:::

奈米在食品科技的發展

:::

奈米在食品科技的之發展

  • 食品奈米化技術
  • 奈米技術於食品製程與保存之應用
  • 奈米技術於食品安全之考量
III.奈米技術於食品安全之考量
III.1. FDA對於奈米科技產品的管理
美國食品藥物管理局(Food and Drug Administration, FDA)所執行的任務是為了確保藥品、藥品釋放系統、化妝品、生物醫療器材、疫苗與食品等產品,到達市場時是安全且有效果。總括而言,FDA即確保人類及動物所使用之食品的安全性、藥物的安全及有效性與,針對消費大眾的健康予做全方位的保護。FDA管理的範圍如表一所示。
表一 、FDA之管理的範圍:

 

1.      食品
 
¨   所有洲際間、國內、進口的產品,包含生魚類、貝類、蛋類、奶類(非肉類或家禽類)
¨   瓶裝水
¨   酒精含量低於7 %以下的葡萄酒
¨   嬰兒配方食品
2.      食品添加物
¨   著色劑
¨   食品包裝容器
3.      化妝品
 
4.      膳食補充品
 
5.      動物飼料
 
6.      藥劑
 
¨  
¨   動物
¨   防爆包裝
7.      生物醫學材料
 
8.      具有輻射放射性的電子產品
 
9.      疫苗
 
10. 血清產品
 
11. 組織
 
12. 滅菌產品
 

 

                                                                
FDA基於產品對產品(product by product)管理方式。雖然具有數個已核准法令的部分,在管理的方面已經藉由數各形式來確立,對於每種形式的產品以給予不同的名稱,產品皆以下列三種基本原則做為範疇:產品上市前的認證、產品上市前的接受、與產品上市後的監控。概述如下:
1. 上市前的認證(Pre-market Approval):
此過程是大多數人熟悉且信任的,在介紹產品上市之前,具有高危害性的生物醫學材料、食品添加物、著色劑、以及生物性材料皆需獲得FDA的認證。產品的製造商或發起人必須要建立並且評估潛在於產品中的危害,並且說明在產品應用時如何將每種危害降低至最小的程度且不危害人體或動物體。FDA通常是透過顧問委員會(Advistory Committee)的協助,參議且審查製造商或發起人所提供的文件。對於此類商品,FDA嚴格要求工廠在大量生產製造之前或產品的上市前,需做認證檢查。
2. 上市前的接受(Premarket Acceptance):
在此範疇之下,有數個相似的根據,對這些產品而言,FDA接受並審查一些已被註記且已上市的相似產品。這些產品通常依照相似的產品來仿造而成,且這些相似的商品在先前已得到認證,或是這些產品已經遵照「已認證的詳細規格」來製備。例如: 藥品已被先前的USP Monograph所管理,而生物醫療器材以510(k)上市公告做規範。這些產品明顯比上市前的認證更加迅速。
3. 上市後的監控(Post Market Surveillance): 在此範疇下,FDA管理具危害的產品部分,像是食品、化妝品、具有輻射放射性的電子產品,及材料類像是食品添加物、食品包裝材料等產品為「一般公認安全物質」 (Generally Recognized As Safe, GRAS),對於這些產品通常應用良好作業規範(Good Manufacturing Practices, GMP)來加以管理。FDA監控這些產品的作用情形,並且取得管理的行動,若發生不良的事件,其將足以危害社會大眾或是個人的健康。
對於奈米科技的現況問題方面,在FDA所舉辦之關於奈米科技產品的研討會上,有數種奈米產品的問題經常被討論著。FDA期望許多奈米科技產品在管理上能跨越介於藥品學、生醫材料及生物學等規章的範圍,而管理這些被組合的產品的方法已被法令所規範。在這類的使用奈米科技的案例,FDA將會對於產品的「主要作用模式」予以檢測。這些決策將會檢測產品的管理體制,諸如藥品、生醫材料或是生物性產品,這些產品的應用將會被專屬的FDA中心與其他的會議諮詢中心所管理,其中與舊有制度相關的部分,FDA依照慣例來管理。此乃因為FDA認為顆粒的大小並不是問題的所在,即使在奈米範圍大小的顆粒,在使用相同材料的前提下,仍沿用傳統的方式加以管理,但是若為新的物質或是以新的組成方式產生之物質則需要新的毒理危機條件以做安全性測試的評估。
 
III.2.IFST對於奈米科技產品的管理
2006年2月Institute of Food Science & Technology (IFST)的公共行政及及技術委員會中提出並建議奈米顆粒使用於食品或食品包裝材料之前應先具備安全性的評估,並且政府機關應加強目前對於奈米科技在食品工業方面之管理6。因為將物質變小,可能產生全新及有用的性質,但也可能帶來新的毒性。因為目前對於奈米顆粒的性質瞭解過少,以致目前我們對物質變小所造成的性質變化並非完全瞭解,而且對於粒徑變小之後將如何影響毒性並不瞭解。所以IFST建議將奈米顆粒當作新的且可能具有傷害性的物質,並將這些奈米顆粒做完整的毒性試驗以確立是否有危害。另外,在測試的當中應評估奈米科技的產物最終將會如何釋放到環境中,且評估人類對於這些奈米材料可能的暴露劑量。再進而觀察何種類材料能進入人體、進入的位置以及那些材料可能囤積於人體中,以上的資料將可決定特定的材料對人體暴露在奈米物質環境中可能造成的危機。因小的顆粒可進入到粒徑較大的顆粒所無法穿透的區域,因此我們將奈米科技應用於食品工業上時應審慎評估奈米顆粒的安全性6
 
III.3.歐盟對於奈米科技產品的管理
令外英國政府目前對於奈米科技應用在食品方面主要研究之優先順序包括下列三項5
1. 需建立健全且可信賴的方法,用以測量及檢驗奈米顆粒。
2. 需建立健全的評量系統以評估奈米顆粒可能造成的危害(potential risks)。
3. 需瞭解奈米顆粒如何在環境中傳播,應包含在人體內的作用機制。
此外,英國政府也建議在未來對奈米顆粒在環境釋出及可能的生物性堆積(bioaccumulation做進一步的研究,還有對奈米顆粒的降解(degradation)及其生命週期(lifecycle)的模式應盡儘快的建立。
目前奈米科技應用於食品方面有兩大區塊,一為對食品本身做奈米化的處理,另一為對食品的包裝或製程做奈米化的應用。在國際間,美國為最優先將奈米科技導向食品工業的國家,而緊接美國的有日本及中國,預計2010年奈米科技於食品工業上的應用資金將高達20.4億美元4, 7。針對食品奈米化的規範舉例,歐盟的食品科學委員會(Scientific Committee on Food, SCF)發現常用來做為食品添加物的鹿角菜膠(Carrageenan),在已發表過的研究中曾建議低分子量的鹿角菜膠,可能對消化道造成毒害,故建議不要將鹿角菜膠添加入嬰兒食品中,亦不要刻意將鹿角菜膠加入幼兒食品中6。鹿角菜膠的結構式及藻類來源請見圖一及圖二。英國的報告中亦提出鹿角菜膠在分子量的使用分佈情形是需受限制的,分子量小於50 kDa鹿角菜膠其重量不可大於總重的5% 。此限制是基於其蓄積在內臟中時,具有潛在毒性的顧慮。這項顧慮可與被降解至較低分子量的鹿角菜膠成分可能致毒的危害相呼應10
 

圖一. 鹿角菜膠(carrageenan)的化學結構式
 
圖二. 可提煉出鹿角菜膠(carrageenan)的藻類---Chondrus Crispus Seaweed
                                        
另有一針對食品奈米化的規範案例為纖維素的微結晶顆粒(microcrystalline cellulose),當使用其做為食品添加物時,因為目前對於纖維素的微結晶顆粒安全性的相關資訊仍不充分,故小於粒徑5 μm以下的顆粒限制使用10。另外在奈米科技於包裝上的應用部分,二氧化鈦(Titanium dioxide,TiO2)如圖三所示,為一個將非天然物質添加到食品包裝中的案例。因為二氧化鈦具有高亮度及漂白功能,再加上其高折射率等特性,故二氧化鈦常用在表面的包覆作用。目前在食品包裝上,二氧化鈦主要是添加於紙類或是塑膠材料中,因其具抗UV輻射的作用6。然而奈米顆粒的二氧化鈦為透明無色,但仍保有抗輻射的功能,因此二氧化鈦顆粒已備應用於製備透明的防曬乳或是保養品。在動物與人類通用之毒性限制數據中提到像是這些材料並不會穿透到表皮以下6。而化妝品與非食品科學委員會則認為使用二氧化鈦可作為UV輻射的過濾劑並且宣稱在任何顆粒大小下皆為安全的,而使一些社會大眾關心的是表示實際上超過了安全性方面的數據,使委員們服從並顧及到商業上的敏感性,且在已發表的文獻上並無資料呈現是可以如此利用的,這樣的顧慮在2004年7月底受到英國皇家協會與皇家工程師學院所發佈之與奈米科技有關的報告得到回應。報告題目為「奈米科學與奈米科技的機會與不確定性」5,6,目前奈米顆粒的二氧化鈦已被數家公司所販售,且提倡將其使用在食品包裝及容器上。具有透明度(trnasparency)的奈米顆粒可允許應用於像是透明薄膜的過濾顆粒以及塑膠容器方面。這些材料被用來說明的獲得認可的食品,雖然大多數被引證的安全性數據的日期早於此色素在奈米形式上的結果。但無論是在有效的或可利用的添加量數據仍是不甚清楚的,特定的技術在於
奈米顆粒的二氧化鈦中可能仍具有潛在的毒性問題6
圖三、 應用於光觸媒方面奈米顆粒的二氧化鈦粉末
目前如ETC(The Action Group on Erosion, Technoloy and Concentration)等組織已經提高關切,有關於無論是否通過安全性測試的奈米材料的數據,應當是可延伸至已通過批准材料的奈米形式上3,6。自從允許使用來自於銳鈦礦結晶(anatase crystal)的二氧化鈦,則需要證明其生物可利用性與一般所使用的金紅石結晶 (rutile crystal) 形式相同,以此方式似乎是令人感到不可思議的,因其並無提供需要考慮的相關事宜。一般而言,改變粒徑大小可能必須要考慮到其對於生物可利用性的影響。大量被攝取之奈米顆粒二氧化鈦藉由擴散作用進入生物體組織及細胞中,是比現今所使用的較大粒徑的顆粒更具有可能性,這些化合物可能具有沉積與貯存之影響,並且此危害將與毒性結合作用。
III.4.奈米物質之暴露途徑與毒性探討
近年許多探討奈米微粒是否具健康危害的相關文獻皆指出:奈米物質在進入生物體之後,將會發生吸收(uptake)與轉移(translocation)現象8,9。奈米物質暴露之媒介已確定,但奈米物質吸收或轉移的部位目前則未能被證實,其暴露、吸收、轉移、分佈與排除途徑如圖四所示。
 
圖4. 奈米微粒對生物體的暴露、吸收、轉移和分佈與排除途徑8,9
生物體暴露於毒性奈米物質之主要途徑為皮膚(媒介為空氣、水及衣服的接觸)、呼吸道(媒介為空氣)與腸胃道(媒介為食物或水),尤以腸胃道之途徑與食品安全關係較為密切,經人體食入後產生之毒性與危害。以加拿大的ETC group(action group on Erosion, Technology and Concentration)組織於2002年的研究報告結果做以下之說明3
1.      奈米微粒累積於有機體中,為活細胞所吸收。若細菌可吸收此奈米微粒,則該物質會隨之進入食物鏈中。
2.      奈米微粒若存於血液中,血液中之蛋白質會附著於其微粒表面上,並試圖將其包覆,以致蛋白質的形狀與功能很可能因此而改變。
3.      奈米碳管在自然環境中傾向於成群結塊而非單獨成纖維狀。若其解離成單獨的纖維狀,很可能與石棉一樣引起嚴重的呼吸系統問題。
4.      純碳的奈米產品(奈米碳管或微粒)進入細胞時,細胞不會產生免疫反應(即不會釋放出二氧化碳)。
奈米生物材料的安全性是人們所關切的議題2,奈米粉末由於粒子小,會飛揚於空氣中成為塵埃的一部份,可能具有潛在性的危害;奈米粒子如存在於液體中成為懸浮液,也許不會造成危險性,但仍須確實瞭解奈米生物材料的安全性與生理供應性 (bio-availability) 。除此之外,奈米粒子或許具有一些尚未了解的生理活性,是值得探討的議題。目前國內的食品衛生法規,並無對奈米食品有所規範,僅有的是,經濟部工業局所推出的奈米標章,來確保奈米產品的奈米性及功能性。現在對於奈米產品的疑慮,是在於分子的尺寸變小其生物安全性,對人體是否有害,但是目前並無實證指出奈米產品會對人體有害。據Helmut Kaiser Consultancy`在2004年的報告指出4,奈米科技應用在食品和食品加工上,全球奈米食品市場在2010年將會達到2400萬美元,會有超過135項的奈米技術應用在食品工業上,全球超過200家的公司致力於研究奈米技術及發展和食品的相關性23,可見奈米技術應用於食品仍是樂觀的。
 
參考文獻
1. U.S. Food and Drug Administration. FDA Regulation of Nanotechnology Products. http://www.fda.gov/nanotechnology/regulation.html
2.  凌明沛與闕妙如。2006。奈米物質之暴露途徑與毒性探討。台灣奈米會刊: 50 - 53。Breaking News on Food Processing & Packaging-Europe. UK food regulator finds ‘gaps’in reglulating nanotechnology.
3.  葉安義,2004。奈米科技與食品。科學發展月刊 384期: 45 - 49
4.  Action Group on Erosion, Technoloy and Concentration (ETC group), 2002. No Small Matter I: Nanotech Particles Penetrate Living Cells and Accumulate in Animal Organs. ETC Communique, Issue 76.
5.  Helmuth Kaiser Consultancy, Nanotechnology in Food and Food Processing Industry Worldwide, 2004.
6.  http://www8 December 2003. Summary of evidence presented .nanotec.org.uk/Health%final.pdf. Health impacts of nanotechnology
7.  Institute of Food Science and Technology. Nanotechnology. www.ifst.org.
8.  Joseph T. and Morrison M. 2006. Nanotechnology in Agriculture and Food. Institute of Nanotechnology Nanoform Report.
9.  Oberdorster G, Maynard A, Donaldson K, Castranova V, Fitzpatrick J, Ausman K, Carter J, Karn B, Kreyling W, Lai D, Olin S, Monteiro-Riviere N, Warheit D and Yang H. 2005a. Principles for characterizing the potential human health effects from exposure to nanomaterials: elements of a screening strategy. Particle and fibre Toxicology 2: 1-35.
10. Oberdorster G, Oberdorster E, Oberdorster J. 2005b. Nanotoxicology: An Emerging Discipline Evolving from Studies of Ultrafine Particle. Environmental Health Perspectives 113: 823-839.

UK food regulator finds “gaps” in regulating nanotechnology. Breaking News on Food Processing & Packing- Europe. http:// Food productiondaily.com Europe. 

最後修改者 : 睿綸數位 2009-12-07 09:01:42