《食品科學》：喀什大學曾俊副教授等：金屬納米顆粒的合成、表征及其在食品工業中的應用

食品在儲存和運輸過程中發生的品質劣變始終是食品工業所要面臨的嚴峻挑戰。隨著科學技術的進步，納米技術已成為具有競爭力的技術手段。金屬納米顆粒是指至少在一個維度上尺寸小于100 nm的金屬顆粒物質，其具有獨特的物理化學特性，如高比表面積、優異抑菌性、抗氧化性和可調控的光學/電化學性質，已廣泛應用于化學、醫療、食品和農業等領域。采用物理、化學和生物合成技術可制備出不同尺寸、形貌和表面性質的金屬納米顆粒。

喀什大學生命與地理科學學院曾俊*、朱小剛、任小娜等詳細綜述了金屬納米顆粒合成的方法及特點，總結金屬納米顆粒的表征方式和在食品領域的應用，討論金屬納米顆粒在食品領域應用面臨的挑戰和未來的發展方向，以期為金屬納米顆粒的研究和應用提供參考。

01

金屬納米顆粒的制備

金屬納米顆粒在納米尺度的形貌和尺寸使其呈現出獨特特性，還可用于設計和開發新型材料。自上而下和自下而上是合成金屬納米顆粒的主要方法（圖1）。自上而下的制備方法是將金屬顆粒研磨、碾磨或切割以獲得納米顆粒，主要為物理方法。自下而上的過程則是將材料的原子和分子結合起來，制造出各種尺寸和形狀的金屬納米顆粒，主要包括化學合成法和生物合成法，如溶膠-凝膠合成、共沉淀法、水熱法和綠色合成等。

1.1 物理法

物理法主要采用機械破碎、研磨和激光剝蝕等方式將大顆粒材料減小至納米尺度。Guisbiers等采用脈沖激光剝蝕法制備了Se納米顆粒，該納米顆粒對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌具有良好的抑制效果。物理法對溶劑的需求最小，并且能夠控制金屬納米顆粒的特性，但需要大量的機械能、熱能或化學能將材料轉化為納米級的顆粒，制備條件苛刻、成本高、耗時長，此外，生產的金屬納米顆粒粒徑受到限制，表面形貌均一性和可控性差。

1.2 化學法

化學法是合成納米顆粒最常用的方法，一般采用自下而上策略，使用有機或無機試劑對金屬前驅體進行化學還原。原子、分子或基本單位在納米尺度上相互作用自組裝在一起，形成更大的晶體顆粒。各種還原劑，如托倫斯試劑、

N,N

1.3 生物合成法

盡管設備性能和合成方法有所改進，但物理和化學合成方法仍難以滿足高環境標準領域的應用要求。金屬納米顆粒的生物合成是一種自下而上的方法，可以避免引入高毒性的有機試劑，合成過程中的生物分子有助于增強金屬納米顆粒的生物相容性，提高其生態環境效益，已成為金屬納米顆粒生產的新趨勢。特別是微生物和植物已被證明是合成金屬納米顆粒的新資源，具有相當大的應用潛力。

1.3.1 微生物合成法

可用于合成金屬納米顆粒的微生物包括細菌、放線菌、真菌、酵母和藻類等。酶在利用細菌合成金屬納米顆粒中發揮關鍵作用，由于各種還原酶的作用將金屬鹽還原為尺寸分布狹窄的金屬納米顆粒。微生物合成金屬納米顆粒的機制涉及復雜的生化過程。微生物在細胞內和細胞外攝取金屬離子，并將其還原形成納米顆粒。帶正電的金屬離子通過靜電相互作用沉積在帶負電的細胞壁中，離子進入微生物細胞后，通過酶介導的代謝反應還原形成金屬納米顆粒。細胞外的金屬納米顆粒合成由細胞壁或從細胞分泌到生長介質中的還原酶催化合成，也屬于還原酶介導合成范疇（圖2）。微生物中存在的各種成分，如酶、蛋白質和其他生物分子，在此過程中起著重要的作用。通常情況下，胞內合成的金屬納米顆粒比胞外合成的小，但胞內的金屬納米顆粒分離凈化過程相對困難。胞外合成避免了微生物對高濃度金屬鹽的敏感性，從而能夠以更高的純度更有效地合成金屬納米顆粒。近年來，利用內生真菌作為納米工廠合成金屬納米顆粒也備受關注。內生真菌是一種寄生在健康植物組織中而不產生任何感染癥狀的微生物，可以在自然界中的所有植物中找到。與細菌和病毒相比，真菌可分泌多種酶和蛋白質，能夠在相對短時間內大規模有效地產生金屬納米顆粒。真菌合成金屬納米顆粒的機制可分為細胞內和細胞外兩種。微生物合成過程更容易、更簡單，不涉及任何危險化學品，研究者通過微生物合成了各種大小和形貌的金屬納米顆粒（表1）。然而，在微生物介導的合成中，獲得高產量的金屬納米顆粒仍然存在挑戰。因此，諸多研究通過改變理化參數和微生物類型制備理想的金屬納米顆粒。但由于不同微生物物種之間的差異，還需要進一步研究。此外，微生物合成可能會涉及生物威脅，微生物的生長也需要時間，致使金屬納米顆粒的合成時間延長。

1.3.2 植物及其提取物合成法

利用植物和植物提取物合成金屬納米顆粒是一種經濟且環保的方法，其中各種生物分子，如氨基酸、肽、蛋白質、膠原蛋白、酶、維生素和多糖，作為金屬離子還原反應的還原劑和穩定劑。植物合成金屬納米顆粒的機制包括3 類：植物內部（細胞內）合成、使用植物提取物（細胞外）合成和使用單獨的生物活性化合物合成。植物胞內合成比較繁瑣和昂貴，取決于物種和不同的植物化學成分，合成時間較長。pH值的變化導致天然植物化學物質電荷的變化，進而影響它們的結合能力和對金屬離子的還原能力，進一步影響納米顆粒的形態和產率。

植物的某些部分，如葉子、果實、根、莖和種子中含有大量的植物化學成分（黃酮類、酚酸、萜類、有機酸、蛋白質等）。這些成分能夠與金屬離子結合，通過氧化還原反應將金屬離子還原為零價金屬原子。金屬原子隨后聚集成核并生長，最終形成金屬納米顆粒。在此過程中，參與反應的植物化學成分還充當穩定劑，有效防止了納米顆粒的團聚（圖3）。與微生物合成相比，植物提取物合成簡便、無需培養和維護等額外的復雜步驟，因此植物提取物合成金屬納米顆粒是一種綠色、經濟的工藝。植物提取物合成的金屬納米顆粒通常具有良好的分散穩定性和生物相容性，適合應用于對健康和環境要求較高的領域。在此過程中，植物提取物的濃度、金屬鹽溶液的濃度、反應混合物的pH值和溫度影響金屬納米顆粒的粒徑、形貌和分布。對于pH值較低的反應體系會導致金屬納米顆粒尺寸增大，反之尺寸減小，且趨向于球形；植物提取物與金屬鹽溶液的濃度也對金屬納米顆粒的大小和形狀有影響，當濃度較高時，可制備球形納米顆粒；金屬納米顆粒的形狀和大小還與反應溫度有關，溫度的升高通常導致顆粒尺寸減小，但同時也可能促使納米顆粒由球形向棒狀或片狀轉變。目前，有關植物提取物合成ZnO納米顆粒機制的報道主要有2 種：一種是提取物中酚類的羥基能夠與Zn2+形成絡合物，隨后羥基之間鍵合形成Zn(OH)2，煅燒后分解為ZnO納米顆粒；另一種是植物提取物的生物分子直接將Zn2+還原為Zn，在煅燒過程中Zn被氧化形成ZnO納米顆粒。植物提取物已被廣泛研究用于合成金屬納米顆粒（表2），但植物提取合成方法需要大量的植物，其合成金屬納米顆粒的確切機制和組分仍有待闡明，如何通過對反應條件的精準調控實現大規模生產具有均勻尺寸和形態的金屬納米顆粒也是目前研究需要解決的瓶頸問題。

1.4 金屬納米顆粒的合成方法對比

根據上述分析，物理法、化學法和生物法合成金屬納米顆粒的特點對比見表3。物理法可根據特定的設備生產出一定形貌和尺寸的金屬納米顆粒，無需使用化學試劑，但此方法能耗大、成本高。化學法克服了物理法的缺陷，但是在合成中需要使用化學試劑，對環境影響大。生物法利用生物技術雖然可實現金屬納米顆粒的綠色合成，但在新物種的探尋、金屬納米顆粒形貌的調控機制以及純化分離、大規模生產等方面還需要深入研究。隨著研究的持續深入和生物技術的快速發展，生物合成法將是未來金屬納米顆粒大規模生產的重要突破口。

02

金屬納米顆粒的表征分析

對于自下而上的金屬納米顆粒合成反應，首先可以通過分析金屬鹽和反應物混合溶液的顏色變化進行判斷。采用一定的表征手段和技術對制備的金屬納米顆粒大小、粒度分布、形狀、表面積、微觀結構和晶體結構等特性進行研究，如紫外-可見光譜（UV-Vis）、傅里葉變換紅外光譜（FTIR）、X射線衍射（XRD）、動態光散射（DLS）、掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）、原子力顯微鏡（AFM）和X射線光電子能譜（XPS）等。

2.1 光譜分析

由特定金屬鹽合成的金屬納米顆粒對一定波段的紫外可見光具有很強的吸收作用，一般來講，不同的金屬納米顆粒在UV-Vis中的吸收峰位置不相同。UV-Vis常用于確認金屬納米顆粒的形成，其分析波長范圍通常在300～800 nm。有研究報道在200～800 nm波長的UV-Vis吸收適合應用于對2～100 nm金屬納米顆粒的分析研究。通過FTIR分析可以獲得金屬納米顆粒的官能團信息，確定納米顆粒周圍的分子鍵和化學鍵，從而提供納米顆粒表面存在的封蓋或穩定劑的信息。

2.2 晶體結構

XRD是研究復合材料晶體結構最常用的非破壞性方法，不同的晶相使材料呈現出不同的特性，可以為元素和相分析提供化學信息。通過計算或比較晶格參數、晶體結構和結晶度的標準值，XRD可以用來確定金屬納米顆粒中存在哪些物質，如根據樣品XRD測量數據與國際衍射數據中心的標準衍射數據進行比較，獲得金屬納米顆粒的晶體結構等信息。許青蓮等從XRD圖譜中發現，TiO2納米顆粒為單一的銳鈦礦相，且沒有任何其他二次衍射峰，表明所獲納米顆粒純度高，沒有任何雜質。

2.3 微觀形貌

SEM可以實現高分辨率物體表面形貌成像，成本相對便宜，可用于確定合成金屬納米顆粒的形狀、粒徑、形態和分布。TEM可在納米尺度上對材料的晶體結構和粒度進行分類和確認。此外，根據SEM和TEM圖像可直接測量金屬納米顆粒的粒徑。由于在制樣時存在干燥聚合，SEM拍攝樣品的粒徑可能會大于TEM。AFM可以實現亞納米分辨率與金屬納米顆粒的三維表征。與DLS、電子顯微鏡和光學表征方法相比，AFM能夠實現可視化三維觀察單個粒子或粒子簇。劉沖沖等通過TEM觀察已制備出的納米銀，發現其多為球形顆粒，呈良好的分散狀態，粒徑范圍在5～30 nm之間，50%的銀納米顆粒（AgNPs）粒徑為15 nm左右。

03

在食品領域中的應用

金屬納米顆粒憑借其獨特的物理化學特性（如優異的抑菌性、抗氧化性、高比表面積以及信號增強效應），在保障食品安全與提升食品品質方面展現出巨大的應用潛力。當前，其在食品領域中的應用研究主要有：通過保鮮技術延長食品貨架期并維持新鮮度，利用快速無損檢測技術精準識別食品中的危害因子，以及作為功能性添加劑直接或間接改善食品的營養、感官或加工特性。

3.1 食品保鮮

金屬及其氧化物納米顆粒具有優異的廣譜抑菌性，其抑菌機制主要包括：釋放金屬離子，與細菌細胞壁和細胞膜上的功能基團結合，破壞細胞結構，最終導致細胞死亡；通過細菌細胞內的催化反應產生活性氧（ROS），導致細胞損傷、功能障礙和死亡；可以與細菌酶結合，抑制細菌的代謝和生長；與DNA結合，阻止其復制和轉錄，影響細菌細胞內遺傳信息的傳遞和蛋白質合成；下調細菌毒力基因的表達。金屬及其氧化物納米顆粒還表現出優異的抗氧化能力。Das等研究發現CuO納米顆粒在1 h內對1,1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基的清除率高達85%。金屬及其氧化物在食品保鮮中的應用主要分為涂抹保鮮和功能性復合保鮮膜保鮮兩大類。

3.1.1 涂抹保鮮

涂抹保鮮是讓金屬及其氧化物摻入到涂抹液中，將食品浸漬其中，使食品表面噴涂形成一層保護膜。由于金屬及其氧化物的抗氧化和抑菌性能，可抑制食品中營養成分的損失，殺滅食品表面的微生物，延長食品的保質期。涂抹保鮮的涂抹劑直接接觸食品，會隨食物一起進入消費者體內。因此，金屬及其氧化物的毒性問題是涂抹保鮮首要考慮的因素。ZnO是 美國食品藥品監督管理局已認定的“公認安全”材料。ZnO納米顆粒對多種微生物具有廣譜的殺滅能力，一直是氧化物納米顆粒的研究熱點，因具獨特的物理化學性質、經濟性和在許多生物系統中的作用而受到廣泛的關注。Zn也是植物和動物的必需元素。氧化鋅納米顆粒已被廣泛研究并用于抗菌、抗炎、抗真菌、抗氧化、癌癥治療、傷口愈合、生物成像、抗糖尿病、藥物遞送和藥物靶向研究。已報道的ZnO納米顆粒抗菌機制主要包括5 種：1）光催化活性產生的ROS、羥自由基和超氧陰離子自由基與細胞膜表面相互作用，破壞細胞膜，過氧化氫進入細胞，造成DNA和蛋白質的損傷和破壞，導致細菌死亡；2）通過產生ROS誘導氧化應激；3）ZnO納米顆粒與細菌細胞膜表面的相互作用增加了細胞膜的滲透性，從而允許其進入細胞抑制代謝反應，導致細胞死亡；4）Zn2+吸附在細菌表面并與其相互作用導致滲透性增加，Zn2+離子進入細胞并抑制細胞活動；5）金屬離子與細菌DNA中的磷酸殘基和蛋白質相互作用導致細胞復制和分裂的抑制。由于植物提取物合成的ZnO納米顆粒表面有殘留的生物分子，其抑菌效果顯著優于化學合成的ZnO納米顆粒。此外，植物提取物合成的納米ZnO顆粒可以通過轉移氫給自由基呈現出良好的抗氧化能力。因此，在涂抹保鮮應用方面主要集中在使用ZnO納米顆粒作為活性物質。ZnO納米顆粒已與羧甲基纖維素、殼聚糖、海藻酸鈉和卡拉膠等生物聚合物結合用于涂抹保鮮（表4）。

3.1.2 功能性復合保鮮膜保鮮

將金屬及其納米氧化物摻入生物基的食品包裝材料（如多糖、蛋白質、淀粉等）中可以改善材料的理化性能，如增強阻水性、機械性能和光阻隔能力等，同時賦予材料優異的抗菌、抗氧化和紫外線吸收等特性。這類功能性復合保鮮膜也稱為食品活性包裝膜。活性包裝材料可以有效避免因金屬及氧化物進入消費者體內而產生的潛在危害，且活性物質的持續釋放可以有效保持食品的品質，延長食品保質期。ZnO、TiO2和Ag等金屬納米顆粒已被研究用于功能性保鮮材料的開發和食品保鮮（表5）。Ag納米顆粒的抗菌機制是通過多種途徑形成的協同抑菌，主要包括：AgNPs表面形成的自由基攻擊膜脂；AgNPs釋放的Ag2+通過正電荷納米顆粒與負電荷細菌細胞之間的靜電吸引破壞細胞壁/細胞膜殺死細菌；進入細胞并引起細胞滲漏，同時破壞細菌的DNA和蛋白質的功能。但Ag納米材料向食品中的遷移會引起潛在的風險問題，因此Ag納米顆粒一般作為功能性納米填充物添加到聚合物復合膜中制備活性食品包裝膜。

3.2 食品快速、無損安全檢測

世界人口的不斷增長和對食品需求的多樣化，導致食品的需求量不斷增加。為了滿足原料供應，滋生出農藥和獸藥廣泛使用，甚至濫用等問題。工業快速發展造成的環境污染和自然界中的食源性致病菌也對食品安全構成威脅。為了檢測和鑒定食品污染物，研究者開發出各種方法，如高效液相色譜-質譜法、聚合酶鏈式反應等。傳統方法需要復雜昂貴的儀器設備和專業的技術人員，對食品具有破壞性，耗時長，并且由于食物中存在抑制劑可能產生假陽性，因此有必要不斷研究新的方法。金屬納米顆粒可作為靶向食品污染物的傳感器，產生對污染物具有選擇性的響應，該響應可通過不同的傳感平臺進行量化。在食品快速、無損安全檢測領域中所使用的金屬納米顆粒主要為Au和Ag納米顆粒。檢測手段主要包括比色檢測、熒光檢測、表面增強拉曼光譜檢測、電化學檢測和基于人工智能（AI）的傳感器檢測。

3.2.1 比色檢測

比色檢測是基于納米技術的最簡單的檢測方法。金屬納米顆粒和分析物之間的相互作用/結合誘導金納米顆粒聚集導致顏色發生視覺變化。Fu Zhongyu等開發了一種基于Au納米顆粒的快速比色法，用于檢測單核細胞增生李斯特菌和腸道沙門氏菌。采用檸檬酸鹽還原制備了粒徑為13 nm的Au納米粒子，將其與巰基標記物混合得到硫-金鍵，可使用肉眼或分光光度測量的比色測試用于食品中的致病菌檢測。Li Fan等采用偶聯不對稱聚合酶鏈式反應技術，結合單疊氮丙啶和未修飾的Au納米粒子，建立了一種高靈敏度、快速檢測牛奶中蠟樣芽孢桿菌的方法。在最佳條件下，磷酸鹽緩沖液和牛奶中蠟樣芽孢桿菌活菌的檢出限分別為9.2×101 CFU/mL和3.4×102 CFU/mL，被認為是一種良好的食源性病原體檢測方法。由于任何分子都可以誘導金納米顆粒的局域表面等離子體共振帶發生變化，因此該方法僅適用于已知分析物的檢測。

3.2.2 熒光檢測

由金屬納米顆粒制備的熒光傳感器是基于其獨特特性，如高表面積、可調控的表面化學性質等，經過特定的修飾后可用于目標分析物的選擇性捕獲和檢測。熒光傳感器的感測機制主要分為兩個類別：物理吸附和化學作用。物理吸附依賴于金屬納米顆粒與目標分析物之間的親和力，與熒光探針相互作用，導致熒光強度或波長的改變。化學相互作用為金屬納米顆粒及其表面修飾的官能團對分析物的特異性識別和結合導致熒光猝滅或增強。Sun Yuhan等構建了由DNA模板銀納米團簇和多孔Fe3O4/碳八面體的金屬有機框架（MOFs）材料組成的用于檢測玉米赤霉烯酮的熒光傳感器，納米團簇為傳感器提供穩定的信號強度，其檢測限為2 ng/L。由于金屬納米顆粒性質的局限性，通常要將其與其他有機配體進行修飾才能實現對目標成分的熒光檢測，但有些修飾合成復雜或使用有毒前體，這限制了其大規模生產和實際應用。此外，納米材料的熒光特性易受環境因素影響，如pH值、離子強度和溫度，導致信號漂移或猝滅，特別是在穩定性不足的復雜生物樣品中。

3.2.3 表面增強拉曼光譜檢測

對于未知樣品的檢測和鑒定，拉曼光譜是最合適的方法，它能夠基于分子的獨特拉曼振動指紋從而鑒定分子種類。貴金屬納米顆粒（Au、Ag等）可產生大量的“熱點”，通過對尺寸和形貌的調控能夠顯著增強被測物質“指紋”光譜信號強度，可以應用于食品中農藥、獸藥和病原體等有害因子檢測，具有方便快速、無損等優點。Singh等采用Ag納米顆粒實現了對沙門氏菌的檢測，檢測限為102 cells/mL。Hu Yang等制備Au納米顆粒的比色傳感器用于檢測果蔬中的樂果農藥，檢測限為4.7 μg/L。李堅等利用Au納米顆粒高比表面積、易修飾、高穩定性等特點，建立了一種基于Au納米顆粒的信號放大酶聯免疫檢測方法，該方法與傳統的酶聯免疫吸附法相比檢測靈敏度顯著提高，適用于動物性食品中恩諾沙星的快速檢測。Compagnone等研究發現，由Au納米顆粒組成的氣體傳感器陣列可區分食品的氣味，在對橄欖油的實驗中，可準確分析油是否變質。基于表面增強拉曼光譜的貴金屬用于食品污染物的檢測見表6。然而，金屬納米顆粒的食品快速、無損檢測技術易受到背景噪聲干擾、成本高、難以同時檢測多種有害物質，因此其從實驗室研究到大規模商業應用還需進行持續深入的探索。

3.2.4 電化學檢測

電化學檢測是通過測量由目標物質和電極界面之間電子轉移反應引起的電信號變化從而實現定量檢測。與光學傳感相比，無需復雜光學系統和標記過程，具有靈敏度更高和檢測限更低等優點，特別適合于檢測復雜基質中的痕量物質。Zhou Rui等將鈰基金屬有機框架（Ce-MOF）與聚苯胺（PANI）復合，通過滴鑄法將Ce-MOF@PANI復合材料修飾在柔性碳布電極上，對多菌靈的檢測限低至12.6×10-9 mol/L。然而，金屬納米顆粒制備過程中批次間一致性差、復雜的修飾過程和樣品前處理等都會對傳感器的重現性、穩定性和精準度產生影響，并且大多數傳感器難以同時檢測真實樣品中的多種農藥殘留。

3.2.5 基于AI傳感器檢測

計算機科學技術的發展促進了機器學習和AI領域的重大進步。AI技術能夠模仿人類的智能過程，使機器能夠執行復雜的任務，如自然語言理解、視覺感知和決策。機器學習是AI的主要狀態，專注于開發算法，使計算機能夠從數據中學習并做出準確的預測。目前AI技術在基于金屬納米顆粒的食品無損檢測應用中主要集中在對傳感器的構建，如對MOF材料的結構和性質預測。AI驅動的模型提供了對結構-性質關系更深入的理解，使研究人員能夠針對特定應用定制材料，顯著節約可持續材料開發所需的時間和資源，但其在食品無損檢測應用中的研究報道較少。Dong Yongzhen等將AI驅動的計算機視覺分析技術與磁性金屬有機骨架結合，開發出用于檢測花生中黃曲霉毒素B1的AI微球成像免疫傳感器，檢測靈敏度（4.90 pg/mL）比酶聯免疫吸附測定提高了19 倍。該研究為AI技術在食品快速、無損檢測領域應用提供了新的思路和方法。隨著AI技術的不斷進步，基于AI技術的食品安全快速檢測將是未來一個非常具有吸引力的發展方向。

3.3 食品添加劑

部分金屬是人體必需的礦物元素，適量的攝入有利于身體健康。在食品工業中，氧化鋅是一種公認的安全材料，是鋅的重點添加形式，可作為營養補充劑添加到食品中。二氧化鈦是天然存在的鈦氧化物，具有高折射率、光吸收、無毒性、化學穩定性良好和生產成本相對較低等特性。納米二氧化鈦除了具備普通二氧化鈦的特性之外，口感更加細滑，折光率高、遮蓋率強、白色度更好，作為食品添加劑用于食品增白更具優勢。

04

面臨的挑戰

4.1 金屬納米顆粒的精準調控

金屬及其氧化物納米顆粒的合成受多種因素影響，包括反應溫度、pH值、壓力、時間、金屬鹽濃度和微生物種類等。為了合成具有精確尺寸、理想形態和相應化學成分的金屬納米顆粒，需要對影響因素進行持續深入的研究，實現對金屬納米顆粒合成的精準調控，以最小的投入獲得最大的產出，同時也減少合成過程中產生的副產物/廢物的數量。

4.2 規模化生產

物理化學法在制備的過程中存在價格昂貴、使用對環境不友好的化學試劑等缺陷。生物法胞外合成和植物提取液合成后需反復洗滌和高速離心從而分離和富集生成的金屬納米顆粒，并去除未反應的生物活性分子。細胞內合成的金屬納米顆粒需要將細胞壁破裂后釋放納米顆粒，增加額外的純化步驟。目前任何方法合成金屬納米顆粒后，在應用之前還需進行純化，這些額外的步驟會提高生產成本，阻礙了金屬納米顆粒的大規模生產和應用。

4.3 潛在風險

隨著金屬納米顆粒在食品、藥物和化妝品中的應用不斷增長，鑒于納米材料的潛在毒性和生物蓄積作用，人們對納米材料在的廣泛使用產生了諸多顧慮，一些國際機構已經開始關注不同產品中使用金屬納米顆粒的潛在風險。在新型食品包裝材料的開發中，金屬及其氧化物納米顆粒成分向食品中的遷移問題引起極大的關注。納米材料可以通過各種途徑進入人體，分布在不同的器官，可能通過改變線粒體功能、產生ROS、增強膜通透性和誘導毒性作用對人體細胞產生不利影響。Ag在食品活性包裝材料中盡管應用的濃度很低，向食物中的遷移非常低，但已有報道Ag可沉積在腎、肝、睪丸和腦中，可能具有遺傳毒性和神經毒性的風險。歐盟委員會法規（EU）No 10/2011涉及預期與食品接觸的塑料材料和制品，強調“納米形式的物質”可能具有各種毒理學特性，并規定通過功能材料遷移的未授權物質的最大允許量為10 μg/kg。因此，在充分利用其潛力之前需要對金屬納米材料的毒理學特性進行可靠的評估，生產出對人類健康和環境沒有任何不利影響的生物相容性納米材料。

05

結 語

隨著科技的發展，納米材料已經成為一個新的發展趨勢。金屬納米顆粒憑借其獨特的物理化學性質，在眾多領域展現出巨大的應用潛力。研究者們已通過自上而下或自下而上的方法開發出物理法、化學法和生物法等多種合成途徑。鑒于物理法和化學法存在成本高昂、污染環境等固有缺陷，環境友好且生物相容性優異的生物法日益受到青睞。通過特定的表征技術可對金屬納米顆粒進行精準分析。目前，金屬納米顆粒在食品保鮮、安全檢測和食品添加劑等領域已取得研究進展與應用探索。然而，該領域仍面臨諸多關鍵挑戰：首先，如何實現對金屬納米顆粒的形貌、尺寸和表面性質等關鍵特征的精準調控，以賦予其特定功能，同時實現經濟化大規模生產仍是亟待突破的核心難題。其次，金屬納米顆粒在食品等領域的廣泛應用對人類健康的長期影響及生態環境的潛在風險仍需進行系統、深入且長期的安全性評估。因此，未來研究可持續探索金屬納米顆粒更加綠色、高效、可控的合成策略，優化生物合成過程、提高產率并降低成本，解決規模化生產的瓶頸問題；深入解析金屬納米顆粒與復雜食品基質的相互作用機制，探索AI技術輔助推動其在食品領域的創新應用；構建更接近真實暴露場景的長期毒理學評估模型，為安全性評價提供科學依據。

引文格式：

曾俊, 朱小剛, 任小娜, 等. 金屬納米顆粒的合成、表征及其在食品工業中的應用[J]. 食品科學, 2025, 46(20): 394-405. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250415-119.

ZENG Jun, ZHU Xiaogang, REN Xiaona, et al. Fabrication, characterization and application of metal nanoparticles in food industry: a review[J]. Food Science, 2025, 46(20): 394-405. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250415-119.

實習編輯：楊瑞蕾；責任編輯：張睿梅。點擊下方閱讀原文即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網

為匯聚全球智慧共探產業變革方向，搭建跨學科、跨國界的協同創新平臺，由北京食品科學研究院、中國肉類食品綜合研究中心、國家市場監督管理總局技術創新中心（動物替代蛋白）、中國食品雜志社《食品科學》雜志（EI收錄）、中國食品雜志社《Food Science and Human Wellness》雜志（SCI收錄）、中國食品雜志社《Journal of Future Foods》雜志（ESCI收錄）主辦，西南大學、 重慶市農業科學院、 重慶市農產品加工業技術創新聯盟、重慶工商大學、重慶三峽學院、西華大學、成都大學、四川旅游學院、西昌學院、北京聯合大學協辦的“ 第三屆大食物觀·未來食品科技創新國際研討會 ”， 將于2026年4月25-26日 （4月24日全天報到） 在中國 重慶召開。

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