生活用紙保質期評價方法及規律探討

陳春霞 白靜靜 賴毅東 汪代錕 劉嘉慧 徐梅英 趙儉 鄧健信

摘要：本研究探討了生活用紙的菌落總數及關鍵物理指標（強度、吸水性等）隨存放時間的變化規律，以科學評價生活用紙的保質期。通過觀察加速老化及自然存放得到的細菌菌落總數變化量推導出微生物指標穩定期計算模型，按照計算模型或 GB 15979—2002中的穩定性評價方法，可推算細菌菌落總數超標的保質期。物理性能隨老化周期變化不明顯，擦手紙、廚房紙巾、紙巾紙的橫向吸液高度及縱向濕抗張強度出現一定衰減，但抗張強度及柔軟度穩定。相對于物理指標，微生物指標是影響保質期的關鍵因素。

關鍵詞：生活用紙;微生物指標;物理性能;保質期

中圖分類號：TS761.6?? 文獻標識碼：A??? DOI：10.11980/j. issn.0254-508X.2021.12.008

Research on Evaluation Method and Law of Quality Shelf Life for Tissue Paper

CHEN Chunxia*?? BAI Jingjing? LAIYidong? WANG Daikun? LIU JiahuiXU Meiying? ZHAO Jian? DENG Jianxin

（National Paper Products Quality Supervision Inspection Center，Dongguan Quality Supervision Testing Center，Dongguan，Guangdong Province，523808）

（*E-mail：jane01212000@126. com）

Abstract ：The change law of the total number of colonies and the key physical indexes （strength，water absorption，etc.） with time was ex? plored to scientifically evaluate the shelf life of tissue paper . The calculation model of stable period of microbial index was derived based on the variation amount of total bacterial colony quantity obtained by accelerated aging and natural storage . According to the calculation model or referring to stability evaluation method in GB 15979—2002，the shelf life of the total superstable of bacterial colonies could be calculat ? ed. The results showed that the physical properties had no obvious change with the aging period . The water absorption height of CD and wet tensile strength of MD of hand towel，kitchen towel and facial tissue had a certain attenuation，but tensile strength and softness kept basical? ly stable. Compared to physical properties，the microbial indicators were the key factors affecting the shelf life .

Key words ：tissue paper;microbial indicators;physical property;shelf life

生活用紙是和人們日常生活息息相關的一類造紙產品，其包含用來擦拭口、臉部、手部等人體皮膚的紙巾紙（如面巾紙、餐巾紙、手帕紙、擦手紙等），用于如廁后使用的衛生紙及廚房紙巾等紙制品。生活用紙的產品質量尤其衛生指標對消費者的身體健康有直接影響，衛生指標出現不穩定、微生物超標不合格時將給人體健康帶來危害，因此生活用紙有一定的保質期要求。

產品的保質期是指產品在正常條件下的質量保證期限。在保質期內，產品的生產企業對該產品質量符合有關標準或明示擔保的質量條件負責。目前關于保質期的評價幾乎都是圍繞食品。根據 GB 7718—2011《食品安全國家標準預包裝食品標簽通則》規定，保質期是指食品在標簽指明的貯存條件下，保持品質的期限。根據1993年英國食品科學與技術學會的定義，食品的保質期是食品從出廠開始，經過各流通等過程一直到消費者，這期間的質量品質不變。生產廠家對食品的保質期規定通常是根據產品特性、加速破壞試驗結果進行確定，在所確定的時間內，其質量隨時間變化的情況，該產品的感官、風味、安全性、穩定性各方面都可以放心[1-4]。保質期試驗的目的就是為了驗證食品在標定的保質期內能否滿足質量安全標準[5]。

食品保質期常見預測模型包括化學品質衰變動力學模型、微生物生長動力模型、感官預測保質期模型[6]。其中微生物大量繁殖是導致食品變質的要素之一，微生物菌群處于動態變化過程中，其繁殖狀態受食品自身原因及外界因素的影響。在特定食品的保質期預測中通過預測特定腐敗菌的生長態勢，對食品保質期進行科學預測。在保質期的研究中，應用最多的是加速破壞性試驗，高溫會加速食品的腐敗變質速度，造成品質變化[7-9]。在一定溫度條件下，隨著時間的延長，指標發生變化，逐漸接近標準值，當某一時間達到并超過了標準值，意味著食品已變質，此時可終止實驗，故預測保質期時以該數據為準[10]。

目前缺少對生活用紙產品保質期進行評價的方法，而越來越多的產品標準要求產品質量需明確保質周期。為此，企業針對這種需要在產品標識標注保質期的情況僅按照經驗給出大概的保質期數據，但是保質期數據的合理有效性缺乏科學評判的技術方法。因此，在對產品保質期的標識日益嚴格的標準要求下，開發相關技術并有效評價產品保質期顯得非常必要。

影響產品保質期的重要因素在于產品的衛生安全指標能否持續穩定可靠，因此微生物指標隨產品存放時間的變化規律是評價產品保質期的關鍵要素。本研究采用頂空氣相色譜研究細菌生長規律的方法，通過檢測微生物代謝過程中二氧化碳（ CO2）的釋放量來實現對微生物細胞活性和繁殖能力的監測。利用高效的微生物指標檢測方法來評價其對生活用紙產品保質期的影響規律。通過自然存放及加速老化等條件處理，對樣品的強度、吸水性、柔軟度等進行測定，建立多項指標與產品存放時間的規律關系;分析質量穩定期及衰減期，從而開發評價產品保質期的科學評價方法。

1實驗

1.1實驗原料

實驗樣品：薄膜裝擦手紙（定量37.7 g/m2）、薄膜裝廚房紙巾（定量22.0 g/m2）、盒裝紙巾紙（定量15.6 g/m2）、廢紙芯筒衛生紙（定量13.7 g/m2）。

1.2實驗方法

加速老化實驗：參照 GB/T 22894—2008加速老化，在溫度為80℃、相對濕度65%的條件下進行生活用紙物理性能老化實驗，對比試樣老化處理前后性能，可近似地推測出數年后紙張性能的自然變化。

參考標準 GB 15979—2002穩定性評價確定樣品微生物加速老化條件（溫度55℃、相對濕度80%），對比試樣老化處理前后微生物指標的變化，微生物指標測試采用頂空氣相色譜法。細菌的培養條件：溫度36℃、轉速250 r/min;樣品的預處理條件：制成0.5%的紙漿懸浮液，其與培養液以質量比1∶1加入頂空瓶;頂空氣相色譜檢測條件：平衡溫度60℃，平衡時間20 min，柱溫105℃，保留時間3.5 min。

2結果與討論

2.1微生物指標變化規律

通過自然存放及加速老化等條件處理后，對樣品的細菌菌落總數進行測定，分析細菌菌落總數隨產品存放時間的變化關系;通過加速老化及自然存放得到的細菌菌落總數變化量推導出微生物指標穩定期計算模型，按照計算模型或參考標準 GB 15979—2002穩定性評價方法可推算細菌菌落總數超標的保質周期。

本研究采用頂空氣相色譜研究細菌生長規律的方法，通過檢測微生物代謝過程中 CO2的釋放量來實現對微生物細胞活性和繁殖能力的監測。氣相色譜的熱導檢測器對 CO2較靈敏、且可實現自動進樣，大大提高檢測的效率。同時，前期研究[11]建立的頂空氣相色譜法優化出8 h 的培養時間，比相應國家標準方法高效快速。將同一組樣品分別以傳統的平板計數法和頂空氣相色譜法（8 h）進行檢測，結果作對比，得到紙張中細菌菌落總數與8 h CO2釋放量的標準曲線方程如式（1）所示。式（1）為5次重復實驗的結果擬合而成， 擬合相關系數為0.953。

式中， CB 為細菌菌落總數， CFU/g;ACO2為培養8 h后所產生的 CO2釋放量。

由式（1）可知，紙張中細菌菌落總數（ CB ）與培養8 h后所產生的 CO2釋放量（ACO2）呈現良好的線性關系。因此，可通過頂空氣相色譜法測定頂空培養瓶中 CO2的釋放量，利用式（1）計算生活用紙中的細菌菌落總數。

薄膜裝擦手紙細菌菌落總數變化規律如圖1所示。圖1中 CO2信號值表征 CO2釋放量，與頂空響應系數有關。由圖1可見，老化34天期間進行多次 CO2釋放量測試，通過 CO2釋放量表征菌落總數變化規律。擬合方程如式（2）所示。

式中，A 為 CO2釋放量;x 為老化時間，天。

由圖1可見，薄膜裝擦手紙菌落總數24天內變化穩定，屬于穩定期。之后出現較快增長，按式（2）指數增長方程計算，37天老化培養細菌菌落總數增長到74 CFU/g;51.2天老化培養細菌菌落總數增長到600 CFU/g ，即出現達到不合格限值（ GB/T 24455—2009擦手紙標準對細菌菌落總數的標準要求為不超過600 CFU/g）的情況。

薄膜裝擦手紙初始細菌菌落總數為52 CFU/g ，自生產日期起自然存放2.5年后，用國家標準 GB/T 24455—2009平板法測得細菌菌落總數為130 CFU/g，細菌菌落總數2.5年上升78 CFU/g 。由此可見，37天老化相當于2.5年自然存放時間的增長速度。

由37天老化相當于2.5年自然存放計算，51.2天老化相當于3.5年自然存放，即 3.5年自然存放后細菌菌落總數增長到不合格的情況。

另外，參考國家標準 GB 15979—2002穩定性評

價，14天老化相當于1年穩定期，51.2天老化則相當于3.7年穩定期。2種推算方式所得保質期接近。

薄膜裝廚房紙巾細菌菌落總數變化規律如圖2所示。老化30天期間進行多次 CO2釋放量測試，通過CO2釋放量表征菌落總數變化規律。擬合方程如式（3）所示。

式中，A 為 CO2釋放量;x 為老化時間，天。

由圖2可見，薄膜裝廚房紙巾菌落總數24天內變化穩定，屬于穩定期。之后出現較快增長，按式（3） 指數增長方程計算，32天老化培養可得細菌菌落總數增長到28 CFU/g;42.2天老化培養可得細菌菌落總數增長到200 CFU/g ，即出現達到不合格限值（ GB/T 26174—2010廚房紙巾對細菌菌落總數的標準要求為不超過200 CFU/g）的情況。

薄膜裝廚房紙巾初始細菌菌落總數為24 CFU/g，自生產日期起自然存放2.5年后用 GB/T 26174—2010平板法測得細菌菌落總數為52 CFU/g ，2.5年上升28 CFU/g 。由此可見，32天老化相當于2.5年自然存放時間的增長速度。

由32天老化相當于2.5年自然存放推算，42.2天老化相當于3.3年自然存放，3.3年自然存放后細菌菌落總數增長到不合格的情況。

參考國家標準 GB 15979—2002穩定性評價， 14天老化相當于1年穩定期，42.2天老化則相當于3年穩定期。兩種推算方式所得保質期接近。

分析生活用紙細菌菌落總數的變化規律，在加速老化周期內進行多次 CO2釋放量測試，通過 CO2釋放量表征菌落總數變化規律。通用擬合方程如式（4）所示。

式中，A 為 CO2釋放量;x 為老化時間，天。

從式（4）可見，細菌菌落總數以指數方式增長，由式（4）推算出出現細菌菌落總數不合格的老化時間點（Q2老化）。通過加速老化及自然存放得到細菌菌落總數變化量計算或參考國家標準 GB 15979—2002穩定性評價，推算出出現細菌菌落總數到達標準限值的保質期限[（Q2老化/Q1老化）*Q1自然]或（Q2老化/14）。

綜上，薄膜裝擦手紙和薄膜裝廚房紙巾的細菌菌落總數變化規律較明顯，但本研究所測試的多批次樣品中有大多數生活用紙的菌落總數并未隨老化時間發生明顯變化，尤其是初始細菌菌落總數為未檢出的樣品，其細菌菌落總數未出現增長規律。測試過程還發現，細菌菌落總數變化規律也未受生活用紙的接觸介質如廢紙紙芯、紙盒、薄膜等材料不同而出現明顯變化。

實驗結果表明，為保證生活用紙的產品安全質量，盡量控制初始菌落含量。如果保質期為3年，建議初始菌落數不應超過60 CFU/g。

2.2? 物理指標變化規律

通過自然存放及加速老化等條件處理后，對生活用紙物理性能（抗張強度、柔軟度、吸液高度）進行測定，建立多項指標與產品存放時間的規律關系，分析質量穩定期及衰減期。加速老化實驗周期為9周，實驗發現物理性能基本比較穩定，僅部分樣品的物理性能出現衰減，衰減結果見表1。

通過衰減率、衰減導致的不符合標準對產品合格品質量要求等情況進行分析。衰減率計算見式（5）[12]。其中，衰減率為正表示發生衰減，衰減率為負表示未發生衰減。

依據國家標準 GB/T 24455—2009對擦手紙縱向濕抗張指數的要求（≥1.5 N ·m/g）換算可得縱向濕抗張力為≥0.848 N 。從表1縱向濕抗張力對應的擬合方程 y=1.6371e4x 可推算， 10周（ 1680 h）后薄膜裝擦手紙的縱向濕抗張力降至0.836 N ，即出現不合格。該樣品自然存放2.5后縱向濕抗張力仍保持在1.90 N，約相當于老化72 h 的力值。如果通過加速老化及自然存放得到的縱向濕抗張力變化量計算穩定期，則穩定周期將相當長。

參考 GB 15979—2002穩定性評價，10周老化相當于5年穩定期?？赏茰y薄膜裝擦手紙在5年后出現縱向濕抗張力不符合標準的情況。從表1可見，4周（672 h）出現縱向濕抗張力的半衰期，衰減速率比較慢，但是相對其他樣品而言其衰減速率較高。由于國家標準 GB 15979—2002穩定性評價方法主要是針對微生物變化規律的，用于物理性能的評價僅供參考。

依據國家標準 GB/T 26174—2010對廚房紙巾橫向吸液高度的要求為≥15 mm/100 s 。從表1橫向吸液高度對應的擬合方程 y=47.921e2x 可推算， 9周（1512 h）出現橫向吸液高度的半衰期，衰減速率相對較低。整個老化周期未出現橫向吸液高度不合格的情況。依據國家標準 GB/T 26174—2010對廚房紙巾縱向濕抗張指數的要求（≥1.5 N ·m/g）換算可得縱向濕抗張力為≥0.990 N 。從表1縱向濕抗張力對應的擬合方程 y=1.9579e3x 可推算， 15周（ 2520 h）后縱向濕抗張力降至0.919 N ，即出現不合格。該樣品自然存放2.5后縱向濕抗張力仍保持在2.16 N ，如果通過加速老化及自然存放得到的縱向濕抗張力變化量計算，可得穩定期將相當長。

參考國家標準 GB 15979—2002穩定性評價，15周老化相當于7.5年穩定期。可推測該產品在7.5年后出現縱向濕抗張力不符合標準的情況。從表1可見，9周 （1512 h）出現縱向濕抗張力的半衰期，衰減速率相對較低。

盒裝紙巾紙，依據國家標準 GB/T 20808—2011對紙巾紙縱向濕抗張強度的要求（≥10.0 N/m ）換算可得縱向濕抗張力為≥0.450 N 。從表1縱向濕抗張力對應的擬合方程 y=1.1591e5x 可推算，4周（ 672 h）后出現縱向濕抗張力的半衰期，衰減速率相對較高。但由于該樣品本身初始縱向濕抗張力較高，老化周期內未出現不合格情況。該樣品自然存放2.5年后縱向濕抗張力仍保持在1.41 N ，如果通過加速老化及自然存放得到的縱向濕抗張力變化量計算，可得穩定期將相當長。

進行生活用紙物理性能（抗張強度、柔軟度、吸液高度）老化實驗，基本上物理性能比較穩定，擦手紙、廚房紙巾、紙巾紙的橫向吸液高度及縱向濕抗張強度性能出現了一定衰減，但其他性能如干抗張強度、柔軟度未出現衰減，或衰減速度緩慢、基本穩定。衛生紙全部物理性能均穩定。由分析結果可見，濕抗張強度性能是影響物理性能穩定周期的主要因素，該指標的衰減及出現不合格是推算保質期的依據，總體來說，濕抗張強度導致的穩定周期變化時間較長，但相對于其他物理指標其仍是關鍵影響因素。由于衛生紙不需要檢測縱向濕抗張強度性能，因此，衛生紙的整體物理性能未受到老化試驗的影響，自然存放時物理性能也是非常穩定。

理論上從擬合方程推算出現物理指標不合格的老化時間點（Q2老化）。通過加速老化及自然存放得到的物理指標變化量計算或參考標準 GB 15979—2002穩定性評價，從而可推算出物理指標到達標準合格品限值的保質期限[（Q2老化/Q1老化）× Q1自然]或（Q2老化/14）。但實際上由于物理性能比較穩定，計算出的保質周期較長，甚至長達數十年，因此物理性能的變化規律僅供參考。在評價生活用紙的保質期時當微生物指標出現問題時就可以終止評估實驗，盡管物理指標還保持穩定的狀態。故相對于物理指標，微生物指標是影響保質期的關鍵因素。

3 結論

3.1? 通過頂空氣相色譜法快速檢測生活用紙的菌落總數來評價產品的保質期，檢測效率和準確性較高。

3.2? 通過 CO2釋放量表征菌落總數變化規律。按指數增長方程可推算細菌菌落總數超標的老化時間。通過加速老化及自然存放得到的細菌菌落總數變化量推導出微生物指標穩定期計算模型，按照計算模型或參考國家標準 GB 15979—2002穩定性評價方法可推算保質周期。

3.3? 為保證生活用紙的產品安全質量，盡量控制初始菌落總數。如果保質期為3年，建議初始菌落數不應超過60 CFU/g。

3.4? 生活用紙物理性能老化實驗結果表明，基本上物理性能比較穩定，擦手紙、廚房紙巾、紙巾紙的橫向吸液高度及縱向濕抗張強度性能出現一定衰減，但干抗張強度、柔軟度未出現衰減，或衰減緩慢基本穩定。衛生紙全部物理性能均穩定。

3.5? 在評價生活用紙的保質期時當微生物指標出現問題時就可以終止評估實驗，盡管物理指標還保持穩定的狀態。相對于物理指標，微生物指標是影響保質期的關鍵因素。

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（責任編輯：董鳳霞）