納米技術(shù)在農(nóng)業(yè)和食品中的運(yùn)用

納米技術(shù)在農(nóng)業(yè)與食品中的運(yùn)用孟佳林費(fèi)雯.納米技術(shù)在農(nóng)業(yè)的應(yīng)用

費(fèi)雯.2003年9月，美國(guó)在發(fā)布的農(nóng)業(yè)開(kāi)展路線圖中首次提出：重視納米技術(shù)在農(nóng)業(yè)和食品工業(yè)中的應(yīng)用。根據(jù)美國(guó)農(nóng)業(yè)部門(mén)的預(yù)測(cè)，納米技術(shù)將使整個(gè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式和食品工業(yè)開(kāi)展發(fā)生變革，改變食品生產(chǎn)、加工、包裝、運(yùn)輸和消費(fèi)的方式。許多國(guó)家已經(jīng)認(rèn)識(shí)到納米技術(shù)在農(nóng)業(yè)食品部門(mén)的應(yīng)用前景，在這方面投入了大量研發(fā)力量。伊朗政府也重點(diǎn)投資于納米技術(shù)在農(nóng)業(yè)和食品上的應(yīng)用研究，由農(nóng)業(yè)部門(mén)出面資助35個(gè)實(shí)驗(yàn)室組成研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)展此方面的研究，并已取得一定研究成果。.精確農(nóng)業(yè)精確農(nóng)業(yè)是利用重要的作物參數(shù)和知識(shí)在適當(dāng)?shù)某叨壬蟽?yōu)化生產(chǎn)系統(tǒng)管理，根據(jù)特定地塊的作物潛在生產(chǎn)能力控制不同的投入水平〔如肥料、殺蟲(chóng)劑、除草劑等〕。精確農(nóng)業(yè)的核心是對(duì)變化因素進(jìn)行精確管理，變化因素包括：空間因素、時(shí)間因素和預(yù)測(cè)因素。利用納米技術(shù)生產(chǎn)的微型傳感器和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)未來(lái)的精確農(nóng)業(yè)產(chǎn)生重大影響。納米裝置的一個(gè)重要作用是增加與全球定位系統(tǒng)有關(guān)的自主傳感器的應(yīng)用，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。這些納米傳感器可以遍布田間，用于檢測(cè)土壤養(yǎng)分和農(nóng)作物生長(zhǎng)情況。美國(guó)和澳大利亞的一些農(nóng)場(chǎng)已經(jīng)在使用這種傳感器，它們可以及早檢測(cè)到環(huán)境的變化，可以為決策者提供準(zhǔn)確信息，幫助農(nóng)民作出明智的決定，提高農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)效率。.智能施藥系統(tǒng)

20世紀(jì)后半葉以來(lái)，農(nóng)業(yè)病蟲(chóng)害的控制經(jīng)歷了從利用殺蟲(chóng)劑到傳統(tǒng)方法與生物方法相結(jié)合的病蟲(chóng)害綜合管理系統(tǒng)。將來(lái)具有新型的納米裝置可以運(yùn)用到農(nóng)業(yè)的智能化中，這類(lèi)裝置可以針對(duì)不同的病蟲(chóng)害采取準(zhǔn)確的補(bǔ)救措施，它們可以將所發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)提醒農(nóng)民，幫助農(nóng)民定量、定向地給農(nóng)作物治病。運(yùn)用納米技術(shù)生產(chǎn)的新型農(nóng)藥更易于溶于水，也可以自然分解為無(wú)害成分。科學(xué)家們正在研究能夠針對(duì)環(huán)境變化施肥和施藥的新技術(shù)，促進(jìn)農(nóng)作物對(duì)水、農(nóng)藥和化肥的高效吸收，以降低污染，使農(nóng)業(yè)對(duì)環(huán)境更加友好。納米技術(shù)還有助于提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。.食品包裝與加工

由專(zhuān)業(yè)咨詢(xún)公司進(jìn)行的調(diào)查研究預(yù)測(cè)，納米食品的市場(chǎng)將從2004年的26億美元開(kāi)展到2021年的204億美元。該調(diào)查報(bào)告認(rèn)為，到2021年，亞洲將成為納米食品的最大市場(chǎng)。由此可見(jiàn)，納米技術(shù)在食品產(chǎn)業(yè)有巨大的開(kāi)展?jié)摿?，納米食品加工、納米包裝材料、納米檢測(cè)技術(shù)等方面的研究尤為活潑，成為納米技術(shù)在食品工業(yè)應(yīng)用的研究熱點(diǎn)。

運(yùn)用納米技術(shù)研發(fā)的包裝系統(tǒng)可以修復(fù)小的裂口和破損，可以適應(yīng)環(huán)境的變化，并且能在食品變質(zhì)的時(shí)候提醒消費(fèi)者。此外納米技術(shù)可以改進(jìn)包裝的滲透性、提高阻隔性、改進(jìn)抗損和耐熱，形成抗菌外表，阻止食物發(fā)生變質(zhì)。除包裝外，納米技術(shù)對(duì)功能食品和互動(dòng)食品的研發(fā)也有很大促進(jìn)作用，這些食品能夠按照人體需求更有效地提供營(yíng)養(yǎng)。這類(lèi)食品可以暫存人體內(nèi)，需要時(shí)再把營(yíng)養(yǎng)輸送給細(xì)胞，這個(gè)領(lǐng)域的關(guān)鍵是開(kāi)發(fā)納米膠囊，把它們存入食品中，用于輸送營(yíng)養(yǎng)。.納米生物農(nóng)藥納米生物農(nóng)藥是利用植物源農(nóng)藥使其粒子納米化，使原始中藥類(lèi)復(fù)雜成分所表現(xiàn)的粒子組、局部固相沉積、局部揮發(fā)油漂浮、相當(dāng)一局部不溶于水的復(fù)雜非均相體系，變?yōu)榱烁叻稚?、極易溶于水的穩(wěn)定均相體狀態(tài)，其物理、化學(xué)、和生物學(xué)也隨之發(fā)生突變。運(yùn)用鈉米技術(shù)促使植物細(xì)胞壁破壁，使有效的脂溶性和水溶性的殺蟲(chóng)物質(zhì)有效釋放并直接作用于害蟲(chóng)，極大的提高了藥效。并且納米物質(zhì)的外表效應(yīng)(粒度越小，比外表就越大)，充分降低用藥量，從而在使用經(jīng)濟(jì)性上得到突破。像煙堿進(jìn)行鈉米技術(shù)加工后制備成的對(duì)人畜完全無(wú)毒副作用的鈉米生物農(nóng)藥其殺蟲(chóng)效果到達(dá)普通農(nóng)藥的3倍，而生產(chǎn)本錢(qián)相當(dāng)于普通農(nóng)藥的一半。.納米肥料納米肥料是納米生物技術(shù)的一個(gè)分支，是用納米材料技術(shù)構(gòu)建、用醫(yī)藥微膠囊技術(shù)和化工微乳化技術(shù)改性而形成的全新肥料，包括納米結(jié)構(gòu)肥料與納米材料包膜或膠結(jié)緩／控釋肥料。.緩/控釋肥料包膜和膠結(jié)材料需創(chuàng)新

為了提高肥料利用率，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，肥料工作者加速研究包膜肥料或稱(chēng)為緩控釋肥料，大大提高了肥料養(yǎng)分利用率。由于包膜材料價(jià)格過(guò)高，包膜肥料的價(jià)格也隨之提高，與等養(yǎng)分的原肥料相比，每噸提高500元以上，因此，大田作物很難使用，根本上用于草坪和園林。在緩/控釋肥料技術(shù)研究上，我國(guó)材料研究滯后，根本上按興旺國(guó)家的模式?！熬拧の濞曇詠?lái)，因?yàn)橹R(shí)產(chǎn)權(quán)的原因，開(kāi)始研究新的肥料包膜和膠結(jié)材料，大多處于中試階段，未在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。使用納米材料包膜由于用料省，本身就是從源頭上對(duì)緩／控釋肥料的創(chuàng)新。.開(kāi)展無(wú)公害設(shè)施蔬菜急需替代肥料我國(guó)現(xiàn)有140萬(wàn)公頃設(shè)施蔬菜，土壤污染嚴(yán)重。要解決大棚土壤污染問(wèn)題，基質(zhì)栽培必將代替土壤栽培，營(yíng)養(yǎng)液是必不可少的生產(chǎn)技術(shù)。無(wú)論是溫室用全價(jià)營(yíng)養(yǎng)液，還是目前社會(huì)上時(shí)髦的“沖肥〞，當(dāng)水溶液的pH值超過(guò)7時(shí)，離子態(tài)的磷和中、微量元素將產(chǎn)生沉淀，堵塞管道。一般將pH值控制在6．0—6．5，在實(shí)踐中應(yīng)用很困難，特別是北方石灰性土壤地區(qū)，水的pH值甚至到達(dá)8．0，軟化水的處理費(fèi)用太高。納米結(jié)構(gòu)肥料由于小尺寸效應(yīng)，有可能解決養(yǎng)分的沉淀問(wèn)題。.有機(jī)肥料產(chǎn)業(yè)化需要納米級(jí)造粒粘結(jié)劑我國(guó)城鄉(xiāng)有機(jī)廢棄物每年產(chǎn)出量40億噸，其中規(guī)模化畜禽場(chǎng)糞便每年大約3億噸，成為農(nóng)村主要面源污染源，資源化產(chǎn)業(yè)化處理利用是解決有機(jī)廢棄物污染的根本出路，而有機(jī)肥料產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵是造粒問(wèn)題?！熬拧の濞暺陂g，曾研制了CF-2造粒粘結(jié)劑，但發(fā)酵物料需烘干粉碎前方能造成園顆粒狀。在上海攻關(guān)工程實(shí)施過(guò)程中，我們又研制了納米級(jí)造粒粘劑CF-3，解決了發(fā)酵有機(jī)物料直接造粒問(wèn)題。在農(nóng)業(yè)可持續(xù)開(kāi)展中，有機(jī)肥料產(chǎn)業(yè)化和商品化是必然趨勢(shì)。.那么，納米科技在農(nóng)業(yè)中到底有哪些應(yīng)用呢？.納米科技在農(nóng)業(yè)中應(yīng)用實(shí)例事例一：納米娟花所謂納米絹花,就是在絹花的根底上進(jìn)行納米材料處理,使絹花除了單一的欣賞功能外,賦予更多新的功能與用途。它具有消除環(huán)境臭味與煙味,還可對(duì)新裝修的房間進(jìn)行空氣凈化,并且還能源源不斷向空氣中釋放有利人體健康的負(fù)離子,更奇的是它不會(huì)臟,不管你放多久它都能保持嶄新如初.在你的居室內(nèi)或客廳

及人群多的環(huán)境進(jìn)行布置擺放,能為你創(chuàng)造一個(gè)清新的空氣環(huán)境。.事例二

納米技術(shù)在遺傳育種中的應(yīng)用

納米技術(shù)結(jié)合轉(zhuǎn)基因技術(shù)在培育新品種方面取得了突破性的進(jìn)展。通過(guò)納米技術(shù)先將DNA，染色體全局部解為單個(gè)基因，然后根據(jù)需要進(jìn)行組裝，轉(zhuǎn)基因整合成功率幾乎可達(dá)100％[12]。研究成果說(shuō)明，科研人員可以讓單個(gè)DNA分子鏈展現(xiàn)出其內(nèi)部的精細(xì)結(jié)構(gòu)，并可以操縱它實(shí)現(xiàn)分子結(jié)構(gòu)性能改進(jìn)，進(jìn)而形成納米結(jié)構(gòu)或圖形，使人類(lèi)得以在更小的世界范圍內(nèi)、更深的層次上探索生命的奧秘。.事例三納米技術(shù)改進(jìn)鹽堿地

鹽堿地改進(jìn)技術(shù)主要是將以納米技術(shù)制造的鹽堿地改進(jìn)劑“納米碳液〞兌水后，均勻地噴灑在鹽堿地上，通過(guò)納米離子的有機(jī)活動(dòng)，吸附土壤中的鹽、堿離子，形成疏松、透氣、PH值為中性的隔離層，從而到達(dá)鹽堿地有效改進(jìn)的目的。.事例四果蔬的保鮮

運(yùn)用納米二氧化鈦制和納米銀分散到樹(shù)脂中制成成保鮮袋和保鮮膜，在紫外線的照射下以及在無(wú)光的情況下也能發(fā)揮其良好的殺菌效果，以及有效的分解果蔬產(chǎn)生的乙烯和環(huán)境中有害有機(jī)物，不使用任何藥劑就能起到良好的保鮮效果。.

納米科技不僅在農(nóng)業(yè)方面有很多的應(yīng)用，在食品方面也有很多的應(yīng)用，那么下面我們就來(lái)看看納米科技在食品方面的應(yīng)用！.納米材料及技術(shù)在食品中的運(yùn)用孟佳林.1納米材料在食品包裝中的運(yùn)用——食品包裝材料〔1〕納米抗菌材料〔2〕納米保鮮材料〔3〕納米防偽包裝材料

.1.1納米抗菌材料

納米抗菌材料是一類(lèi)具備抑菌性能的新型材料，由于材料本身賦予了抗菌性，可以使微生物的生長(zhǎng)和繁殖保持在一個(gè)較低的水平。目前制取抗菌材料主要是添加無(wú)機(jī)納米材料的方法。

.1.2納米保鮮材料

添加納米Ti02制成的包裝材料可以防止紫外線引起的食品自動(dòng)氧化變質(zhì)，保護(hù)維生素和芬香化合物不受破壞，使食品保持新鮮。.1.3納米防偽包裝材料納米防偽技術(shù)的原理：選擇適當(dāng)體積的納米材料來(lái)呈現(xiàn)不同的顏色。如：Ti02、Si02粒子呈現(xiàn)白色，Cr03呈綠色，F(xiàn)e203呈褐色。這些物質(zhì)對(duì)周?chē)h(huán)境敏感。當(dāng)把具有這些特性的納米粒子參加包裝材料中，人們?cè)谶x擇商品時(shí)便可利用溫度、光線等加以鑒別，從而到達(dá)防偽的目的。.外表反映活性高特催化效率高吸附能力強(qiáng)顆粒比外表積大性2.1納米材料在食品檢測(cè)中的應(yīng)用特性銳普PPT論壇chinakui轉(zhuǎn)載：rapidbbs.

2.2納米材料在食品檢測(cè)中的應(yīng)用利用納米特性，將納米顆粒引入到傳感器研究中，可大大增強(qiáng)傳感器的靈敏度。生物納米傳感器可檢測(cè)食品中化學(xué)污染物并標(biāo)記損失分子和病毒，從而好更好控制、檢測(cè)和分析生物結(jié)構(gòu)納米環(huán)境。

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2.3納米“電子舌〞和“電子鼻〞1.納米“電子舌〞：運(yùn)用外表涂有納米導(dǎo)電高分子材料電機(jī)檢測(cè)小含量化學(xué)污染裝置，該“電子舌〞嗅覺(jué)靈敏高，主要用于識(shí)別實(shí)物和水中雜質(zhì)，食物風(fēng)味質(zhì)量控制等。2.納米“電子鼻〞：主要用于識(shí)別十五種病原體,判斷食物是否腐敗。

.3納米技術(shù)在食品機(jī)械上的應(yīng)用(1)納米潤(rùn)滑油(2)納米技術(shù)在食品制冷上的應(yīng)用(3)改造食品工業(yè)傳統(tǒng)原料

.3.1納米潤(rùn)滑油

食品的生產(chǎn)離不開(kāi)機(jī)械的運(yùn)作，因此對(duì)潤(rùn)滑劑要求較高，普通的潤(rùn)滑劑易損耗，易污染環(huán)境。采用納米技術(shù)潤(rùn)滑劑-磁性液體，能使這一現(xiàn)象得以有效改善。該潤(rùn)滑劑的潤(rùn)滑顆粒僅為10nm，因而不會(huì)損害軸承，而基液亦可用做潤(rùn)滑油，只要采用適宜的磁場(chǎng)就可以將磁性潤(rùn)滑油約束在所需的部位，保證機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。.3.2納米技術(shù)在食品制冷上的應(yīng)用

目前應(yīng)用最廣的納米制冷技術(shù)是納米磁制冷工藝。磁制冷開(kāi)展的趨勢(shì)是由低溫向高溫開(kāi)展，構(gòu)成磁性的納米團(tuán)簇，當(dāng)溫度大于15K時(shí)，其磁柄便高于15K，而納米磁制冷工藝制冷溫度可提高到30K左右。1997年美國(guó)利用自旋系統(tǒng)磁嫡變的制冷方式，研制出磁制冷氣體，其與普通的壓縮制冷氣體相比，具有效率高、能耗低、噪聲小、體積小、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。這為食品冷凍和冷藏設(shè)備的研發(fā)開(kāi)辟了新的途徑。.3.3改造食品工業(yè)傳統(tǒng)原料

橡膠和塑料是包裝機(jī)械中應(yīng)用較多的原材料。但通常的橡膠是靠參加炭黑來(lái)增加其強(qiáng)度的，耐磨性和抗老化性差，且顏色為黑色，不宜在食品機(jī)械上使用。納米材料的問(wèn)世使這一問(wèn)題迎刃而解。新的納米改進(jìn)型橡膠，各項(xiàng)指標(biāo)均有了大幅提高，尤其在抗老化作用上。其抗老化年齡能提高3倍，使用壽命長(zhǎng)達(dá)30年以上，且色彩艷麗，保色效果優(yōu)異。.4.1納米食品的平安性

隨著納米材在食品包裝中的廣泛運(yùn)用，人們通過(guò)食品接觸的納米材料越來(lái)越多，但目前納米包裝食品的潛在平安性尚不清楚。納米食品的平安性主要集中在：1)游離的納米顆粒和納米管可能會(huì)穿透細(xì)胞，產(chǎn)生毒性。2)磁性納米顆粒在血管內(nèi)團(tuán)聚，會(huì)導(dǎo)致心血管疾病的發(fā)生。

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納米食品的平安性目前還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)還不