塑料膜袋產品污染物評價和控制技術開發的研究

楊益 徐凱揚

蘇州市產品質量監督檢驗院 江蘇蘇州 215000

塑料用作包裝材料是現代包裝技術發展的重要標志，也是近40年來全球發展最快、用量巨大的一類包裝材料，在今后相當長的一段時間內仍將是包裝的主要用材。為改善塑料材料加工性能及提高包裝產品使用性能，通常要加入一定量的添加劑、加工助劑等。而其內部本身也存在著塑料單體、低聚體、分解產物等，因此實際包裝產品（指包裝本身而非被包裝食品）中存在著許多小分子化學物。與食品接觸時，包裝材料內小分子化學物向食品發生的傳質現象，定義為遷移。

常見的食品包裝材料尤其是塑料膜袋包裝中，存在著大量的小分子物質，包括各類添加劑、復合粘合劑以及印刷油墨等。遷移的發生將影響包裝材料的使用性能并降低其對食品的保護功能。更重要的是，小分子化學物進入食品會污染食品而最終危害消費者的健康，因為其中一些小分子物質具有毒性甚至致癌作用。前歐盟食品科學委員會SCF（Scientific Committee on Food）經科學實驗認為，分子量在1000道爾頓以下的小分子物質容易為人體胃腸道所吸收。在塑料膜袋包裝食品后，小分子化學物質就會從塑料膜袋母體中遷移到食品中，被消費者食用后就會對人體造成危害，這就是我們所說的食品包裝用塑料膜袋遷移安全性問題。

1 國外塑料膜袋污染物遷移安全性評價技術

食品包裝尤其是塑料包裝材料化學物遷移的安全性問題在上世紀五十年代后陸續收到歐美國家的關注，遷移安全性評價通常采用實際的遷移實驗檢測進行。上世紀八十年代以后，塑料材料用于食品包裝的遷移安全性評價開始從純粹的實驗結果分析向軟件模擬預測評價方向發展。科學實驗表明（Figge，Arthur D Little（Inc），Chang等，Till等，Schwope等），當化學物在塑料內的擴散系數DP以及它在塑料包裝-食品間的分配系數KP，F已知時，可基于Fick第二定律對遷移過程進行模擬預測。通常認為遷移僅發生在包裝材料厚度方向上，可用一維的二階偏微分方程式描述。當擴散系數與濃度無關且初始條件和邊界條件比較簡單時，擴散方程可用分離變量法（Laoubi等，Feigenbaum等）或拉普拉斯變換法（Crank，1975）進行求解。當擴散系數與濃度相關或定解條件比較復雜時，需用數值方法進行求解，如有限差分法（Rosca等，Perou等，Mousavi等）或有限元法（Han，Roduit等）等。

美國FDA、歐盟EC及日本烯烴與苯乙烯塑料衛生協會JHOSPA（Japan Hygienic Olefin and Styrene Plastics Association）已經接受軟件模擬預測作為塑料包裝材料化學物遷移安全性評價方法，因此國際上相繼開發了基于不同數值方法的塑料食品包裝遷移安全性評價軟件。例如，Han等（2002）基于有限元法利用VB（Visual Basic）語言開發了具有多層阻隔功能的塑料包裝薄膜化學物遷移預測軟件MIGFEM2001，是一個Windows安裝程序。Roduit等（2005）基于有限元法開發了遷移預測軟件SML，包括擴散系數可通過軟件設定遷移物分子量、環境溫度而自動計算，溫度可由用戶編輯程式，軟件內有遷移物信息數據庫可方便使用，預測結果可通過二維和三維模式展現。該軟件由瑞士政府食品科學部公眾安全事務聯邦辦公室和瑞士AKTS（Advanced Kinetics and Technology Solutions）公司合作開發的商業軟件，已經進入商業銷售階段（國內暨南大學珠海學院包裝工程研究所已購買該軟件）[1]。

此外，德國Piringer博士創建的FABES GmbH科研服務公司，開發了遷移預測軟件MIGRATEST Lite2001，也已進行商業銷售。法國國家農業科學研究院INRA（French National Institute of Agricultural Research）的Reiner（2000）開 發 了 免 費 軟 件SMEWISE，該軟件主要考慮溶脹對遷移的影響。INRA的Olivier Vitrac（2006）開發了在線遷移模擬預測系統“The Safety Food Packaging Portal v2.0”，用戶經授權可通過互連網絡在線使用。Rapha?l Mestanza等（法國巴黎）在FABES擴散模型基礎上，開發了在線遷移預測軟件MigraPassTM，用戶可在線試用，但如要獲得歐盟委員會EC（Commission of European Union）認可的正式報告則必須在線支付費用[2]。

2 國內遷移模擬預測軟件現狀

1980年-2003年，國內科學期刊上陸續少量出現食品塑料包裝材料遷移安全性相關的綜述文獻，主體是國外有關研究內容的介紹。江南大學機械工程學院包裝工程系王志偉教授團隊和食品學院姚衛蓉教授團隊最早開始食品包裝材料有害化學物遷移方向的研究，2004年開始培養食品包裝材料質量與安全方向的博碩士研究生，陸續在期刊上發表科學文獻，其中劉志剛博士2006年基于有限差分方法數值求解二階偏微分擴散方程，在國內最早開發了遷移預測軟件MigraSoft2006。MigraSoft2006是作者基于有限差分方法完全自主開發，用于塑料包裝材料（薄膜）內含化學物向食品（模擬物）遷移數值模擬的軟件，兼有中英文版[3]。

MigraSoft2006具備以下功能：

（1）數值模擬單層和多層包裝材料內化學物向食品的遷移，可考察模型各參數對遷移的影響；

（2）可由半經驗模型直接計算或由實驗數據通過擬合求得擴散系數DP；

（3）數值模擬食品內化學物的穩定性，可設定不同函數模擬不同情形下的穩定性；

（4）遷移信息數據庫，包括食品接觸材料與制品數據庫、塑料添加劑數據庫、包括擴散系數DP數據庫、分配系數KP，F數據庫。

3 軟件模擬預測保障塑料膜袋遷移安全

3.1 模擬預測軟件的作用

如前所述，國外發達國家尤其歐盟的德國、法國和瑞士等國均已經推出正式的可官方用于食品包裝用塑料膜袋產品遷移安全性評估的軟件。可見，發達國家已經接受軟件模擬預測值作為塑料膜袋產品遷移安全評估驗證的手段，佐證了軟件模擬預測塑料膜袋產品遷移的科學性和可行性。軟件預測食品包裝用塑料膜袋化學物遷移，可以有效簡化塑料膜袋化學遷移安全性的評估過程，不再依賴于遷移實驗，減少人力、物力和財力的投入，對于降低企業負擔有著重要的意義[4]。

3.2 我國遷移軟件模擬預測的未來之路

目前，國內在軟件模擬預測食品包裝用塑料膜袋產品遷移方面的工作還不多，尚未系統開展相關工作。主要是和我國化學物遷移安全性研究時間較短有關，2004年以后國內才正式開始食品包裝有害物遷移相關研究。軟件模擬預測遷移的優勢比較明顯，但是前提是軟件模擬預測的結果與真實情況要盡可能吻合，國際上從上世紀七十年代開始就做了大量理論和實驗研究，這方面的科學文獻也比較多。食品包裝用塑料膜袋本質上是高分子材料，可用于食品包裝的高分子材料較多，而且用于高分子的添加劑種類也眾多，因此塑料膜袋內小分子物質向食品的遷移機理和規律有多種可能性，這為軟件可靠模擬預測遷移增加了難度，國際上針對這一問題也開展了廣泛的研究，積累了大量科學數據，為軟件驗證的科學性奠定了扎實的基礎[5]。

我國在這方面還需要開展相關理論和實驗工作，尤其是遷移實驗數據記錄，為遷移模擬預測軟件的科學驗證提供大量可靠依據，為遷移預測軟件將來能夠成為官方遷移評估手段奠定基礎。針對這個遷移實驗數據的積累，我們有如下建議：

（1）理論研究、軟件開發主體由高校遷移科研團隊負責進行。

（2）質檢機構日常塑料膜袋遷移量檢測項目工作拓展，在完成日常檢測需求的同時，為遷移規律所需數據提供支持.

（3）全國各地各個質檢機構遷移檢測數據互聯網化，數據資源共享。