利用現(xiàn)代儀器快速鑒別食品包裝膜袋材料的成份

孫秋菊, 王昕彤, 苗月珍, 初增澤, 張文婷

(沈陽師范大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院, 沈陽 110034)

0 引 言

隨著人們健康意識的提高,食品包裝安全也引起了消費者的廣泛關(guān)注。食品包裝袋既可以使食品免受污染,又能防潮、保鮮,延長食品保質(zhì)期[1]。由于包裝袋與食品直接接觸,特別是外賣食品,盛裝時食品溫度相對較高,因此除安全衛(wèi)生外,還要求耐高溫、不變形。

紅外光譜和差示掃描量熱法(DSC)是分析有機(jī)化合物的重要手段,其中紅外光譜衰減全反射法(ATR-FTIR)是基于光內(nèi)反射原理,試樣在入射光頻率區(qū)域有所吸收,使反射光強(qiáng)度減弱,產(chǎn)生譜圖,以獲得樣品表層結(jié)構(gòu)信息,該法無需處理試樣,可直接測試,對樣品無破壞性,操作簡單[2-3]。差示掃描量熱法(DSC)和熱重分析(TG)是惰性氣氛下,在程序升溫過程中測定熱量和質(zhì)量變化的一種技術(shù)[4]。該法可用于表征材料在升溫過程中的熱轉(zhuǎn)變和熱穩(wěn)定性,分辨率好、靈敏度高[5]。范佳琳等[2]利用ATR- FTIR法鑒定了快餐食品盒裝材料的主要成份;結(jié)果發(fā)現(xiàn),在快餐包裝材料中主要為聚丙烯材料,其他還有聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯和聚乙烯材料。張磊等[6]通過ATR-FTIR法分析了2種食品包裝袋材料的成份主要為聚丙烯和聚氯乙烯;王興等[7]通過ATR-FTIR、DSC和TGA這3種手段對不同供應(yīng)商的PP、PS和HDPE這3類塑料食品包裝材料的成份、熔點及玻璃化轉(zhuǎn)變溫度等參數(shù)進(jìn)行了分析;李琴梅等[8]綜述了近年來熱分析-紅外-質(zhì)譜聯(lián)用法(STA-FTIR-MS)聯(lián)用法的測試原理及在食品包裝材料領(lǐng)域的應(yīng)用。STA-FTIR-MS聯(lián)用技術(shù)為同步熱分析儀(STA)與傅立葉變換紅外光譜儀(FTIR)和質(zhì)譜儀(MS)的結(jié)合,其在分析復(fù)雜樣品或混合體系具有獨特的優(yōu)勢,但在食品包裝材料領(lǐng)域的研究還有待進(jìn)一步深入開展。

本文對沈陽師范大學(xué)校園內(nèi)學(xué)生食堂和餐飲門店使用的食品包裝袋及零食包裝袋進(jìn)行了取樣,測定了與食品直接接觸面的材料的紅外光譜,并結(jié)合熱分析數(shù)據(jù),對包裝材料進(jìn)行了成份分析。

1 實驗部分

1.1 實驗材料和儀器

收集沈陽師范大學(xué)校園內(nèi)學(xué)生食堂和快餐店使用的食品包裝袋及零食包裝袋共計26種。顏色狀態(tài)列于表1。測試用儀器為TENSOR Ⅱ紅外光譜儀(德國布魯克公司)和Labsys.Evo同步熱分析儀(法國塞特拉姆公司)。

表1 實驗用包裝材料的品種與狀態(tài)Table 1 Variety and status of packaging materials for experiment

1.2 實驗方法

將與食品直接接觸的包裝材料內(nèi)表面清洗干燥后,利用ATR-FTIR測定紅外譜圖。測試窗口為金剛石,分辨率2 cm-1,掃描次數(shù)16次,掃描范圍400～4 000 cm-1。DSC和TG采用Labsys·Evo同步熱分析儀測定。Ar氣為保護(hù)氣,DSC和TG的升降溫速率分別為5 ℃/min和10 ℃/min。

2 結(jié)果與討論

對比26種包裝材料內(nèi)膜的紅外譜圖,結(jié)果發(fā)現(xiàn),主要分為4種類型,具體分析如下:

1) 聚乙烯

圖1為1#樣品的紅外譜圖和DSC圖。

圖1(a)可見,2 915 cm-1、2 848 cm-1為CH2的伸縮振動峰;1 463 cm-1為CH2的彎曲振動吸收峰;719 cm-1為CH2的搖擺振動吸收峰,初步判定1#為聚乙烯材料。圖1(b)的DSC圖可見,1#材料的熔融峰位于124.7 ℃處,結(jié)晶峰位于111.0 ℃處。由于食品包裝材料多為軟膜制品,大多為低密度聚乙烯。通過查閱文獻(xiàn)[9-10]低密度聚乙烯熔點在100～142 ℃之間。通過紅外譜圖與DSC圖的綜合分析,從而確定1#包裝袋成份為聚乙烯。通過對比分析,8#～26#與1#紅外譜圖和DSC圖相似,均為聚乙烯材料。

2) 聚丙烯

圖2為3#樣品的紅外譜圖和DSC圖。

圖2(a)中,2 800～3 000 cm-1有一多重峰,為強(qiáng)吸收峰,這是CH3和CH2的伸縮振動峰。1 376 cm-1處為CH3的彎曲振動峰;1 475 cm-1處存在一較強(qiáng)吸收峰,這是由于CH2與CH3的變形振動吸收峰重疊所致[2];1 166 cm-1和973 cm-1為異丙基[CH2CH(CH3)]n的特征吸收峰;1 302 cm-1、841 cm-1、和998 cm-1峰的出現(xiàn)與結(jié)晶有關(guān),對比聚丙烯的標(biāo)準(zhǔn)紅外譜圖,可初步判定3#為聚丙烯材料[11]。圖3(b)中只存在一個164.22 ℃熔融峰和一個117.16 ℃結(jié)晶峰,由于聚丙烯的熔點為164～170 ℃[7],故而判斷3#包裝材料成份為聚丙烯。此外,2#、6#、7#與圖2紅外譜圖和DSC圖相似,說明均為聚丙烯材料。

(a)—紅外譜圖; (b)—DSC圖。

(a)—紅外譜圖; (b)—DSC圖。

3) 乙烯-醋酸乙烯共聚物

圖3為4#樣品的紅外譜圖和DSC圖。

(a)—紅外譜圖; (b)—DSC圖。

4) 聚氯乙烯

圖4為5#樣品的紅外譜圖和DSC圖。

(a)—紅外譜圖; (b)—DSC圖。

通過圖4(b)的DSC曲線可知, 5#并無明顯的熔融峰,TG曲線在250 ℃左右開始快速失重。由于聚氯乙烯是無定形態(tài)非晶聚合物,結(jié)晶度較低,一般約為5%,且無固定熔點。當(dāng)溫度達(dá)到120 ℃以上時就開始分解,220～350 ℃為第一階段熱分解失重,生成大量氯自由基,從而產(chǎn)生大量HCl,宏觀表現(xiàn)為快速失重[15-17]。聚氯乙烯由于受熱極易放出氯化氫,存在污染,因此不能用于食品包裝材料。

綜合26種包裝袋材料的紅外譜圖和DSC/TG曲線分析,主要成份見表2。

表2 26種食品包裝袋材料的主要成份Table 2 Main components of twenty-six food packaging materials

根據(jù)GB/T 23509—2009和SN/T 1504.3—2005標(biāo)準(zhǔn)中的要求,聚乙烯,聚丙烯和乙烯-醋酸乙烯共聚物可用于食品包裝材料,而聚氯乙烯不能用于食品包裝材料來使用[18]。

3 結(jié) 論

通過對收集的26種食品包裝袋材料的紅外光譜和DSC/TG曲線分析,可以判定其中有20種包裝材料為聚乙烯,4種包裝材料為聚丙烯,其余2種分別為乙烯-醋酸乙烯共聚物和聚氯乙烯。其中,聚乙烯、聚丙烯和乙烯-醋酸乙烯共聚物可用于食品包裝,聚氯乙烯不能用于食品包裝。