聚乳酸材料遷移試驗研究及未來發展趨勢分析

姜方方

（江蘇澄信檢驗檢測認證股份有限公司，江蘇 江陰 214431）

1. 研究背景

近年來，人們日益關注環保和食品接觸材料的可持續發展問題，因此生物基可降解材料受到越來越廣泛的關注。而聚乳酸（PLA）是一類新型的可降解、生物兼容性好的生物基高分子材料，常被應用于食品包裝材料中。然而，PLA 作為包裝材料在與食物接觸時，會存在著一定程度向食物中遷移的風險，進而對食物的質量和安全造成威脅，也對人類健康產生了潛在的危害。[1]所以，為了解決聚乳酸在食物中的遷移問題，有必要開展相應的試驗和分析，以確保其在食物中的應用安全。本文內容將為聚乳酸（PLA）和其它可降解材料的開發利用，奠定了重要的理論基礎和技術支持。在此背景下，本論文主要針對聚乳酸在食品包裝材料中的應用進行了相關分析，通過模擬該材料在實際使用條件下的環境進行遷移試驗，并對其應用前景進行了展望。

2. 食品接觸材料聚乳酸的性質及其在食品包裝材料中的應用

2.1 聚乳酸的性質

聚乳酸（PLA）又稱聚丙交酯，是一類以乳酸類為主要原料的生物可降解高分子材料,也是一種性能優異的高分子聚合物，原料來源充分而且可以再生。聚乳酸（PLA）也是一種具有良好生物兼容性的新型可降解生物基高分子材料，經常在食品包裝領域得到應用。聚乳酸的制造過程環保無污染，同時這種材料能在自然環境中自我生物降解并有效循環利用，使其成為理想的綠色高分子材料。聚乳酸的物理和化學性能都很優異，它的熱穩定性好，也有很好的抗溶劑性。除此之外，聚乳酸還具備良好的絕緣性，抗疲勞性，力學性能，特別是在高強度與高硬度方面，更是遠超其它生物基材料。這是因為它的分子量范圍很廣，從幾百到幾十萬之間，較高分子量的機械性能較好，而較低分子量的聚乳酸具有一定的親水性。PLA 分子結構中存在多個羥基，對水分非常敏感，因此它在食品包裝中極易產生遷移。聚乳酸作為一種新型的食物包裝材料，可以制作成吸管、薄膜、瓶蓋、塑料袋、拉鏈袋等食品包裝材料。[2]PLA 與常規塑料接觸材料相比，在生產過程中不會產生有毒物質，不會對環境產生污染，具有良好的環保特性。但是，聚乳酸會在食品中產生的遷移問題也引起了人們的廣泛重視。聚乳酸（PLA）在與食品接觸時極易與油脂、酸等有機物質反應而發生不同程度溶解，從而產生大量的溶解產物，給人類的健康帶來了較大的危害。為了保證食品接觸材料的品質和安全性，有必要對 PLA 的遷移行為進行有效的試驗和評估。[3]

2.2 聚乳酸在食品包裝材料中的應用

聚乳酸（PLA）是一種新型可降解的高分子材料，被廣泛應用于食品包裝材料中。PLA 常用作塑料基體，用于制作食物的外包裝材料。[4]PLA是一種可降解、可再生、理化性能優良的新型高分子材料。近幾年來，由于人們對環境保護的日益關注，PLA 這一可生物降解的高分子材料得到了越來越廣泛的關注。

PLA 作為一種新型的食品包裝材料，其研究具有重要的理論和現實意義。擠出級PLA 樹脂是PLA 的重要應用領域，它經常用作大型超市新鮮蔬果的包裝材料，這種包裝已在歐洲市場產品鏈中占據重要位置。此外，這種材料也常用于包裝一些強調安全、節能和環保的電子產品。在PLA注塑市場的應用中，改性PLA 樹脂的應用尤為普遍。盡管純PLA 具有高透明度和高光澤度等優勢，但其硬脆性、加工困難以及耐熱性不足等缺點限制了其在注塑應用中的使用。目前，雙向拉伸膜是最成功的PLA 包裝膜應用。PLA 膜經過雙向拉伸和熱定型處理后，其耐熱溫度能夠達到100℃，這有效地補償了PLA 對高溫的不耐受性?？偟膩碚f，聚乳酸是一種具有巨大發展前景的生物可降解塑料。當聚乳酸（PLA）被用作食品包裝材料時，不僅能降低環境污染，同時也有利于延長食品的保質期。PLA 既可以用于作為單獨的包裝材料，也可以與其它材料進行復合。該材料可用于制造各種食品包裝材料，如塑料瓶，軟包裝袋，保鮮膜，吸管等。此外，PLA 還可應用于涂料的配制，用PLA 對其進行涂層，能夠改善產品的透氣性、阻酸性和耐熱性。[5]但是，PLA 作為一種新型的食品包裝材料，其在生產和使用中會產生一些問題。PLA 的遷移是指從包裝材料中轉移到食物中的過程。這些物質在食物中慢慢發生遷移，將會對食物的質量和安全產生一定的影響。[6]因此，我們需要深入了解 PLA 在食品中的遷移現象并對其有效分析，對確保食品安全有著十分重要的作用。結果表明，影響 PLA 在食品包裝材料中遷移的主要因素有：溫度、時間、模擬物種類等。所以，PLA 在生產中的使用，必須綜合考慮以上幾個方面的影響，并對其進行適當的處理。此外，由于PLA 在生產時，可能會產生一定的有害物質殘留，如甲醛和苯酚。PLA 的易遷移性質嚴重地影響了產品的質量和安全性。有學者認為，PLA 產生的遷移物會對食品的風味、顏色、質地等特性產生一定的影響。此外，PLA中殘留的一些物質對人類健康也有一定的影響，如對肝、腎等器官的影響?，F有的研究方法可分為兩大類。一是采用適宜的生產技術及助劑，降低產品中殘留物質的含量；另外，在產品的包裝上，選用合適的材質，可以有效地減少PLA 與食品的直接接觸，減小其在食物中的遷移量。[7]

綜上所述，聚乳酸是一種極具發展潛力的生物可降解塑料。聚乳酸（PLA）用于食物的外包裝，不僅能減少對環境的污染，而且能保障人們的身體健康。然而，在將PLA 用作食品包裝材料時，仍需重視PLA 在食品中的遷移情況，并對其進行深入的研發。

3. 聚乳酸遷移試驗研究

為研究聚乳酸的遷移情況，我們采用了模擬法進行試驗。本試驗采用模擬實際使用情況的條件，通過模擬該產品使用時食品與包裝材料的接觸環境，觀察聚乳酸在接觸材料中的遷移情況。本試驗按照國家標準GB 5009.156-2016《食品安全國家標準 食品接觸材料及制品遷移試驗預處理方法通則》和GB 31604.1-2016《食品安全國家標準 食品接觸材料及制品遷移試驗通則》進行相關預處理和試驗條件的選擇。

3.1 試樣的前處理及試劑準備

本次試驗樣品由玉米之戀生物降解新材料有限公司提供，樣品為食品包裝用聚乳酸袋。根據國家標準GB 5009.156-2016 要求，本樣品采用全浸沒法進行試驗。按每1.2 dm2接觸面積加入0.2 L（V）模擬物進行試驗[8]。此樣品接觸食品類別為水性食品（乙醇含量≤10%）、含酒精飲料食品（乙醇含量>10%），根據國家標準GB 31604.1-2016 要求，模擬物需選擇4%乙酸、10%乙醇、20%乙醇、50%乙醇、95%乙醇進行試驗，此次測試該樣品在短期試驗（70℃，1-4 h）條件下產生的遷移量[9]。

3.2 試驗結果的分析與評估

根據國家標準GB31604.8-2021《食品安全國家標準 食品接觸材料及制品 總遷移量的測定》要求，遷移試驗后，量取模擬物200 mL（V1）于已于100℃干燥2 h 的空蒸發皿中，水浴蒸干后，擦去皿底的水滴，于100℃干燥2 h，取出后冷卻后稱量，記錄數據，此為蒸干后蒸發皿質量。二者之差為相應的殘渣質量。

m1為試樣殘渣質量；m0為空白試驗殘渣質量[10]。

本次試驗測試了該樣品接觸5 種食品類別，在短期接觸條件下的遷移情況。試驗結果顯示，酸性條件下聚乳酸的遷移量會隨著時間的增加，遷移量也會明顯變大。酸性條件下遷移量大于水性條件下的值，說明聚乳酸（PLA）在與食品接觸時極易與酸發生水解反應，從而產生大量的水解產物。95%乙醇濃度條件下遷移量也會隨著時間增加而變大，明顯高于其它醇類條件下的測試結果。而95%乙醇常用作油脂類替代試驗[11]，說明在接近油性介質環境下，聚乳酸（PLA）也容易與油性介質發生反應，產生大量的遷移產物。

5 種模擬物不同時間條件下的測試結果

4. 食品接觸材料聚乳酸的未來發展趨勢

我國是世界上最大的乳酸生產國與供應國，聚乳酸在包裝領域被廣泛的應用，并具有廣闊的發展前景。在可持續發展的背景下，生物可降解材料受到了廣泛的關注。聚乳酸（PLA）是一種具有良好生物相容性的可降解高分子聚合物，在食品包裝等方面有著重要的應用。[12]因此，我國科研機構和生產企業應密切關注國外研究動向，加快聚乳酸的研究進程。 當前，聚乳酸的制備多采用玉米淀粉為主，此工藝雖可取代某些不可生物降解的塑膠，但對我國的糧食和市場造成了很大的沖擊。于是，尋找替代原料，改進生產工藝，是一項很有實際意義的工作。

近幾年來，人們越來越重視聚乳酸的可持續發展，致力于推動聚乳酸的開發與應用，并盡量利用各種可再生資源。[13]比如，聚乳酸可從再生物質、廢舊塑料、食物廢料等中提取原材料，既可降低對常規能源的依賴性，又可降低廢棄物的產生。此外，聚乳酸的制造技術也有待提高?，F有聚乳酸的生產過程存在能耗高、二氧化碳、廢水排放等一系列問題。近年來，人們對聚乳酸的合成工藝進行了改良，技術上采用了新菌種，優化了酶催化反應，實現了聚乳酸的綠色制造。此外，采用新工藝、新原料，對聚乳酸的開發與制造以及聚乳酸在食品包裝中的推廣具有重要意義。[14]本項目擬開展如下工作：（1）通過對PLA原料組成進行調控，保證PLA 原料在加工過程中的穩定性，減少物料在加工過程中產生遷移。（2）對PLA 與食物長期暴露后的化學成分的溶出物進行更加深入研究，并持續提高 PLA 的安全性能。（3）從PLA 的實際用途出發，根據現實條件，全面地對PLA 的安全性能進行評價，從而為 PLA的制造與使用奠定堅實的基礎。

總的來說，PLA 可持續發展是當今社會的一個熱門話題，也是一個難題，值得從多個角度去探討。本項目擬采用多種可再生資源為原料，優化制備工藝，促進聚乳酸的開發與應用，從而促進我國可持續發展。

5. 總結

本文對PLA 在食物包裝材料中的遷移特性進行了相關試驗，對產生的遷移情況進行了針對性的總結，并對PLA 在食物包裝材料中的發展前景進行了展望。結果表明，PLA 在食品包裝材料中會產生不同程度的遷移，但遷移量都需符合國家標準指標的限量要求。由于社會對食物的安全性能越來越重視，無論是國家還是企業都在加強對食物的監督管理。PLA 作為一種新型的食品包裝材料，在包裝行業生產中得到了廣泛的使用。然而，在與食物的接觸的過程中，某些化學物質會被轉移到食物中，對人體健康構成威脅。因此，需深入了解PLA 在不同環境下的遷移特性，對于保障其作為包裝材料對食品的安全性有著十分重要的作用。近年來，PLA 被越來越多地用于食品包裝，餐具，醫藥等領域，具有較好的發展前景。