植物基可降解一次性餐具及其潛在危害研究進(jìn)展

胡毅，余穩(wěn)穩(wěn)，胡長(zhǎng)鷹

新材料技術(shù)

植物基可降解一次性餐具及其潛在危害研究進(jìn)展

胡毅1，余穩(wěn)穩(wěn)2，胡長(zhǎng)鷹2

（1.暨南大學(xué) 包裝工程學(xué)院，廣東 珠海 519070；2.暨南大學(xué) 理工學(xué)院，廣州 510632）

介紹采用淀粉和植物纖維2類植物基可降解材料制成的一次性餐具存在的食品安全隱患及其研究進(jìn)展，以期為植物基可降解餐具的深入研究和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定提供支持。綜述淀粉和纖維素2種植物基可降解材料在餐具上的應(yīng)用，同時(shí)結(jié)合餐具的工藝流程等生命周期對(duì)植物基可降解餐具中潛在的有害物質(zhì)來(lái)源進(jìn)行綜述。餐具的潛在危害主要來(lái)源于溶出的微顆粒、重金屬和添加劑，其在與食品接觸過(guò)程中發(fā)生遷移而進(jìn)入人體，從而對(duì)人體健康造成威脅。應(yīng)逐漸建立和完善植物基可降解一次性餐具在使用過(guò)程中各化學(xué)物的遷移限量要求、檢測(cè)方法、毒理學(xué)數(shù)據(jù)等相關(guān)具體法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，如何保證在產(chǎn)品保質(zhì)期內(nèi)的使用安全性也需深入研究。

植物基；可降解；一次性餐具；有害物質(zhì)；食品安全

傳統(tǒng)石油基塑料種類多樣且具有良好的性能，被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)[1-2]。2018年，在一次性塑料的需求增長(zhǎng)的推動(dòng)下，全球塑料產(chǎn)量達(dá)3.6億t，其中一次性產(chǎn)品占其中的50%[3]。塑料需求的不斷增長(zhǎng)導(dǎo)致了石油等自然資源的過(guò)度開(kāi)采，并引起環(huán)境中廢舊塑料的積累[2]，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成了不可修復(fù)的破壞，因此，具有可再生性、可持續(xù)性和可降解性的植物基可降解材料成為了一種極具發(fā)展前景的石油基塑料的有效環(huán)保替代品。植物基可降解材料主要來(lái)源于農(nóng)產(chǎn)品中的淀粉和植物纖維（如玉米淀粉、谷物的秸稈等），可主要用于制作一次性碗、筷、刀叉等餐（飲）具。

GB 19305—2003《植物纖維類食品容器衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)植物纖維類食品容器的衛(wèi)生要求和檢驗(yàn)方法等進(jìn)行規(guī)定。該標(biāo)準(zhǔn)適用于以植物纖維漿和淀粉類為主要原料，并配以一定助劑組成特定配方，加工制成的纖維板模塑和纖維漿模塑，用于盛放、包裝食品的容器和材料等。目前，該標(biāo)準(zhǔn)已被GB 4806.8—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品接觸用紙和紙板材料及制品》[4]替代。新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)增加了對(duì)其原料、遷移實(shí)驗(yàn)、篩查方法、標(biāo)簽標(biāo)識(shí)等方面的規(guī)定，并對(duì)殘留物、遷移物等理化指標(biāo)、微生物指標(biāo)進(jìn)行了修改。另外，GB/T 18006.3—2020《一次性可降解餐飲具通用技術(shù)要求》對(duì)一次性可降解餐飲具的外觀、結(jié)構(gòu)、使用性能等進(jìn)行了規(guī)定[5]。

當(dāng)前植物基可降解餐盒、餐勺等食品接觸餐具的食品安全評(píng)估法則不夠完善，缺少相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)作為指導(dǎo)，難以對(duì)從餐具中遷移出來(lái)的有毒有害物質(zhì)（如，有意添加物（Intentionally Added Substances，IAS）和非有意添加物（Non-Intentionally Added Substances，NIAS））進(jìn)行精確定量和定性，因此，這類餐具引起的食品安全問(wèn)題需要引起關(guān)注和警惕。文中主要對(duì)植物基可降解一次性餐具的來(lái)源及其食品安全評(píng)價(jià)進(jìn)行綜述，其安全方面主要考慮：餐具的原料品質(zhì)容易遭受重金屬或農(nóng)藥等的污染；可降解餐具可能在生產(chǎn)、運(yùn)輸和儲(chǔ)存等過(guò)程中極易被污染；在使用過(guò)程中，小分子降解物質(zhì)遷移出來(lái)，紫外或微波輻射等可能會(huì)加速原料或添加劑的降解。

1 植物基可降解材料

1.1 植物基材料

植物基指直接利用植物光合作用而形成的有機(jī)物質(zhì)，有廣義和狹義之分。廣義上的植物基包含以農(nóng)作物及農(nóng)林廢棄物為代表的所有植物；狹義上的植物基指農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)中除去糧食和果實(shí)以外的農(nóng)林廢棄物和農(nóng)林產(chǎn)品加工廢料等。植物基材料指以植物淀粉或植物纖維為原料，并添加適當(dāng)助劑組成的材料。其中，淀粉和纖維是用于制作植物基餐具的2種重要原料來(lái)源，其次還包括了殼聚糖和植物蛋白等。淀粉和纖維一般作為基材制備可降解材料，殼聚糖和植物蛋白等難以單獨(dú)成材，往往被用作添加劑或輔助助劑加入淀粉或纖維等基材中，以改善其性能。不同來(lái)源植物基可降解材料的優(yōu)缺點(diǎn)及其主要應(yīng)用范圍見(jiàn)表1。

1.1.1 植物淀粉材料

淀粉因其具有來(lái)源廣、產(chǎn)量高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，被大量用于替代傳統(tǒng)石油能源材料制備的食品接觸材料，是天然生物可降解材料中最有潛力的材料之 一[6-7]。由于天然淀粉具有易團(tuán)聚[8]，高溫易糊化，分子間氫鍵的作用力較強(qiáng)導(dǎo)致其流動(dòng)性極差、加工性 能差等缺陷，嚴(yán)格限制了其在食品包裝材料中的應(yīng)用，因此植物淀粉往往需要經(jīng)過(guò)改性后被利用。當(dāng)前，主要的改性方法有化學(xué)改性[8,22-24]、物理改性[25-26]、酶改性[27]和基因改性等，其中傳統(tǒng)的化學(xué)改性主要包括氧化、酯化和醚化等。淀粉改性的主要方法見(jiàn)表2。

表1 幾種主要的植物基可降解材料

Tab.1 Several major plant-based degradable materials

徐微等[28]對(duì)變性淀粉的主要制備方法進(jìn)行了綜述，包括物理方法、化學(xué)方法、酶法以及復(fù)合變性方法，并對(duì)變性淀粉在醫(yī)藥、紡織、造紙和食品等領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了分析，對(duì)其未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。對(duì)于單一改性后仍存在應(yīng)用缺陷的淀粉，可以對(duì)其進(jìn)行雙重改性。A. Ashogbon[29]提出對(duì)某些淀粉進(jìn)行必要的雙重物理改性，可以擴(kuò)大改性淀粉的應(yīng)用，且不需引入新的化學(xué)物質(zhì)，在制藥和食品行業(yè)應(yīng)用較為廣泛。雖然淀粉通過(guò)改性或雙重改性可以達(dá)到理想的效果，但選擇綠色安全的改性手段是將這類淀粉應(yīng)用于食品接觸用餐具的關(guān)鍵。

1.1.2 植物纖維材料

纖維是一種在自然界含量較高且分布廣泛的天然聚合物，具有成本低、可再生、可生物降解、化學(xué)特性穩(wěn)定、力學(xué)性能較好等優(yōu)點(diǎn)，是未來(lái)世界能源、化工和工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要原料之一[12]。植物纖維基可降解食品接觸材料通常以竹木纖維、麥草纖維、秸稈、蔗渣等農(nóng)作物秸稈或農(nóng)作物廢棄物為原料。對(duì)收獲后農(nóng)作物進(jìn)行初級(jí)加工會(huì)產(chǎn)生諸如稻殼、玉米芯、花生殼和甘蔗渣等廢棄物。這些廢棄物是植物基可降解材料的重要來(lái)源。此外，以竹木纖維為基材的竹基可降解材料相較于其他植物基可降解材料，其力學(xué)性能更優(yōu)良，如抗沖擊性好、耐久性高、抗裂性好、彎曲性能好等[14]。

與淀粉類似，植物纖維經(jīng)改性也可獲得優(yōu)良的包裝性能。表3列舉了不同來(lái)源的植物纖維改性方法及其主要應(yīng)用。此外，荷葉、粽葉、蘆葦、竹筒等天然植物的莖葉也可直接用作食品接觸材料，這些天然植物類的食品包裝具有可再生、生產(chǎn)廢棄物少、可降解、不易污染環(huán)境等特點(diǎn)，符合可持續(xù)發(fā)展的要求，也是具有前景的可降解材料之一[15]。

可降解性是指在自然界下，或者是在特定條件（如堆肥化，或厭氧消化條件下，或水性培養(yǎng)液中），可最終被分解為成分較簡(jiǎn)單的化合物（如二氧化碳、甲烷、水等）及所含元素的礦化無(wú)機(jī)鹽、生物死體的一種性質(zhì)[34]。根據(jù)降解方式的不同，可降解材料一般可以分為3種：光降解、生物降解、由光和生物共同作用而降解。

1.2 植物基可降解一次性餐具

植物基可降解材料經(jīng)一系列工序制成的預(yù)期用餐或類似用途且不可重復(fù)使用的器具，以及接觸食品的器具，包括了一次性使用的餐盒、盤(pán)、碟、刀、叉、勺、筷子、碗、杯等植物基可降解一次性餐具。表4主要列舉了植物基可降解一次性餐具、普通一次性塑料餐具和非一次性竹木制餐具的優(yōu)、缺點(diǎn)。當(dāng)前，市場(chǎng)上的植物基可降解一次性餐具主要有淀粉基和植物纖維基這兩大類，且一般通過(guò)生物降解的方式發(fā)生降解。

表2 淀粉基主要改性方式

Tab.2 Starch-based modification method

表3 不同來(lái)源的植物纖維改性及其應(yīng)用

Tab.3 Modification of plant fiber from different sources and its application

表4 多種餐具比較

Tab.4 Comparison of various tableware

1.2.1 淀粉基可降解一次性餐具

早在1993年，美國(guó)Warmer-Lambert公司推出了真正的完全生物可降解材料——“Noven”，該材料以糊化后的淀粉為原料，加入少量添加劑后經(jīng)成型工藝加工而成，是一種熱塑性的淀粉復(fù)合材料，淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)90%，該材料的力學(xué)性能良好，滿足制備餐盒的要求[9]。Pavlovskaya等[10]研制了一種以非調(diào)質(zhì)麥粒淀粉為基礎(chǔ)的可生物降解生物高聚物，并對(duì)其物理力學(xué)特性進(jìn)行了研究。研究表明，該材料最終制成的包裝材料符合GOST R 57432—2017，具備制備餐盒、餐勺等淀粉基餐具的潛力。在國(guó)內(nèi)，華興民族實(shí)業(yè)有限公司利用玉米淀粉和碳酸鈣加工成的一次性餐（飲水）具，具有全環(huán)保、零污染、低成本的特點(diǎn)，使用后可以作為飼料投喂家禽，且其自然環(huán)境中降解時(shí)間小于60 d，不會(huì)產(chǎn)生污染環(huán)境的物質(zhì)[11]。

近期，國(guó)內(nèi)外對(duì)淀粉基可降解餐具的研究主要在以下兩方面：如何研制出能滿足使用要求的性能更優(yōu)良的生物降解塑料，如Nazrin等[34]用糖棕櫚結(jié)晶納米纖維素增強(qiáng)的新型糖棕櫚淀粉與聚乳酸混合，以開(kāi)發(fā)可能替代傳統(tǒng)塑料的替代材料，該材料具有良好的生物降解性、足夠的防水性和力學(xué)性能的應(yīng)用，可用于食品接觸材料；使用天然的植物纖維來(lái)改善淀粉制品的性能，如Florencia等[35]將木薯皮和甘蔗渣這2種植物纖維用作熱塑性玉米淀粉薄膜的填料，證明了使用這種經(jīng)濟(jì)性的塊莖皮和甘蔗渣作為可生物降解聚合物薄膜填料的可行性，以改變它們的特性，并為這些農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品提供附加值。俞祺爾等[36]以改性淀粉為主料，添加聚乳酸、聚己二酸/對(duì)苯二甲酸丁二醇酯等可生物降解材料改善性能，并添加特定種類的相容劑和抗菌劑使用，制備得到的餐具（如餐盒等）綠色環(huán)保，成本低，可降解性能優(yōu)異，抗菌性能優(yōu)異，力學(xué)性能好，耐刺破性能優(yōu)異。

1.2.2 植物纖維基可降解一次性餐具

秸稈是最早被利用制作成可降解餐具的材料。1998年，劉志忱等[37]和王昌榮[38]利用植物秸稈制備出了一次性餐具、板材和包裝容器，且生產(chǎn)過(guò)程綠色環(huán)保，無(wú)任何廢棄物產(chǎn)生，使用的材料無(wú)毒無(wú)害。制備得到的秸稈類一次性餐具不僅可完全降解，還可直接用作飼料和肥料。此外，甘蔗渣作為世界上產(chǎn)量最大的農(nóng)業(yè)廢棄物之一，也是制備紙漿模塑的重要原材料之一。利用甘蔗渣生產(chǎn)綠色環(huán)保餐具的研究始于20世紀(jì)90年代。例如，邱仁輝等[39]研制出了甘蔗渣化學(xué)漿模塑餐具的全自動(dòng)生產(chǎn)線，并優(yōu)選出適合于該生產(chǎn)線的成型工藝參數(shù)。隨后，劉麗[40]對(duì)蔗渣本色漿制備紙漿模塑餐具及其防油防水性能進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)蔗渣經(jīng)過(guò)適度打漿后制成的一次性綠色環(huán)保餐具有足夠的強(qiáng)度，且耐油、耐熱水、無(wú)毒、無(wú)味、無(wú)污染，與傳統(tǒng)的一次性塑料餐盒相比，具有更加廣闊的應(yīng)用前景。

除秸稈外，近年來(lái)，由其他植物漿料制成的紙漿模塑以其來(lái)源豐富、價(jià)格低廉、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、產(chǎn)品性能更優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)也得到了快速的發(fā)展，研究也更加深入[41-42]。例如，以農(nóng)業(yè)作物的非木漿和廢渣作為紙漿生產(chǎn)的替代材料也得到了越來(lái)越多的研究。Hosseinpour等[43]采用化學(xué)紙漿法，將油菜秸稈制成的紙張與麥秸稈和甘蔗渣紙張進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)油菜秸稈制備成的紙張的強(qiáng)度性能優(yōu)于甘蔗渣紙張，與麥秸相當(dāng)。Rattanawongku等[44]采用稻稈、菠蘿葉和香蕉莖的非木制纖維為原料，通過(guò)堿式蒽醌（Soda- anthraquinone，AQ）法制漿并模塑壓成薄片，并與木質(zhì)模塑紙漿進(jìn)行比較，非木制纖維層之間的空隙較少，填充和粘結(jié)性能較好，拉伸強(qiáng)度也較高，有潛力替代木質(zhì)紙漿模塑。Zhao等[45]以蘆葦為原料，通過(guò)低堿（小于6%）預(yù)處理結(jié)合機(jī)械研磨制備草漿，生產(chǎn)的手抄紙表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，超過(guò)了食品包裝紙和C級(jí)瓦楞紙的要求。此外，植物纖維材料中存在的纖維素也可作為增強(qiáng)材料加入基材中，以提升材料性能。Ali等[46]將蔗渣纖維素納米纖維加入聚乙烯醇/淀粉納米復(fù)合膜中，顯著提高了薄膜的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率。

2 制備工藝

制備餐具的技術(shù)設(shè)備眾多，但其生產(chǎn)工藝流程基本相同，主要分為4個(gè)部分：勻漿、成型、干燥和滅菌消毒。勻漿過(guò)程包括對(duì)原輔料的粉碎、打漿、勻漿和混煉等操作，并添加一定的助劑，得到調(diào)制好的漿料。成型過(guò)程包括漿料入模（真空吸入或注入）、成型（真空成型和模壓成型）、脫水、整形等工序，得到成型的制品[47]。成型后的制品進(jìn)入干燥階段完全定型后進(jìn)入殺菌消毒過(guò)程，其中干燥方式主要有模具熱壓干燥或烘道干燥。滅菌消毒后包裝入箱，進(jìn)入市場(chǎng)流通使用。以植物纖維基可降解一次性餐具為例，其從原料到廢棄后降解所經(jīng)歷的主要流程見(jiàn)圖1[48]。

對(duì)于一次性的竹木筷、勺來(lái)說(shuō)，直接成型是其主要成型方式。大致可以分為：原料加工處理成型、噴覆涂層及干燥和滅菌。原料加工處理是指將原料鋸塊、分切成合適大小，經(jīng)打磨、拋光加成初加工產(chǎn)品。噴涂是為了防止蟲(chóng)蛀霉變等情況發(fā)生，在初加工產(chǎn)品上噴覆防霉防腐劑或清漆等涂層，以延長(zhǎng)制品壽命。經(jīng)過(guò)干燥和滅菌后，可供消費(fèi)者使用。

3 植物基可降解一次性餐具的潛在危害

植物基可降解一次性餐具作為一種新興的可替代塑料一次性餐具，目前我國(guó)尚未建立對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)制造、標(biāo)識(shí)、檢驗(yàn)、評(píng)判等一系列規(guī)范和食品安全管理體系。部分生產(chǎn)企業(yè)僅按照GB 14934—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)消毒餐（飲）具》[49]進(jìn)行生產(chǎn)，因此，當(dāng)前我國(guó)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的可降解一次性餐具產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，食品安全問(wèn)題也待驗(yàn)證。基于對(duì)植物基可降解一次性餐具的現(xiàn)狀分析，其潛在危害主要在微顆粒溶出、農(nóng)藥及重金屬、制造和運(yùn)輸過(guò)程中的污染物等。

3.1 微顆粒危害

改性后的淀粉和纖維素等物質(zhì)，由于其毒性機(jī)制和毒理效應(yīng)尚未明確，制成的餐具等制品也未進(jìn)行安全評(píng)價(jià)，部分纖維素和淀粉生物基材料的提取物會(huì)阻礙損害幼苗生長(zhǎng)，影響植物的相互作用，具有很強(qiáng)的體外毒性[50]，而淀粉或植物纖維所溶出的微顆粒極可能本身具有毒性或有可能攜帶這類有毒物質(zhì)進(jìn)入盛放的食品中，隨飲食攝入。研究發(fā)現(xiàn)，一次性紙杯在盛放熱水時(shí)會(huì)觸發(fā)微塑料的釋放[51]；微/納米塑料由于其小尺寸、正電荷、高劑量、有毒添加劑或污染物的存在，會(huì)通過(guò)氧化應(yīng)激、膜損傷、免疫反應(yīng)和基因毒性等誘導(dǎo)胃腸道細(xì)胞、呼吸細(xì)胞、免疫細(xì)胞等產(chǎn)生細(xì)胞毒性[52]。Wang等[53]通過(guò)模塑制備了具有殘留木質(zhì)素的竹漿餐盒（RL-PLB，Residual Lignin-Pulp Lunchboxes），其表面SEM圖見(jiàn)圖2?？梢酝茢?，植物基可降解一次性餐具結(jié)構(gòu)疏松且孔隙較大，其制備過(guò)程中的加工助劑等小分子物質(zhì)容易發(fā)生遷移，同時(shí)，其降解產(chǎn)生的微纖維或微顆?？赡馨l(fā)生脫落進(jìn)入食品，從而影響人體安全健康，但國(guó)內(nèi)外在這方面的研究很少，值得關(guān)注和探討。

3.2 農(nóng)藥及重金屬

植物在生長(zhǎng)過(guò)程中，為避免害蟲(chóng)破壞農(nóng)作物，通常需要噴灑農(nóng)藥或其他化學(xué)物質(zhì)，農(nóng)藥化學(xué)物質(zhì)的殘留也極有可能對(duì)食品安全造成威脅。劉剛等[54]發(fā)現(xiàn)我國(guó)甘蔗中農(nóng)藥最大限量標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量仍顯不足，生產(chǎn)用藥和登記農(nóng)藥限量缺失，限量標(biāo)準(zhǔn)配套技術(shù)亟待補(bǔ)充，并建議繼續(xù)制定更多在甘蔗中農(nóng)藥的最大殘留限量標(biāo)準(zhǔn)，加快淘汰高毒高風(fēng)險(xiǎn)農(nóng)藥在甘蔗上的登記使用，合理確定甘蔗中農(nóng)藥殘留檢測(cè)品種。目前，農(nóng)藥防治仍然是主要控制植物病蟲(chóng)草害的措施，因此，農(nóng)藥殘留可能會(huì)通過(guò)影響植物基可降解一次性餐具原料的安全，進(jìn)而影響人體安全。張連波等[55]利用超聲提取、固相萃取凈化及氣相色譜分析等方法對(duì)7種植物纖維食品包裝中的（紙杯、玉米淀粉盒、紙漿快餐具、一次性餐盒、玉米淀粉牙簽、飛機(jī)餐盒、漢堡包裝）有機(jī)氯農(nóng)藥的殘留進(jìn)行了分析，并建立了簡(jiǎn)單可靠的檢測(cè)方法，為植物纖維食品包裝中有機(jī)氯殘留的研究提供了有力依據(jù)。

圖1 餐盒制備工藝流程

此外，受種植環(huán)境或者植物易吸附重金屬等因素的影響，植物基原材料中可能還含有較高含量的重金屬。再生纖維中的殘留污染物及印刷油墨也可能引入重金屬。其中，由于重金屬會(huì)在人體內(nèi)蓄積，并最終影響機(jī)體健康，因而鉛、鎘、砷、汞、銻、鉻是當(dāng)前最受關(guān)注的幾種重金屬[56]。Zhao等[57]使用ICP-MS在木筷中檢測(cè)出鉛、鎘、鉻、鈷和鎳，并發(fā)現(xiàn)鉛和鎘在0.07 mol/L鹽酸和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%檸檬酸溶液中具有增溶作用。羅詩(shī)萌等[58]和李杰等[59]都建立了電感耦合等離子體質(zhì)譜法（Inductively coupled plasma mass spectrometry, ICP-MS）來(lái)同步測(cè)定一次性食品接觸材料紙制品（紙盤(pán)、紙碗及紙杯）中的鉛、鎘、砷、汞、銻、鉻的含量。Park等[60]利用ICP-MS檢測(cè)從食品接觸用紙遷移到食品模擬物中的鉛和砷的濃度，并根據(jù)遷移濃度計(jì)算得出其每日食物攝入量。Mertoglu等[61]使用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（Inductively coupled plasma atomic emission spectrometry, ICP-OES）分析了紙和紙板食品包裝中的有毒金屬量。當(dāng)前，植物基可降解一次性餐具中重金屬檢測(cè)方法的建立可借鑒食品接觸用紙及紙制品和木制品中重金屬的檢測(cè)的方法，見(jiàn)表5。

在我國(guó)，GB 4806.8—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品接觸用紙和紙板材料及制品》[4]僅對(duì)食品接觸用紙和紙制品中重金屬中的鉛和砷做出限定要求，規(guī)定（鉛）≤3.0 mg/kg、（砷）≤1.0 mg/kg，但銻、鎘、汞、鉻等未給出元素的具體限量要求。GB 31604.9—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品接觸材料及制品食品模擬物中重金屬的測(cè)定》[63]中規(guī)定，直接比色法和掩蔽干擾比色法均可以用于檢測(cè)食品接觸材料及其制品中重金屬的含量，但是其檢測(cè)結(jié)果僅能判斷其中重金屬遷移量（以鉛計(jì)）是否大于1 mg/L，無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)定出食品接觸材料及其制品中重金屬元素的真實(shí)濃度，因而不能為食品安全檢測(cè)提供必要的信息。GB/T 18006.3—2020《一次性可降解餐飲具通用技術(shù)要求》也僅從環(huán)境安全角度出發(fā)對(duì)重金屬含量進(jìn)行限定[5]。為了建立植物基可降解一次性餐具中重金屬含量的檢測(cè)靈敏度，植物基可降解材料的特定遷移檢測(cè)方法還需進(jìn)一步建立。

圖2 RL-PLB表面SEM圖

表5 重金屬檢測(cè)方法及重要結(jié)論

Tab.5 Detection methods of heavy metal and important conclusions

注：“—”表示參考文獻(xiàn)未給出。

3.3 制造過(guò)程中的污染

與石油基塑料類似，為改善植物基可降解一次性餐具的加工和使用性能，往往也需要添加各種助劑，其主要有抗結(jié)劑、抗氧化劑、漂白劑、防霉防腐劑和增塑劑等。為規(guī)范添加劑的使用，我國(guó)制定了GB 9685—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品接觸材料及制品用添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》[64]，規(guī)定了食品接觸材料及制品用添加劑的使用原則，允許使用的添加劑品種、使用范圍、最大使用量、特定遷移量等其他限制性的要求。同時(shí)，在植物基可降解一次性餐具的加工過(guò)程等環(huán)節(jié)中可能會(huì)添加如熒光增白劑、殺菌劑、消泡劑等添加劑，也可能導(dǎo)致有毒重金屬含量超標(biāo)。表6主要列舉了植物基可降解一次性餐具中可能存在的主要添加劑類型及其在食品接觸用紙和紙板材料中的限值，僅作為參考。

Nerín等[65]采用固相微萃取-氣相色譜聯(lián)用技術(shù)對(duì)木制餐盤(pán)、麥漿餐盤(pán)進(jìn)行遷移后的非揮發(fā)性化合物進(jìn)行了分析，共鑒定出67種化合物，其中大部分化合物與造紙過(guò)程中所需的添加劑和粘合劑吻合，其中的甲醛和二氧化硫來(lái)源于對(duì)植物纖維進(jìn)行漂白和除菌的漂白劑。程吉祥等[66]對(duì)全國(guó)范圍內(nèi)600批次的一次性竹木筷進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)分析，結(jié)果顯示，一次性竹木筷中二氧化硫的含量最高可達(dá)到1 955 mg/kg，是標(biāo)準(zhǔn)要求的3.3倍；甲醛遷移量最高檢出值為55 mg/kg，為參考限值（15 mg/kg）的3.6倍。方正杰等[67]利用分光光度法建立過(guò)氧化氫在不同食品模擬物中的測(cè)定方法，并對(duì)竹木筷中過(guò)氧化氫在不同食品模擬物中的遷移展開(kāi)研究，結(jié)果表明，市場(chǎng)部分竹木筷中的過(guò)氧化氫在不同食品模擬物中存在不同程度的遷出，溫度與遷移速度呈顯著正相關(guān)，即可以通過(guò)100 ℃煮沸來(lái)有效降低竹木筷中的過(guò)氧化氫的再遷移量。Zimmermann等[50]對(duì)市場(chǎng)上16種植物基材料（淀粉、纖維素、竹子）的提取物進(jìn)行體外生物測(cè)定和非靶向高分辨質(zhì)譜分析，結(jié)果表明，所有纖維素基和淀粉基的材料都抑制了生物發(fā)光并產(chǎn)生抗雌激素作用，大部分的纖維素基材料和淀粉基材料產(chǎn)生了氧化應(yīng)激反應(yīng)，結(jié)合非靶向高分辨質(zhì)譜的分析結(jié)果，作者認(rèn)為材料表現(xiàn)出的體外毒性可能是由提取物中的化學(xué)物質(zhì)引起。當(dāng)前，針對(duì)植物基可降解材料用于制作一次性餐具的食品安全性研究并不多，對(duì)二氧化硫、甲醛、抗氧化劑等潛在危害物質(zhì)的檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)方法的建立也都有待完善。

表6 主要添加劑/助劑類型及其限值

Tab.6 Type and limit of main additives/agents

注：“—”表示標(biāo)準(zhǔn)未給出。

3.4 運(yùn)輸及儲(chǔ)存過(guò)程中的污染物

制造和運(yùn)輸過(guò)程中的污染物也是植物基可降解一次性餐具主要有害物質(zhì)的來(lái)源之一。其主要來(lái)源于兩方面：在制品生產(chǎn)和成型過(guò)程中，生產(chǎn)器械和生產(chǎn)環(huán)境帶來(lái)的污染，例如，為便于脫模而使用潤(rùn)滑油；原材料或成品在運(yùn)輸和儲(chǔ)存過(guò)程中受到的污染，如沙塵和霉菌。對(duì)于運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)生的污染物，難以對(duì)其進(jìn)行定量，為了避免此類污染物，我國(guó)制定了GB 31603—2015《食品接觸材料及制品生產(chǎn)通用衛(wèi)生規(guī)范》[68]，要求生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中要遵循該衛(wèi)生規(guī)范。

植物原料是微生物天然的培養(yǎng)基，若儲(chǔ)存環(huán)境的濕度和溫度適宜，將會(huì)促進(jìn)微生物的增長(zhǎng)。受污染的小麥淀粉可能會(huì)產(chǎn)生脫氧雪腐鐮刀菌烯醇，又稱嘔吐毒素。嘔吐毒素具有細(xì)胞毒性、免疫抑制和致畸作用，被國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)列為第3類致癌物，人和動(dòng)物在誤食被該毒素污染的食物后會(huì)導(dǎo)致各類急性中毒癥狀[69]。GB 2761—2017《食品中真菌毒素限量》[70]規(guī)定了小麥、麥片和小麥粉中嘔吐毒素的限量均為1000 μg/kg，嘔吐毒素超標(biāo)的小麥及其制品不能進(jìn)入市場(chǎng)。淀粉和植物纖維餐盒在儲(chǔ)存過(guò)程中也極易受到環(huán)境溫濕度的影響發(fā)生霉變，黃鑫茜等[71]將淀粉基餐盒放置在一定溫濕度下（相對(duì)濕度大于80%，溫度為36 ℃）175 d，觀察到餐盒產(chǎn)生霉變，并檢出霉菌。其次，紫外照射和細(xì)菌污染也可能導(dǎo)致部分原料和添加劑加速降解成小分子物質(zhì)，影響材料的使用性能[72]，在使用時(shí)導(dǎo)致更容易溶出[73-74]。

3.5 降解產(chǎn)物

降解材料可在光、熱、紫外、微波或微生物等自然環(huán)境條件的作用下而發(fā)生降解。當(dāng)植物纖維中的纖維素暴露于氧化劑（例如過(guò)氧化物或漂白劑）時(shí)會(huì)降解，產(chǎn)生醛或酮，這主要由于纖維素鏈上羥基的氧化而產(chǎn)生的[75]?？山到獠牧媳镜自诃h(huán)境中發(fā)生全生物降解后，其淀粉或纖維素等有機(jī)碳部分被微生物分解轉(zhuǎn)化成了二氧化碳（和/或甲烷）等小分子物質(zhì)，而所含的某些重金屬及特定元素含量會(huì)殘留在降解環(huán)境中，GB 18006.3—2020[5]從環(huán)境安全的角度出發(fā)規(guī)定了具體的指標(biāo)限值。降解引起的食品安全隱患不僅發(fā)生在本底聚合物中，也可能發(fā)生在添加劑中，如抗氧化劑、紫外吸收劑和光引發(fā)劑等。抗氧化劑168是一種常用的輔助抗氧化劑，為亞磷酸三（2,4-二叔丁 基苯）酯的結(jié)構(gòu)。楊岳平等[76]對(duì)陽(yáng)性聚丙烯進(jìn)行紫 外和微波處理并進(jìn)行分析，推測(cè)降解反應(yīng)為抗氧劑 168脫去一個(gè)2,4-二叔丁基苯酚。Vera等[77]利用UPLC/MS/QTOF對(duì)26種用作食品包裝材料的PP薄膜進(jìn)行遷移研究，鑒定出76種化合物，其中76%是非故意添加物質(zhì)（NIAS），推測(cè)是由于添加劑的降解產(chǎn)生的，如甲基或乙基或己基-3-（3,5-二叔丁基-4 -羥基苯基）可能來(lái)自抗氧劑1076和抗氧劑1010的降解。

與石油基餐具不同的是，植物基可降解一次性餐具這類食品接觸材料因其本身具有的特性需要引起關(guān)注，即與食品接觸時(shí)易遷移出微顆粒、原料易受農(nóng)藥和重金屬殘留危害、極易受到所處環(huán)境溫濕度的變化的影響、易滋生微生物、易降解等。其次，在市場(chǎng)監(jiān)督和法規(guī)限制的方面，植物基可降解一次性餐具仍有待完善。

4 結(jié)語(yǔ)

開(kāi)發(fā)植物基可降解一次性餐具可以幫助解決秸稈、廢棄纖維和農(nóng)作物可再生資源部分回收利用的問(wèn)題，且該類材料具備良好的環(huán)境友好性和降解性，經(jīng)過(guò)處理后可以獲得基本包裝性能，有部分替代傳統(tǒng)的石油基塑料餐盒的潛力，應(yīng)用前景廣闊。當(dāng)前在我國(guó)，植物基可降解的餐盒、餐勺等已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)，如一次性可降解甘蔗漿餐盒，但其較高的生產(chǎn)開(kāi)發(fā)成本和潛在的食品安全問(wèn)題是阻礙其普及的重要原因。其次，在使用餐盒過(guò)程溶出的微顆粒，以及遷移出來(lái)的化學(xué)物質(zhì)也可能對(duì)人體健康造成潛在威脅，因此，植物基可降解一次性餐具在使用過(guò)程中各化學(xué)物的遷移限量要求、檢測(cè)方法、毒理學(xué)數(shù)據(jù)等相關(guān)具體法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)、市場(chǎng)監(jiān)督管理體系應(yīng)逐漸建立或完善，以及在整個(gè)生命周期和各工況內(nèi)，如何保證一次性植物基可降解餐具的衛(wèi)生以及食品安全問(wèn)題也應(yīng)當(dāng)進(jìn)行深入研究。

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責(zé)任編輯：曾鈺嬋

Research Progress of Plant-based Degradable and Disposable Tableware and Its Potential Hazards

HU Yi1, YU Wen-wen2, HU Chang-ying2

(1.College of Packaging Engineering, Jinan University, Guangdong Zhuhai 519070, China; 2.College of Science & Engineering, Jinan University, Guangzhou 510632, China)

The work aims to introduce the hidden food safety hazards of starch and plant fiber plant-based degradable tableware and the research progress, in order to provide support for the in-depth study of plant-based degradable tableware and the formulation of related standards. The application of two plant-based degradable materials, starch and cellulose in tableware was reviewed. At the same time, the potential sources of harmful substances in plant-based degradable tableware were summarized in combination with the process flow and life cycle of the tableware. The potential hazards mainly came from the migration of dissolved microparticles, heavy metals and additives in the process of contact with food and entered the human body, posing a threat to health. It is necessary to gradually establish and improve the specific laws and standards related to the migration limit requirements, detection methods and toxicological data of chemical substances in the use of plant-based degradable disposable tableware. How to ensure the safety of the product during the shelf life also needs to be studied in depth.

plant-based; degradable; disposable tableware; harmful substance; food safety

TS206.4

A

1001-3563(2022)07-0063-12

10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.07.008

2021-07-14

“十三五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)專項(xiàng)（2018YFC1603205）；廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計(jì)劃（2019B020212002）

胡毅（1999—），女，暨南大學(xué)碩士生，主攻食品包裝安全。

胡長(zhǎng)鷹（1968—），女，博士，暨南大學(xué)教授、博導(dǎo)，主要研究方向?yàn)槭称钒b安全、功能性食品。