加工可以被定义为一个实践保存食品的方法和技术的帮助为了变换食物可消耗的状态。这些技术设计成这样,食物的味道和质量都是一致的,但他们也受感染的微生物,导致食物变质。辐照、电阻加热和高的静水压力的一些传统的食品加工方法(17,18]。食品加工方法,涉及纳米材料包括保健品的公司,凝胶和稠化剂,营养输送,矿物质和维生素强化和nanoencapsulation口味的67年,68年]。在图2,示意几个纳米材料用于食品加工的例子进行了总结。进行处理的食物主要是为了保持食物的完整并增加其保质期。加工食品帮助生产者转移它非常大的距离没有运行风险的食物被宠坏了。每年的不同种类的食物,特别是季节性的豌豆或玉米等,也是加工食品的好处。新鲜的食物并不是唯一的食品加工行业的目标。生产更健康的粮食也关注的一部分,因此这些天加工食品含有微量元素,是一个巨大的消费者受益。不同纳米材料及其技术的介入,发现他们的使用在食品加工行业中总结表1。

2.1.1。Nanoencapsulation

Nanoencapsulation nanocapsules的帮助下进行。它们提供了许多好处比如易于处理,增强稳定性,防止氧化,保留的挥发性成分,味道,水分触发控制释放,pH值触发控制释放,连续多个活性成分,风味特征的变化,长久的感官知觉,和增强的生物利用度和疗效69年,70年]。他们可以被定义为nanovesicular系统表现出典型的核壳结构的药物仅限于水库或内腔周围聚合物薄膜或涂层21]。腔可以包含液体或固体形式的活性物质或分子分散。Nanocapsules参与交付所需的组件和诱捕食物的气味和不必要的组件,从而导致食物的保存。在生物系统中,通过胃肠道nanocapsules携带食品补充剂,这将导致增加药物的生物利用度。有六个nanocapsules制备的基本方法,即nanoprecipitation, emulsion-diffusion,双乳化,emulsion-coacervation,聚合物涂层,分层技术71年]。常规乳液和nanoemulsion之间的基本区别是,nanoemulsion不会改变食物的外观当添加到它。这些nanocapsules发现他们使用的农药、化肥和疫苗的植物。他们也用于运载亲脂性的保健品,如维生素和矿物质的食物,脂肪酸,和生长激素,增加食物的营养成分(72年]。封装的基本好处是保护隐藏组件,以提供精确的目标,即使在不利的条件。脂质体是一个载波技术也用于nanoencapsulation。Nanoliposomes帮助控制和特定的交付系统内的几个组件。他们提供保健品,营养、酶、维生素、抗菌素、添加剂(73年]。玉米蛋白纤维含有没食子酸使用电纺的封装技术的一种新方法,研究正在进行22]。玉米蛋白纤维保护获得的脂肪退化系统内达到目标之前交货。这个新的,有效的方法可以被利用彻底食品包装行业。基于脂质封装系统其他封装系统相比要更有效率,因为更好的溶解性和特异性的组件封装。这个系统帮助组件不与食品材料在很大程度上,这样的原始特色食物是保持完好无损,并要交付的组件在生物系统也没有改变。同样,colloidosomes空心球状壳结构非常微小的规模几乎不到四分之一的人类细胞,他们表现为胶囊(23]。几个组件被认为是放置在壳牌和它可以被证明是很好的食品补充剂和药物的载体在生物系统。同样,nanocochleates帮助改善加工食品的质量。他们nanocoils环绕微量元素,结果稳定。它是由基于大豆磷脂可以是磷脂酰丝氨酸、磷脂酸,dioleoylphosphatidyl丝氨酸,磷脂酰肌醇、磷脂酰甘油、磷脂酰胆碱,磷脂酰乙醇胺,diphosphatidyl甘油,dioleoylphosphatidic酸,distearoylphosphatidylserine, dimyristoylphosphatidyl丝氨酸,dipalmitoylphosphatidyl甘油(2]。Nanoencapsulation益生菌也是一个新兴领域,纳米技术的成功是努力设计疫苗能够调节系统内的免疫反应。nanoencapsulation技术,益生菌还保存完好和有效地交付给胃肠道。Starch-like纳米粒子帮助保护脂质体内,也有效地在生物系统中的目标站点根据一些报道(74年]。Archaeosomes也nanoencapsulated交付系统抗氧化剂的一个例子。他们准备从archaeobacterial膜脂质。这些脂质,耐高温,耐压力(24]。此外报告表明,牛奶可以免受nanoencapsulating降解α生育酚脂肪滴(70年]。很少有食品的商业化,发现其使用材料等nanoencapsulation油菜活跃的石油,由一家名为Shemen在海法,以色列,用于强化植物甾醇的nanoencapsulation [75年]。剩下的食品都是在美国生产和各自的公司和产品名称是强化果汁,由一家名为万岁,用于强化维生素的nanoencapsulation,番茄红素,茶氨酸,和太阳活跃铁;NanoResveratrol,一家名为生活提高,这是一种植物性脂质,如固体甘油三酯,封闭的壳组成的天然磷脂,磷脂酰胆碱等输送系统;喷雾终身维生素补充剂,由一家名为卫生+国际,是用于nanoencapsulation强化维生素饮料;每日增加一家名为然巴果汁夏威夷,用于强化维生素或生物活性成分的nanoencapsulation饮料;颜色乳液,一家名为野生风味,用于生产Beta-carotenal, apocarotenal,或辣椒这种;Nanoceuticals苗条动摇巧克力,RBC生命科学公司用于生产的nano的nanoencapsulation集群,帮助提高摇不添加糖的味道饮料(25- - - - - -27,76年,77年];和Nanotea另一个nanoencapsulated产品由一家名为秦皇岛太极环制造纳米产品从中国有限公司(78年]。

2.1.2。这种被

这种被用于生产食品沙拉酱,调味油,甜味剂,个性化的饮料,和其他加工食品。他们帮助释放不同口味的帮助下几个刺激的热量,pH值,超声波,等等79年]。他们有效地保留风味和防止氧化和酶反应。这种创建主要通过两种方法;高能源的方法是高压均化的步骤,超声波法、高速液体同轴飞机和高速设备方法(80年]。同样,低能量方法涉及到膜乳化、自发乳化,溶剂置换、乳液转化点,和相位反转点(81年]。这种由液相分散在连续水相。用于创建的组件nanoemulsion是亲脂性的,亲脂性的组件与油相(混合彻底28]。nanoemulsion内的亲脂性的组件的位置取决于几个因素,如分子和理化性质。理化性质包括疏水性、表面活性、油水分配系数、溶解度、熔点(29日]。几个亲脂性的组件封装的帮助下nanoemulsion形成,例如,β胡萝卜素、柠檬醛、辣椒素,亚麻籽油、三丁酸甘油酯,coenzymeQ和一些油溶性维生素(82年]。他们是高度稳定的重力分离和液滴聚合和nanoemulsion也是耐热相比传统的乳剂。现在这种首选而不是传统的乳剂由于液滴越小,表面积越大,越容易将消化酶所消化,最终很容易被吸收。小乳剂有利于穿透黏液层存在于小肠(83年]。较小的优势,乳剂跨上皮运输层,因此有助于更好的吸附形成乳剂的组件。亲脂性的组件也增加的溶解度小的时候(84年]。这种形式的蛋白质(如鸡蛋、牛奶、和植物蛋白)和碳水化合物(如淀粉、果胶、海藻酸、卡拉胶、黄原胶、瓜尔胶)帮助改善质地,导致一致性的冰淇淋85年]。溴化植物油,酯胶,达马脂胶和sucrose-acetate异丁酸盐被用作加重剂(86年]。加权代理是用来减少乳化和沉降。他们也知道帮助分散和可用性的营养食品(87年]。生物分子像牛奶蛋白质和胶束和碳水化合物,如糊精可以被证明是潜在的营养载体的帮助下封装(88年]。水解牛奶蛋白等α乳白蛋白进化是一个潜在的药物载体,营养,补充(89年]。酪蛋白胶束和碳水化合物,如糊精作为载体。酪蛋白胶束的目的最好的服务交付的疏水性保健品(89年]。这种已知抗菌活性,对革兰氏阳性微生物更有效比革兰氏negative-organisms (90年]。由于这个原因,这种被用于消毒食品包装的文章。微生物生长的帮助下避免这种由非离子表面活性剂,豆油,磷酸三丁酯(91年]。自组装这种负责的味道保持功能化合物从酶的降解行为、温度、氧化过程和pH值的变化和水解过程(92年]。功能性化合物通常自组装这种封装的叶黄素,β胡萝卜素、番茄红素、维生素A, D, E3, Q10,异黄酮(93年]。基本上这种植物化学物质的输送系统而声名鹊起。主要的两个植物化学物质,即类胡萝卜素和多酚,负责降低血压,减少致癌因素,调节消化道系统,加强免疫系统,调节血糖和胆固醇水平,并充当抗氧化剂(30.,94年- - - - - -96年]。然而制造商面临的唯一问题是缺乏适当的这些植物化学物质的生物利用度。这种被做了这个不可能的壮举可行的通过增加植物素的生物利用度设计有效的运载系统。是脂类的大小越小,越高的生物利用度是植物化学物质(97年]。这种被战胜传统的乳剂由于他们的大小减少。减少大小提供了更大的表面积,成果转化为吸附的速率增加。这是使得这种有效的基本原则。

2.2。食品包装和食品保存

食品包装方法是用来确保食物的品质保存完好;他们打包的方式,这样是安全的消费。包装主要旨在提供物理保护,以防止食品外部冲击和振动,温度和微生物侵扰,提供保护屏障清除氧和其他腐败导致气体。最好是由可降解材料制成的包装材料,减少环境污染。这个想法已经变成现实的介绍纳米技术在食品包装行业。高屏障塑料、引入抗菌素和检测措施,污染物很少的方法需要被关注,而食品包装。摘要摘要用于不同类型的保护和包装的食物在桌子上2。

而治疗和处理的食物为了减缓腐败,导致食品质量损失的预防,可食性,或由微生物营养价值,称为食物保存。干燥、罐头和冷冻一些传统的方法,发现其使用食物保存技术。

食品管理在几个不同的步骤,包括加工、包装和保护意味着在同一时间。每一个步骤是由纳米技术辅助的帮助下几个纳米材料。流程图如图3代表了这个想法。

2.2.1。纳米传感器

纳米传感器帮助检测任何形式的改变食物的颜色,它还帮助由于腐败产生的任何气体检测。传感器通常是敏感的对气体如氢、氢硫化物,氮氧化物,二氧化硫和氨(31日]。他们是一个设备组成的电子数据处理部分和传感部分,能够探测到任何光线的变化,热,湿度,气体,化学物质转化为电信号98年]。纳米传感器的高灵敏度和选择性使他们更加的效率比传统的传感器。这些气体传感器等组成的金属钯,铂,金(99年]。基于金纳米粒子有时也使用检测毒素如牛奶中黄曲霉毒素B1 (32]。有时他们甚至是由单壁碳纳米管和DNA,这就增加了传感器的灵敏度。在农业、纳米传感器帮助监测土壤的条件所需的作物的生长。他们还帮助检测农药的存在表面的水果和蔬菜。不仅杀虫剂,但也有纳米传感器开发检测食品中致癌物质也材料(33]。气体传感器也由导电聚合物。这些基于电活性共轭聚合物的传感器进行粒子植入内绝缘聚合物矩阵(One hundred.]。导电聚合物的控制因素主要是电气、光学、磁性和他们有关共轭π电子骨干。改变共振带来的气体的存在被探测到的结果在基于导电聚合物传感器响应模式(One hundred.]。报告指出,这些传感器也被用于食源性致病菌的检测嵌入式炭黑和聚苯胺的纳米传感器时(34]。纳米传感器本身,也可安装在包装工厂,在那里他们可以检测到微生物,通常寄生于食物。以这种方式包装食品的产品不需要送到实验室进行抽样。这些传感器提醒消费者对食品的质量和颜色变化的帮助。常用的传感器,用于食品包装行业的时间——温度积分器和气体探测器。几种不同类型的纳米传感器为例,使用阵列生物传感器,纳米颗粒在溶液中,纳米颗粒传感器为基础,电子鼻子,nano-test, nanocantilevers [101年]。电子鼻是一种传感器,使用一些化学传感器连接到一个数据处理系统(35]。由于传感器像一个人类鼻子,传感器被称为电子鼻子。随着电子鼻,有报道称电子舌的传感器,工作原理类似的电子鼻子。它改变颜色来接触食品材料的任何损坏的迹象因此宣称的食物不适合消费(36]。的电化学测定食用色素等添加剂在食物和饮料,例如,日落黄和柠檬黄,碳陶瓷与离子纳米复合材料(碳纳米管微电极是定制的102年]。生物传感器也被成功应用的新兴技术。随着nano-gas传感器,nano-smart灰尘可用来检测任何形式的环境污染(37]。这些传感器是由微小的无线传感器和转发器。Nanobarcodes也是一种有效的机制来检测农产品的质量(103年]。检测的病毒和细菌,这些天nanobiosensors被证明是非常方便和有效。仿生传感器和智能生物传感器也被报道,他们是有效的在确定真菌毒素和其他有毒物质的存在38]。仿生传感器开发利用蛋白质和仿生膜。传感器作为伪细胞表面,帮助在病原体检测和删除104年]。表面Plasmon-coupled排放生物传感器与金纳米粒子改性帮助致病菌的检测39]。纳米传感器的使用实际上帮助降低检测极限时修改,以改善程度的选择性和灵敏度。有几种免疫传感器开发检测所检测到的一些毒素如赭曲霉毒素A氧化铈免疫传感器和基于壳聚糖的纳米复合材料;碳纳米管和硅纳米线晶体管检测葡萄球菌肠毒素B和霍乱毒素(105年]。纳米复合材料的SnO₂二氧化钛,microrods, SnO纳米带用于挥发性有机化合物的检测如乙烯、一氧化碳、丙酮和乙醇(40]。纳米复合材料的SnO₂在包装食品检测氧气的存在。要论述的uv - b辐射与二氧化钛粒子需要紫外线a辐射(41]。传感器包括电子供体的甘油、氧化还原染料亚甲蓝的形式,和一个封装由羟乙基纤维素的聚合物。与紫外线照射,氧化还原染料漂白,在氧的存在,原来的蓝色。蓝色的颜色传感器的程度成正比的存在氧(106年]。传感器用于检测食品中病原体的存在材料提供最大的优势减少孵化时间需要在传统方法检测病原体的存在。随着所有这些上述传感器指标称为时间——温度集成商。主要的三种基本类型,即滥用指标,部分温度历史指标和full-temperature历史指标(42]。时间——温度指示器/集成商有助于检测食物的变质温度历史的基础上。滥用指标也被称为临界温度,因为他们帮助确定是否所需的温度已经达到(42]。部分温度历史指标负责整合的时间——温度历史当温度超过某一预定值。寄存器Full-temperature历史指标连续温度对时间的变化(42]。商业可用性这样的创科实业(时间——温度积分器)iSTrip的形式,由公司Timestrip,借助色彩变化,检测温度的变化的冷冻食品(42]。它们由金纳米粒子的颜色更改为红色时突然冻结温度上升同时保护冷冻食品。传感器开发了反射干涉法检测大肠杆菌污染的包装食品(43]。的蛋白质大肠杆菌放置在硅片结合类似蛋白的污染。它作用于线粒体的光的散射原理。这种散射光检测通过分析数字图像。

2.2.2。纳米复合材料

纳米复合材料通常是由聚合物结合纳米粒子和它们有助于增强聚合物结合的财产(44]。纳米复合材料基本上提供一个高度通用的化学功能,因此他们用于开发高屏障属性(107年]。他们帮助保持食品新鲜、没有任何微生物感染持续时间。他们通常作为气体壁垒为了减少瓶碳酸饮料中的二氧化碳泄漏(107年]。通过这种方式,它能增加产品的货架寿命。不昂贵的罐和玻璃瓶,制造业可以使用纳米复合材料层的瓶子为了防止泄漏。纳米黏土纳米复合材料的例子是用来创建这些气体壁垒和聚合物与纳米粒子相结合的一个例子。铝硅酸盐等关键词是自然发生的,通常被称为层状硅酸盐,价格便宜、稳定、环保的性质(45]。层状硅酸盐发现蒙脱石、高岭石、水辉石,并根据他们的皂石的组成部分。纳米黏土增援分类纳米黏土纳米复合材料分为两大类,即插入纳米复合材料和纳米复合材料脱落45]。夹层的纳米复合材料是有序多层聚合物结构交替形成聚合物层,由于聚合物链的渗透到粘土的层间区域(45]。剥落了纳米复合材料的粘土层,形成随机分散在聚合物基质,由于广泛的聚合物渗透。纤维素nanoreinforcements结果到便宜,重量轻纳米复合材料(46]。这些增援部队是生长在植物纤维素微纤维的形式稳定的氢键。这些增援使纳米复合材料更灵活并提供聚合物基质渗透率低。单壁纳米管二氧化硅纳米颗粒共聚和产生的气体障碍(47]。商业名称等关键词的几个可用的市场支持,Imperm, Durethan [47]。基于这些等关键词的聚合物,都能在市场上找到数高于其余由于其生物降解的特性,密度低、透明度、良好的流动,更好的表面性质。Aegis作为氧气拾荒者,从而提高了粘土的屏障属性保留碳酸饮料中的二氧化碳(47]。Durethan由聚酰胺和它提供刚度纸板容器果汁(47]。Imperm商业化的另一个例子是基于纳米黏土的聚合物是由尼龙和纳米黏土和旨在清除氧(47]。Nanocor气体屏障的一个例子,这也是一个基于纳米黏土的聚合物,用于制造塑料啤酒瓶为了防止饮料中的二氧化碳的逃避108年]。例如,Nanocoatings nanolaminates, nanoencapsulation的另一个例子。这些nanolaminates用于外套肉类,奶酪,水果,蔬菜,和烘焙食品。聚合物与金属强化的形式作为抗菌剂nanozinc nanomagnesium氧化物和氧化。

氧化锌和pediocin把纳米粒子在纳米复合材料薄膜也有抗菌活性48]。银包覆纳米复合材料作为抗菌剂。银高度到细胞表面,降低脂多糖,因此结果为渗透率的增加,细菌的DNA造成不可挽回的损害。在商店为了控制害虫寄生于包装食品材料,盯住涂大蒜油纳米复合材料被证明是非常有效的48]。Bionanocomposites,这通常是由淀粉和纤维素衍生物、聚乳酸、聚已酸内酯,polyhydroxybutyrate,琥珀酸和聚丁烯,已被证明是有效的分层材料包装应用程序(26]。另一个基于纳米复合材料的商业化产品被称为警卫在成熟新鲜有助于清除蔬菜和水果的乙烯气体(109年]。纳米复合材料被广泛使用在食品包装领域的已知生物可降解环保广告。屏幕顶部DS13就是这样一个例子很容易的纳米复合材料可回收利用(49]。与蜡为涂料、顶级屏幕DS13光彩的水性,因此很容易退化。另一个这样的环保纳米复合材料涂层材料被称为NanoCeram PAC和它有助于快速吸收不愉快的组件可能会导致犯规气味和创造令人厌恶的味道110年]。固定化酶及其在包装中使用的食物不是非常广泛的道路;然而,食品行业不断发展的步伐。方法不是很流行相当数量的降解酶是敏感因素。酶可以降解在高温或不利的pH值,甚至在蛋白酶的存在。乳糖酶或胆固醇还原酶在包装材料帮助消费者缺乏这些酶在他们的系统50]。固定化酶战胜传统的涂料系统中使用包装材料,因为它们提供了一个更大的表面积和更快的转移率。它被认为是最有效的类型的纳米复合材料,用于食品包装行业。酶是纳入等关键词和用于包装食品(51]。

2.2.3。纳米粒子

在纳米级,纳米颗粒处理的几种用途的食品。他们帮助提高食品的流动性能,颜色,和稳定性。食物中的纳米粒子的有效性取决于其在系统生物利用度(52]。以前,纳米粒子作为药物输送系统,现在他们发现他们在食品工业以类似的方式使用。纳米粒子在塑料薄膜的形式,如硅酸盐纳米颗粒,氧化锌和氧化钛,是用来减少包装容器内的氧气(53]。他们也帮助减少水分的渗漏,保持食物新鲜时间较长(53]。有纳米颗粒辅助选择性绑定,因此导致病原体的清除或化学物质从食物111年]。二氧化硅和二氧化钛是两个最常用的纳米颗粒在食品包装。二氧化硅发现其使用抗凝和干燥剂(55]。它有助于吸收食物中的水分子,从而显示吸湿的应用程序。二氧化钛是另一个纳米颗粒作为食品着色剂(56]。它被称为光催化消毒代理。二氧化钛作为食品增白剂用于食品如牛奶、奶酪和其他乳制品(56]。它发现它的使用在食品包装作为一个屏障紫外线保护。银纳米粒子作为抗菌药物,因此保护食品不受微生物感染(55]。纳米银粒子提供大的表面积和很容易分散在食品和很容易电离和化学活性,作为有效的抗菌剂。银纳米粒子被证明是有效的抗菌素如他们有一个广泛的频谱活动不同于其他传统的金属纳米粒子作为抗菌剂(55]。银已经知道是很稳定的,因为它是一种元素,据报道,它不构成任何重大威胁到生物系统如果合并范围内分配的FDA(食品与药物协会)标准(55]。稳定的绝对是一个活跃;然而银主要剩余时间分数作为一个有效的抗菌素,因为它可以穿透生物膜(55]。银主要战胜其余的可用抗菌素在市场因为银可以很容易地纳入包装材料。银也证明有较小的倾向使微生物耐药,因此这些天它是一种更好的包装材料(55]。银,根据报道,浸润在微生物系统和扰乱了核糖体的活动,因此造成阻碍生产的几个重要的酶(55]。银纳米粒子更有效比革兰氏阳性微生物杀菌剂对革兰氏阴性微生物作为粒子更容易穿透细胞壁较薄的革兰氏阴性微生物(55]。银纳米粒子也延长保质期的水果和蔬菜吸收和分解乙烯(55]。除了银、锌和钛纳米颗粒、碳纳米管也用于包装的食品。然而,碳纳米管毒性水平相当高的,因此使用是有限的。聚合物纳米粒子是由使用聚合物和表面活性剂,海藻酸、聚丙醇coglycolic酸,聚乳酸纤维和壳聚糖和已知有效运载系统56]。报告还建议biopolymeric纳米粒子的发展,证明是杀菌的。二氧化钛是另一个已经报道的纳米抗菌活性;的使用是有限的,因为它是photocatalyzed [112年]。只有活跃在紫外线的存在。这是一个活跃的杀菌剂对几只在紫外光照下病原体。它会导致细胞膜磷脂的过氧化反应出现在细菌的细胞壁。二氧化钛纳米颗粒photosensitize减少亚甲蓝紫外线的照射。辐照后,粒子漂白剂和,只有在氧气的存在,它改变它的颜色变成蓝色。其他几个报道纳米粒子具有抗菌活性氧化镁,铜和氧化铜,氧化锌,镉、硒、碲化壳聚糖,单壁碳纳米管。壳聚糖负责绑定到带负电荷的细胞壁是带正电的(57]。这将导致增加细胞壁的渗透和破坏。无机nanoceramic在食用油用于油炸食品(58]。纳米粒子在石油保持食物的曲折,增加食物的保质期。

3所示。健康危害相关的使用纳米技术在食品加工、包装、和保护产业

有几个产品是不断发展的纳米技术领域的一个结果;他们对人们的健康构成严重威胁。例如,尽管这种拥有广泛的应用领域在食品加工行业,然而,消费者要支付成本目标的身体疾病。这些这种具有潜在的毒性作用和它们的大小有关。吸收、分布、代谢和排泄的nanoemulsion变化一旦大小减少nanodimension (59]。浓度、粒度分布、电荷和界面特征的因素负责带来人类系统的生理变化。Nondigestible无机纳米粒子和消化有机纳米粒子对身体有不同的影响。Nondigestible无机纳米粒子包括矿产和金属而消化有机纳米粒子包括表面活性剂、脂质、蛋白质和碳水化合物(113年]。Nanoemulsion有外壳和核心安排亲脂性的组件组成的核心和壳是由吸附材料。亲脂性的核心主要是由非极性的组件(如triacyl甘油,diacyl甘油,精油,香味油、矿物油,脂肪替代品,加重剂、脂溶性维生素,营养物质(60]。nanoemulsion的外壳,包含亲脂性的核心通常是由表面活性剂、磷脂、蛋白质、多糖和矿物质(61年]。核心和壳有不同的速率和程度上胃肠道的消化和吸附。基于微分的消化率,这个想法的命运nanoemulsion可以确定;然而,仍然需要在这一领域开展研究有一个全面的知识有关的命运nanoemulsion人体系统内的。生物利用度生物系统内的组件也被认为是其中一个因素,确定这种毒性。有时在nanoemulsion组件的生物利用度可能非常低;然而,吸附率会很高nanoemulsion内的组件是封闭的。这将导致生物体内积累的组件在系统。这种消费非常高的规模可以被证明是有害的,这种是由表面活性剂和溶剂的化学性质(114年]。天然乳化剂不是在这种效果,当这些是消耗在一个非常高的层面他们可以在生物系统有不利影响62年]。虽然脂质这种分数基础上传统的这种被更好的交货模式生物系统中的组件,然而,这种结果的脂质含量高对身体副作用如心血管疾病和肥胖被几个(115年]。

报道了纳米颗粒导致细胞损伤生物系统时,系统中积累。有时他们还扰乱正常工作的生物系统内的细胞成分,因为有报道称,它们附着在细胞受体细胞的免疫系统,使他们(63年]。纳米粒子也有时得到涂有蛋白质和这导致蛋白质的降解,因此,正常的细胞机制被中断。银纳米粒子对人类的不利影响已报告系统。他们影响到人类肺纤维母细胞通过减少ATP含量、增加活性氧产量,破坏线粒体和DNA (64年]。它还会导致染色体畸变。因此很积极地说,银纳米颗粒基因毒性,细胞毒性,甚至致癌。减少纳米颗粒的大小使它穿过细胞屏障及其暴露会导致组织中自由基的形成,最终导致氧化损伤的细胞和组织116年]。碳纳米管通常主要用作食品包装材料迁移到食品和可能导致有毒影响人类的皮肤和肺65年]。

不仅人类健康,而且生态系统是高度受到纳米材料处理的几个制造业。这些纳米材料的迁移和积累在水中或土壤,破坏正常的生物群的地区。纳米颗粒冲洗掉到海洋系统形成一层上的海洋身体和被证明是有毒的浮游生物66年]。以这些浮游生物为食的远洋物种可能造成的毒性影响纳米颗粒(66年]。一旦海洋的纳米粒子稳定下来在地上的身体,底栖生物物种受到他们的影响66年]。铝纳米颗粒已报告结果为抑制植物生长的66年]。总结了视图的影响这种在生物系统是在桌子上3。

4所示。法规和纳米系统

有几个监管机构,如欧洲食品安全局(EFSA),环境保护署(EPA),食品和药物管理局(FDA)、国家职业安全与健康研究所”(NIOSH),职业安全与健康管理局(OSHA),美国农业部(USDA),消费者产品安全委员会(消费品安全委员会)和美国专利商标局(USPTO)控制纳米系统的使用和应用在食品(117年]。保持思想的影响,这些规定必须遵守食品行业参与处理,包装,和保存食物。欧洲议会和理事会负责申张立法规定纳米粒子的大小和这是一个引起关注的从消费者的角度来看118年]。需要保持一个固定大小的纳米粒子作为食品添加剂。预防原则(PP)必须通过严格的产业基础,减少自由工程纳米材料在食品注册(119年]。只有经过适当的学习和研究,纳米材料引入的食品。EC食品法规定用粉笔写了几点需要纳入设计的纳米材料用于食品工业。监管状态,有毒的纳米材料工程应该是免费的从几个真菌毒素和重金属和毒素(120年]。欧洲监管机构的监管框架1935/2004即物质被纳入食品不得改变食物的内在和感官特性121年]。它应该是惰性的,不应该促进恶化的食品和被证明对人体健康产生有害影响。的监管也表明nanocomponents纳入食品应首先研究了剂量反应和毒性作用的组件。指令89/107 / EEC州,如果一些活跃nanocomponent用来运送食品补充剂被添加作为食品包装材料,那么它必须首先评估作为直接食品添加剂(122年]。本条例由监管机构必须紧随其后的是一个和所有负责纳米技术为基础的生产材料用于食品工业。在一个像印度这样的国家,这些监管规范有时不遵循和消费者土地为它付出代价,最重要的是没有具体的监管框架,它存在于印度。然而,这种情况下应该避免,在全球范围内,应该遵守这些规定。

5。结论

纳米技术带来了革命性影响食品加工和保存。有明确的技术的优点,但是缺点也同样突出。一些食品行业巨头支付数百万开发纳米系统,这将有助于保持更好的食物。应该小心在设计新的纳米系统,它们都是环境友好的和他们没有任何毒性作用的食物。彻底测试需要进行健康功效的产品被推出。而非化学方法对设计纳米系统,研究应试图发现自然nano-systems通过食物药物或保健品的交付。

纳米颗粒,在极微小的大小,很容易被人体内部的细胞具有毒性作用。毒性是一个增强的方式由于其较高的生物利用度,它还可以影响免疫系统。银纳米粒子,例如,可以使细胞对其他抗菌药物的流动中的纳米颗粒生物仍然是未知的(123年]。不仅银纳米粒子,其他几个纳米颗粒,二氧化钛和氧化锌等,造成环境污染因其高毒性[124年]。环保纳米粒子需要设计可以作为抗菌和也不能对环境造成伤害。

小颗粒的大小或乳剂,他们构成的威胁越高影响人体系统。一些世界各地的监管机构取得了所需的法规和标准食品中使用的纳米粒子。他们需要小心地跟着,以便消费者不受到影响。最大的缺点使用纳米系统的食物是,他们仍在研究和尚未彻底特征;因此损害的程度,它们可以引起生物系统尚未确定。

6。未来趋势

几个纳米系统仍处于开发阶段高效nanocomponents发现在食品工业中的应用。研究人员正在试图开发更好、更高效的人们增加水平的生物利用度在不影响外观和口味的食品这些航空公司合并。“智能包装”的想法是慢慢发现和研究正在进行中抗原特异性生物标志物用于包装食品也使聚合物纳米复合材料的纳米粒子薄膜(125年]。抗原特异性生物标记将帮助检测生物体的存在负责食物的变质的材料。BioSilicon,由pSivida设计,澳大利亚,发现其使用在食品包装行业126年]。它是由纳米孔和用于包装食品。特色在于其成分;它是由纳米硅。射频识别或无线电频率识别显示是一种新研制的设备,有助于迅速分发食品的保质期较短(127年]。也有晶体管,基于RFID技术的使用。甚至这些晶体管是用来检测一个很小的温度变化,压力,甚至博士敏感性水平非常高的这些晶体管。印度场景并不是类似于发达国家。与发达国家不同,产学互动并不是一个值得称道的。这的原因之一是产品开发和商业化部门领域的纳米技术仍然落后。然而,它正在慢慢回升的趋势世界和设计新方法和这一领域做出自己的贡献。在印度有很多潜在的,它只能利用适当一旦有合适的合作大学的科学家们和行业。更好的营销策略和基础设施可以帮助提高现状128年]。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者感谢IISER-Kolkata提供基础设施和研究设施。Sutapa Bose感谢DST提供Ramanujan科研补助金(SR / S2 / RJN-09/2011)和Vivek Rai感谢印度生物技术部提供他Ramalingaswamy研究资助这项工作。

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