纳米级食品包装材料安全性的研究进展

1、纳米材料的特殊效应使其在食品包装领域得到 广泛的应用,人们通过食品接触的纳米材料越来越 多 。 如纳米二氧化钛对微生物具有良好的抑制或杀灭 作用, 同时具有保持自身洁净和防雾滴功能, 在果蔬 保鲜中展现出了广泛的应用前景; 纳米银具有乙烯氧 化的催化作用, 在保鲜包装材料中加入纳米银, 可加 速氧化果蔬释放出的乙烯,减少包装中乙烯含量, 从 而达到良好的保鲜效果 。 但也正是其粒径等特殊效应 使我们不得不面对和重视其安全性的问题 。 纳米级食 品包装材料的安全性正在成为研究热点, 科研工作者 正在力求纳米级食品包装材料的应用研究和安全性 研究的同步性 。 但纳米材料具有与一般物质不同的独 特理

2、化性能, 传统的安全性评价资料及方法已经不能 充分评价其安全性, 本文通过介绍目前已经得到广泛应用的纳米级食品包装材料的安全评估内容 , 以便为 其他纳米级食品原料的安全性评价方法提供一个 借鉴 。 1纳米二氧化硅纳米二氧化硅在食品包装领域有着良好的应用 前景, 同时也用作食品的抗结块剂 、 稳定剂 、 载体 、 香 精和香料的吸附干燥剂等 。 1.1体内试验纳米二氧化硅可以穿过人体屏障到达身体各个 器官, 并对相应的器官造成一定的影响 。 KIM 等对小 鼠腹腔注射 50nm 粒径纳米二氧化硅包被的磁性纳米 颗粒, 4周后发现脑 、 肝 、 肺 、 肾 、 脾 、 心 、 前列腺和子宫 组织

3、中有该颗粒存在, 说明纳米二氧化硅可以通过人 体的屏障到达脑 、 脾等器官 1。 纳米二氧化硅有着较强 的脂质过氧化 、 损害抗氧化系统防御功能的倾向, 与 常规粒径二氧化硅相比可引起更严重的肺部急性损 伤, 但纳米二氧化硅引起的肺部炎症反应却与微米级纳米级食品包装材料安全性的研究进展关荣发 1, 蒋家新 1, 黄光荣 1, 刘明启 1, 叶兴乾 2(1. 中国计量学院 生命科学学院, 浙江 杭州 310018; 2. 浙江大学 食品科学与营养系, 浙江 杭州 310029摘要:纳米材料具有良好的阻隔性能 、 机械性能和耐热性能, 同时还具有良好的抗微生物与抗菌等性能, 使其在食品包装领域有着

4、广阔的应用前景 。但其作为食品包装材料是否安全, 是否会在体内累积, 对人类健康造成多大影响并 探索其作用机制 , 都是目前需要解决的问题 。 本文总结了国内外对几种广泛应用的纳米级食品包装材料安全性研究 的现状 。关键词:纳米; 包装材料; 安全The Progress of Nano-Food-Packaging Material SafetyGUAN Rong-fa 1, JIANG Jia-xin 1, HUANG Guang-rong 1, LIU Ming-qi 1, YE Xing-qian 2(1. College of Life Sciences , China Jilian

5、g University , Hang z hou 310018, Zhejiang, China ; 2. Department of FoodScience and Nutrition , Zhejiang University , Hangzhou 310029, Zhejiang, China Abstract :Nano-material not only with good barrier properties, mechanical properties and heat resistance, but also has good anti -microbial and anti

6、bacterial properties, so it has broad application prospects in the food packaging field. However, the safety of food packaging materials, whether it accumulate in the body, how much impact on human health and its mechanism of action, are now required to solve the problem. In this paper are mainly su

7、mmarized the status quo of Nano-food-Packaging Material safety evaluation at home and abroad. Key words :nano ; packaging material ; safety基金项目:国家高技术研究发展计划资助项目 (2007AA100403; 杭州 市农业及社会发展科研 、 推广项目 (20091832B50作者简介:关荣发 (1975 , 男 (汉 , 副教授, 硕士生导师, 博士, 研究 方向:食品安全 。质量安全2011年 1月 第 32卷第 1期食品研究与开发F ood Resea

8、rch And Development134关荣发, 等:纳米级食品包装材料安全性的研究进展纳米二氧化硅相差不大 2-3。 林本成等在研究微米和纳 米二氧化硅对雄性大鼠生殖功能影响时发现, 二者均 可诱导大鼠睾丸产生脂质过氧化作用, 破坏体内活性 氧与抗氧化物质的动态平衡, 进而破坏睾丸和附睾的 结构, 对精子造成损伤并导致生精功能的障碍, 但纳米 二氧化硅的损伤作用更强 4。 纳米二氧化硅的胚胎毒 性更大一点, 在相同作用剂量下, 纳米二氧化硅引起的 死胎率和吸收胎率均显著高于常规二氧化硅, 说明纳 米二氧化硅对小鼠胚胎有致死作用 5。 对小鼠尾静脉 注射 50mg/kg和 100mg/kg

9、粒径为 70nm 的纳米二氧 化硅, 引起肝脏损伤, 说明纳米二氧化钛在该浓度下有 肝脏毒性 6。 章军研究表明, 纳米二氧化硅对大鼠心血 管系统的毒性较弱, 只有较大用量的纳米二氧化硅才 对大鼠的收缩压 、 舒张压 、 血栓形成以及血小板聚集率 等有显著影响 7。1.2体外试验通过体外细胞培养,发现纳米二氧化硅对呼吸 、 心血管等系统有一定的毒性 。 Lin 等研究结果显示, 100g/mL浓度 15nm 和 46nm 2种粒径的纳米二氧 化硅作用于体外培养的人源性支气管癌细胞 48h 后, 引起细胞活力降低, 且跟剂量有良好的相关性, 但 2种 粒径的纳米二氧化硅间无显著性差异 8。 章军

10、研究发 现纳米二氧化硅具有显著的人脐静脉内皮细胞毒性, 对细胞周期影响较小外, 纳米二氧化硅的毒性效应均 比微米二氧化硅严重, 说明二氧化硅粒径尺度的改变 对其毒性有显著影响 7。 Chen 等研究发现, 微米二氧化 硅只能到达细胞质, 不能进入细胞核; 而纳米二氧化硅 可进入细胞核, 并引起拓扑异构酶 I 的异常聚集 9。 较 低浓度 ( 0.2g/L 的纳米二氧化硅和常规尺度二氧 化硅对 Hela 细胞无明显细胞毒性,在较高浓度条件 下, 纳米二氧化硅 ( 0.4g/L 和常规尺度二氧化硅 ( 0.8g/L 对 HeLa 细胞具有明显细胞毒性作用, 并且随浓度增大细胞毒性增强;当浓度 0.

11、4g/L 时, 纳米二氧化硅的细胞毒性明显高于常规粒径的二 氧化硅 10。 Wang 研究表明, 纳米二氧化硅能抑制胞质 分裂及引起基因突变,且表现出明显的剂量依赖 关系 11。2纳米银纳米银是一种广谱 、 高效的抑菌剂, 在食品包装 领域得到广泛的应用, 目前国内外对其毒性研究非 常多 。2.1体内试验目前,对纳米银毒性的测定主要以体内试验为主,常采用传统的 ISO10993标准来进行安全性评价, 测定的指标仍停留在对试验动物急性经口毒性 、 皮肤 刺激 、 眼刺激 、 遗传毒性 、 皮肤过敏等一些常规毒理学 指标 。 常规研究结果表明, 纳米银对没有显著的毒性 12-15。 但研究发现,

12、纳米银会透过人体屏障到达一些人体重 要的器官,并在其中沉积下来 。 Shinji 等研究结果显 示, 动物吸入纳米银颗粒后, 除肺外的其他器官如心 脏 、 血液 、 肝脏中均发现有银存在, 纳米银颗粒主要通 过进入血液系统进而到达主要代谢器官, 并造成危 害 16。 在食品工业领域, 纳米银可以更直接的方式直接 进入人体, 较小粒径的纳米银可通过食品包装污染到 食品, 通过消化道吸收后直接进入血液和肝脏等器官, 并在其他组织和器官内蓄积, 当达到一定量后, 会对人 体产生肝毒性 、 肾毒性 、 神经毒性等毒性反应 17。 2.2体外试验纳米银可以通过细胞膜进入细胞内, 并造成细胞 膜的破坏,

13、从而抑制细胞的生长, 并引起细胞的凋亡和 坏死 。 Hussain 等研究结果显示, 15nm 和 100nm 粒径 的纳米银粒子均能对大鼠肝细胞系 BRL-3A 细胞产 生毒性, 显微镜下观察到高剂量暴露组中细胞大小异 常, 细胞外形变得不规则, 产生皱缩; MTT 实验结果显 示细胞线粒体功能大大降低,培养液中乳酸脱氢酶 (LDH 浓度明显增加, 表明细胞膜已经破裂 18。 Carlson 等研究发现, 纳米银对肺巨噬细胞的毒性 作用显示出明显的粒径 -效应关系 19。 通过对活性氧水 平的测定进而可以推测纳米银导致细胞的氧化应激 是其毒性机制之一, 该结论被多项研究所证实 18-22。

14、Arora 等研究发现, 在低剂量 (<6.25g/mL 纳米银暴 露情况下, 2种细胞的形态均没有明显改变; 但在高剂 量纳米银 (6.25g/mL50g/mL 暴露情况下, 细胞外 形变得不规则, 且产生皱缩; 通过对 caspase-3检测细 胞凋亡结果显示, 在较低剂量 (0.78g/mL, 1.56g/mL 暴露情况下 2种细胞都可产生细胞凋亡 20。 最近研究 发现纳米银可与细胞内 DNA 发生作用, 并对细胞产生 遗传毒性作用,其机制在于纳米银能与双链 DNA 结 合, 并可能影响 DNA 在体外和体内复制的保真度 20, 23。 Ahamed 等研究发现,不同表面修饰的纳

15、米银可诱导 哺乳动物细胞双链 DNA 断裂,并影响 p53蛋白的表 达 24。 Liu 等发现纳米银对牛血清蛋白有明显的毒性作 用, 纳米银可导致蛋白质骨架的松动, 并可使蛋白质内 部疏水氨基酸外露 25。3纳米二氧化钛纳米二氧化钛有着良好的抗菌效果,添加约 1%质量安全135纳米二氧化钛的抗菌塑料已经广泛应用于食品包装 和餐具等领域, 同时纳米二氧化钛也可作为食品添加 剂用作糖果 、 凉果 、 油炸食品 、 固体饮料 、 口香糖 、 沙拉 酱 、 甜汁等的着色剂 。3.1体内试验研究表明, 纳米二氧化钛有着较强的肺毒性 。 Afaq 等研究发现粒径小于 30nm 的纳米二氧化钛可使大鼠 的肺

16、泡巨噬细胞数量增加, 肺组织间质化, 并诱发炎症 反应, 使上皮组织渗透性增加; 同时发现纳米二氧化钛 可以引起大鼠 、 小鼠巨噬细胞和嗜中性粒细胞数目的 增多, 还可引起乳酸脱氢酶 (LDH 升高 、 肺洗出液蛋白 含量升高等变化 26。 Renwick 等采用对大鼠支气管注入 比较 29nm 粒径的二氧化钛与 250nm 粒径的二氧化 钛的安全性进行评价时发现 29nm 粒径的二氧化钛 24h 后可引起肺灌洗液中 -谷氨酰基转移酶 、 乳酸脱 氢酶和蛋白含量明显升高并使巨噬细胞吞噬能力降 低, 由此可见, 在相同浓度情况下, 粒径越小的纳米二 氧化钛, 其肺毒性越强 27。研究发现, 纳米

17、二氧化钛对肝 、 肾 、 生殖系统都有 较大的影响 。 Wang 等对小鼠进行口服二氧化钛 , 发现 粒径越小对肝肾的毒性越大, 毒性主要表现为引发小 鼠的肝脏炎症反应 , 病理学检验发现有水肿和肝小叶 坏死的现象, 对肾的毒性主要表现为引起肾小球严重 肿胀 。 Wang 等对小鼠灌胃染毒, 发现纳米二氧化钛可 以穿越血脑屏障, 引发小鼠海马神经元出现空泡现 象 28。 郑丽舒等研究发现纳米二氧化钛有增强雌激素 效应的作用 29。 范轶欧等研究发现纳米二氧化钛对雄 性 Wistar 大鼠睾丸有直接氧化损伤 30。 薛猛在研究纳 米二氧化钛发育毒性时, 发现纳米二氧化钛对怀孕雌 鼠影响不大 ,

18、但对胚胎却有一定的毒性作用 31。 3.2体外试验纳米二氧化钛首先通过攻击细胞膜, 从而进入细 胞造成一定的遗传毒性 。 Sakai 等 32发现, 纳米二氧化 钛能引起人体膀胱细胞系 T24细胞内 Ca 2+离子浓度显 著上升, 该现象说明细胞膜受到破坏 。 Rahman 等研究发 现, 20nm 粒径的二氧化钛处理细胞后 , 细胞微核数目 显著升高 , 进而引起细胞凋亡 33。 研究表明, 纳米二氧化 钛可以引起 DNA 的氧化损伤 , 使 DNA 解旋与断裂 , 从而 影响遗传物质 DNA 的结构和表达 。 Hirakawa 等研究结 果显示, 纳米二氧化钛引起的 DNA 的断链多数发生

19、在 鸟嘌呤残基上 , 表明损伤具有 G 位点针对性 34。4结论纳米包装材料的特殊效应使其在食品包装领域 有着广阔的应用前景, 但目前国内外对纳米包装材料 的安全性研究还比较薄弱 , 仅限于动物体内或体外的 研究 , 其安全性评价结果是否可以外推到做为食品接 触材料是否安全 , 也是一个有着争议的课题 。 至于纳米 食品包装材料的迁移, 在机体内如何运输 , 是否会在体 内累积 , 其长期累积效应如何 , 对人类健康造成多大影 响以及更深层次的作用机理 , 目前研究报道较少 , 这些 都是我们急需解决的问题 。 纳米包装材料在食品科学 领域中的作用可能是双面的, 纳米包装材料应用到食 品工业中

20、之前应该进行严格的安全性评估 。参考文献:1KIM J,YOON T J , KIM H W , et al. Toxicity and Tissue Distribution of Magnetic Nanoparticles in MiceJ.Toxicol Sci, 2006, 89(1:338-3472CHEN Y, CHEN J, DONG J, et al. Comparing study of the effect of nanosized silicon Dioxide and microsized silicon dioxide on fibrogenesis in rats

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