食品接触材料中微塑料检测技术研究进展-中国口岸科学技术-2023年06期

食品接触材料中微塑料检测技术研究进展

作者：孙嘉鸣司志威张艳超蒋小良谢梅英严健恒徐正华

孙嘉鸣司志威张艳超蒋小良谢梅英严健恒徐正华

微塑料是指直径小于5 mm的塑料颗粒，粒径在1～100 nm的微塑料被称为纳米级微塑料。英国研究者汤普森在2004年首次提出了“微塑料”的概念，发现微塑料在海水及海洋生物体内广泛存在^[1]。2008年美国华盛顿大学召开的第一届国际海洋微塑料分布、影响及归趋研讨会中正式明确定义了“微塑料”的概念^[2]。2016年联合国环境大会将微塑料列为全球性重大环境问题之一。2022年，研究者在农田、海洋、北极冰川^[3]甚至生物体血液中^[4]发现了微塑料的存在，其带来的健康风险需引起足够重视。

1 食品中微塑料的来源

食品从原材料采摘到生产加工，经过包装再到运输至商店货架上售卖的过程中，均可能带来微塑料污染。本文将从食品的原材料、加工生产以及包装材料3个方面阐述食品及食品接触材料中微塑料的来源。

1.1 食品原材料

Cózar等^[5]的研究发现，微塑料不同程度存在于海洋环境中，贝类、虾、蟹、鱼这四大类水产品中的微塑料数量也由于海洋食物链的关系快速增长。同时，从天然水到商业化的饮料中均有检出过微塑料的报道^[6]，Schymanski等^[7]的研究显示，某些可回收塑料瓶装水中微塑料含量远大于一次性塑料瓶装水中微塑料含量。

1.2 食品加工生产

在加工生产设备中，很多食品生产流水线上都有塑料部件的存在，在生产过程中由于生产设备的物理运动，如摩擦、挤压以及紫外线辐照等原因，将生产加工部件产生的微塑料混入食品中^[8]。此外，空气中的微塑料也是食品中微塑料的重要来源^[9]。刘立明等^[10]在湖北宜昌采集的室内和户外悬浮大气中的微塑料，尺寸最小仅有10.42 μm，由于质量很轻，这些微塑料与尘埃一同悬浮在空气中通过大气沉降落在食品表面，进入生物体内。

1.3 食品包装材料

塑料食品包装材料由于其较为轻巧和价格低廉等特点，已经成为食品包装的主要原料。同时，它们可以有效地抵御外部环境的侵蚀，如空气、水分、阳光和细菌，从而使得它们在食品包装材料领域被广泛使用。然而，塑料包装材料在保护食品免受外力挤压冲击时，受到了一些物理及化学作用，可能会导致食品包装材料中有害微塑料的产生。研究表明，传统的食品包装材料，如某些塑料制茶叶袋和罐头瓶在使用过程中也会向食品中转移微塑料^[11-12]。

2 微塑料的检测方法

2.1 目检法（VI）

目检法（Visually inspection，VI）是最简单、最便捷的鉴别分类微塑料的方法，可以直接用目检法分析颗粒直径在1～5 mm的微塑料。但微塑料本身具有的物理特性（颜色、结构等）存在差异，会使目检法的鉴定结果产生一定偏差，当微塑料颗粒的粒径小于1 mm时，裸眼无法有效鉴别。

2.2 显微镜检法（ME）

显微镜检法（Microscopic examination，ME）一般在裸眼无法有效鉴别微塑料时会用到，是一种非常高效的初步鉴别微塑料的方法。利用光学显微镜，可以对数百微米的微塑料颗粒的形态、特征及其他细微的特征进行细致的检测，其检测精度远远高于目检法。当微塑料的粒度低于50 μm时，就不能利用显微镜检测方法，必须借助扫描电子显微镜才能实现对这类微塑料的准确识别。

2.3 扫描电子显微镜法（SEM）

扫描电子显微镜（Scanning electron microscopy，SEM）通过一束高能的入射电子轰击微塑料颗粒表面，产生二次电子以获取更高放大倍数及清晰度的表征图像。相比于光学显微镜，扫描电子显微镜的分辨率更高，成像更加清晰，可检测的微塑料粒径最小至10 nm。辛明亮等^[13]通过扫描电子显微镜和能量色散X射线（Scanning electron microscopeenergy dispersive spectrometer，SEM-EDS）技术鉴定出未知塑料和已知塑料上元素的分散和分布情况。SEM-EDS技术的优点是能够准确地检测出样品所在区域的物质，并且能够进行定性分析。

2.4 傅里叶变换-红外光谱法（FT-IR）

傅里叶变换-红外光谱法（Fourier transform-infrared spectroscopy，FT-IR）通过得到微塑料颗粒的干涉谱图，经过傅里叶变换，对干涉谱图进行分析，最终对微塑料进行红外谱图的测定。利用微塑料粒子的独特的红外光谱，可以准确地检测出它们之间的化学键，并且可以通过比对实验室测量的样本的红外光谱来识别出它们的类别。红外光谱法具有前处理简单，可以保留样本的原始信息等特点，是一种无损耗的分析方法。李珊等^[14]建立了生活饮用水中微塑料的红外显微光谱测定方法，样品前处理简单，操作便捷，实验时间成本较低，回收率在73.1%～92.0%之间，相对标准偏差为8.7%。由于红外信号容易受到水分和有机物的污染，因此在采用这种方法之前，必须将样品经过彻底的干燥处理，以防止受到水分和污染的影响。

2.5 拉曼光谱法（Raman）

拉曼光谱法是另一种检测微塑料的光谱技术，其原理是激光束落在微塑料样品上，根据分子与原子结构不同而产生不同频率的散射光。由于不同类型的微塑料各自具有独特的光谱图，与红外光谱法分析类似，拉曼光谱也能通过与光谱库相匹配来鉴别微塑料的类型。与红外光谱法相比，拉曼光谱的应用范围更广，能检出的粒径范围更小，其检出限最低可达1 μm^[15]，且分析过程中不破坏样品结构，所需的样品量很少，对水的干扰不明显。但是拉曼光谱的散射信号十分微弱，对于低浓度的样品，检测的灵敏度也较低，易受到荧光特性的杂质干扰，影响检测结果^[16]。但随着表面增强拉曼光谱、光纤增强拉曼光谱等方法的应用，大大提高了拉曼光谱的信号强度，进而极大地提高了检测灵敏度。

2.6 热分解气相色谱-质谱法（Pyro-GC-MS）

热分解气相色谱-质谱联用法（Pyrolysisgas-chromatography-mass spectrometry，Pyro-GC-MS）是分析聚合物的常用方法。将微塑料样品在惰性气体中加热后裂解成可挥发的小分子，通过气相色谱质谱技术（chromatography-mass spectrometry，GC-MS），可以将微塑料样品在惰性气体中加热，使其分解为易挥发的小分子，并将其与谱图数据库进行比较，从而实现对微塑料颗粒的定性和定量分析。王利敏等^[17]运用Pyro-GC-MS方法检测市面上10种生物可降解塑料袋，对生物可降解材料聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇（Poly butyleneadipate-co-terephthalate，PBAT)与添加了不同质量比的不可降解材料聚苯乙烯（Polystyrene，PS）或聚对苯二甲酸乙二酯（polyethylene terephthalate， PET）的裂解进行讨论查证，结果显示添加1%不可降解材料的PBAT也可被检出，其裂解峰不受其他添加成分的影响。Pyro-GC-MS技术具有极高的灵敏度，而且所需样品量极少，几乎可以检测出任何形态的微塑料，尤其是那些无法通过常规方法处理的微塑料颗粒。但该方法会破坏试样的完整性，因此，导致无法从破碎的样品中得到完整的物理表征，对实验条件控制要求高^[18]、耗时耗力，不适用于大批量样品的分析。

微塑料的检测需重点考虑物理特性与化学特性两方面因素。已知的微塑料检测技术存在多种不同的优势，但因微塑料的颗粒尺寸很小，单靠某项技术是不够的，因此，要准确测定食品及食品接触材料中的微塑料，需要综合运用多种技术手段。

3 展望

微塑料的研究不断深入，但仍有许多问题亟待解决，未来对于食品及食品接触材料中微塑料的研究包括但不限于以下几个方面：

（1）建立起成型体系的食品及食品接触材料中微塑料的标准检测方法。国内对于微塑料检测标准仅有GH/T 1378—2022《农田地膜源微塑料残留量的测定》及DB37/T 4323—2021《海水增养殖区环境微塑料监测技术规范》。微塑料目前的研究主要集中在海洋、河流和土壤，但在食品及食品接触材料领域缺乏相关检测标准和可供参考的数据。食品及食品接触材料中的微塑料检测关乎人体健康，建立起统一的定量分析方法和食品安全标准迫在眉睫。

（2）在已有的研究中，食品原料、食品的加工生产及食品的包装材料中都可能受到微塑料污染，但关于微塑料溯源的研究还较为匮乏，已有学者成功将人工神经网络（Artificial Neural Network，ANN）应用于环境领域，将已知的微塑料表征特性（颜色、形状、类型）进行统计后作为数据库进行特征训练，从而可以较为准确的对部分未知来源的微塑料颗粒进行溯源^[19-20]，因此，开展溯源方面的研究以加强对食品及食品接触材料中微塑料的管控势在必行。因此，有必要对食品及食品接触材料中微塑料溯源和危害管控方法进行深入研究，从而减少其对环境的影响，更好地保护人类健康。

（3）加快绿色食品接触材料的研究步伐，开发出更加环保的新型食品接触包装材料，从而有效地控制微塑料的产生，比如通过力学性能^[21]、防水防油、防迁移等工艺进行改良，改良后的植物纤维制品具有较高的降解能力，不会对环境造成污染^[22]。

参考文献

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第一作者：孙嘉鸣（1999—），男，汉族，广东东莞人，本科，助理工程师，主要从事农产品食品分析工作，E-mail: sjm199909@163.com

通信作者：徐正华（1984—），女，汉族，湖南邵阳人，硕士，高级工程师，主要从事进出口食品分析工作，E-mail: xuzhciq@163.com

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