国产3D面积测定仪在食品接触用制品表面积测定中的应用

邱 烨 孔维恒 郝 欣 李祖敏2 高 峰 云 环 刘 萤 高 欣 刘 鑫

(1.北京海关技术中心，北京 100026；2.上海汇像信息技术有限公司，上海 200240)

1 引言

近年来，随着国人越来越重视食品安全问题，食品接触材料及其制品的安全问题也越来越受到社会大众的关注。而评估食品接触材料及其制品安全性的一个重要指标——迁移量，就是考察在与食品接触的环境中，食品接触材料及制品中的有害化学物质从本体迁移到食品中的潜在能力。评估这个指标所需要进行的试验为迁移试验，其测定原理是：选择一种能在最大程度上真实反映待测的食品接触材料及制品样品中组分向接触的食品中转移的测试介质(即食品模拟物)，在模拟实际与食品接触的温度、接触时间的条件下，与待测的食品接触材料及制品样品进行接触。之后对食品模拟中的化学物质进行测定，以此评定食品接触材料及制品的迁移情况[1]。

由于食品接触材料的材质、成分、接触面积、厚度、流动性，以及所接触食品温度、接触时间和酸碱程度的不同，迁移的化学物质种类和量也各有差异[2]。在最新发布的食品接触材料国家标准GB 31604.1-2015《食品安全国家标准食品接触材料及制品迁移试验通则》中，对食品接触材料及其制品进行迁移量测试时的模拟物，以及温度和时间条件都做出了细致的规定。而在国家标准GB 5009.156-2016《食品安全国家标准食品接触材料及制品迁移试验预处理方法通则》中，则对食品接触材料及其制品迁移实验的处理方法、步骤和结果表述做出统一的要求。在该标准中的“12 结果表述”中可以看到，不论是数据结果表述的一般要求，还是总迁移量还是特定迁移量的结果表述要求中，食品接触材料及其制品与食品模拟物的接触面积都是计算迁移量结果的重要参数之一，这就要求样品接触材料面积的测定结果尽可能准确并可靠。目前食品接触材料及其制品迁移实验中，接触面积测量的主流方法，包括我国在内的各个国家基本采用的还是实验人员手工测量办法，在测量出需要的数据后，再利用数学方法完成接触面积的计算。测量方法方面，例如日本的单位面积念珠甘油附着法、欧盟的Schlagle法以及美国的分割法[3]等。有关面积计算的相关内容，我国国家标准GB 5009.156-2016《食品安全国家标准食品接触材料及制品迁移试验预处理方法通则》的第7部分，针对样品的不同器型以及迁移试验不同的浸泡方式，分别规定了接触面积的测定要求；在附录D中，对筷子、奶瓶盖、碗边缘、圆柱形杯口边缘、汤勺和吸管等一些特定形状的食品接触用制品给出了面积计算公式；在食品接触制品面积测定的研究进展方面，沈新春等从数学的角度进一步推导出了圆环胎形、螺旋弹簧以及球台类容器面积和体积的计算公式，并对球体、球缺、椭球体、圆锥体、圆台、桶形体和抛物面体等规则几何体的表面积公式进行了总结[4]。并且，沈新春等还从实际角度对标准附录D中给出的圆头方尾筷和碗边缘的计算公式进行了修正，进一步提高了计算的精确程度[5]。但是相较于目前市场上形状各异的食品接触用制品，仅靠这些计算公式仍然显得有些捉襟见肘。国外的表面积测量方法对实验人员的操作熟练程度以及设备有一定要求，并且操作步骤比较复杂，不易于推广[3]。并且以上这些方法其实依然都需要依赖实验员手工测量，在面对各种异形样品时，测量和计算过程仍然需要耗费实验人员大量的时间和精力。

因此，为了解决在食品接触用制品表面积测定过程中的上述问题，上海汇像信息技术有限公司专门为此设计并生产了一套专门针对不规则物体表面积测量问题的全自动测定装置平台，又称为3D面积测定仪。该款3D面积测定仪可以从根本上改变以往实验人员人工测定样品表面积的方式：只需将样品进行较为简单的前处理后放置于仪器的工作平台上，利用仪器对样品的表面进行三维图像和数据的采集，无需复杂的操作，通过仪器自带软件就可以得出样品表面的全面积，或是任意选定区域的表面积。相较于人工测定，仪器测定方法大大提升表面积的测定效率，可以在很大程度上避免消耗实验人员过多的时间和精力[6]。本次将以7种不同材质、形状和颜色的食品接触用制品作为测试对象，使用该3D面积测定仪对不同的指定区域的进行表面积值的测定，并对测定结果进行简要分析。

2 实验部分

2.1 仪器及设备

PHS620BF型3D面积测定仪，上海汇像信息技术有限公司。

2.2 试剂及材料

FC-5型反差增强剂，吴江市宏达探伤器材有限公司；

正方体、圆柱体、半球体标准块。

2.3 实验步骤

(1) 在3D面积测定仪的操作工作台面上，在可测量范围内分别放置喷涂过反差增强剂的正方体、圆柱体和半球体标准块。设置工作平台每旋转30°对标准块进行一次扫描。待工作平台旋转一周并完成采集后，将所有角度的扫描图像合成，通过软件计算，得出一次表面积测量值。每个标准块按以上步骤重复6次，测得6个表面积测量值。并通过计算，得出的数据的误差值RE以及标准偏差值RSD(图1)。

图1 正方体、圆柱体、半球体标准块示意图

(2)在3D面积测定仪的工作台面上，在可测量范围内放置喷涂过反差增强剂的奶嘴(橡胶)、烘焙模具(金属)、酒杯(陶瓷)、硬塑勺(塑料)、餐叉(金属)、汤勺(陶瓷)、餐勺(金属)7种待测样品，用仪器对样品指定部分的表面积进行测定。每个样品按表1中的要求，每个样品测得6个表面积测量值。并通过计算，得出的数据的误差值RE以及标准偏差值RSD(图2)。

图2 8种食品接触用制品a. 奶嘴； b. 烘焙模具； c.酒杯； d. 硬塑勺；e. 餐叉；f. 汤勺； g. 餐勺

表1 表面积测定要求

3 结果汇总及分析

3.1 标准块测试结果

正方体、圆柱体以及半球体标准块的测量结果见表2。

由于在样品预处理过程中，发现标准块表面的表面反光会给仪器的测定带来额外干扰，因此将3种标准块喷涂反差增强剂消除干扰后上机测试。从3种标准块的测试结果来看，测量的标准偏差值RSD基本都小于1%，说明测定结果的精密度较高；通过对比标准值和平均值、得出的误差值RE来看，正方体标准块和圆柱体标准块的RE值比较低，在2%以内，半球体标准块的RE值稍大，但也处于3%以内。

表2 标准块测量结果

3.2 食品接触用制品测试结果(图3、表3)

图3 部分食品接触用制品实物与仪器扫描图

实验选用了7中不同材质和颜色的食品接触用制品，按表1中的要求对这些样品的表面进行采集，并由仪器自带软件计算得出表面积值。通过以上结果可以看出，在通过喷涂反差增强剂、减小样品表面的额外干扰后，仪器测定结果的精密度范围为0.0758～1.27%，可以满足日常中食品接触用制品表面积的测定要求。

表3 样品测量结果

4 结论

利用3D面积测定仪对3种不同形状的标准块以及7种食品接触用制品进行测定，从数据中可以看出，该3D面积测定仪测定精密度和准确性均较为良好。且样品前处理简单，节省了实验人员在日常测定和计算食品接触用制品表面积时耗费的大量时间和精力，因此，该仪器在食品接触用制品实验室检测过程中的表面积测量步骤中将会有较好的应用价值。