纳米技术与采后果蔬保鲜

国家，农产品损耗率仅为1.7%～5%。若能将损耗率降低到发达国家现有水平，则每年就可增创产值千亿元。因此，提高果蔬的加工储藏技术有非常重要的经济价值和意义。

4.1 纳米包装材料与传统果蔬气调包装比较的优势

传统果蔬气调包装不能依据果蔬自身的特点进行针对性气调包装。纳米活性分子筛的突出特点是具有多孔结构和气体选择行为。郭玉花[13]等人以LDPE/LLDPE为基体材料，添加B型纳米活性分子筛，研究其对包装膜物理性能、透气性、透湿性的影响。结果表明：保鲜包装膜的拉伸强度下降，撕裂性能、抗摆锤冲击性增强，热封强度上升；保鲜膜的透明性有所下降；保鲜膜的透气和透湿性能大幅提高，很大程度上提高了果蔬保鲜效果。周晓媛[14]等人以LDPE/LLDPE(4:1)为基材，针对改善薄膜的透气性和透湿性，选择酸活化海泡石为无机填充剂，制备了不同添加量的海泡石PE保鲜膜。结果表明：随着海泡石添加量的增加，保鲜膜的拉伸强度和断裂伸长率不断降低，但保鲜膜的透氧率和透湿性能得到提高。通过对平菇保鲜实验，证明酸活化处理的海泡石填充膜对平菇的保鲜效果优于未包装的对照组。在15 ℃下可保鲜7 d，比未包装的对照组延长了5 d。

4.2 常见的纳米包装材料及其应用

银具有较高的催化能力，还原势极高的高氧化态银可以使周围空间产生强氧化性的原子氧，原子氧可以杀灭细菌。同时，银离子也可以吸附在细菌细胞膜上杀灭细菌，并且离子的杀菌效果具有长效性。而纳米级的银粉由于具有高比表面积，且存在大量的残键，因而具有强烈的吸附作用。在果蔬包装材料中加纳米级银粉可以快速氧化乙烯，从而改善果蔬保鲜效果。张瑶等[15]在聚乙烯制品中添加0.15%(质量分数)Ag 纳米粉制成塑料粒子，然后生产出含纳米银的塑料保鲜盒(规格16 cm×9.5 cm×4.5 cm)和保鲜袋(厚度约0.006 cm)，对杨梅进行保鲜效果实验。结果表明，纳米塑料包装材料对杨梅果实呼吸并无抑制作用，有助于抑制Vc分解，可提高杨梅好果率和延长货架期。

5 纳米技术在果蔬中大分子物质纳米表征中的应用

5.1 AFM提供了一种在纳米水平上检测结构信息的方法

随着现代仪器的发展，越来越多的显微镜被应用于食品科学与技术领域。1986年，Binnig等在扫描隧道显微镜的基础上发明了世界上第一台原子力显微镜(AFM)。AFM提供了一种在纳米水平上检测结构信息的方法，可以更加深入地了解食品的特性，可用于解释贮藏和加工过程中食品特性的变化机制。AFM 不需要任何导电、喷金、包埋和荧光染料染色等样品

处理过程，对样品破坏小，可实现单个分子成像，且分辨率高，成像环境可以多样，其中液态成像可使在接近生理条件下成像，符合生命科学的实验要求，另外其成像有多种模式，还可以得到三维图像。由于这些优点，AFM已经成为研究大分子物质的有力工具。

5.2 AFM的作用原理

AFM的基本作用是提供被检测物体的图片，AFM可用于描述单个线性分子和聚集体的定性信息。大多数食品大分子都能被AFM所测定，近年来，多数研究都集中在AFM对食品原料中多糖的测定上。目前已得到了葡聚糖、黄原胶、果胶的详细力谱，为深入研究果蔬品质特性与多糖纳米结构的关系奠定了基础。Sriamornsak等[18]利用AFM 研究了果胶-脂质复合体的结构，通过AFM 观察显示：果胶呈具有小分支的链状结构，脂质体结构呈球状。Kirby等[19]利用AFM 研究了番茄和甜菜中的果胶分子纳米结构，结果显示：不含有蛋白质的果胶分子具有聚集体、线性单片断和分支结构，与蛋白质结合的果胶中未发现有分支结构。Yang等[20-23]利用AFM 研究了桃中水溶性果胶、螯合性果胶和碱溶性果胶在气调冷藏下的微观结构。AFM 分析相同温度下气调冷藏和大气冷藏组黄桃的3种果胶链的降解特征，发现气调冷藏较大气冷藏能显著地抑制桃中水溶性果胶、螯合性果胶和碱溶性果胶的降解，不同种类果胶分子链宽度值仅有微小差异，如水溶性果胶链的宽度值的基本单元为11.719nm、15.625nm、19.531 nm和35.156 nm，螯合性果胶和碱溶性果胶也有类似的性质，通过统计分析果胶分子链宽得到了水果中果胶分子的降解模型。

5.3 纳米水平上研究了果胶对气调贮藏果蔬品质的影响

由于果蔬中多糖大分子多呈现自然聚集和缠结结构，不能精确地测定分子的链长。Yang等利用改进的“分子梳”和“流体固定技术”操纵单个果胶分子，其操纵结果可用来模拟果蔬中多糖大分子的相互作用。从纳米水平上研究了果胶对气调贮藏过程中桃品质的影响，为采后果蔬贮藏和运输提供理论支持。

Liu等[24]研究了0℃下钙处理和储存时间对杏理化性质和螯合性果胶纳米结构的影响。在储藏过程中，果实硬度没有变化，这与由AFM得到的螯合性果胶的形态学变化相符。螯合性果胶的分支减少，同时，具有小宽度(＜35 nm)和较长(＞500 nm)的链条增加，这种现象在对照组比用1％钙处理组表现更为明显。与对照组和3％钙处理组对比，在杏果实软化过程中，1％钙处理推迟了果实理化性质的变化，降低了螯合性果胶的解聚作用。结果为我们提供了从纳米结构研究探究质量指标的方法。

Yang等[25]等利用AFM分析2种桃中水溶性果胶、螯合性果胶、碱溶性果胶的纳米结构，实验显示，2种桃品种中碱溶性果胶链长有所不同，在硬质和软质桃平均长度分别为249 nm和57 nm，而水溶性果胶链长和螯

合性果胶链长没有什么不同。2种桃品种中3种果胶链条高度和长度没有明显差异，所有链的高度为1~5 nm。结果表明，桃肉中初生细胞壁中中性糖丰富是导致2品种中果胶纳米结构不同的原因，初生细胞壁中中性糖含量也可能是果实坚硬度差异的原因。

5.4 AFM在果蔬大分子物质研究中的应用前景

AFM作为一种纳米研究工具也可用于表征果蔬表面形貌 。Hershko等[14]利用AFM研究洋葱表皮的粗糙度，比较了空白实验和用藻酸盐涂层后表皮粗糙度，结果指出利用粗糙度的差异可用于描述清洗涂膜的效果。Yang等[27-28]以桃子和蘑菇为例，采用AFM定量分析果蔬表皮粗糙度，并得到果蔬表皮的二维和三维结构图。原子力显微镜已被应用于在纳米水平上研究食品中分子之间的交互作用，定性和定量分析分子结构以及分子的操纵，在果蔬大分子物质研究中发挥了重要的作用。

6 纳米技术在采后果蔬致病菌检测方面的应用

6.1 纳米技术是较理想的一种果蔬致病菌检测方法

微生物的快速检测和定量检测对食品质量和安全来说非常重要。在这一领域，纳米技术在描述微生物个体的特性和探测微生物的不均匀分布方面特别有前途[28]。新鲜果蔬在采后的品质下降和腐烂变质主要由于果蔬自身的老化、物理机械损伤和微生物入侵。而真菌是导致果蔬腐败变质的主要微生物。对微生物的控制与防范治理要从病原菌的检测着手。微生物检测的方法有很多种，例如流式细胞仪、阻抗法、纳米技术等。其中纳米技术是较理想的一种方法。Yang等[29]用AFM对大肠杆菌进行定性和定量分析，对由AFM得到的图像进行计算得到微生物的定量分析。结果表明，AFM提供了对食品微生物进行快速检测的新方法。

果蔬运输和储存过程中保持果实品质和新鲜是采后工业中的重要指标。通过仔细监测和调节果实与乙烯的接触是保持果实新鲜的一种方法。通过调节限制新鲜果实暴露于乙烯的程度可以减缓其老化过程，延长果实保质期。这对不能使用化学品延缓老化的有机农产品尤其重要。ETH-1010型号传感器，在电催化剂使乙烯氧化产生高度的可衡量的检测信号。它不断的在设定速度下对空气取样，并在特定时间间隔指示乙烯浓度。空气中的乙烯分子和电表面直接接触使这过程比传统的扩散型电化学反应更加灵敏。电催化反应表面的乙烯迁移量为0.1~0.2 μmol/h·cm。这种方法可将检测量从低于10-6降至10-9，已被证明对连续检测控制冷藏室有效[30]。

7 纳米技术存在的问题和前景展望

纳米技术是21世纪科技发展的制高点, 它的迅猛发展将促进几乎所有领域产生一场革命性的变化。 目前,纳米技术在果蔬贮藏保鲜中的大部分研究尚处于试验阶段,而实际应用的例子相对较少。 这主要是因为纳米技术的应用会使果蔬贮藏保鲜的成本加大;纳米包装材料大规模生产的工艺要求高、 程序复杂等诸多方面问题还需要进行深入细致的研究。但是,随着社会的发展, 人们生活水平的不断提高, 尤其是对果蔬新鲜度要求的不断提高, 纳米技术给果蔬保鲜领域带来挑战的同时也注入了巨大的活力,其发展前景十分诱人。 随着纳米技术的不断发展,纳米技术在果蔬保鲜领域中会得到更加广泛的应用。

纳米技术为人类带来了很大的优惠和方便，已经影响到人们生产与生活的多个方面，如医药、材料、食品、环境保护等。但同时，纳米技术产生的许多问题还有待进一步的研究解决。由于纳米粒子的高比表面、高活性，人体的吸收也许比其他物质要高很多，纳米食品食用的安全性还有待进一步研究。纳米粒子较小，吸附性很强，很容易扩散到周围环境中，纳米产品生产过程中的产品质量稳定性需要进一步的控制。

近年来, 围绕纳米产品的生物安全问题发达国家也积极地展开了研究。 2003 年 4 月, R F Ser-vice ( 2003) 在 Science 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( Lam研究小组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、 生存环境以及社会安全等方面是否存在潜在负面影响的问题[24], 即纳米生物环境安全性。但是,有关纳米材料的安全性评价资料检索结果表明,世界范围内还没有一个研究机构对纳米材料认真进行过安全性评价,尚未找到能够证明纳米材料绝对安全性的任何科学依据。 纳米科技的发展将给人类带来很多恩惠,食品纳米包装材料的研发也显著地推动了食品工业的发展, 但是在迅猛发展的纳米浪潮中,任何人都不能忽视任何事物都具有的两重性质[ 3 ]。

尽管纳米技术在食品工业的成功应用有限，但是基于纳米级的基本概念已经很好的建立，通过应用纳米技术可以得到更高的食品品质和安全性评价。在技术的进步上，DNA芯片、微电系统、微流体使得纳米技术的潜力在食品应用中得以实现[31]。目前纳米技术刚刚起步，人们可以根据需要制造更多具有特定功能的设备和产品，发展空间和应用领域有很大潜力，大量的先进技术有待开发。

8 小结

经过国内外多年的研究和发展，纳米技术已得到了较广泛的应用并初显其优势。特别是纳米技术在果蔬保鲜方面的应用，尤其适用于果蔬保鲜的研究、开发和生产。虽然纳米技术还面临着设备复杂、投资消耗大等困难，这主要是因为纳米技术的应用会使果蔬贮藏保鲜的成本加大；纳米包装材料大规模生产的工艺要求高、 程序复杂等诸多方面问题还需要进行深入细致的研究。虽然多数研究是局部的、个案的，有关纳米技术在采后果蔬的研究文献较少，但是针对纳米材料的研究在采后果蔬贮藏保鲜方面有重要的意义，需要深入的探索。然而，纳米技术也以其具有的高效、快速、精确等优点令人瞩目，在更深入系统地研究与开发下，纳米技术必将为采后果蔬的保鲜等方面以及人类的生产生活做出更大的贡献。纳米技术也以其独有的特点和机理为果蔬及其他产品的开发开避一条新的途径! 随着各领域对果蔬新鲜度要求的不断提高。纳米技术给果蔬保鲜领域带来挑战的同时也注入了巨大的活力。其发展前景十分诱人，应用前景十分广阔，纳米技术将在完善自身技术方法和设备的同时，不断与其它技术相结合，向着更广更深的方向发展，银系纳米材料、纳米二氧化钛、纳米硅氧化物等方面的研究都将在理论的建立、完善和应用中不断发展。