食品包装纸中内分泌干扰物的迁移研究及数值模拟

摘要

随着人们健康意识的普遍提高，食品包装纸的安全性也引起了人们的广泛关注。食品包装纸的主要成分是无毒的天然植物纤维，但是在生产和加工过程中，添加的化学品可能部分残留于纸张内部，并在包装时迁移到食品中造成污染，对人们的健康构成威胁。因此，分析食品包装纸中污染物的迁移规律并探寻有效快捷的评价方法是很有必要的。
　　 本论文分析了三种食品包装纸中苯乙烯，邻苯二甲酸二乙酯，邻苯二甲酸二丁酯，邻苯二甲酸二异丁酯，邻苯二甲酸二辛酯及双酚A这六种内分泌干扰物的迁移行为，并分别对这六种内分泌干扰物在三种食品包装纸中的扩散系数和分配系数进行了实验测定，同时，论文还建立了测定食品包装纸孔隙率的图像处理新方法，对孔隙率的计算公式进行了推导，编辑了相关的Matlab程序。结合重要的迁移参数，本文基于菲克第二定律，对食品包装纸中内分泌干扰物的迁移行为进行了数值模拟，建立了一维的扩散偏微分方程，并用Boltzmann变换进行了求解。为今后评价食品包装纸中污染物的迁移性提供了可参考的工具。研究结果表明：
　　 六种内分泌干扰物在25℃，50℃，75℃，100℃都会从牛皮纸，仿羊皮纸，纸杯原纸中迁移到食品中，迁移率随着温度的升高有所提高，达到平衡的时间也越短。牛皮纸中的内分泌干扰物迁移率大于仿羊皮纸和纸杯原纸，仿羊皮纸中最小。苯乙烯同等条件下迁移率最高，邻苯二甲酸酯类随着分子量的增加，迁移率降低，双酚A迁移率最低。Tenax作为食品模拟物有较好的吸附能力，但是在高温下可能会有解吸附现象。牛奶也有较好的吸附作用，脂肪酸干扰的消除是实验中需要注意的。同等条件下白糖对内分泌干扰物吸附作用没有Tenax和奶粉强，但是它没有解吸附现象，实验分析中也不会有脂肪酸的干扰。
　　 实验使用自制的分析仪基于膜膜法进行扩散系数分析，结果证明，相同条件下，同种食品包装纸中同种内分泌干扰物的扩散系数D会随着温度的增加而增大。25℃时六种内分泌干扰物中苯乙烯在牛皮纸和仿羊皮纸中的扩散系数最大。邻苯二甲酸酯类随着分子量的增加，扩散系数减小。双酚A的扩散系数最小。
　　 通过微量点滴法分析了分配系数，结果表明同种食品包装纸中同种内分泌干扰物的分配系数会随着温度的增加降低。Kp,A值的大小与食品包装纸的种类也有关系。在相同条件下，同种食品包装纸中不同的物质KP,A值也有所不同。
　　 建立了新的图像处理方法分析纸张孔隙率：用扫描电镜获取图像信息，通过Matlab编程对图像进行二值化处理并计算，得到纸张的面积孔隙率，再进行相关公式的理论推导，用纸张相邻三面面积孔隙率计算体积孔隙率，得出三种纸样孔隙率分别为牛皮纸15.7％，纸杯原纸10.36％，仿羊皮纸3.27％。实验证明新方法效果好，精确度高，能够从微观角度计算纸张孔隙率。
　　 通过分析迁移过程中的重要参数并结合菲克第二定律建立了食品包装纸中内分泌干扰物迁移的一维数学模型，迁移方程为：
　　 通过Boltzmann变换，方程的解为
　　 对方程的解进行验证，25℃条件下能够很好的评价六种内分泌干扰物在三种食品包装纸中的迁移行为。