塑料膜袋產(chǎn)品污染物評價和控制技術(shù)開發(fā)的研究

楊益 徐凱揚(yáng)

蘇州市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗院 江蘇蘇州 215000

塑料用作包裝材料是現(xiàn)代包裝技術(shù)發(fā)展的重要標(biāo)志，也是近40年來全球發(fā)展最快、用量巨大的一類包裝材料，在今后相當(dāng)長的一段時間內(nèi)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(chǎn)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(nèi)部本身也存在著塑料單體、低聚體、分解產(chǎn)物等，因此實際包裝產(chǎn)品（指包裝本身而非被包裝食品）中存在著許多小分子化學(xué)物。與食品接觸時，包裝材料內(nèi)小分子化學(xué)物向食品發(fā)生的傳質(zhì)現(xiàn)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(zhì)，包括各類添加劑、復(fù)合粘合劑以及印刷油墨等。遷移的發(fā)生將影響包裝材料的使用性能并降低其對食品的保護(hù)功能。更重要的是，小分子化學(xué)物進(jìn)入食品會污染食品而最終危害消費(fèi)者的健康，因為其中一些小分子物質(zhì)具有毒性甚至致癌作用。前歐盟食品科學(xué)委員會SCF（Scientific Committee on Food）經(jīng)科學(xué)實驗認(rèn)為，分子量在1000道爾頓以下的小分子物質(zhì)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(xué)物質(zhì)就會從塑料膜袋母體中遷移到食品中，被消費(fèi)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(shù)

食品包裝尤其是塑料包裝材料化學(xué)物遷移的安全性問題在上世紀(jì)五十年代后陸續(xù)收到歐美國家的關(guān)注，遷移安全性評價通常采用實際的遷移實驗檢測進(jìn)行。上世紀(jì)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(jié)果分析向軟件模擬預(yù)測評價方向發(fā)展?？茖W(xué)實驗表明（Figge，Arthur D Little（Inc），Chang等，Till等，Schwope等），當(dāng)化學(xué)物在塑料內(nèi)的擴(kuò)散系數(shù)DP以及它在塑料包裝-食品間的分配系數(shù)KP，F(xiàn)已知時，可基于Fick第二定律對遷移過程進(jìn)行模擬預(yù)測。通常認(rèn)為遷移僅發(fā)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(dāng)擴(kuò)散系數(shù)與濃度無關(guān)且初始條件和邊界條件比較簡單時，擴(kuò)散方程可用分離變量法（Laoubi等，F(xiàn)eigenbaum等）或拉普拉斯變換法（Crank，1975）進(jìn)行求解。當(dāng)擴(kuò)散系數(shù)與濃度相關(guān)或定解條件比較復(fù)雜時，需用數(shù)值方法進(jìn)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(wèi)生協(xié)會JHOSPA（Japan Hygienic Olefin and Styrene Plastics Association）已經(jīng)接受軟件模擬預(yù)測作為塑料包裝材料化學(xué)物遷移安全性評價方法，因此國際上相繼開發(fā)了基于不同數(shù)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(fā)了具有多層阻隔功能的塑料包裝薄膜化學(xué)物遷移預(yù)測軟件MIGFEM2001，是一個Windows安裝程序。Roduit等（2005）基于有限元法開發(fā)了遷移預(yù)測軟件SML，包括擴(kuò)散系數(shù)可通過軟件設(shè)定遷移物分子量、環(huán)境溫度而自動計算，溫度可由用戶編輯程式，軟件內(nèi)有遷移物信息數(shù)據(jù)庫可方便使用，預(yù)測結(jié)果可通過二維和三維模式展現(xiàn)。該軟件由瑞士政府食品科學(xué)部公眾安全事務(wù)聯(lián)邦辦公室和瑞士AKTS（Advanced Kinetics and Technology Solutions）公司合作開發(fā)的商業(yè)軟件，已經(jīng)進(jìn)入商業(yè)銷售階段（國內(nèi)暨南大學(xué)珠海學(xué)院包裝工程研究所已購買該軟件）[1]。

此外，德國Piringer博士創(chuàng)建的FABES GmbH科研服務(wù)公司，開發(fā)了遷移預(yù)測軟件MIGRATEST Lite2001，也已進(jìn)行商業(yè)銷售。法國國家農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院INRA（French National Institute of Agricultural Research）的Reiner（2000）開 發(fā) 了 免 費(fèi) 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(fā)了在線遷移模擬預(yù)測系統(tǒng)“The Safety Food Packaging Portal v2.0”，用戶經(jīng)授權(quán)可通過互連網(wǎng)絡(luò)在線使用。Rapha?l Mestanza等（法國巴黎）在FABES擴(kuò)散模型基礎(chǔ)上，開發(fā)了在線遷移預(yù)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(rèn)可的正式報告則必須在線支付費(fèi)用[2]。

2 國內(nèi)遷移模擬預(yù)測軟件現(xiàn)狀

1980年-2003年，國內(nèi)科學(xué)期刊上陸續(xù)少量出現(xiàn)食品塑料包裝材料遷移安全性相關(guān)的綜述文獻(xiàn)，主體是國外有關(guān)研究內(nèi)容的介紹。江南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院包裝工程系王志偉教授團(tuán)隊和食品學(xué)院姚衛(wèi)蓉教授團(tuán)隊最早開始食品包裝材料有害化學(xué)物遷移方向的研究，2004年開始培養(yǎng)食品包裝材料質(zhì)量與安全方向的博碩士研究生，陸續(xù)在期刊上發(fā)表科學(xué)文獻(xiàn)，其中劉志剛博士2006年基于有限差分方法數(shù)值求解二階偏微分?jǐn)U散方程，在國內(nèi)最早開發(fā)了遷移預(yù)測軟件MigraSoft2006。MigraSoft2006是作者基于有限差分方法完全自主開發(fā)，用于塑料包裝材料（薄膜）內(nèi)含化學(xué)物向食品（模擬物）遷移數(shù)值模擬的軟件，兼有中英文版[3]。

MigraSoft2006具備以下功能：

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

（2）可由半經(jīng)驗?zāi)Ｐ椭苯佑嬎慊蛴蓪嶒灁?shù)據(jù)通過擬合求得擴(kuò)散系數(shù)DP；

（3）數(shù)值模擬食品內(nèi)化學(xué)物的穩(wěn)定性，可設(shè)定不同函數(shù)模擬不同情形下的穩(wěn)定性；

（4）遷移信息數(shù)據(jù)庫，包括食品接觸材料與制品數(shù)據(jù)庫、塑料添加劑數(shù)據(jù)庫、包括擴(kuò)散系數(shù)DP數(shù)據(jù)庫、分配系數(shù)KP，F(xiàn)數(shù)據(jù)庫。

3 軟件模擬預(yù)測保障塑料膜袋遷移安全

3.1 模擬預(yù)測軟件的作用

如前所述，國外發(fā)達(dá)國家尤其歐盟的德國、法國和瑞士等國均已經(jīng)推出正式的可官方用于食品包裝用塑料膜袋產(chǎn)品遷移安全性評估的軟件?？梢?，發(fā)達(dá)國家已經(jīng)接受軟件模擬預(yù)測值作為塑料膜袋產(chǎn)品遷移安全評估驗證的手段，佐證了軟件模擬預(yù)測塑料膜袋產(chǎn)品遷移的科學(xué)性和可行性。軟件預(yù)測食品包裝用塑料膜袋化學(xué)物遷移，可以有效簡化塑料膜袋化學(xué)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(yè)負(fù)擔(dān)有著重要的意義[4]。

3.2 我國遷移軟件模擬預(yù)測的未來之路

目前，國內(nèi)在軟件模擬預(yù)測食品包裝用塑料膜袋產(chǎn)品遷移方面的工作還不多，尚未系統(tǒng)開展相關(guān)工作。主要是和我國化學(xué)物遷移安全性研究時間較短有關(guān)，2004年以后國內(nèi)才正式開始食品包裝有害物遷移相關(guān)研究。軟件模擬預(yù)測遷移的優(yōu)勢比較明顯，但是前提是軟件模擬預(yù)測的結(jié)果與真實情況要盡可能吻合，國際上從上世紀(jì)七十年代開始就做了大量理論和實驗研究，這方面的科學(xué)文獻(xiàn)也比較多。食品包裝用塑料膜袋本質(zhì)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(nèi)小分子物質(zhì)向食品的遷移機(jī)理和規(guī)律有多種可能性，這為軟件可靠模擬預(yù)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(xué)數(shù)據(jù)，為軟件驗證的科學(xué)性奠定了扎實的基礎(chǔ)[5]。

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

（1）理論研究、軟件開發(fā)主體由高校遷移科研團(tuán)隊負(fù)責(zé)進(jìn)行。

（2）質(zhì)檢機(jī)構(gòu)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(guī)律所需數(shù)據(jù)提供支持.

（3）全國各地各個質(zhì)檢機(jī)構(gòu)遷移檢測數(shù)據(jù)互聯(lián)網(wǎng)化，數(shù)據(jù)資源共享。