聚乳酸材料迁移试验研究及未来发展趋势分析

姜方方

（江苏澄信检验检测认证股份有限公司，江苏 江阴 214431）

1. 研究背景

近年来，人们日益关注环保和食品接触材料的可持续发展问题，因此生物基可降解材料受到越来越广泛的关注。而聚乳酸（PLA）是一类新型的可降解、生物兼容性好的生物基高分子材料，常被应用于食品包装材料中。然而，PLA 作为包装材料在与食物接触时，会存在着一定程度向食物中迁移的风险，进而对食物的质量和安全造成威胁，也对人类健康产生了潜在的危害。[1]所以，为了解决聚乳酸在食物中的迁移问题，有必要开展相应的试验和分析，以确保其在食物中的应用安全。本文内容将为聚乳酸（PLA）和其它可降解材料的开发利用，奠定了重要的理论基础和技术支持。在此背景下，本论文主要针对聚乳酸在食品包装材料中的应用进行了相关分析，通过模拟该材料在实际使用条件下的环境进行迁移试验，并对其应用前景进行了展望。

2. 食品接触材料聚乳酸的性质及其在食品包装材料中的应用

2.1 聚乳酸的性质

聚乳酸（PLA）又称聚丙交酯，是一类以乳酸类为主要原料的生物可降解高分子材料,也是一种性能优异的高分子聚合物，原料来源充分而且可以再生。聚乳酸（PLA）也是一种具有良好生物兼容性的新型可降解生物基高分子材料，经常在食品包装领域得到应用。聚乳酸的制造过程环保无污染，同时这种材料能在自然环境中自我生物降解并有效循环利用，使其成为理想的绿色高分子材料。聚乳酸的物理和化学性能都很优异，它的热稳定性好，也有很好的抗溶剂性。除此之外，聚乳酸还具备良好的绝缘性，抗疲劳性，力学性能，特别是在高强度与高硬度方面，更是远超其它生物基材料。这是因为它的分子量范围很广，从几百到几十万之间，较高分子量的机械性能较好，而较低分子量的聚乳酸具有一定的亲水性。PLA 分子结构中存在多个羟基，对水分非常敏感，因此它在食品包装中极易产生迁移。聚乳酸作为一种新型的食物包装材料，可以制作成吸管、薄膜、瓶盖、塑料袋、拉链袋等食品包装材料。[2]PLA 与常规塑料接触材料相比，在生产过程中不会产生有毒物质，不会对环境产生污染，具有良好的环保特性。但是，聚乳酸会在食品中产生的迁移问题也引起了人们的广泛重视。聚乳酸（PLA）在与食品接触时极易与油脂、酸等有机物质反应而发生不同程度溶解，从而产生大量的溶解产物，给人类的健康带来了较大的危害。为了保证食品接触材料的品质和安全性，有必要对 PLA 的迁移行为进行有效的试验和评估。[3]

2.2 聚乳酸在食品包装材料中的应用

聚乳酸（PLA）是一种新型可降解的高分子材料，被广泛应用于食品包装材料中。PLA 常用作塑料基体，用于制作食物的外包装材料。[4]PLA是一种可降解、可再生、理化性能优良的新型高分子材料。近几年来，由于人们对环境保护的日益关注，PLA 这一可生物降解的高分子材料得到了越来越广泛的关注。

PLA 作为一种新型的食品包装材料，其研究具有重要的理论和现实意义。挤出级PLA 树脂是PLA 的重要应用领域，它经常用作大型超市新鲜蔬果的包装材料，这种包装已在欧洲市场产品链中占据重要位置。此外，这种材料也常用于包装一些强调安全、节能和环保的电子产品。在PLA注塑市场的应用中，改性PLA 树脂的应用尤为普遍。尽管纯PLA 具有高透明度和高光泽度等优势，但其硬脆性、加工困难以及耐热性不足等缺点限制了其在注塑应用中的使用。目前，双向拉伸膜是最成功的PLA 包装膜应用。PLA 膜经过双向拉伸和热定型处理后，其耐热温度能够达到100℃，这有效地补偿了PLA 对高温的不耐受性。总的来说，聚乳酸是一种具有巨大发展前景的生物可降解塑料。当聚乳酸（PLA）被用作食品包装材料时，不仅能降低环境污染，同时也有利于延长食品的保质期。PLA 既可以用于作为单独的包装材料，也可以与其它材料进行复合。该材料可用于制造各种食品包装材料，如塑料瓶，软包装袋，保鲜膜，吸管等。此外，PLA 还可应用于涂料的配制，用PLA 对其进行涂层，能够改善产品的透气性、阻酸性和耐热性。[5]但是，PLA 作为一种新型的食品包装材料，其在生产和使用中会产生一些问题。PLA 的迁移是指从包装材料中转移到食物中的过程。这些物质在食物中慢慢发生迁移，将会对食物的质量和安全产生一定的影响。[6]因此，我们需要深入了解 PLA 在食品中的迁移现象并对其有效分析，对确保食品安全有着十分重要的作用。结果表明，影响 PLA 在食品包装材料中迁移的主要因素有：温度、时间、模拟物种类等。所以，PLA 在生产中的使用，必须综合考虑以上几个方面的影响，并对其进行适当的处理。此外，由于PLA 在生产时，可能会产生一定的有害物质残留，如甲醛和苯酚。PLA 的易迁移性质严重地影响了产品的质量和安全性。有学者认为，PLA 产生的迁移物会对食品的风味、颜色、质地等特性产生一定的影响。此外，PLA中残留的一些物质对人类健康也有一定的影响，如对肝、肾等器官的影响。现有的研究方法可分为两大类。一是采用适宜的生产技术及助剂，降低产品中残留物质的含量；另外，在产品的包装上，选用合适的材质，可以有效地减少PLA 与食品的直接接触，减小其在食物中的迁移量。[7]

综上所述，聚乳酸是一种极具发展潜力的生物可降解塑料。聚乳酸（PLA）用于食物的外包装，不仅能减少对环境的污染，而且能保障人们的身体健康。然而，在将PLA 用作食品包装材料时，仍需重视PLA 在食品中的迁移情况，并对其进行深入的研发。

3. 聚乳酸迁移试验研究

为研究聚乳酸的迁移情况，我们采用了模拟法进行试验。本试验采用模拟实际使用情况的条件，通过模拟该产品使用时食品与包装材料的接触环境，观察聚乳酸在接触材料中的迁移情况。本试验按照国家标准GB 5009.156-2016《食品安全国家标准 食品接触材料及制品迁移试验预处理方法通则》和GB 31604.1-2016《食品安全国家标准 食品接触材料及制品迁移试验通则》进行相关预处理和试验条件的选择。

3.1 试样的前处理及试剂准备

本次试验样品由玉米之恋生物降解新材料有限公司提供，样品为食品包装用聚乳酸袋。根据国家标准GB 5009.156-2016 要求，本样品采用全浸没法进行试验。按每1.2 dm2接触面积加入0.2 L（V）模拟物进行试验[8]。此样品接触食品类别为水性食品（乙醇含量≤10%）、含酒精饮料食品（乙醇含量>10%），根据国家标准GB 31604.1-2016 要求，模拟物需选择4%乙酸、10%乙醇、20%乙醇、50%乙醇、95%乙醇进行试验，此次测试该样品在短期试验（70℃，1-4 h）条件下产生的迁移量[9]。

3.2 试验结果的分析与评估

根据国家标准GB31604.8-2021《食品安全国家标准 食品接触材料及制品 总迁移量的测定》要求，迁移试验后，量取模拟物200 mL（V1）于已于100℃干燥2 h 的空蒸发皿中，水浴蒸干后，擦去皿底的水滴，于100℃干燥2 h，取出后冷却后称量，记录数据，此为蒸干后蒸发皿质量。二者之差为相应的残渣质量。

m1为试样残渣质量；m0为空白试验残渣质量[10]。

本次试验测试了该样品接触5 种食品类别，在短期接触条件下的迁移情况。试验结果显示，酸性条件下聚乳酸的迁移量会随着时间的增加，迁移量也会明显变大。酸性条件下迁移量大于水性条件下的值，说明聚乳酸（PLA）在与食品接触时极易与酸发生水解反应，从而产生大量的水解产物。95%乙醇浓度条件下迁移量也会随着时间增加而变大，明显高于其它醇类条件下的测试结果。而95%乙醇常用作油脂类替代试验[11]，说明在接近油性介质环境下，聚乳酸（PLA）也容易与油性介质发生反应，产生大量的迁移产物。

5 种模拟物不同时间条件下的测试结果

4. 食品接触材料聚乳酸的未来发展趋势

我国是世界上最大的乳酸生产国与供应国，聚乳酸在包装领域被广泛的应用，并具有广阔的发展前景。在可持续发展的背景下，生物可降解材料受到了广泛的关注。聚乳酸（PLA）是一种具有良好生物相容性的可降解高分子聚合物，在食品包装等方面有着重要的应用。[12]因此，我国科研机构和生产企业应密切关注国外研究动向，加快聚乳酸的研究进程。 当前，聚乳酸的制备多采用玉米淀粉为主，此工艺虽可取代某些不可生物降解的塑胶，但对我国的粮食和市场造成了很大的冲击。于是，寻找替代原料，改进生产工艺，是一项很有实际意义的工作。

近几年来，人们越来越重视聚乳酸的可持续发展，致力于推动聚乳酸的开发与应用，并尽量利用各种可再生资源。[13]比如，聚乳酸可从再生物质、废旧塑料、食物废料等中提取原材料，既可降低对常规能源的依赖性，又可降低废弃物的产生。此外，聚乳酸的制造技术也有待提高。现有聚乳酸的生产过程存在能耗高、二氧化碳、废水排放等一系列问题。近年来，人们对聚乳酸的合成工艺进行了改良，技术上采用了新菌种，优化了酶催化反应，实现了聚乳酸的绿色制造。此外，采用新工艺、新原料，对聚乳酸的开发与制造以及聚乳酸在食品包装中的推广具有重要意义。[14]本项目拟开展如下工作：（1）通过对PLA原料组成进行调控，保证PLA 原料在加工过程中的稳定性，减少物料在加工过程中产生迁移。（2）对PLA 与食物长期暴露后的化学成分的溶出物进行更加深入研究，并持续提高 PLA 的安全性能。（3）从PLA 的实际用途出发，根据现实条件，全面地对PLA 的安全性能进行评价，从而为 PLA的制造与使用奠定坚实的基础。

总的来说，PLA 可持续发展是当今社会的一个热门话题，也是一个难题，值得从多个角度去探讨。本项目拟采用多种可再生资源为原料，优化制备工艺，促进聚乳酸的开发与应用，从而促进我国可持续发展。

5. 总结

本文对PLA 在食物包装材料中的迁移特性进行了相关试验，对产生的迁移情况进行了针对性的总结，并对PLA 在食物包装材料中的发展前景进行了展望。结果表明，PLA 在食品包装材料中会产生不同程度的迁移，但迁移量都需符合国家标准指标的限量要求。由于社会对食物的安全性能越来越重视，无论是国家还是企业都在加强对食物的监督管理。PLA 作为一种新型的食品包装材料，在包装行业生产中得到了广泛的使用。然而，在与食物的接触的过程中，某些化学物质会被转移到食物中，对人体健康构成威胁。因此，需深入了解PLA 在不同环境下的迁移特性，对于保障其作为包装材料对食品的安全性有着十分重要的作用。近年来，PLA 被越来越多地用于食品包装，餐具，医药等领域，具有较好的发展前景。