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1、纳米技术在农业与食品中的运用孟佳林 费雯1行业材料纳米技术在农业的应用纳米技术在农业的应用费雯费雯2行业材料2003年9月，美国在发布的农业发展路线图中首次提出：重视纳米技术在农业和食品工业中的应用。根据美国农业部门的预测，纳米技术将使整个农业生产方式和食品工业发展发生变革，改变食品生产、加工、包装、运输和消费的方式。许多国家已经认识到纳米技术在农业食品部门的应用前景，在这方面投入了大量研发力量。伊朗政府也重点投资于纳米技术在农业和食品上的应用研究，由农业部门出面资助35个实验室组成研究团队开展此方面的研究，并已取得一定研究成果。3行业材料精确农业精确农业是利用重要的作物参数和知识在适当的尺度
2、上优化生产系统管理，根据特定地块的作物潜在生产能力控制不同的投入水平（如肥料、杀虫剂、除草剂等）。精确农业的核心是对变化因素进行精确管理，变化因素包括：空间因素、时间因素和预测因素。利用纳米技术生产的微型传感器和监测系统对未来的精确农业产生重大影响。纳米装置的一个重要作用是增加与全球定位系统有关的自主传感器的应用，用于实时监测。这些纳米传感器可以遍布田间，用于检测土壤养分和农作物生长情况。美国和澳大利亚的一些农场已经在使用这种传感器，它们可以及早检测到环境的变化，可以为决策者提供准确信息，帮助农民作出明智的决定，提高农业的生产效率。4行业材料智能施药系统智能施药系统 20世纪后半叶以来，农业病
3、虫害的控制经历了世纪后半叶以来，农业病虫害的控制经历了从利用杀虫剂到传统方法与生物方法相结合的从利用杀虫剂到传统方法与生物方法相结合的病虫害综合管理系统。将来具有新型的纳米装病虫害综合管理系统。将来具有新型的纳米装置可以运用到农业的智能化中，这类装置可以置可以运用到农业的智能化中，这类装置可以针对不同的病虫害采取准确的补救措施，它们针对不同的病虫害采取准确的补救措施，它们可以将所发现的问题及时提醒农民，帮助农民可以将所发现的问题及时提醒农民，帮助农民定量、定向地给农作物治病。定量、定向地给农作物治病。 运用纳米技术生产的新型农药更易于溶于水，运用纳米技术生产的新型农药更易于溶于水，也可以自然分
4、解为无害成分。科学家们正在研也可以自然分解为无害成分。科学家们正在研究能够针对环境变化施肥和施药的新技术，促究能够针对环境变化施肥和施药的新技术，促进农作物对水、农药和化肥的高效吸收，以降进农作物对水、农药和化肥的高效吸收，以降低污染，使农业对环境更加友好。纳米技术还低污染，使农业对环境更加友好。纳米技术还有助于提高农作物的产量和营养价值。有助于提高农作物的产量和营养价值。5行业材料食品包装与加工食品包装与加工 由专业咨询公司进行的调查研究预测，纳米食品的市场将从由专业咨询公司进行的调查研究预测，纳米食品的市场将从2004年的年的26亿美元发展到亿美元发展到2010年的年的204亿美元。该调查
5、报告认为，到亿美元。该调查报告认为，到2010年，亚洲将年，亚洲将成为纳米食品的最大市场。由此可见，纳米技术在食品产业有巨大的发成为纳米食品的最大市场。由此可见，纳米技术在食品产业有巨大的发展潜力，纳米食品加工、纳米包装材料、纳米检测技术等方面的研究尤展潜力，纳米食品加工、纳米包装材料、纳米检测技术等方面的研究尤为活跃，成为纳米技术在食品工业应用的研究热点。为活跃，成为纳米技术在食品工业应用的研究热点。 运用纳米技术研发的包装系统可以修复小的裂口和破损，可以适应环境运用纳米技术研发的包装系统可以修复小的裂口和破损，可以适应环境的变化，并且能在食品变质的时候提醒消费者。此外纳米技术可以改进的变化
6、，并且能在食品变质的时候提醒消费者。此外纳米技术可以改进包装的渗透性、提高阻隔性、改进抗损和耐热，形成抗菌表面，阻止食包装的渗透性、提高阻隔性、改进抗损和耐热，形成抗菌表面，阻止食物发生变质。除包装外，纳米技术对功能食品和互动食品的研发也有很物发生变质。除包装外，纳米技术对功能食品和互动食品的研发也有很大促进作用，这些食品能够按照人体需求更有效地提供营养。这类食品大促进作用，这些食品能够按照人体需求更有效地提供营养。这类食品可以暂存人体内，需要时再把营养输送给细胞，这个领域的关键是开发可以暂存人体内，需要时再把营养输送给细胞，这个领域的关键是开发纳米胶囊，把它们存入食品中，用于输送营养。纳米胶
7、囊，把它们存入食品中，用于输送营养。6行业材料纳米生物农药纳米生物农药纳米生物农药是利用植物源农药使其粒子纳米化，使原始中药类复杂成纳米生物农药是利用植物源农药使其粒子纳米化，使原始中药类复杂成分所表现的粒子组、部分固相沉积、部分挥发油漂浮、相当一部分不溶分所表现的粒子组、部分固相沉积、部分挥发油漂浮、相当一部分不溶于水的复杂非均相体系，变为了高分散、极易溶于水的稳定均相体状态，于水的复杂非均相体系，变为了高分散、极易溶于水的稳定均相体状态，其物理、化学、和生物学也随之发生突变。运用钠米技术促使植物细胞其物理、化学、和生物学也随之发生突变。运用钠米技术促使植物细胞壁破壁，使有效的脂溶性和水溶性
8、的杀虫物质有效释放并直接作用于害壁破壁，使有效的脂溶性和水溶性的杀虫物质有效释放并直接作用于害虫，极大的提高了药效。并且纳米物质的表面效应虫，极大的提高了药效。并且纳米物质的表面效应(粒度越小，比表面就粒度越小，比表面就越大越大)，充分降低用药量，从而在使用经济性上得到突破。像烟碱进行钠，充分降低用药量，从而在使用经济性上得到突破。像烟碱进行钠米技术加工后制备成的对人畜完全无毒副作用的钠米生物农药其杀虫效米技术加工后制备成的对人畜完全无毒副作用的钠米生物农药其杀虫效果达到普通农药的果达到普通农药的3倍，而生产成本相当于普通农药的一半倍，而生产成本相当于普通农药的一半。7行业材料纳米肥料纳米肥料
9、是纳米生物技术的一个分支，是用纳米材料技术构建、用医药微胶囊技术和化工微乳化技术改性而形成的全新肥料，包括纳米结构肥料与纳米材料包膜或胶结缓控释肥料。8行业材料缓/控释肥料包膜和胶结材料需创新为了提高肥料利用率，保护生态环境，肥料工作者加速研究包膜肥料或称为缓控释肥料，大大提高了肥料养分利用率。由于包膜材料价格过高，包膜肥料的价格也随之提高，与等养分的原肥料相比，每吨提高500元以上，因此，大田作物很难使用，基本上用于草坪和园林。在缓/控释肥料技术研究上，我国材料研究滞后，基本上按发达国家的模式。“九五”以来，因为知识产权的原因，开始研究新的肥料包膜和胶结材料，大多处于中试阶段，未在生产中推广
10、应用。使用纳米材料包膜由于用料省，本身就是从源头上对缓控释肥料的创新。9行业材料发展无公害设施蔬菜急需替代肥料我国现有140万公顷设施蔬菜，土壤污染严重。要解决大棚土壤污染问题，基质栽培必将代替土壤栽培，营养液是必不可少的生产技术。无论是温室用全价营养液，还是目前社会上时髦的“冲肥”，当水溶液的pH值超过7时，离子态的磷和中、微量元素将产生沉淀，堵塞管道。一般将pH值控制在6065，在实践中应用很困难，特别是北方石灰性土壤地区，水的pH值甚至达到80，软化水的处理费用太高。纳米结构肥料由于小尺寸效应，有可能解决养分的沉淀问题。10行业材料有机肥料产业化需要纳米级造粒粘结剂我国城乡有机废弃物每年
11、产出量40亿吨，其中规模化畜禽场粪便每年大约3亿吨，成为农村主要面源污染源，资源化产业化处理利用是解决有机废弃物污染的根本出路，而有机肥料产业化的关键是造粒问题。“九五”期间，曾研制了CF-2造粒粘结剂，但发酵物料需烘干粉碎后方能造成园颗粒状。在上海攻关项目实施过程中，我们又研制了纳米级造粒粘剂CF-3，解决了发酵有机物料直接造粒问题。在农业可持续发展中，有机肥料产业化和商品化是必然趋势。11行业材料那么，纳米科技在农业中到底有哪些应用呢？12行业材料纳米科技在农业中应用实例事例一：纳米娟花所谓纳米绢花,就是在绢花的基础上进行纳米材料处理,使绢花除了单一的欣赏功能外,赋予更多新的功能与用途。它
12、具有消除环境臭味与烟味,还可对新装修的房间进行空气净化,并且还能源源不断向空气中释放有利人体健康的负离子,更奇的是它不会脏,不管你放多久它都能保持崭新如初.在你的居室内或客厅及人群多的环境进行布置摆放,能为你创造一个清新的空气环境。13行业材料事例二纳米技术在遗传育种中的应用纳米技术结合转基因技术在培育新品种方面取得了突破性的进展。通过纳米技术先将DNA，染色体全部分解为单个基因，然后根据需要进行组装，转基因整合成功率几乎可达10012。研究成果表明，科研人员可以让单个DNA分子链展现出其内部的精细结构，并可以操纵它实现分子结构性能改进，进而形成纳米结构或图形，使人类得以在更小的世界范围内、更
13、深的层次上探索生命的奥秘。14行业材料事例三纳米技术改良盐碱地盐碱地改良技术主要是将以纳米技术制造的盐碱地改良剂“纳米碳液”兑水后，均匀地喷洒在盐碱地上，通过纳米离子的有机活动，吸附土壤中的盐、碱离子，形成疏松、透气、PH值为中性的隔离层，从而达到盐碱地有效改良的目的。15行业材料事例四果蔬的保鲜运用纳米二氧化钛制和纳米银分散到树脂运用纳米二氧化钛制和纳米银分散到树脂中制成成保鲜袋和保鲜膜，在紫外线的照中制成成保鲜袋和保鲜膜，在紫外线的照射下以及在无光的情况下也能发挥其良好射下以及在无光的情况下也能发挥其良好的杀菌效果，以及有效的分解果蔬产生的的杀菌效果，以及有效的分解果蔬产生的乙烯和环境中有
14、害有机物，不使用任何药乙烯和环境中有害有机物，不使用任何药剂就能起到良好的保鲜效果。剂就能起到良好的保鲜效果。16行业材料纳米科技不仅在农业方面有很多的应用，纳米科技不仅在农业方面有很多的应用，在食品方面也有很多的应用，那么下面在食品方面也有很多的应用，那么下面我们就来看看纳米科技在食品方面的应我们就来看看纳米科技在食品方面的应用！用！17行业材料纳米材料及技术在食品中的运用纳米材料及技术在食品中的运用孟佳林孟佳林18行业材料1 纳米材料在食品包装中的运用纳米材料在食品包装中的运用 食品包装材料食品包装材料（1） 纳米抗菌材料纳米抗菌材料 （2） 纳米保鲜材料纳米保鲜材料 （3） 纳米防伪包装
15、材料纳米防伪包装材料19行业材料1.1 纳米抗菌材料纳米抗菌材料 纳米抗菌材料是一类具备抑菌性能的新型材料，由于材料本身赋予了抗菌性，可以使微生物的生长和繁殖保持在一个较低的水平。目前制取抗菌材料主要是添加无机纳米材料的方法。 20行业材料1.2 纳米保鲜材料纳米保鲜材料 添加纳米纳米Ti02制成的包装材料可以防止紫外线引起的食品自动氧化变质，保护维生素和芬香化合物不受破坏，使食品保持新鲜。21行业材料1.3 纳米防伪包装材料纳米防伪包装材料纳米防伪技术的原理：选择适当体积的纳米材料来呈现不同的颜色。如：Ti02、Si02粒子呈现白色，Cr03呈绿色，Fe203呈褐色。这些物质对周围环境敏感。
16、当把具有这些特性的纳米粒子加入包装材料中，人们在选择商品时便可利用温度、光线等加以鉴别，从而达到防伪的目的。22行业材料表面反映活性高特特催化效率高吸附能力强颗粒比表面积大性性2.12.1纳米材料在食品检测中的应用特性纳米材料在食品检测中的应用特性锐普PPT论坛chinakui转载：23行业材料2.2 纳米材料在食品检测中的应用纳米材料在食品检测中的应用利用纳米特性，将纳米颗粒引入到传感器研究中，可大大增强传感器的灵敏度。生物纳米传感器可检测食品中化学污染物并标记损失分子和病毒，从而好更好控制、检测和分析生物结构纳米环境。 24行业材料 2.3 纳米纳米“电子舌电子舌”和和“电子鼻电子鼻” 1
17、.纳米“电子舌”：运用表面涂有纳米导电高分子材料电机检测小含量化学污染装置，该“电子舌”嗅觉灵敏高，主要用于识别实物和水中杂质，食物风味质量控制等。2.纳米“电子鼻”：主要用于识别十五种病原体,判断食物是否腐败。 25行业材料3 纳米技术在食品机械上的应用纳米技术在食品机械上的应用(1)纳米润滑油(2)纳米技术在食品制冷上的应用(3)改造食品工业传统原料26行业材料3.1纳米润滑油纳米润滑油食品的生产离不开机械的运作，因此对润滑剂要求较高，普通的润滑剂易损耗，易污染环境。采用纳米技术润滑剂-磁性液体，能使这一现象得以有效改善。该润滑剂的润滑颗粒仅为10nm，因而不会损害轴承，而基液亦可用做润滑
18、油，只要采用合适的磁场就可以将磁性润滑油约束在所需的部位，保证机器的正常运转。27行业材料3.2 纳米技术在食品制冷上的应用纳米技术在食品制冷上的应用目前应用最广的纳米制冷技术是纳米磁制冷工艺。磁制冷发展的趋势是由低温向高温发展，构成磁性的纳米团簇，当温度大于15K时，其磁柄便高于15K，而纳米磁制冷工艺制冷温度可提高到30K左右。1997年美国利用自旋系统磁嫡变的制冷方式，研制出磁制冷气体，其与普通的压缩制冷气体相比，具有效率高、能耗低、噪声小、体积小、无污染等优点。这为食品冷冻和冷藏设备的研发开辟了新的途径。28行业材料3.3 改造食品工业传统原料改造食品工业传统原料橡胶和塑料是包装机械中
19、应用较多的原材料。但通常的橡胶是靠加入炭黑来增加其强度的，耐磨性和抗老化性差，且颜色为黑色，不宜在食品机械上使用。纳米材料的问世使这一问题迎刃而解。新的纳米改进型橡胶，各项指标均有了大幅提高，尤其在抗老化作用上。其抗老化年龄能提高3倍，使用寿命长达30年以上，且色彩艳丽，保色效果优异。29行业材料4.1 纳米食品的安全性纳米食品的安全性 随着纳米材在食品包装中的广泛运用，人们通过食品接触的纳米材料越来越多，但目前纳米包装食品的潜在安全性尚不清楚。 纳米食品的安全性主要集中在： 1)游离的纳米颗粒和纳米管可能会穿透细胞，产生 毒性。 2)磁性纳米颗粒在血管内团聚，会导致心血管疾病的发生。 30行业材料 纳米食品的安全性目前还没有一个统一的评判 标准，实验数据还不太完全，但作为食品必须保证其 安全，世界上大部分国家成立了纳米食品安全研究机 构调查纳米食品的安全性问题，制定纳米食品的安全 标准，使纳米食品最终为人类服务。 31行业材料 5.1 展望展望 纳米食品的安全性虽然受到质疑，但这并不影响纳米食品的研究和开发，随着新技术的开发运用，纳米污染的治理对策将不断出现。 纳米食品加工，纳米开发材料，纳米检测技术等方面的研究尤为活跃，它将成为纳米技术在食品工业应用的研究热点。 32行业材料33行业材料
