印刷纸质食品包装材料中有害物质的成分分析及迁移试验研究

摘要

纸质食品包装材料以其独特的优点，如具有一定的机械性能、加工性能好、原料来源广、卫生安全性好、易降解等，越来越受到消费者的欢迎，有逐渐取代塑料材料的趋势。然而，随着社会的发展，除了实用性之外，人们越来越多的关注其外观装饰性。为提高产品的视觉冲击效果，多数产品采用色彩鲜艳的油墨进行印刷，给纸质食品包装材料的安全性带来忧患。为分析印刷纸质食品包装材料由印刷油墨带来的危害性，本论文主要对以下内容进行了研究:
　　对从制造商收集到的14种印刷纸质食品包装材料、3种对应未印刷空白样品以及1种实验室手抄片，采用电感耦合等离子体-质谱(ICP-MS)技术对其中有害重金属-Pb、Cr、Cd以及Hg的含量进行分析，使用加速溶剂抽提仪(ASE)进行抽提后，采用气相色谱-质谱(GC-MS)联用技术对抽提溶液中的有机成分进行定性与定量分析，与此同时，为确定Pb、Cr、Cd、Hg及挥发性、半挥发性有机污染物质的来源，对印刷所用油墨，在经过一定的预处理后，进行了同样的分析;并采用水抽提测试实验与迁移测试实验对测得的各有害重金属的迁移性能进行了分析;为确定纸质食品包装材料迁移测试用最佳固体食品模拟物，对固体吸附剂Porapak以及从市面上购买的大米、米粉、脱脂奶粉与白砂糖的吸附性、热稳定性等性能，在一定条件下，进行了分析;采用按照欧洲标准BS EN13130-1:2004(E)-迁移槽类型E制造的迁移单元进行迁移测试，对纸张的特殊孔隙结构进行了分析，以确定孔隙结构对其中有机污染物迁移性能的影响，并建立了有机模拟污染物从纸张表面穿过纸张进入包装食品的数学迁移模型。研究结果表明:
　　(1)纸质食品包装材料样品中含有一定量的有害重金属Pb、Cr、Cd以及Hg，与未印刷过的纸质包装材料相比，印刷过的纸质包装材料中Pb、Cr以及Hg的含量明显较高，同时发现所有印刷用油墨中都含有一定量的Pb、Cr与Hg，即印刷纸质包装材料中的Pb、Cr与Hg主要来自于印刷油墨，而Cd则有可能来源于造纸用水以及加工运输设备等;并且迁移测试实验表明，重金属含量越高，其向外迁移的程度越高;
　　(2)条件一定的情况下，ASE最佳抽提溶剂为正己烷，温度为80℃;实验用纸质包装材料中含有一定量的有毒性有机物质，如邻苯二甲酸酯类，如邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二异丁酯(DiBP)以及邻苯二甲酸二（2-乙基己基）酯（DEHP）等、烷基苯类、氯代烷烃类、多环芳烃类等物质;并且发现，印刷油墨中也含有一定量的上述各有机污染物质，以及印刷样品中的含量较未印刷样品中的含量要高，所以，印刷样品中的部分挥发性、半挥发性有机污染物质可能来源于印刷油墨;
　　(3)在温度为75℃条件下进行迁移实验，结果表明，除2，6-二异丙基萘外，各食品（模拟物）对其他各模拟污染物的吸附性能依次为Porapak＞米粉＞脱脂奶粉＞白砂糖＞大米，米粉的热稳定性也比其他各食品的强，考虑到Porapak价格昂贵，所以可以将米粉代替Porapak用做纸质食品包装材料迁移试验研究的固体食品模拟物;研究还发现，各模拟污染物在正己烷与水相之间的分配系数Ko,w与在食品与纸张之间的分配系数Kf,p之间存在一定的相关性，即Log Kf,p与Log Ko，w之间具有很好的线性相关性，可以利用这种相关性，对Kf,p进行精确的预测;
　　(4)实验室自制迁移槽的气密性较好，在纸样相同的情况下，以米粉作为食品模拟物，各模拟污染物的迁移行为受温度、接触时间、模拟污染物本身的性质（如分子量、分子极性等）等因素的影响很大;相同条件下，各模拟污染物通过不同的纸张向食品（模拟物）的迁移量随着纸张表面孔隙率的增大而线性增大;
　　(5)挥发性以及半挥发性有机污染物质在纸质包装材料中的扩散方程为Rm(δ)C/(δ)t=Dp(δ)2C/(δ)x2，其中Rm为表征纸张纤维对挥发性、半挥发性有机污染物质的线性阻滞系数，75℃与100℃条件下，苯酚、2，6-二异丙基萘以及DBP在牛皮纸板中的扩散系数Dp的数量级介于10-5～10-4之间;对各模拟污染物通过牛皮纸板向食品中的迁移量的计算结果与实验结果进行对比，发现该模型能够很好的预测纸质包装材料中有机污染物质向食品（模拟物）的迁移。