再生纖維素食品包裝材料應(yīng)用進(jìn)展及法規(guī)研究

王國秀，高興，王朝暉*，杜振霞

先進(jìn)材料

再生纖維素食品包裝材料應(yīng)用進(jìn)展及法規(guī)研究

王國秀1,2，高興1，王朝暉1*，杜振霞2*

（1.北京市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，北京 101300；2.北京化工大學(xué) 化學(xué)學(xué)院，北京 100029）

歸納總結(jié)再生纖維素基材料在食品包裝行業(yè)的研究進(jìn)展及各國法規(guī)情況，以促進(jìn)再生纖維素在食品包裝領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展，同時(shí)確保其符合相關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，保障食品安全。對再生纖維素概況及制備方法進(jìn)行簡要介紹，對再生纖維素在食品包裝領(lǐng)域的研究進(jìn)行詳細(xì)綜述，對再生纖維素在食品包裝領(lǐng)域的應(yīng)用前景及存在的困難進(jìn)行總結(jié)及展望。溶解與再生在再生纖維素制備過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用；再生纖維素已經(jīng)在抗菌、防腐、抗紫外線及抗水蒸氣阻隔食品包裝領(lǐng)域取得了一定的研究進(jìn)展；目前不同國家和地區(qū)已經(jīng)制定了相關(guān)的法規(guī)但仍存在一定差異。再生纖維素已經(jīng)成為新型包裝材料的有力候選者之一，但仍需要在制備方法、法規(guī)制定等方面進(jìn)行改進(jìn)，以推動(dòng)再生纖維素行業(yè)的持續(xù)健康增長和創(chuàng)新。

再生纖維素；食品接觸材料；包裝；法規(guī)

食品包裝在保證食品質(zhì)量和安全方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，其能夠保護(hù)食品免受水汽、光和氧氣等外部因素的影響，從而起到防止食品品質(zhì)下降及降低食品腐敗速度的作用[1]。由于塑料所具有的優(yōu)良物理力學(xué)性能及成本效益，其在食品包裝材料中的應(yīng)用量已經(jīng)超過50%，成為最主要的食品包裝材料。然而，由于傳統(tǒng)石油基塑料極端的穩(wěn)定性使其可以在環(huán)境中長期存在，對土壤系統(tǒng)、海洋生態(tài)系統(tǒng)、人類健康和氣候變化造成持續(xù)危害[2-4]。另一方面，作為傳統(tǒng)塑料原料來源的石油資源日漸枯竭，能源危機(jī)已成為全球焦點(diǎn)話題之一。為了最大程度地減少塑料食品包裝廢棄物產(chǎn)生的各種環(huán)境及健康問題、減少對不可再生資源的消耗，綠色、可持續(xù)的食品包裝勢在必行。

在此背景下，世界各國政府陸續(xù)制定了相關(guān)政策及法規(guī)，以限制和減少塑料食品包裝材料的使用，并鼓勵(lì)企業(yè)創(chuàng)新和研發(fā)新型食品包裝材料。2020年1月16日，我國國家發(fā)展改革委與生態(tài)環(huán)境部聯(lián)合下發(fā)《進(jìn)一步加強(qiáng)塑料污染治理的意見》（發(fā)改環(huán)資[2020] 80號），《意見》明確指出我國將按照2020年、2022年、2025年3個(gè)時(shí)間段，分層級、分步驟、分領(lǐng)域、分區(qū)域有力有序推進(jìn)塑料污染治理，并明確指出要積極推廣替代產(chǎn)品。近年來，可以在一定條件下被微生物分解、降解為無害物質(zhì)的天然材料（如再生纖維素、淀粉及殼聚糖）成為了食品包裝行業(yè)的研究熱點(diǎn)之一[5-8]。其中，再生纖維素基可降解材料因其所具有的廉價(jià)、易得、無毒、再生性好、可生物降解、易于物理或化學(xué)改性等諸多優(yōu)點(diǎn)，在食品包裝領(lǐng)域顯示出了巨大的應(yīng)用前景[9-12]。因此，本文對近年來再生纖維素的制備工藝及其在食品包裝中的應(yīng)用進(jìn)行了綜述，并對比及分析了世界各國出臺(tái)的食品接觸用再生纖維素相關(guān)法規(guī)，以不斷完善我國的再生纖維素法規(guī)體系，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。最后對再生纖維素在食品包裝領(lǐng)域未來發(fā)展所面臨的機(jī)遇、挑戰(zhàn)和研究方向進(jìn)行了簡要展望。

1 再生纖維素概況

纖維素由重復(fù)的D-葡萄糖六元環(huán)組成，葡萄糖六元環(huán)之間通過β-1,4-糖苷鍵相連接，其化學(xué)式為(C6H10O5)，化學(xué)結(jié)構(gòu)式如圖1a所示。根據(jù)來源不同纖維素的聚合度有著顯著變化，范圍可以從100至20 000不等。纖維素分子內(nèi)的吡喃糖上所含的大量羥基可以在纖維素分子內(nèi)部或纖維素分子之間形成氫鍵，提供了纖維素分子間凝聚力的基礎(chǔ)，并賦予了纖維素材料強(qiáng)大的穩(wěn)定性，使其不溶于普通溶劑。一般認(rèn)為，分子內(nèi)的氫鍵提供了鏈的剛性，而分子間的氫鍵則允許線性聚合物分子以片狀結(jié)構(gòu)方式組裝在一起。然而，強(qiáng)大的穩(wěn)定性也限制了纖維素的進(jìn)一步加工及開發(fā)利用。因此，通過一定的物理、化學(xué)或機(jī)械的方式破壞掉纖維素內(nèi)部的氫鍵使其溶解，進(jìn)而沉淀、再生不僅是得到性能更加優(yōu)異的再生纖維素的重要步驟，也對擴(kuò)展其應(yīng)用領(lǐng)域具有重要的意義。再生纖維素是通過向含有天然纖維素的纖維素溶液中加入再生溶劑使溶解后的纖維素重新沉淀再生，而得到的一種人造纖維素[13-14]。經(jīng)過溶解及再生過程，纖維素分子組成并沒發(fā)生變化，但分子結(jié)構(gòu)將會(huì)由纖維素Ⅰ型的平行鏈晶型變?yōu)槔w維素Ⅱ的反平行鏈晶型，如圖1b所示[15-17]。與天然纖維素相比，再生纖維素結(jié)晶度較低，結(jié)晶部分排列略有紊亂。目前市場上已廣泛應(yīng)用的再生纖維素產(chǎn)品包括黏膠纖維、玻璃紙（又稱賽璐玢）、銅氨纖維、醋酸纖維素以及絲光棉（文獻(xiàn)再生纖維素材料）。其中，玻璃紙因其所具有的優(yōu)良透明性、強(qiáng)度和柔韌性而十分適合用于食品包裝。

圖1 纖維素Ⅰ (a)和纖維素Ⅱ (b)的化學(xué)結(jié)構(gòu)

Fig.1 Schematic diagram of cellulose Ⅰ (a) and cellulose Ⅱ (b)

注：其中黑色虛線表示鏈內(nèi)氫鍵意圖，紅色虛線表示鏈間氫鍵

2 再生纖維素的制備

由于再生纖維素具有來源豐富、無毒、無污染、生物可降解性和生物相容性好等眾多優(yōu)點(diǎn)，近幾十年來，人們對其制備方法進(jìn)行了不斷探索，以期能夠?qū)崿F(xiàn)簡單、環(huán)保及高效的大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)再生纖維素。在眾多制備方法中，溶解與再生均發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[18-20]。

其中，溶解步驟為再生和進(jìn)一步加工提供了基礎(chǔ)。然而由于纖維素網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性及分子內(nèi)及分子間的非共價(jià)相互作用，使得纖維素并不能溶解于水及常見的有機(jī)溶劑。因此，尋找及開發(fā)合適的溶劑是溶解纖維素的關(guān)鍵。經(jīng)過科研者的不斷探索，已經(jīng)發(fā)明了多種纖維素溶解體系，常用的纖維素溶劑有N-甲基嗎啉-N-氧化物（NMMO）/水、氯化鋰/N,N-二甲基乙酰胺（LiCl/DMAc）、離子液體、堿/尿素/水等。根據(jù)溶解過程中是否有衍生物生成，可將纖維素溶劑分為衍生化溶解體系和非衍生化溶解體系兩大類[21-22]。其中衍生化溶解體系中纖維素將發(fā)生衍生化反應(yīng)生成纖維素衍生物，再經(jīng)過水解等過程重新生成纖維素。如在黏膠法中，纖維素將與CS2反應(yīng)得到可溶于強(qiáng)堿溶液的纖維素黃原酸酯，在之后的加工步驟中纖維素黃原酸酯在酸性溶液中發(fā)生水解重新生成纖維素，同時(shí)伴隨著牽引拉伸快速凝固為再生纖維素，即再生纖維素[23-25]。非衍生化溶解體系中溶劑通過破壞纖維素分子內(nèi)及分子間非共價(jià)鍵的方式達(dá)到溶解纖維素的目的，僅發(fā)生物理變化并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。如在銅氨水溶液體系中，Cu2+可以優(yōu)先與纖維素吡喃環(huán)上的C2、C3位的羥基形成五元螯合環(huán)，破壞纖維素分子內(nèi)與分子間的氫鍵，使纖維素可以溶解在高濃度的銅氨溶液中。常見的非衍生化溶液有堿性溶液、離子液體、氫氧化鈉/硫化氫等[12]。各溶解體系的常用溶劑、溶解機(jī)理及其優(yōu)缺點(diǎn)如表1所示。不斷研究和開發(fā)更高效和環(huán)保的纖維素溶劑，有助于解決纖維素難以溶解的難點(diǎn)問題，為高效地生產(chǎn)性能更加優(yōu)良的再生纖維素提供了有力支持。

纖維素再生指通過再生溶劑如水、醇類、丙酮等非溶劑試劑將天然纖維素從溶液中析出的過程。有實(shí)驗(yàn)證實(shí)，當(dāng)向纖維素溶劑中添加非溶解試劑時(shí)，圍繞纖維素分子的介質(zhì)在能量上將不利于纖維素分子分散，纖維素再生過程開始。首先，疏水相互作用驅(qū)動(dòng)疏水性的葡萄糖吡喃糖環(huán)堆疊成單分子片。然后，這些單分子片重新形成分子內(nèi)和分子間氫鍵，并通過氫鍵排列形成再生纖維素。值得指出的是，再生纖維素的物理化學(xué)性質(zhì)強(qiáng)烈依賴于所使用的纖維素溶劑和非溶劑類型，因此在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)需要選擇合適的溶解再生體系。

3 再生纖維素在食品包裝領(lǐng)域的應(yīng)用

再生纖維素本身具有眾多的優(yōu)良特性，如可快速降解、綠色環(huán)保、無毒、透明、防塵等，使其在食品包裝領(lǐng)域表現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力[9, 23-25]。然而，相較于聚乙烯、聚丙烯等傳統(tǒng)石油基材料，再生纖維素材料的水蒸氣阻隔性能及氧氣阻隔性能仍有待提高?？赏ㄟ^向再生纖維素中添加功能性填料或增強(qiáng)物的形式克服上述缺陷，根據(jù)實(shí)際需要賦予再生纖維素不同的功能，進(jìn)一步拓展再生纖維素在可持續(xù)綠色食品包裝領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。隨著溶解技術(shù)及功能化技術(shù)的不斷提升，再生纖維素已經(jīng)在保鮮食品包裝材料、抗菌食品包裝材料、抗紫外線食品包裝材料、氧氣阻隔食品包裝材料及水蒸氣阻隔包裝材料等食品包裝領(lǐng)域進(jìn)行了應(yīng)用探索。

3.1 保鮮食品包裝材料

保鮮食品包裝材料是一類專門設(shè)計(jì)用于延長食品保質(zhì)期和保持食品新鮮度的材料。這類材料的選擇取決于所包裝食品的性質(zhì)和需求，以確保食品在運(yùn)輸、儲(chǔ)存和銷售過程中不會(huì)腐敗及受到外界污染。2018年，Muratore課題組通過比較2種可降解食品包裝材料（聚乳酸及再生纖維素）及傳統(tǒng)食品包裝材料（聚對苯二甲酸乙二醇酯和聚丙烯）對長期儲(chǔ)存的鮮切番茄的物理、化學(xué)和微生物質(zhì)量方面的影響，評估了不同包裝材料對食品保質(zhì)期的影響。結(jié)果顯示，可降解的聚乳酸及再生纖維素更有助于延長鮮切番茄的品質(zhì)和保質(zhì)期[26]。2019年，Muratore課題組以總固體、可溶性固體、糖含量、可滴定酸度等為指標(biāo)考察了生物可降解材料聚乳酸、再生纖維素、聚對苯二甲酸乙二醇酯塑料和聚丙烯塑料食品包裝材料，在4 ℃低溫貯藏條件下對長時(shí)間貯藏的鮮切番茄品質(zhì)和營養(yǎng)性狀的影響。結(jié)果表明與傳統(tǒng)食品包裝材料相比，生物可降解材料聚乳酸及再生纖維素更能保持水果的營養(yǎng)價(jià)值，為減少儲(chǔ)存過程中營養(yǎng)成分的損失提供了潛在的解決方案[27]。2023年Yu等[28]制備了具有良好保鮮效果的檸檬酸交聯(lián)再生纖維素膜（CA15%-RC）。在室溫及4 ℃條件下，經(jīng)CA15%-RC膜儲(chǔ)存23 d后的去皮香蕉雖有一定程度變黑，但仍未見到明顯的發(fā)霉現(xiàn)象，而商用PVC保鮮膜密封的去皮香蕉表面已發(fā)生明顯的發(fā)霉。證明所制備的CA15%-RC膜比商用PVC保鮮膜具有更好的保鮮效果。

表1 各溶解體系及優(yōu)缺點(diǎn)

Tab.1 Various dissolution systems and their advantages and disadvantages

3.2 抗菌食品包裝材料

食品是細(xì)菌繁殖的理想環(huán)境之一，特別是在適宜的溫度和濕度條件下細(xì)菌可以在食品中迅速繁殖，導(dǎo)致食品變質(zhì)，甚至引起消費(fèi)者食物中毒。具有抗菌性能的食品包裝材料在保證食品品質(zhì)和消費(fèi)者健康安全方面起著重要的作用。Li等[29]成功地制備了4種氨基硅烷改性的再生纖維素膜（RC-12%APS、RC-12%APTES、RC-12%APDMS、RC-12%TMSPED），并對其抗菌性能進(jìn)行了考察。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示由于改性后氨基硅烷偶聯(lián)劑在膜表面形成了多陽離子基團(tuán)，且影響了膜與細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)膜的相互作用，因此使原本無抗菌性能的再生纖維素膜具有了良好的抗菌性能。Xia等[30]以低成本的棉織物和天然物質(zhì)茶多酚（TPs）為原料，采用相對環(huán)保的工藝，成功制備了透明的再生纖維素/TPs生物復(fù)合膜。由于富含酚羥基的TPs可以從纖維素基質(zhì)中擴(kuò)散出來，從而形成一個(gè)低pH環(huán)境，擾亂細(xì)菌膜質(zhì)中質(zhì)子的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞溶解、破裂。因此所制備的再生纖維素/TPs生物復(fù)合膜具有良好的殺菌作用。

3.3 抗紫外線食品包裝材料

紫外輻射會(huì)引發(fā)多種光化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致自由基形成，進(jìn)而造成蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和維生素等營養(yǎng)成分的氧化，并產(chǎn)生有害物質(zhì)。這一過程不僅會(huì)降低食品的營養(yǎng)價(jià)值，還會(huì)對食品的口感、質(zhì)地和顏色產(chǎn)生負(fù)面影響。具有紫外線阻隔性能的食品包裝材料可以有效地阻止紫外輻射對食品的影響，提高食品的保質(zhì)期。然而，廣泛使用的聚丙烯及聚乙烯等石油基塑料的紫外線阻隔性能普遍較差，無法有效阻止紫外線穿透。近年來，包括再生纖維素在內(nèi)的可生物降解天然材料在紫外線食品保護(hù)膜領(lǐng)域越來越受到關(guān)注[31]。2022年Huang等[32]通過將具有紫外吸收性能的單寧摻加入再生纖維素膜中制備了在食品包裝領(lǐng)域具有應(yīng)用前景的抗紫外線單寧纖維素膜（TCFs）。TCFs膜的紫外線透過率隨單寧含量的增高而降低，當(dāng)單寧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到19.4%時(shí)，TCFs膜對包括紫外線A（UVA）、紫外線B（UVB）及紫外線C（UVC）在內(nèi)的所有紫外線均具有較高的吸收能力。聚乙烯醇（PVA）具有高極性特性、良好的力學(xué)性能和可加工性，適合與纖維素結(jié)合以改善其物理、熱學(xué)和阻隔性能。2019年，Cazón等[33]以甘油為增塑劑制備了再生纖維素-甘油-聚乙烯醇膜。在190～400 nm（紫外區(qū)）內(nèi)，再生纖維素-甘油-聚乙烯醇膜具有較高的吸光度，且吸光度隨著纖維素含量的增加而降低。2020年Zhang等[34]制備并考察了氧化石墨烯與再生纖維素膜的抗紫外線能力。結(jié)果顯示，由于具有良好紫外吸收性能的氧化石墨烯均勻的分散在了膜基體中，再生纖維素膜表現(xiàn)出了更好的紫外線屏蔽能力。當(dāng)氧化石墨烯添加量達(dá)到2%時(shí)，再生纖維素膜對UVA和UVB的阻隔率分別為66.7%和54.2%。

3.4 氧氣阻隔食品包裝材料

食品中的維生素C、胡蘿卜素、多酚、脂肪等物質(zhì)在儲(chǔ)存及運(yùn)輸過程中可以與環(huán)境中的氧氣發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致食品品質(zhì)下降、口感變差和營養(yǎng)物質(zhì)流失等問題，嚴(yán)重時(shí)甚至可能導(dǎo)致消費(fèi)者食物中毒，對消費(fèi)者健康造成威脅。因此食品包裝材料的氧氣阻隔能力已經(jīng)成為評估其性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一。良好的食品包裝材料應(yīng)能有效地避免或減少氧氣的透過，從而延長食品的保質(zhì)期。2021年何怡等[35]以LiCl/N,N-二甲基乙酰胺為纖維素溶劑，以α-纖維素粉為原料，以有機(jī)蒙脫土（OMMT）為填料制備了再生纖維素/有機(jī)蒙脫土復(fù)合膜。由于層狀OMMT可以從各個(gè)方向阻隔氣體的滲入，且可有效吸附氣體分子。因此有機(jī)蒙脫土的加入有效地降低了膜的氧氣透過性能。當(dāng)有機(jī)蒙脫土含量為4%時(shí)，復(fù)合膜的透氧能力達(dá)到最低，此時(shí)透氧系數(shù)為1.391×10?17cm3·cm/(cm2·s·Pa)。2023年Chu等[36]首次利用甘油及玉米蛋白對由NaOH/尿素水溶液制備的再生纖維素膜進(jìn)行改性。玉米蛋白的加入顯著提高了再生纖維素膜的氧氣阻隔性能。當(dāng)玉米蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時(shí)，再生纖維素膜具有最佳的氧氣阻隔性能，此時(shí)氧氣透過率為（1.55±0.01）cm3·μm/（m2·d·kPa）。

3.5 水蒸氣阻隔食品包裝材料

水蒸氣阻隔性能是評估用于食品包裝薄膜的關(guān)鍵屬性之一。一般而言，用于食品包裝的材料應(yīng)具有較低的水蒸氣透過性能，因?yàn)檫@有助于減少包裝內(nèi)部環(huán)境與外部大氣之間的水分交換，確保堅(jiān)果、烘焙食品和熏肉等食品包裝內(nèi)保持干燥環(huán)境，或者防止水果、蔬菜和肉類等食品的水分流失。2022年，Huang等[37]以3種硬木和2種軟木紙漿為原料，分別利用干燥法和熱壓法成功制備出了10種再生纖維素膜，并對再生纖維素膜的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了表征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明由于熱壓法降低了薄膜的表觀空隙率，因此顯著提高了再生纖維素的水蒸氣阻隔性能。其中，以松木制成的膜性能最好，在16 d內(nèi)可以有效防止包裝的圣女果失重變質(zhì)，這一性能可與商用保鮮膜相媲美。2023年He等[38]以纖維素、木質(zhì)素和ε-聚賴氨酸（ε-PL）為原料，通過簡單的溶解、再生和浸泡吸附法制備了可持續(xù)的多功能再生纖維素-木質(zhì)素膜。由于疏水性木質(zhì)素和纖維素分子之間的強(qiáng)分子間相互作用有利于減少水蒸氣在膜上的擴(kuò)散作用，因此制備的木質(zhì)素-再生纖維素膜明顯降低了再生纖維素膜的水蒸氣透過率。

4 法規(guī)情況

隨著再生纖維素在食品接觸領(lǐng)域尤其是包裝行業(yè)顯示出的巨大應(yīng)用前景，為了保障消費(fèi)者的權(quán)益及保證行業(yè)健康發(fā)展，世界各國根據(jù)自己國情陸續(xù)出臺(tái)了相應(yīng)法規(guī)和政策來規(guī)范再生纖維素的生產(chǎn)和使用。然而，目前不同國家和地區(qū)的法規(guī)和政策仍存在一定差異（表2），需要進(jìn)一步協(xié)調(diào)和完善，以確保全球范圍內(nèi)的信息共享和政策交流，以減少法規(guī)和政策上的障礙。

4.1 歐盟

再生纖維素薄膜是受到歐盟通用法規(guī)監(jiān)管的一種食品接觸材料（FCMs）。所有歐盟成員國必須制定與歐盟關(guān)于再生纖維素通用法規(guī)相符的國家法規(guī)（即歐盟關(guān)于再生纖維素的指令必須在國家法規(guī)中得以實(shí)施）。與所有FCMs一樣再生纖維素必須符合（EC）1935/2004 和（EC）2023/2006。此外，再生纖維素膜還必須符合專門為食品用再生纖維素制定的2007/42/EC號指令[39]。2007/42/EC號指令第2條規(guī)定了該指令適用于未涂層的再生纖維素薄膜；基于纖維素的涂層再生纖維素薄膜；基于塑料的涂層再生纖維素薄膜。第3及第4條對再生纖維素的原料來源、添加劑種類及使用條件進(jìn)行了規(guī)定。第5條規(guī)定了再生纖維素薄膜的印刷面不得與食品接觸。第6條規(guī)定了食品用再生纖維素薄膜材料及制品應(yīng)提供相應(yīng)符合性聲明及標(biāo)簽。其中使用條件明確規(guī)定根據(jù)材料類型不同存在不同的要求。此外，除了歐盟指定的通用法規(guī)外，歐盟成員國還會(huì)制定適用于自己國家的單獨(dú)法規(guī)，如德國就再生纖維素腸衣發(fā)布了特定建議（Recommendation XLIV. Artificial Sausage Casings），對各種纖維素腸衣允許使用的基礎(chǔ)物質(zhì)及添加劑進(jìn)行了規(guī)定；意大利的《包裝、容器、工具、接觸食品或個(gè)人物品的衛(wèi)生規(guī)則》（Decreto Ministeriale 21 marzo 1973）的第3章對纖維素的著色、印刷、添加劑及黏合劑等進(jìn)行了規(guī)定。需要注意的是，盡管2020年英國退出了歐盟，但歐洲關(guān)于再生纖維素薄膜的立法在英國仍然有效?？傊偕w維素薄膜作為FCMs在歐盟內(nèi)會(huì)受到通用法規(guī)的監(jiān)管，但不同國家和地區(qū)可能會(huì)有一些額外的規(guī)定和要求。

4.2 美國

美國《聯(lián)邦法典》規(guī)定FCMs屬于間接食品添加劑，因此作為食品包裝材料的再生纖維素首先應(yīng)符合間接食品添加劑通用要求（21 CFR 174）[40]。此外，《聯(lián)邦法典》的177.1200 玻璃紙部分對食品接觸用再生纖維素薄膜做出了具體要求[41]。與歐盟一樣，該部分對制備再生纖維素的原材料、允許使用的添加劑種類及數(shù)量進(jìn)行了規(guī)定。其中允許在再生纖維素薄膜中添加的物質(zhì)有廣泛認(rèn)可為安全的物質(zhì)；之前已經(jīng)批準(zhǔn)或許可其在纖維素薄膜中使用的物質(zhì)，但前提是其使用應(yīng)符合這些批準(zhǔn)中規(guī)定的條件，并且為21 CFR 181.22中列出的物質(zhì)；《聯(lián)邦食品、藥物和化妝品法案》第409節(jié)發(fā)布的可以安全地在纖維素薄膜中使用的物質(zhì)；177.1200正面清單中的物質(zhì)，但需要遵守殘留及添加量限制。

4.3 韓國

韓國《食品衛(wèi)生法》第3章“器具、容器和包裝”章節(jié)中對FCMs進(jìn)行了規(guī)定，作為食品包裝材料的再生纖維素需要滿足相關(guān)要求[42-43]。其中，第3章第9條規(guī)定：由韓國食品藥品安全部（MFDS）發(fā)布FCMs的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。之前，MFDS發(fā)布的“食品器具容器包裝標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范”包含在韓國《食品法典》的第7部分，但在2013年12月16日，由MFDS作為單獨(dú)的法規(guī)發(fā)布，并于2020年5月29日進(jìn)行了再次更新。最新的“食品器具容器包裝標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范”規(guī)定所有FCMs必須符合第Ⅱ節(jié)通用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范（一般要求）和第Ⅲ節(jié)單項(xiàng)材料規(guī)范（特殊要求）[44-45]。其中第Ⅲ節(jié)第2條規(guī)定了食品接觸用再生纖維素應(yīng)為玻璃紙（即薄膜）、人造絲（即纖維）及其他形式。對食品接觸用再生纖維材料允許的最大遷移限量（OML）為30 mg/kg，砷（As）的特定遷移限量（SML）為0.1 mg/kg，鉛的特定遷移限量（SML）為1 mg/kg。

4.4 日本

日本FCMs的主要監(jiān)管法規(guī)為《食品衛(wèi)生法》《食品安全基本法》及《食品、食品添加劑等規(guī)范準(zhǔn)則》[46-47]。2023年4月26日，日本厚生勞動(dòng)省（MHLW）宣布對《食品、食品添加劑等規(guī)范準(zhǔn)則》進(jìn)行部分修改（生食發(fā)0426第1號公告），其中第3章明確指出在某些實(shí)際情況下，如表面涂有聚氯乙烯（PVC）或聚氯乙烯二氟乙烷（PVDC）用于防潮的再生纖維素薄膜，所使用的塑料樹脂必須符合第D部分《設(shè)備和容器/包裝規(guī)范》或按材料分類的材料規(guī)范（文件1中表AP02）中規(guī)定的要求。這些要求包括：塑料中鎘和鉛的最大含量；在不同模擬物的遷移試驗(yàn)中，蒸發(fā)殘?jiān)透咤i酸鉀（KMnO4）消耗量；某些特定塑料成分的最大含量等。另外，文件1的《牛奶和奶制品的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)》部分特別提到了再生纖維素，指出其可以用于制造與鋁箔、紙張或紙張復(fù)合的合成樹脂容器或包裝，用于盛裝奶粉。

4.5 中國

隨著幾十年的不斷發(fā)展，我國已經(jīng)建立起了一套以《食品安全法》為基本框架的相對完備的食品安全法規(guī)/標(biāo)準(zhǔn)體系，以確保食品的質(zhì)量、安全和合規(guī)性。然而，我國尚未建立專門針對再生纖維素的強(qiáng)制性法規(guī)/標(biāo)準(zhǔn)，但其作為一種FCMs時(shí)必須符合一系列相關(guān)法規(guī)/標(biāo)準(zhǔn)，如GB 4806.1—2016《食品接觸材料及制品通用安全標(biāo)準(zhǔn)》、GB 31603—2015《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品接觸材料及制品生產(chǎn)通用衛(wèi)生規(guī)范》、GB 31604系列標(biāo)準(zhǔn)等[48-50]。2009年11月30日中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局和中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)聯(lián)合發(fā)布了適用于醫(yī)藥、食品等商品透明包裝用玻璃紙的國家推薦性標(biāo)準(zhǔn)GB/T 24695—2009《食品包裝用玻璃紙》，并于2010年5月1日起正式實(shí)施[51]。該標(biāo)準(zhǔn)對玻璃紙的分類、要求、實(shí)驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則、標(biāo)志、包裝、運(yùn)輸及儲(chǔ)存進(jìn)行了規(guī)定。然而，隨著科技的不斷發(fā)展，新的方法、工藝和技術(shù)不斷涌現(xiàn)。為保證標(biāo)準(zhǔn)適用于不斷變化的行業(yè)需求和市場環(huán)境，需要及時(shí)對標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂。

表2 各國再生纖維素法規(guī)總結(jié)

Tab.2 Summary of regulations on regenerated cellulose in various countries

5 結(jié)語

近幾十年來，發(fā)展具有豐富自然來源的再生纖維素為基礎(chǔ)的材料，并應(yīng)用于食品包裝已經(jīng)引起了越來越廣泛的關(guān)注，已取得了一定的進(jìn)展。作為一種天然聚合物，再生纖維素本身并不會(huì)產(chǎn)生生態(tài)毒性或其他對環(huán)境產(chǎn)生危害的物質(zhì)。再生纖維素食品包裝材料的物理性能和力學(xué)性能仍有待提高。雖然纖維素材料具有良好的可降解性和可再生性，但其強(qiáng)度、耐熱性和防潮性相對較弱，這就限制了其在食品包裝中的廣泛應(yīng)用。因此，需要進(jìn)一步研究改進(jìn)纖維素材料的制備工藝和配方，以提高其物理性能和力學(xué)性能。

其次，再生纖維素材料的生產(chǎn)制備仍以傳統(tǒng)的銅氨法和黏膠法為主，其中黏膠纖維的生產(chǎn)主要集中在中國，約占世界總產(chǎn)量的70%。然而，黏膠法不僅在制備再生纖維素過程中會(huì)產(chǎn)生二氧化硫、硫化氫等有害物質(zhì)，還存在工藝復(fù)雜、效率低、耗能大，不利于實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的“綠色”目標(biāo)的缺陷。因此發(fā)展新型更為環(huán)保、高效的溶解體系，如離子液體溶解體系、NMMO溶解體系等新型溶解體系，以降低生產(chǎn)過程中的環(huán)境負(fù)擔(dān)將是未來一個(gè)重點(diǎn)的研發(fā)方向。

再次，再生纖維素作為新興的食品包裝材料，盡管展現(xiàn)出了顯著的環(huán)境友好性和可持續(xù)性優(yōu)勢，但在實(shí)際應(yīng)用中，尤其是在法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)層面，仍然存在明顯的滯后和發(fā)展不成熟的問題。我國現(xiàn)行的GB/T 24695—2009《食品包裝用玻璃紙》已頒布超過14年，面對快速發(fā)展的再生纖維素技術(shù)和不斷變化的市場需求，這一舊版標(biāo)準(zhǔn)已無法全面覆蓋和適應(yīng)當(dāng)前再生纖維素食品包裝材料的質(zhì)量控制、安全評估和性能檢測等要求。因此，亟需政府部門、行業(yè)協(xié)會(huì)和企業(yè)共同參與，結(jié)合國際經(jīng)驗(yàn)和科研成果，盡快完善相關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，以掃除法規(guī)監(jiān)管層面的障礙，促進(jìn)再生纖維素在食品包裝領(lǐng)域的健康發(fā)展與廣泛應(yīng)用。這樣的規(guī)范化進(jìn)程不僅有助于保障食品安全，也將進(jìn)一步推動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)升級和市場擴(kuò)容。

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Application Progress and Regulations of Regenerated Cellulose-based Food Packaging Materials

WANG Guoxiu1,2, GAO Xing1, WANG Zhaohui1*, DU Zhenxia2*

(1. Beijing Products Quality Supervision and Inspection Institute, Beijing 101300, China; 2. College of Chemistry, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029, China)

The work aims to summarize the research progress of regenerated cellulose based materials in the food packaging industry and related regulations of various countries, so as to promote the application and development of regenerated cellulose in food packaging, while ensuring its compliance with relevant regulations and standards, and ensuring food safety. This article provides a brief overview of cellulose and its preparation methods. It also reviewed the literature on cellulose's applications in food packaging. Finally, the article summarized and outlined the prospects for the use of cellulose materials in food packaging, along with the challenges that need to be addressed. Dissolution and regeneration played an important role in the preparation of regenerated cellulose. The research progress of regenerated cellulose has been made in the fields of antibacterial, anti-corrosion, anti-ultraviolet and anti-water vapor barrier food packaging. At present, different countries and regions have formulated relevant laws and regulations, but there are still some differences. In conclusion, regenerated cellulose has become a strong contender in new packaging materials, but improvement is still needed in preparation methods, regulations and other aspects, so as to promote continued healthy growth and innovation in the regenerated cellulose industry.

regenerated cellulose; food contact materials; packaging; regulation

TB484

A

1001-3563(2024)09-0086-10

10.19554/j.cnki.1001-3563.2024.09.011

2023-12-25

北京市科技計(jì)劃項(xiàng)目（Z231100004523002）