食品包装高分子材料的种类及安全性

＊伍换 蒋小良 李轩 陈瑶 周伟光*

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引言

自从改革开放以来，随着国民物质需要的日益增长和经济的发展，我国的食品工业也在飞速地发展。而食品包装是食品生产最后一个重要步骤，发挥着确保食品品质与安全、储存与运输、以及提高食品价值等重要作用[1]。与包装纸、金属、木制品、玻璃等包装材料相比，高分子材料的优势更加明显，其包装形式多样[2]，并且在机械性能、耐温性、阻隔性、避光性、透过性、化学稳定性、促销性、便利性等诸多方面表现优异，基本能满足各式各样不同种类食品的包装需求[3]。再加上高分子材料价格便宜、制作工艺成熟简单，所以被广泛应用于包装工业中。

1.食品包装高分子材料的种类及特点

食品包装高分子材料，也通常被称为食品包装塑料，常见的主要有聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚碳酸酯（PC）、聚苯乙烯（PS）、聚酰胺（PA 6）这几种[2,4]。

(1)聚乙烯(PE)

聚乙烯（Polyethene，简称PE），化学式为(C2H4)n（图1），无毒无味，化学稳定性出众，耐低温性能突出，电绝缘性优良并且吸水性较低。聚乙烯是食品包装塑料中使用最广泛的一种原料，也是日常生活中最常用的高分子材料之一。根据聚合方式、分子量的大小、链结构的差异，聚乙烯可分为高密度聚乙烯（HDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）以及线性低密度聚乙烯（LLDPE）[4]。

图1 聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯的结构式

其中，高密度聚乙烯，熔点约为130℃，其可以很好地耐热和耐寒，且刚度和韧度优良，被广泛应用于食品和药品包装以及购物塑料袋、垃圾桶、清洁沐浴用品等的使用[5]。低密度聚乙烯能抵御大多数酸碱的腐蚀，在低温时依旧柔软，而且低密度聚乙烯抗冲击和耐穿刺性能较高，在食品领域常被制作成薄膜材料，并大多数以保鲜膜、牛奶盒、休闲食品内膜等形式出现在我们的生活中[6]，为我们的生活提供便利。

(2)聚丙烯(PP)

聚丙烯（Polypropylene，简称PP），化学式为(C3H6)n（图1），其无臭、无色、无毒，在80℃以下能抵御酸碱的侵蚀，其较聚乙烯透明度、光泽性更好。聚丙烯自身的力学性能、耐化学性、耐热性优良，并且其韧性和耐磨性强度较高，接枝和复合功能也良好。在食品工业中，聚丙烯材料能在120℃的条件下正常使用，而且力学性能良好，不易变形破损，是当前世界范围内认为较为安全的食品包装材料之一[2]。相较于聚乙烯材料而言，聚丙烯的熔点更高，耐热性更好，因此在我们生活中，聚丙烯常被用作塑料保鲜盒、一次性外卖打包盒、塑料餐具等食品包装中，尤其是可以被用作微波炉餐盒等蒸煮包装和微波加热包装[7]。

(3)聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)

聚对苯二甲酸乙二醇酯（Polyethylene Glycol Terephthalate，简称PET），化学式为(C10H8O4)n（图2），无毒、无味，呈乳白色，其表面平滑光泽度好，耐蠕变、耐磨擦，耐气候性，耐弱酸和有机溶剂，阻隔性优良，并且抗化学药品稳定性优异[2]。在食品包装工业中，聚对苯二甲酸乙二醇酯被广泛用作可乐，矿泉水，椰汁等饮品的包装瓶[5]。但是由于PET不耐高温，达到70℃时就会变形并伴随塑化剂的释放。所以，这种PET材料大多数被用于冷饮盛装瓶的制作而不可应用于热量较高的饮品的包装中[4]。此外，该材料也不适合在生活中长期使用，有科学家曾表明，PET塑料包装制品在长期使用后，可能会释放出致癌物，对男性的睾丸伤害较大并影响其生殖系统，其使用时间期限通常不超过10个月[6]。所以，PET包装塑料一定不要高温加热以及重复使用，否则将会危害身体健康。

图2 聚对苯二甲酸乙二醇酯的结构式

(4)聚碳酸酯(PC)

聚碳酸酯（Polycarbonate，简称PC），化学式为(C16H14O3)n（图3），其特点为无味无臭、无色透明，弹性系数好、透明性高、冲击强度好、尺寸稳定性强、蠕变小，耐疲劳，耐热老化、耐溶剂且可自由染色。在我们的日常生活中，聚碳酸酯常被用于制作太空杯、餐具、桶装水桶及水瓶等与我们食品相关的器具[4]。但是由于应用的聚碳酸酯主要由双酚A和光气来合成，而其合成单体双酚A溶入食品后可能提高乳腺癌、前列腺癌、糖尿病等疾病的发病率，还会导致婴幼儿提前发育，严重威胁胎儿和儿童的健康[4,8]。早在21世纪初期，我国卫生部就出台了相应条文规定，明确禁止了生产商使用双酚A制造奶瓶。

图3 聚碳酸酯的结构式

(5)聚苯乙烯(PS)

聚苯乙烯（Polystyrene，简称PS），化学式是(C8H8)n（图1），无毒，无臭，无色透明，其特点是电性能良好、透明度出众、耐腐蚀、刚度强、玻璃化温度较高、隔热性好、印刷性好而且价格低廉。由于聚苯乙烯的玻璃化温度高于100℃，因此其经常被用来制作可耐此温度及以下温度的食品容器，如泡沫保温盒、泡面盒等，此外聚苯乙烯常见的包装制品还有透明蛋糕盒、快餐盒盖等发泡餐具。但是要注意的是，聚苯乙烯不耐有机溶剂，油脂容易吸附表面难以清洗，而且其材质容器不能盛放强酸、强碱，因聚苯乙烯遇强酸、强碱会生成有毒物质[4-5]。此外，此材料高温下也会释放有害物质，因此，用聚苯乙烯餐盒盛放食物时不能用微波炉加热，会影响我们的健康。不过，早在2018年全球就有大约27个国家相继出台了针对一次性聚苯乙烯塑料制品的禁令，与之对应的是我国政府也颁布了一系列相关指令与措施，我国将会阶段性采取禁止和限制个别塑料制品的生产和使用[9]。

(6)聚酰胺(PA 6)

聚酰胺（Polyamide 6，简称PA 6），俗称尼龙6，化学式为(C6H11NO)n（图4）。首先聚酰胺薄膜可以在较宽的温度区间内使用，其次其拥有较好的拉伸强度，能抵御有机溶剂、耐破裂、抗冲击、抗穿刺性、耐油、耐化学性并且有着较好的气体阻隔性[10]。因此，聚酰胺薄膜常被用于咖啡、糕点、酱料、粉末、果冻、酸奶、奶酪、冷藏食品等食品的包装和盛放[11]。此外，由于其有着较强的吸水性，所以不适合被应用于盛装含水量较高的食物及饮品[12]。

图4 聚酰胺的结构式

2.食品包装高分子材料的安全性

食品安全是一个深受广大消费者关注的问题，而不仅仅是食品本身的质量问题影响着食品安全，同时食品包装的安全也与其息息相关[13]。食品包装的安全在食品安全中扮演着极其重要的角色，我们必须重视和了解食品包装塑料对于食品安全的潜在威胁。

(1)包装高分子材料自身的安全性

高分子材料是通过将小分子单体经过聚合反应，例如加聚或者缩聚反应等，形成的高分子聚合物。高分子聚合物通常自身几乎没有毒性，我们日常所用的食品包装大多用的是无毒的塑料树脂。但是在聚合物合成的过程中会常常残留一些小分子单体，这些单体有一定毒性，甚至可能成为致癌的危险物质[14]。

例如：聚苯乙烯制成的各类食品塑料包装袋中则包含着有毒单体苯乙烯，而苯乙烯为可疑致癌物[15]，对黏膜具有刺激性，长时间在此环境下甚至会引发阻塞性肺部发病；聚碳酸酯则会释出双酚A，它会在很大程度上破坏激素，抑制内分泌系统，恶化肿瘤。如果食品包装中含有该类物质，会导致食品中含有一定量双酚A。人若长时间食用被其污染过的食品，很容易导致内分泌紊乱，其对婴幼儿的危害尤其明显[13-14]；聚氯乙烯（Polyvinyl Chloride，PVC）的单体氯乙烯对肝肾甚至神经系统都有危害，且有明显的致突变性[16]。并且若周围温度达到50℃以上，该类制品就会逐渐析出氯化氢气体[17]，对眼和呼吸道黏膜有强烈的刺激性作用；还有以三聚氰胺（Melamine）为原材料制成的食品包装受热分解会释放剧毒的氰化物气体，并且其包装袋中会有一定量游离的甲醛[18]，而甲醛已经被公认为是一种致癌物。接触时间短的话主要会使人发生过敏等问题，而如果长期近距离接触则有致癌、致畸的重大风险，甚至会对人体内的脏器造成不可逆的实质性损伤。另外，由于塑料中残留的低聚物和部分有害单体可溶于食用油，容易向食品迁移，会很大程度上威胁食品的安全，从而影响消费者的身体健康，所以必须重视此类问题。

(2)添加助剂的安全性

在塑料制品的制备过程中，为了改善塑料的加工以及其使用性能，有些塑料会在制备过程中添加少量的添加剂，即塑料助剂，其中包括增塑剂、填充剂、稳定剂、着色剂等[13]。与主要成分聚合物树脂相比，塑料助剂在整体配方中的用量不大，但其对塑料加工及应用性能的提高和改善起着至关重要的作用。这些添加助剂在一定温度和压力下，同样也会从塑料包装中析出，转移到食品中，从而危害到人体健康[14,19]。一种塑料制品能否应用于食品相关的包装，除了需要严格控制塑料单体含量之外，还需要考察所使用的助剂是否安全无毒或者低毒性。

(3)包装高分子材料的不合理使用

由于对食品包装高分子材料的了解不是很多，许多消费者使用或购买食品包装塑料产品时，在没有明确其材料特点信息的情况下就进行操作使用。例如：聚碳酸酯塑料制品就不能被用作婴幼儿的奶罐或食品盛放，因为其主要由双酚A和光气合成，双酚A会严重影响婴幼儿的健康；聚苯乙烯塑料制品则不能盛放强酸、强碱类物品，而且不能用微波炉加热，否则均会生成有毒物质影响我们的健康；聚对苯二甲酸乙二醇酯材料最高耐热温度为70℃，不可装热饮，有害物质容易溶出，危害人体健康。而且PET材质饮料瓶不可重复使用，不可长时间暴晒，亦不可盛装酒、油、醋等食材，材料容易溶出和释放有害化学物质，引发健康问题。一般来说塑料制品上会印有不同的数字，以提示消费者塑料制品的材料属性。其中，数字1代表聚对苯二甲酸乙二醇酯，数字6代表聚苯乙烯，数字7则代表聚碳酸酯，所以在此提醒消费者需要特别注意和辨别上述几类材料的属性，合理使用包装塑料[6]。

3.结论与展望

对食品包装高分子材料进行了总结分类，并概述了聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚酰胺这六种材料的性能及特点，其次对影响食品包装高分子材料安全的各个因素展开了分析讨论。食品安全是关系人民幸福安康的大事，食品包装高分子材料与食品安全密切相关，我们需要明确和熟悉食品包装高分子材料的种类及安全性，尽可能地降低或消除食品包装材料对食品安全的影响，从而最大程度上维护我国的食品安全，保证国民的饮食健康。