浅析食品塑料包装的危害及主要检测技术

薛晓熠 卫荣 周敏 邵卫卫 陈雪琪

（江苏澄信检验检测认证有限公司）

前言

随着人们生活水平的提高和安全意识的增强，各界对食品包装材料的关注度及要求也越来越高，与此同时，食品塑料包装材料也不断与时俱进。在各界的努力下，食品塑料包装材料的防潮性、阻隔性、耐热性、热封性等性能不断地提高[1]。塑料材料是一种高分子聚合物，典型的塑料包装材料主要成分有对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、聚碳酸酯（PC）等[2]。此外，为了提高产品的使用性能，生产企业在加工过程中可能会使用助剂，如：增塑剂、稳定剂、填充剂等，这些助剂也成为塑料包装材料的组成部分[2,3]。然而，各类塑料助剂为塑料材料的性能增光添彩的同时，也带来了一定的安全隐患。因此加强对塑料包装的检测力度，对保障食品的安全性至关重要。此外，在食品塑料包装的生产和使用过程中，不可避免会产生污染，所以在保证食品塑料包装性能的基础上的，应多关注其在对环境的影响。

1. 食品塑料包装材料的组成及危害

1.1 分类及主要成分

石油化工塑料因为价格便宜，具有良好的拉伸性能，对氧气、二氧化碳和水蒸气有阻隔作用，在食品包装行业中得到了广泛的应用。塑料被用于软包装和硬包装，可分为热塑性塑料和热固性塑料。热塑性塑料易被塑造成不同的形状，可通过加热进行加工和再加工，是较为理想的食品包装材料。食品包装材料中应用最广泛的热塑性塑料有低密度聚乙烯（LDPE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、高密度聚乙烯（HDPE）、聚苯乙烯（PS）、发泡聚苯乙烯（EPS）[4,5]。然而，热固性物质一旦形成就不能通过加热进行再加工，不可回收，因此不常用于食品包装[6]。塑料的基体是由重复的单体组成的有机聚合物[3]，添加剂有助于保持、增强和赋予特定的性能，例如抗氧化剂保持聚合物基体抗氧化，增塑剂增强柔韧性，阻燃剂赋予耐火性能。除了这些特意添加的化学物质，许多非故意添加的物质也可能存在于塑料中。

1.2 潜在有害物质

非故意添加的物质是指原本存在于食品接触材料中且可能迁移到食物中的化合物，包括副产品、分解产物和污染物[7]。非故意添加物质具有不同的来源，包括食品接触材料的分解产物、原材料的杂质、回收过程中额外产生的副产物以及各种污染物（图1）[8]。分解产物可分为从聚合物、加工助剂和添加剂中分离出的降解产物。副产品可以来源于生产过程或者食品及食品包装材料之间的化学反应。由于非故意添加物质并非生产过程中由于某种技术原因而有意添加的，因此，往往连生产者都不知道它们的存在，遑论消费者，这就成为了食品塑料包装的潜在危害。实际上，非故意添加物质存在的这一现象并非新鲜事，但人们对于这一现象的认识是从近几年才开始提升的，这主要归功于化学分析灵敏度的提高。

图1 非故意添加物质的来源和种类

2. 迁移

迁移是指化合物在食品包装膜和食品之间相互转移的现象。换言之，食品包装中的迁移现象可以在两个方向同时进行，即从食品到包装材料，反之亦然[9]。就前者来说，食品色、香、味、营养物质食品迁移到包装中去，以致对食品本身的感官特性产生强烈的影响。就后者来说，食品添加剂等物质从包装迁移到食品中去，随着食物进入人体，有害健康[10]。

2.1 迁移的机理

食品包装膜中的低分子量物质如添加剂和低聚物可通过分子扩散的方式迁移到食品中去[11]。聚合物包装与食品界面的迁移过程如图2[12]所示。从食品包装材料迁移到食品的物质是高度复杂的过程。扩散现象是迁移的主要机制，指分子从高浓度梯度到低浓度梯度直到达到平衡的宏观质量运动[13,14]。分子扩散速率用菲克第二定律表示为：dCp/dt=D（d2Cp/dx2），其中，Cp为包装材料中迁移物的浓度（mg/g）；D为扩散系数（cm2/s）；t为扩散时间（s）；x为食品和包装材料的距离（cm）[15]。虽然数学模型在不断发展变化，但结果表明，此定律在测量包装化学污染物时具有较高的可靠性。掌握从包装材料到食品的化学物质的迁移的测量和评估方法有助于控制食品污染并改善食品安全。

图2 包装用聚合物和食品溶液界面的添加剂和溶剂的扩散

2.2 迁移的危害

鉴于对人体危害性大，化学物质从塑料包装到食品的迁移不容小觑。这些化学物质可能来自塑料包装材料基体，也可能来自印刷油墨、粘合剂或涂料等助剂[10,16]。此外，微量金属可能从土壤、农药、用于食品加工的水、加工设备等进入食物链[17]。

3. 食品塑料包装对环境的危害

食品包装至关重要，然而，近年来，食品包装对环境的负面影响，包括食品塑料包装引发的问题在全世界引起了越来越多的关注[18]。其中也包括了严重的海洋污染问题。每年，塑料污染造成的4.7~12.8百万吨处理不当的塑料废弃物被排入海洋[19]，海洋塑料垃圾问题已经升级为一场全球危机。海洋塑料污染有多种来源，其中食品和饮料包装，已被认定为污染的主要来源。为了解决塑料食品包装造成的问题，公共和私营机构推出了若干政策措施和志愿行动。这些行动包括减少或禁止一次性塑料制品的政策和法规以及一些协议和条款，这些举措共同促进塑料循环经济的发展[18]。

在过去的几十年里，塑料的生产和使用一直在增加[20]。据《塑料欧洲》报道，2018年，塑料产量达到3.59亿吨[21]。这意味着塑料产量占全球石油和天然气产量的8%，然而，处理大量的塑料废弃物采用的填埋、焚烧等方法会对地下水和空气造成不可估量的危害[22]。

4. 主要检测技术

了解食品塑料包装材料的成分及迁移的机理固然有助于从理论上提升人们对食品塑料包装危害的认知能力，然而，提升检测技术才是减小危害以保证食品安全的关键所在。

分析方法的进步使人们能够更精准地检测出食品塑料包装材料中的物质或者由食品接触材料迁移到食品中的物质。

4.1 固体样品

聚合物及固体食品模拟物可通过大气压ASAP-MS法（将大气压固体分析探头电离源（ASAP）与三重四级质谱仪耦合的测量方法）[23]、DART-MS法（实时直接分析质谱法）[24]、DESI-MS法（基于解吸电喷雾电离质谱分析法）[25]测量。这些方法不涉及任何分离步骤，可以避免提取步骤，属于一种快速技术，但是通过这些方法测量会获得复杂的碎片，因此通常用于分析已知物质。

虽然通过直接测定聚合物便捷且快速，但无法获得迁移物质的相关信息，为此，对食品塑料包装材料样品的前处理至关重要。任何固体样品的色谱分析都需要提取步骤，以将尽可能多的化合物转移到液相或气相。进一步分析的方法有两种，一是先热解吸极易挥发的物质，然后是用GC-MS（气相色谱-质谱联用仪）测定，二是将材料溶解后使用任意一种分析方法检测。

4.2 液体样品

用于迁移试验的液体食品模拟物可以直接分析，也可以通过固-液或液-液（微）提取步骤进行提取。提取有助于浓缩样品，但由于提取过程中的不完全转移，会造成一些材料的损失。一般来说，提取物通过GC（气相色谱）、LC（液相色谱）和NMR（核磁共振）进行分析。此外，不同检测方法的组合使用也是行之有效的，一些互补的检测方法有助于测定更广泛的物质。GC适用于分离挥发性化合物，而LC法适用于分离低挥发性或非挥发性物质、热稳定性差的物质[26]。此外，四级杆质谱、离子阱质谱、飞行时间质谱、轨道离子阱质谱等不同种类的质谱皆可用于液相色谱-质谱联用仪和气相色谱-质谱联用仪。

5. 总结与展望

正确认识及了解食品塑料包装材料的组成成分及危害、迁移机理极其危害，并掌握主要检测方法，对控制食品污染及改善食品安全有一定的帮助。

从长远角度来说，为了响应国家的号召和保证全世界人类的福祉，在确保塑料包装材料实用性和安全性同时，应尽量做到低碳环保，这也是食品塑料包装材料主流发展趋势之一。至于解决食品包装塑料对环境造成的危害可从塑料废弃物管理以及塑料制品的循环使用出发，因此，以绿色材料为导向的循环经济转型可能未来解决塑料危机的有效途径之一。