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论纳米技术在包装材料领域的应用

更新时间:2022-11-03点击次数:2940

目前,蓬勃兴起的纳米技术,正得到包装材料领域越来越多的研究者的关注。纳米材料因其*的表面效应、尺寸效应而具有优良的抗菌性、阻透性,故可以满足食品包装对包装材料的特殊要求,因而,此项技术的发展已成为食品包装行业新的契机。

食品包装

 中华人民共和国国家标准《包装通用术语》中定义包装是指在商品流通中为保护商品、方便储运、促进销售,按一定的技术方法而采用的容器、材料及辅助物等的总称;也指为了达到上述目的,在采用容器、材料和辅助物的过程中施加一定技术方法等的操作活动。

 食品包装是指采用适当的包装材料、容器和包装技术,把食品包裹起来,以使食品在运输和储藏过程中保持器价值和原油状态。对包装材料应该进行严格测试,利用各种测试仪器如密封仪,进行密封性试验,以保证食品的密封质量。

 食品包装的功能

 食品包装因其被包装物的特殊性,除了具有商品对包装在方便运输、促进销售、提高商品价值等方面的一般功能外,zui重要的是保护食品。食品在运输、销售、储存及消费过程中一方面会受到温度、光线、氧气、水分、微生物等自然因素的影响而变质,另一方面会因振动、冲击等人为因素造成内装物变形、破碎等。因此,食品包装应具有保持食品的原有品质和外观质量,延长食品的保存期限的功能。

 食品包装的要求

 食品包装要符合包装容器的一般要求,遵循“科学、安全、卫生、经济、实用、美观"的基本原则,做到结构科学、选材合理、外观醒目等。

 除此之外,由于被包装物的特殊性,食品包装还有如下要求:

1.安全卫生。食品因其不同于一般商品的特殊性质,对食品包

装材料有较高的安全卫生要求。具体说来,其要求主要包括:包装材料无毒性,不含有毒的化学添加剂;使用无毒油墨印刷,老化后亦无毒;包装材料中的致病菌与重金属等含量不得超过卫生部门的规定;包装材料与食品接触不发生反应,不影响食品品质等等。

 2.阻隔性。食品包装要求包装具有防潮、阻气和保香等性能。

 3.抗菌保鲜。食品易滋生细菌变质,食品包装材料应具有一定的抑菌杀菌能力以保证食品的原有品质,延长食品的货架寿命。

 4.遮光性。许多食品会因受到光照而氧化变质。紫外线和可见光可以促使食品成分发生变化,如油脂变化、色素分解等。虽然紫外线杀菌在食品工业中早有应用,但食品在储运、销售过程中不可避免受到的光照往往会造成食品变质问题。因此,包装材料的遮光性很重要。

 5.刚性和适应性。食品包装要能再储运过程中保持被包装食品,特别是饼干、薯片等脆性食品的原有形态,因此要具有一定的刚性;食品包装同样需要适应冷冻、高温消毒等食品包装技术的需要。

 6.严格的测试。对包装材料进行试验,不干胶标签是否容易脱落,保护膜粘性是否足够好(可以用到持粘性测试仪初粘性测试仪)。

纳米技术

 纳米是一种长度单位,1纳米等于10-9。纳米技术是指在纳米尺度即1纳米-100纳米范围内,通过直接操纵和安排原子、分子来创造物质、研究物质的相互作用和运动规律,以及在实际应用中利用这些规律的多学科的科学技术。纳米技术主要包括:纳米材料学、纳米动力学、纳米生物学等。

 纳米材料

 纳米材料是指在材料的三维微观结构中至少有一唯处于纳米尺度范围内的材料。纳米材料按结构可分为三类:零维,指空间三维尺度均为纳米级,如那纳米粉体、原子簇;一维,指在三维空间中有两维处于纳米尺度,如纳米丝、纳米管;二维,指三维空间中有一维在纳米尺度,如纳米薄膜。

 纳米材料因其特殊的空间尺寸及结构而在改善原有性能的同时展现出不同于一般材料的崭新的理化性能:

 1.表面效应。随着微粒尺寸的减小,表面原子所占比例及表面积迅速增大,会使材料性能发生较大变化。由于纳米粒子的表面原子比例增多,其表面积大大增加,表面原子配位不足,存在许多空键与其他原子结合,因此而具有很高的化学活性。

 2.尺寸效应。当颗粒的尺寸与一些物理特征尺寸一些物理特性尺寸相当或更小时,晶体周期性的边界条件将被破坏,非晶态纳米粒子的颗粒表面层附近的原子密度减小,会导致声、光、电、磁、热、力学等特性呈现新的理化性质。例如,有色金属被细分到纳米量级时便失去原有光泽而呈现黑色,材料的磁性会随颗粒的粒径的减小而变化,20纳米的铁粒子的矫顽力是铁块的1000倍,而尺寸继续减小时又会出现超顺磁现象;分散了无机纳米材料的无机塑料具有强度高、耐热性好、光泽度高、透明性的特点等等。

 纳米包装材料

 纳米材料在包装行业的应用发展迅速。通过纳米技术在包装材料中合成或添加尺寸为1纳米-100纳米的纳米颗粒或晶体,改性传统包装材料,可以使之成为具备纳米结构的功能特异的新型材料,从而满足特定的需求。例如,在材料中加入纳米TiO2等微粒,可以起到杀菌、除异性、延长食品保质期的作用;将纳米微粒制成涂料处理后会出现荧光可用于制作发光、反光标牌;在塑料中填充纳米微粒可使塑料的力学性能、热性能、加工性能均得到很大提高。

 总之,纳米包装材料与传统包装材料相比,在机械性能、物理化学性能、加工成型等方面具有更的表现。

纳米材料在食品包装中的应用

 近年,具有抗菌性、保险型、高阻透性的包装材料发展迅速。

 纳米抗菌材料

 将纳米无机抗菌剂(主要有金属离子型和氧化物光催化剂型)均匀添加到食品包装材料中,可是材料具备持久抗菌、杀死和组织细菌发育,防止各种微生物生长等功能。

 根据无机抗菌剂的作用机理纳米无机抗菌材料大致可分为两类:一类是金属离子型抗菌材料,如Ag+可以结合细菌中蛋白酶上的-SH,使细菌因蛋白酶丧失活性而死亡;另一类是光催化性抗菌材料,如纳米氧ZnOTiO2等利用光催化作用与H2OOH反应生成具有强氧化作用的羟基使细菌致死。

 纳米阻透材料

 食品包装材料的阻透性是一项重要性能,与包装产品的货架寿命直接相关。通过添加无机纳米颗粒改性得到的新材料,相比于传统材料往往具有更好的阻透性能。如在尼龙6中分散纳米级蒙脱土制成的NPA6薄膜,对二氧化碳和氧气的透过率仅为普通材料的2/1-1/5。纳米包装材料之所以具有优良的阻隔性,是因为在纳米包装材料中,无机纳米颗粒沿材料表面排列,阻断或者加长了气体通过的路径,使气体无法通过或绕长路通过,降低了气体的透过率,提高了材料的阻断能力。材料对气体的阻隔性的提高,利于保证食品的色、香、味不变,并延长保质期。

 纳米遮光材料

 食品经常用紫外线进行杀菌,但是高能量的紫外线照射在食品上会使其成分发生变化,在包装材料中添加纳米无机超微粒子紫外线吸收剂(如氧化锌、二氧化钛、氧化铁等),可以有效的防治紫外线对食品的破坏。

 现在已有很多纳米材料食品包装的实例:美国Nanocor公司研制的纳米瓶装啤酒的上市,解决了传统啤酒易爆裂伤人及氧气阻隔性差无法达到长期保险的效果的问题;用纳米抗菌剂改性制成的包装薄膜包装牛奶,可以有效的抑制、杀死金黄色葡萄球菌、大肠杆菌等,同时延长一般包装下牛奶的保质期。

纳米食品包装材料的安全问题

 纳米食品包装材料优点突出,发展迅速,得到广泛应用。但食品包装材需要与食品接触,其安全性成为*要素。

 纳米材料极小的粒径、较大的比表面积时期具有*的活性。同种物质被细分到纳米级后物质性质会发生很大变化,如一些无害的大物质,做成纳米级的超微粒之后,会具有毒性及潜在危害,对食品安全存在潜在的威胁,如惰性元素铂的纳米粒子会具有*的催化活性。

 一些研究机构已经在大鼠身上试验证实了有些纳米微粒的毒性:对大鼠进行长期的纳米二氧化钛颗粒吸入试验发现二氧化钛纳米微粒会引发肺部肿瘤;超细的二氧化钛微粒会使大鼠肺泡巨噬细胞增多,引起肺部 阻止间质化、诱发炎症等;有些已被用作恶性肿瘤治疗药物的纳米颗粒对部分试验动物的内脏有一定损伤。

 因此,食品包装材料的研究者在研究纳米技术时,应对其潜在的安全性能予以重视,将材料的选用建立在真实客观的实验测试的基础上,切实确保食品安全,将纳米材料的优势科学合理的发挥出来。

总结

 目前,尽管纳米包装材料在食品包装中的应用虽然刚刚起步,但因纳米包装材料的特殊性能可以满足特种包装功能的需求而具有广阔的发展空间。笔者相信,随着纳米技术的不断成熟完善,纳米包装材料的应用将更加喜人。