食品包裝材料材質分析的方法探究

摘 要：本文分析了食品包裝材料材質安全現(xiàn)狀，探討了紅外光譜技術（IR）、熱分析法（DSC）在保鮮膜、飲用水桶、含回收料的PE粒子等包裝材料材質鑒別上的應用研究。

關鍵詞：食品包裝材料 材質 IR DSC

中圖分類號：TS207文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2012）09（a）-0093-02

“民以食為天”，食品是人類賴以生存和發(fā)展的物質基礎，食品安全是當今世界人們普遍關注的焦點問題之一，食品包裝與食品安全密切相關，是食品工業(yè)的最后一道重要工序，其性能的好壞直接影響到最終產(chǎn)品的安全衛(wèi)生性。目前，國家對食品包裝產(chǎn)品實施監(jiān)控手段主要是通過對成型品及原料進行物理性能和衛(wèi)生性能檢測，而對材質不進行分析，國內也尚無食品包裝材質分析標準。

1 食品包裝材料材質分析的意義

在20世紀50年代末，美國頒布了第一個食物包裝塑料的法律規(guī)定，德國、意大利、法國、荷蘭和比利時等歐洲國家也相繼頒布了類似的法規(guī)?！吨腥A人民共和國食品衛(wèi)生法》對食品容器、包裝材料的衛(wèi)生作了明確規(guī)定。頒布法規(guī)的目的是為了防止食品包裝材料和食品容器中特別是塑料類食品包裝材料和食品容器所含化學物質向食物的過度轉移，從而對消費者的身體健康可能產(chǎn)生潛在的危害。

2011年央視曝光了多家超市使用含塑化劑的PVC保鮮膜包裝肉類、熟食類等含油脂食品的現(xiàn)象。食品保鮮膜按材質分為聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚偏二氯乙烯（PVDC）等種類。PE和PVDC相對來說是安全的，而PVC保鮮膜對人體的潛在危害較大，其危害性主要來源于兩個方面：一是PVC加工過程中使用了增塑劑等多種助劑，二是成品中可能存在殘留的氯乙烯單體，這些有毒物質在室溫條件下就會向油脂類食品中遷移。早在2005年，國家質檢總局曾發(fā)布公告，禁止用PVC食品保鮮膜直接包裝肉食、熟食及油脂食品。

另一方面，生產(chǎn)廠家為節(jié)約成本在包裝材料的加工過程中添加回收料，降低了產(chǎn)品品質，危害消費者人身安全。衛(wèi)生部在《食品用塑料制品及原材料衛(wèi)生管理辦法》中明確規(guī)定：“凡加工塑料食具、容器、食品包裝材料，不得使用回收塑料。”廢舊回收塑料的再生制品，因原料來源復雜，很難確保不帶毒性，所以不宜作食品包裝材料和容器。

綜上可知，市場和國家政策兩方面，都對食品包裝材料的材質分析提出了較高的要求。研究開發(fā)快速、有效的食品包裝材料分析和檢測方法將有利于國家監(jiān)督部門加強對生產(chǎn)企業(yè)的監(jiān)管，扶優(yōu)治劣，凈化、規(guī)范市場；同時，能更好地服務企業(yè)和社會，指導幫助企業(yè)生產(chǎn)、使用安全的食品包裝材料，加快與國際接軌；引導消費者選購安全的塑料包裝產(chǎn)品。

2 食品包裝材料材質分析現(xiàn)狀

目前我國還沒有對食品包裝材料進行材質分析鑒別的國家標準，一般通過外觀、加熱、燃燒試驗、顯色反應、溶解實驗、密度、熱解等手段鑒別，這些方法存在著操作繁瑣、實驗時間長、需破壞樣品、準確度不高等問題。因此需要建立一種新的能快速、準確的鑒別食品包裝材料的檢測方法。

3 紅外吸收光譜（IR）法和熱分析（DSC）法分析食品包裝用塑料材料

紅外吸收光譜（IR）法是高分子材料結構與性能研究的基本方法，也是高聚物材料分析和鑒定工作的重要手段[1]。紅外吸收光譜為分子光譜，呈現(xiàn)出帶狀光譜，可在不同波長范圍內，表征出有機化合物分子中各種不同官能團的特征吸收峰位，從而作為鑒別分子中各種官能團的依據(jù)，同時根據(jù)指紋區(qū)的不同提高鑒別的專屬性。對未知物的紅外光譜圖進行分析，并和標準紅外吸收譜圖比較，可得出未知物的結構。

熱分析法是測定物質性能隨溫度而變化的技術，也是塑料分析鑒定常用的一種技術。用它測定混合物，不用分離，一次掃描就能把混合物中幾種組分的熔點按高低分辨出來。

隨著科學技術的發(fā)展，食品包裝材料出現(xiàn)了復雜化現(xiàn)象，有的材料中摻入了共混、共聚物；而有的食品包裝材料則在加工過程中添加了回收的廢料，這樣的材料其紅外吸收光譜帶的位置很靠近，而且往往重疊，相互干擾，很難判斷，熱學性質也隨著組分的變化而變化。因此，僅靠一種技術不能將其準確鑒別出來，采用IR-DSC聯(lián)用技術可達到分析要求。

3.1 PE保鮮膜與PVC保鮮膜的鑒別

PVC保鮮鮮膜主要危害是其殘留的氯乙烯單體對人體具有致癌作用，同時在制造時加入了大量的增塑劑，主要是鄰苯二甲酸（2-乙基己）酯（DEHP）或己二酸二（2-乙基己基）酯（DEHA），會擾亂人體的激素代謝[2]。但由于PVC保鮮膜相對PE膜來說，價格低，透明性好、不容易破裂，同時具有很好的黏性和包裝效率高等優(yōu)點，所以常常被不法商家冒充PE保鮮膜使用。

圖1為PE保鮮膜與PVC保鮮膜紅外吸收光譜圖。比較發(fā)現(xiàn)，PE保鮮膜在約2915.0、2848.0、1471.9和730.0/718.5cm-1處有三個很強的吸收峰，它們分別歸屬于C-H的伸縮、彎曲和搖擺振動[3]。730.0/718.5cm-1是雙重峰，其中718.5是無定形聚乙烯的吸收峰，730是結晶聚乙烯的吸收峰。由于實際聚乙烯很少是完全線型的，特別是低密度聚乙烯有許多支鏈，因而在1378cm-1處能觀察到甲基彎曲振動譜帶。而PVC保鮮膜在2927.8cm-1處為CH2的伸縮振動，1425.7cm-1處為CH2的彎曲振動譜帶，由于受到鄰近氯原子的影響，強度增加。而1254.1cm-1的C-H彎曲振動和1334.0cm-1的CH彎曲與CH2搖擺的合頻振動，也由于有氯原子在同一碳原子上而得到增強。在607cm-1、691cm-1內出現(xiàn)C-Cl伸縮振動的吸收峰是另一個顯著特征[4]。此外在1731.1cm-1有強吸收峰，是PVC保鮮膜中增塑劑的C=O基吸收峰。

因此，通過使用紅外吸收譜對保鮮膜的官能團特征峰進行測定即可快速而有效地區(qū)分PE保鮮膜和PVC保鮮膜。（如圖1）

3.2 PC飲水桶與PET飲水桶的鑒別

（PET（聚對苯甲二酸乙二醇酯）不耐高溫，其玻璃化轉變溫度（Tg）為75～80℃，用作飲用水桶時容易因高溫消毒而變形。而且反復使用后，一些有機物單體會溶解到水中，對人體造成潛在危害。但由于PET水桶與PC（聚碳酸酯）桶相比外觀相似，而成本僅為PC水桶的一半，因此被許多飲用水生產(chǎn)廠家采用。

圖2為PC與PET桶DSC測試曲線。PC主要是無定形成分，其玻璃化轉變溫度（Tg=155°C）比較明顯，而熔融峰很微弱，如圖2（a）所示。PET則主要是晶型組分，玻璃化轉變溫度不明顯，在250℃附近可以看到一個很強的熔融峰（Tm），如圖2（b）所示。因此通過二者之間玻璃化溫度、熔融溫度就可以進行較好的材質鑒別。圖中上面一條曲線1.1為第一次升溫曲線，下面一條曲線1.5為第二次升溫曲線。（如圖2）

4 含回收料PE粒子的鑒別

衛(wèi)生部1990-11-26發(fā)布的“關于食品用塑料制品及原材料衛(wèi)生管理辦法”第七條中明確規(guī)定：凡加工塑料食具、容器、食品包裝材料，不得使用回收塑料。因為回料成分復雜，回收渠道中再污染嚴重，達不到高質量高清潔度的水平，不符合食品包裝的基本要求。然而，由于回收料的價格要比新料便宜很多，仍有很多不法廠家在生產(chǎn)塑料食具、容器、食品包裝材料時添加回收料。

圖3為全新料PE粒子與含一定回收料PE粒子的紅外掃描譜圖。圖3（a）中，在約2914.9、2847.9、1471.5和729.7/717.3cm-1處有4個很強的吸收峰，它們分別歸屬于C-H的伸縮（不對稱與對稱）、彎曲和搖擺振動。這些峰為PE的特征吸收峰。圖（b）回收率PE粒子譜圖中，在相應位置也有PE的特征峰，然而在876.0cm-1處有個較小的吸收峰，經(jīng)查證，為CO3基團的吸收峰。

同時，采用DSC測試進一步進行區(qū)分鑒別，通過DSC熔點測試曲線我們可以推斷回收料聚乙烯粒子中可能含有少量的聚丙烯等雜質。

5 結語

食品包裝已經(jīng)成為食品不可分割的重要組成部分。目前，我國的食品包裝材料產(chǎn)業(yè)正以迅猛的勢頭在飛速發(fā)展，然而由于處于發(fā)展階段，很多相應的檢測方法、法規(guī)、標準以及管理問題沒能及時到位，落后于發(fā)展速度，特別是在材質分析方面缺少相關標準及研究。本文介紹的紅外吸收光譜（IR）及熱分析法（DSC），在材質鑒別方面具有操作簡便快捷，靈敏度高等優(yōu)點。通過測定其特定波長下紅外吸收光譜，用以鑒別分子中特征官能團，通過熱分析法獲得材料的物理特性，從而達到材質鑒別要求。

參考文獻

[1] 周明義，閆立琨，焦翠云.紅外光譜法（IR）與熱分析（DSC）聯(lián)用分析鑒定塑料材料[J].塑料科技 ，1998，3（06）：47-52.

[2] 陳華才.紅外光譜法快速鑒別PE和PVC保鮮膜[J].中國計量學院學報.2005，16（4）：299-301.