塑料膜袋产品污染物评价和控制技术开发的研究

杨益 徐凯扬

苏州市产品质量监督检验院 江苏苏州 215000

塑料用作包装材料是现代包装技术发展的重要标志，也是近40年来全球发展最快、用量巨大的一类包装材料，在今后相当长的一段时间内仍将是包装的主要用材。为改善塑料材料加工性能及提高包装产品使用性能，通常要加入一定量的添加剂、加工助剂等。而其内部本身也存在着塑料单体、低聚体、分解产物等，因此实际包装产品（指包装本身而非被包装食品）中存在着许多小分子化学物。与食品接触时，包装材料内小分子化学物向食品发生的传质现象，定义为迁移。

常见的食品包装材料尤其是塑料膜袋包装中，存在着大量的小分子物质，包括各类添加剂、复合粘合剂以及印刷油墨等。迁移的发生将影响包装材料的使用性能并降低其对食品的保护功能。更重要的是，小分子化学物进入食品会污染食品而最终危害消费者的健康，因为其中一些小分子物质具有毒性甚至致癌作用。前欧盟食品科学委员会SCF（Scientific Committee on Food）经科学实验认为，分子量在1000道尔顿以下的小分子物质容易为人体胃肠道所吸收。在塑料膜袋包装食品后，小分子化学物质就会从塑料膜袋母体中迁移到食品中，被消费者食用后就会对人体造成危害，这就是我们所说的食品包装用塑料膜袋迁移安全性问题。

1 国外塑料膜袋污染物迁移安全性评价技术

食品包装尤其是塑料包装材料化学物迁移的安全性问题在上世纪五十年代后陆续收到欧美国家的关注，迁移安全性评价通常采用实际的迁移实验检测进行。上世纪八十年代以后，塑料材料用于食品包装的迁移安全性评价开始从纯粹的实验结果分析向软件模拟预测评价方向发展。科学实验表明（Figge，Arthur D Little（Inc），Chang等，Till等，Schwope等），当化学物在塑料内的扩散系数DP以及它在塑料包装-食品间的分配系数KP，F已知时，可基于Fick第二定律对迁移过程进行模拟预测。通常认为迁移仅发生在包装材料厚度方向上，可用一维的二阶偏微分方程式描述。当扩散系数与浓度无关且初始条件和边界条件比较简单时，扩散方程可用分离变量法（Laoubi等，Feigenbaum等）或拉普拉斯变换法（Crank，1975）进行求解。当扩散系数与浓度相关或定解条件比较复杂时，需用数值方法进行求解，如有限差分法（Rosca等，Perou等，Mousavi等）或有限元法（Han，Roduit等）等。

美国FDA、欧盟EC及日本烯烃与苯乙烯塑料卫生协会JHOSPA（Japan Hygienic Olefin and Styrene Plastics Association）已经接受软件模拟预测作为塑料包装材料化学物迁移安全性评价方法，因此国际上相继开发了基于不同数值方法的塑料食品包装迁移安全性评价软件。例如，Han等（2002）基于有限元法利用VB（Visual Basic）语言开发了具有多层阻隔功能的塑料包装薄膜化学物迁移预测软件MIGFEM2001，是一个Windows安装程序。Roduit等（2005）基于有限元法开发了迁移预测软件SML，包括扩散系数可通过软件设定迁移物分子量、环境温度而自动计算，温度可由用户编辑程式，软件内有迁移物信息数据库可方便使用，预测结果可通过二维和三维模式展现。该软件由瑞士政府食品科学部公众安全事务联邦办公室和瑞士AKTS（Advanced Kinetics and Technology Solutions）公司合作开发的商业软件，已经进入商业销售阶段（国内暨南大学珠海学院包装工程研究所已购买该软件）[1]。

此外，德国Piringer博士创建的FABES GmbH科研服务公司，开发了迁移预测软件MIGRATEST Lite2001，也已进行商业销售。法国国家农业科学研究院INRA（French National Institute of Agricultural Research）的Reiner（2000）开 发 了 免 费 软 件SMEWISE，该软件主要考虑溶胀对迁移的影响。INRA的Olivier Vitrac（2006）开发了在线迁移模拟预测系统“The Safety Food Packaging Portal v2.0”，用户经授权可通过互连网络在线使用。Raphaël Mestanza等（法国巴黎）在FABES扩散模型基础上，开发了在线迁移预测软件MigraPassTM，用户可在线试用，但如要获得欧盟委员会EC（Commission of European Union）认可的正式报告则必须在线支付费用[2]。

2 国内迁移模拟预测软件现状

1980年-2003年，国内科学期刊上陆续少量出现食品塑料包装材料迁移安全性相关的综述文献，主体是国外有关研究内容的介绍。江南大学机械工程学院包装工程系王志伟教授团队和食品学院姚卫蓉教授团队最早开始食品包装材料有害化学物迁移方向的研究，2004年开始培养食品包装材料质量与安全方向的博硕士研究生，陆续在期刊上发表科学文献，其中刘志刚博士2006年基于有限差分方法数值求解二阶偏微分扩散方程，在国内最早开发了迁移预测软件MigraSoft2006。MigraSoft2006是作者基于有限差分方法完全自主开发，用于塑料包装材料（薄膜）内含化学物向食品（模拟物）迁移数值模拟的软件，兼有中英文版[3]。

MigraSoft2006具备以下功能：

（1）数值模拟单层和多层包装材料内化学物向食品的迁移，可考察模型各参数对迁移的影响；

（2）可由半经验模型直接计算或由实验数据通过拟合求得扩散系数DP；

（3）数值模拟食品内化学物的稳定性，可设定不同函数模拟不同情形下的稳定性；

（4）迁移信息数据库，包括食品接触材料与制品数据库、塑料添加剂数据库、包括扩散系数DP数据库、分配系数KP，F数据库。

3 软件模拟预测保障塑料膜袋迁移安全

3.1 模拟预测软件的作用

如前所述，国外发达国家尤其欧盟的德国、法国和瑞士等国均已经推出正式的可官方用于食品包装用塑料膜袋产品迁移安全性评估的软件。可见，发达国家已经接受软件模拟预测值作为塑料膜袋产品迁移安全评估验证的手段，佐证了软件模拟预测塑料膜袋产品迁移的科学性和可行性。软件预测食品包装用塑料膜袋化学物迁移，可以有效简化塑料膜袋化学迁移安全性的评估过程，不再依赖于迁移实验，减少人力、物力和财力的投入，对于降低企业负担有着重要的意义[4]。

3.2 我国迁移软件模拟预测的未来之路

目前，国内在软件模拟预测食品包装用塑料膜袋产品迁移方面的工作还不多，尚未系统开展相关工作。主要是和我国化学物迁移安全性研究时间较短有关，2004年以后国内才正式开始食品包装有害物迁移相关研究。软件模拟预测迁移的优势比较明显，但是前提是软件模拟预测的结果与真实情况要尽可能吻合，国际上从上世纪七十年代开始就做了大量理论和实验研究，这方面的科学文献也比较多。食品包装用塑料膜袋本质上是高分子材料，可用于食品包装的高分子材料较多，而且用于高分子的添加剂种类也众多，因此塑料膜袋内小分子物质向食品的迁移机理和规律有多种可能性，这为软件可靠模拟预测迁移增加了难度，国际上针对这一问题也开展了广泛的研究，积累了大量科学数据，为软件验证的科学性奠定了扎实的基础[5]。

我国在这方面还需要开展相关理论和实验工作，尤其是迁移实验数据记录，为迁移模拟预测软件的科学验证提供大量可靠依据，为迁移预测软件将来能够成为官方迁移评估手段奠定基础。针对这个迁移实验数据的积累，我们有如下建议：

（1）理论研究、软件开发主体由高校迁移科研团队负责进行。

（2）质检机构日常塑料膜袋迁移量检测项目工作拓展，在完成日常检测需求的同时，为迁移规律所需数据提供支持.

（3）全国各地各个质检机构迁移检测数据互联网化，数据资源共享。