胡毅，莫春茹，余穩(wěn)穩(wěn)，胡長(zhǎng)鷹,

甘蔗漿餐盒在不同工況下釋放產(chǎn)生的微顆粒分析

胡毅1，莫春茹2，余穩(wěn)穩(wěn)2，胡長(zhǎng)鷹1,2

（1.暨南大學(xué) 包裝工程學(xué)院廣東省普通高校產(chǎn)品包裝與物流重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 珠海 519000； 2.暨南大學(xué) 理工學(xué)院食品科學(xué)與工程系，廣州 510000）

研究植物基一次性甘蔗漿（Sugarcane Pulp，SCP）餐盒在經(jīng)歷高溫高濕、搖晃、冷凍和微波等工況后產(chǎn)生的微顆粒的粒徑、濃度和形貌，為SCP餐盒的生產(chǎn)和規(guī)范使用等提供一定的參考。根據(jù)購(gòu)買(mǎi)的15種商用SCP餐盒在水中的總遷移情況進(jìn)行聚類(lèi)分析，并利用激光衍射粒度分布儀測(cè)定不同組別的餐盒在經(jīng)歷不同工況后，模擬與食品接觸的過(guò)程中釋放產(chǎn)生的微顆粒的粒徑，利用掃描電子顯微鏡（SEM）對(duì)產(chǎn)生的微顆粒數(shù)量濃度和形貌進(jìn)行測(cè)定。大部分SCP餐盒在70 ℃的水中2 h的總遷移量超過(guò)10 mg/dm2，經(jīng)歷不同工況后的產(chǎn)生的微顆粒的粒徑主要集中在0～500 μm，平均粒徑主要分布在（12.19±0.45）～（123.90±28.80）μm。SEM結(jié)果顯示，微顆粒大多呈纖維狀和球狀，可能是從餐盒的表面直接脫落產(chǎn)生的。此外，模擬外賣(mài)配送的搖晃工況促進(jìn)了微顆粒的脫落，且樣品經(jīng)過(guò)270 d的高溫高濕處理后表現(xiàn)出顯著的促進(jìn)作用（＜0.05）。SCP餐盒在水中脫落的微顆粒的平均粒徑和濃度表現(xiàn)出了一定的差異，且模擬外賣(mài)配送的搖晃工況會(huì)促進(jìn)餐盒表面微顆粒的脫落，從而隨飲食攝入進(jìn)入人體。這類(lèi)微顆粒對(duì)有機(jī)污染物和金屬離子具有一定的吸附作用，從而表現(xiàn)出一定的毒性，因此，一方面，應(yīng)進(jìn)一步對(duì)微顆粒的毒性進(jìn)行研究，另一方面，應(yīng)改進(jìn)和規(guī)范SCP餐盒的生產(chǎn)和使用，減少微顆?；蚱渌廴疚锏漠a(chǎn)生。

甘蔗漿餐盒；微顆粒；工況；遷移實(shí)驗(yàn)

在“碳達(dá)峰”和“碳中和”目標(biāo)的提出后，各行業(yè)紛紛致力于推進(jìn)可降解等環(huán)境友好產(chǎn)品的研發(fā)和應(yīng)用。當(dāng)前，植物基一次性甘蔗漿（Sugarcane Pulp, SCP）餐盒成為外賣(mài)行業(yè)常用的聚丙烯（Polypropylene, PP）餐盒的有限替代品。SCP通常含有33.5%～55%的纖維素、17%～32%的半纖維素、17%～32%的木質(zhì)素和0.7%～8%的灰分[1-2]。SCP餐盒是以制糖業(yè)廢甘蔗渣為原料，混合相關(guān)填料（如木薯淀粉[3]）等輔料，經(jīng)均質(zhì)、成型、消毒而成的一種可堆肥的環(huán)保餐盒[4]。Liu等[5]以制糖業(yè)剩余的甘蔗渣為原料，添加竹纖維以增強(qiáng)甘蔗渣漿的機(jī)械強(qiáng)度，開(kāi)發(fā)了一種環(huán)保、完全可生物降解、可回收和可堆肥的甘蔗漿餐具，并使用烷基烯酮二聚體來(lái)改性餐盒的耐水性和耐油性。目前，市面上的甘蔗漿餐盒通常具有外觀潔凈、強(qiáng)度和韌性適中的優(yōu)點(diǎn)，廣受消費(fèi)者和食品企業(yè)的追捧。

微塑料（粒徑<5 mm的塑料顆粒）的污染和危害是當(dāng)前全球關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。例如，Su等[6]在蒸汽消毒過(guò)的硅膠奶嘴的洗滌水中檢測(cè)到由蒸汽誘導(dǎo)聚二甲基硅氧烷原料和聚酰胺樹(shù)脂添加劑降解產(chǎn)生的大量片狀或油膜狀微（納米）塑料（0.6～332 μm）。目前，已在一次性塑料外賣(mài)餐盒和一次性紙杯中檢出微塑料[7-9]，這些微塑料大多與食品接觸后從材料表面脫落/破碎進(jìn)入食品，隨食物和飲用水?dāng)z入[10-11]，進(jìn)入人體器官[12]、血液[13]、胎盤(pán)[14]等部位后易引起氧化應(yīng)激和炎癥等反應(yīng)，且可能增加心血管和呼吸系統(tǒng)疾病或肺癌的死亡風(fēng)險(xiǎn)[15]。與塑料餐盒類(lèi)似，SCP餐盒在與食品接觸過(guò)程中或被丟棄暴露在自然環(huán)境中也會(huì)產(chǎn)生微顆粒。

植物纖維制成的紙漿模塑餐盒吸濕性強(qiáng)且力學(xué)性能差[16]，在實(shí)際使用過(guò)程中性能可能會(huì)發(fā)生改變。Jiang等[17]比較了濕熱處理、凍融循環(huán)和人工風(fēng)化循環(huán)3種加速老化方法對(duì)竹纖維餐盒的抗拉強(qiáng)度、動(dòng)態(tài)黏彈性和化學(xué)成分的影響。SCP餐盒在實(shí)際使用過(guò)程中，可能會(huì)遭受高溫高濕的儲(chǔ)存環(huán)境，搖晃、微波和冷藏或冷凍等使用情況，這些條件可能會(huì)對(duì)產(chǎn)生的微顆粒的粒徑、濃度及形貌等產(chǎn)生影響。綜上，本文基于以下2種假設(shè)展開(kāi)研究：一方面，基于材料性質(zhì)的差異，可以推測(cè)SCP餐盒產(chǎn)生的微顆粒數(shù)量要高于塑料餐盒（PP餐盒）產(chǎn)生的微顆粒數(shù)量；另一方面，餐盒在使用過(guò)程中可能經(jīng)歷的工況，如搖晃（模擬外賣(mài)配送）、冷凍、微波等可能會(huì)影響餐盒釋放產(chǎn)生的微顆粒的粒徑、數(shù)量濃度和形貌等。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料與儀器

主要材料：購(gòu)買(mǎi)來(lái)自不同商家的15種一次性SCP餐盒，這些餐盒均由甘蔗漿模塑而成，分別來(lái)自廣州、上海、江蘇等9個(gè)省或直轄市。為避免餐盒受到污染，所有餐盒收到后均避光密封保存，分別命名為S–1—S–15，詳細(xì)信息見(jiàn)表1。其中使用測(cè)厚儀對(duì)餐盒的厚度進(jìn)行測(cè)定，即對(duì)餐盒底部正中的厚度進(jìn)行5次測(cè)定，并計(jì)算平均值。

餐盒產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)表明，這15種餐盒大多能承受100 ℃以上的高溫（S–13僅能承受80 ℃），且均具有防水和防油的特性，適用于中西餐的盛放以及微波、冷藏或冷凍等使用方式。除外賣(mài)平臺(tái)的商家用來(lái)打包食物以外，也有消費(fèi)者自行購(gòu)買(mǎi)并使用，省去清洗餐具的麻煩。

主要儀器：數(shù)顯測(cè)厚規(guī)，德清盛泰芯電子科技有限公司；HCS–165A–A型BOD生化培養(yǎng)箱，廣州恒創(chuàng)實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；SHA–CA型數(shù)顯水浴恒溫振蕩器，常州澳華儀器有限公司；M1–L213B型微波爐，廣東美的廚房電器制造有限公司；BCD–603WKPZM(E)型冰箱，合肥美的電冰箱有限公司；101–3AB型鼓風(fēng)干燥箱，天津泰斯特儀器公司；SALD–2300型激光衍射粒度分布儀器，日本島津公司；EVO MA15型掃描電子顯微鏡，德國(guó)蔡司公司；Vortex KB3型渦旋混合器，其林貝爾儀器制造有限公司。

表1 SCP餐盒的詳細(xì)信息

Tab.1 Detail information of SCP lunchboxes

1.2 方法

1.2.1 總遷移分析

參考GB 31604.1—2015[18]和餐盒的實(shí)際使用情況確定模擬遷移溫度和遷移時(shí)間。餐盒的接觸面積與食物模擬物質(zhì)量的比值為6 dm2/kg，各種液態(tài)食品的密度通常以1 kg/L計(jì)，即：6塊面積為1 cm2的餐盒（采用雙向遷移的面積12 cm2）浸泡在提前預(yù)熱至70 ℃的20 mL的食物模擬物中。選用水作為湯類(lèi)等水性食品的模擬物，每組3個(gè)平行，并設(shè)置空白對(duì)照。于70 ℃的烘箱中遷移2 h后，將遷移液倒入提前恒重并冷卻的蒸發(fā)皿中，置于水浴鍋上蒸發(fā)至干燥，將皿底水分擦干，轉(zhuǎn)入（105±2）℃烘箱中恒重2 h，再置于干燥器中冷卻40 min至恒重，稱(chēng)量。根據(jù)式（1）進(jìn)行計(jì)算。

式中：1為SCP餐盒的總遷移量，mg/dm2；1為樣品蒸發(fā)殘?jiān)恼舭l(fā)皿質(zhì)量，mg；2為空白蒸發(fā)皿的質(zhì)量，mg；1為浸泡液的總體積，mL；2為測(cè)量用浸泡液的體積，mL；為浸泡液接觸面積，即12 cm2。

1.2.2 微顆粒提取

在微顆粒提取前，需使用食品模擬物浸泡餐盒。食品模擬物的體積根據(jù)餐盒規(guī)定的盛裝體積來(lái)確定（見(jiàn)表1），即：一個(gè)餐盒對(duì)應(yīng)的食品模擬物的體積取自其規(guī)定的盛裝食物的體積。采用全浸泡的方式將餐盒完全浸沒(méi)在提前預(yù)熱至特定溫度的模擬物中，浸泡結(jié)束后，將餐盒小心夾出，并用去離子水輕輕沖洗表面，并將沖洗液并入浸泡液中。

使用循環(huán)水式減壓真空泵、砂芯過(guò)濾裝置和0.22 μm的尼龍濾膜的方式對(duì)浸泡液進(jìn)行過(guò)濾。小心取出濾膜，使用移液槍吸取15 mL去離子水將濾膜上的微顆粒沖洗至三角錐形瓶中，少量多次沖洗，盡可能保證所有微顆粒被沖洗進(jìn)入錐形瓶中形成濃縮液。取1 mL用于微顆粒的數(shù)量濃度的測(cè)定和形貌分析，并將其儲(chǔ)存在?20 ℃冷凍條件下，備用。剩余濃縮液用于粒徑分析測(cè)定。整個(gè)實(shí)驗(yàn)應(yīng)緊閉實(shí)驗(yàn)室門(mén)窗，減少人員流動(dòng)，盡量減少環(huán)境中灰塵等微顆粒的影響。采用3組平行，并設(shè)置過(guò)程空白以校正背景。

1.2.3 聚類(lèi)分析

采用系統(tǒng)聚類(lèi)的方法，以樣品在70 ℃的水中浸泡2 h產(chǎn)生的微顆粒的平均粒徑和總遷移量為變量，組間連接為聚類(lèi)方法，歐氏距離為測(cè)量區(qū)間，對(duì)15種SCP餐盒在不同食品模擬物中的遷移量進(jìn)行分類(lèi)用于工況處理。

1.2.4 工況處理

1）高溫高濕處理。參考黃鑫茜等[19]的做法，將樣品儲(chǔ)存在50 ℃、相對(duì)濕度>80%的環(huán)境中，模擬餐盒在儲(chǔ)存過(guò)程中高溫高濕的影響，并分別于第0、90、180和270天取樣，分別標(biāo)記為HS0、HS90、HS180、HS270。高溫高濕處理后的樣品進(jìn)一步與搖晃、微波和冷凍等工況處理相結(jié)合。

2）搖晃工況。一般而言，外賣(mài)從商家到消費(fèi)者手中需要經(jīng)過(guò)騎手配送的過(guò)程。在配送過(guò)程中，餐盒會(huì)經(jīng)歷不同路況而引起搖晃，因此，使用水浴恒溫振蕩器模擬了餐盒經(jīng)歷搖晃的過(guò)程，轉(zhuǎn)速設(shè)置為120 r/min，水浴溫度為70 ℃，振蕩時(shí)間為60 min。

3）冷凍工況。冷藏或冷凍是保持食品新鮮度和延長(zhǎng)食品保質(zhì)期的最常用手段。通過(guò)將餐盒置于?20 ℃冰箱中冷凍24 h來(lái)模擬短時(shí)冷凍對(duì)SCP餐盒產(chǎn)生的微顆粒粒徑、數(shù)量濃度和形貌的影響。

4）微波工況。冷凍后的食品，需要經(jīng)過(guò)復(fù)熱后才能食用，目前常用的復(fù)熱方式是使用微波爐復(fù)熱。對(duì)冷凍后和搖晃前的餐盒進(jìn)行微波爐復(fù)熱，考察微波對(duì)餐盒微顆粒產(chǎn)生的影響。根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)，將火力設(shè)置為750 W中高火，加熱時(shí)間為10 min，來(lái)模擬正常食物加熱的過(guò)程。

1.2.5 工況設(shè)置及其組合

在整個(gè)餐盒的使用中，經(jīng)歷的工況并不單一，如儲(chǔ)存在高溫高濕環(huán)境中的餐盒可能會(huì)受到搖晃、冷凍或微波等工況，因此，本實(shí)驗(yàn)將高溫高濕處理后0、90、180、270 d的餐盒與搖晃、微波和冷凍工況相結(jié)合，探討其對(duì)SCP餐盒產(chǎn)生的微顆粒的粒徑、數(shù)量濃度和形貌的影響，具體組合方式見(jiàn)表2。

在探討工況時(shí)，根據(jù)GB 31604.1—2015[18]選擇浸泡溫度為70 ℃，并根據(jù)實(shí)際使用情況（即從盛裝外賣(mài)食物到食用完畢通常在60 min左右）將浸泡時(shí)間設(shè)置為60 min。由于食品在配送過(guò)程中會(huì)與餐盒蓋發(fā)生接觸，尤其是湯類(lèi)食物，因此，考慮了餐盒蓋產(chǎn)生的微顆粒，即分成餐盒和餐盒蓋兩部分，同時(shí)將餐盒和餐盒蓋浸泡在與餐盒容積相等的模擬液（水）中。由于不便于對(duì)餐盒搖晃后（即模擬外賣(mài)配送）再經(jīng)微波工況進(jìn)行模擬，于是將微波處理工況提前至搖晃處理前來(lái)考察微波的影響。每組均設(shè)置3個(gè)平行和空白對(duì)照。

表2 串聯(lián)工況設(shè)置及組合

Tab.2 Setting and combination of series working conditions

1.2.6 微顆粒測(cè)定

1）微顆粒粒徑測(cè)定。為避免因長(zhǎng)時(shí)間放置導(dǎo)致微顆粒團(tuán)聚而使得粒徑增大，提取后馬上使用激光衍射散射法進(jìn)行粒徑測(cè)定，并基于LDR（光強(qiáng)分布再計(jì)算）原理自動(dòng)調(diào)整與待測(cè)顆粒適宜的折射率，即折射率為1.35?0.00i。測(cè)量粒徑范圍為0.17～2 500 μm。由于顆粒分布的各向異性，同時(shí)為了減小偶然誤差，因此，每組設(shè)置3個(gè)平行，單個(gè)平行測(cè)量6次，取各組平均值確定為粒度分布。

2）微顆粒定量和形貌分析。掃描電子顯微鏡用于對(duì)1.2.2節(jié)中收集到的微顆粒進(jìn)行顆粒數(shù)量濃度測(cè)定和形貌觀察。將儲(chǔ)備液解凍后，使用渦旋儀震蕩混勻1 min后，吸取10 μL滴在貼有Al導(dǎo)電膠的銅臺(tái)上，經(jīng)過(guò)30 ℃的烘箱烘干后噴覆一層鍍層，使用SEM調(diào)整合適的倍數(shù)使得可以觀察到液滴邊緣形成的“咖啡環(huán)”內(nèi)顆粒的數(shù)量濃度和形貌。借助Photoshop中的二值化和計(jì)數(shù)工具對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù)，每組設(shè)置3個(gè)平行。餐盒產(chǎn)生的微顆粒數(shù)量濃度按式（2）進(jìn)行計(jì)算。

式中：為換算后浸泡液中的微顆粒數(shù)量濃度，個(gè)/mL；Q為SEM圖像中的微顆粒的總數(shù)量平均值，個(gè)；V為濃縮液體積，V=15 mL；0為原始浸泡液體積，即餐盒滿載食物體積，mL（這里單樣取用半個(gè)餐盒和餐盒蓋進(jìn)行實(shí)驗(yàn)）；100為體積換算。

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用Excel 2021進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和圖像繪制；使用IBM SPSS Stastics 25進(jìn)行聚類(lèi)分析和差異性分析；使用Adobe Photoshop 2020中的二值化和計(jì)數(shù)功能對(duì)SEM圖像中的顆粒進(jìn)行計(jì)數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 15種SCP餐盒在水中總遷移分析

一次性餐盒經(jīng)常盛裝如湯類(lèi)等的水性食品，圖1為15種餐盒在水中的總遷移量分析結(jié)果。如圖1a所示，S–1的遷移量最大，為（18.89±2.19）mg/dm2；S–14的遷移量最小，為（4.44±0.39）mg/dm2。經(jīng)過(guò)單因素方差分析可知S–1與S–4、S–8—S–15之間存在極顯著差異（<0.01）。總遷移結(jié)束后的蒸發(fā)殘?jiān)尸F(xiàn)出白色的絮狀纖維（圖1b），其微觀放大圖（圖1c）與餐盒表面的SEM是一致的（圖1d），因此可以推測(cè)，這些不揮發(fā)的蒸發(fā)殘?jiān)饕菑腟CP餐盒的內(nèi)表面脫落的，且這些蒸發(fā)殘?jiān)憩F(xiàn)出具有一定形貌差異的微顆粒狀（粒徑<5 mm）。

盡管在餐盒制備過(guò)程中往往需要加入防水劑阻止食品中的水/油分滲透進(jìn)入餐盒，如木質(zhì)素[20]和烷基烯酮二聚體，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，水浸泡餐盒產(chǎn)生的不揮發(fā)性物質(zhì)總遷移量仍然較高，但目前仍缺乏相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)這類(lèi)餐盒進(jìn)行規(guī)范。由GB 4806.8—2016[21]可知食品接觸用紙和紙板的總遷移量限量為10 mg/dm2，而大部分樣品總遷移量均超過(guò)這一限量值。這可能是由于對(duì)樣品裁切后再進(jìn)行全浸泡的方法使得物質(zhì)從刀口處脫落，從而使得總遷移量被高估。結(jié)論表明，15種樣品種只有S–9、S–13和S–14的總遷移量符合標(biāo)準(zhǔn)。值得注意的是，Hu等[22]研究表明，SCP餐盒中殘留的糖在與食品接觸過(guò)程中可能促進(jìn)了米飯中氨基酸的降解，從而產(chǎn)生呋喃物質(zhì)，如2–戊基呋喃。目前，SCP餐盒的安全性研究較少，其與食品之間的相互作用和從表面脫落的不揮發(fā)性物質(zhì)（微顆粒）值得引起注意。

2.2 微顆粒平均粒徑及樣品分類(lèi)

圖2a是使用激光衍射粒度分布儀測(cè)定的從餐盒脫落產(chǎn)生的微顆粒的平均粒徑。由圖2a可知，15種SCP餐盒在70 ℃的水中2 h產(chǎn)生的微顆粒的平均粒徑主要分布在（12.19±0.45）～（123.90±28.80）μm，其中S–4產(chǎn)生的微顆粒的平均粒徑最大，其次是S–1。S–7產(chǎn)生的微顆粒的平均粒徑最小，且與S–4和S–1之間存在顯著差異（<0.05）。Liu等[5]將長(zhǎng)竹纖維與短甘蔗渣纖維混合制備成了一種高度交織的復(fù)合材料，打漿度（SR）為20°～23°，材料中竹漿的平均纖維長(zhǎng)度為18.6 μm，甘蔗渣纖維為24.1 μm。不同樣品表現(xiàn)出的差異性可能與用于制備餐盒的甘蔗漿或用于增強(qiáng)力學(xué)性能的竹漿的打漿度[23]和漿料預(yù)處理方式[24-25]有關(guān)。

圖1 總遷移分析結(jié)果

注：***表示單因素方差分析多重比較Tukey HSD檢驗(yàn)，組間存在極顯著差異（＜0.01）。

圖2 微顆粒平均粒徑及樣品分類(lèi)

注：字母表示樣品產(chǎn)生的平均粒徑的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（＜0.05）。

為了探究不同工況對(duì)SCP餐盒在釋放的微顆粒的影響，以15種SCP餐盒在70 ℃的水中2 h總遷移量和顆粒的平均粒徑為變量，進(jìn)行了快速、簡(jiǎn)單的系統(tǒng)聚類(lèi)分析。如圖2b所示，15種餐盒被劃分為2類(lèi)，以S–4和S–10為代表探究相關(guān)工況處理對(duì)餐盒產(chǎn)生的微顆粒的粒徑、數(shù)量和形貌的影響。

2.3 不同工況下產(chǎn)生的微顆粒粒徑

圖3為S–4和S–10在經(jīng)歷90、180和270 d的高溫高濕處理（溫度為50 ℃、相對(duì)濕度>80%）后與搖晃、微波和冷凍工況相結(jié)合在70 ℃的水中浸泡60 min釋放的微顆粒的累積分布數(shù)據(jù)，將0 d作為對(duì)照，并將整個(gè)粒徑范圍細(xì)分為5個(gè)分量，包括<10、10～100、100～500、500～1 000和1 000～2 500 μm。

如圖3a所示，S–4和S–10當(dāng)在70 ℃的水中浸泡60 min后的微顆粒主要分布在0～1 000 μm。與S–10不同，當(dāng)S–4經(jīng)過(guò)270 d的高溫高濕處理后，其在70 ℃中浸泡60 min產(chǎn)生粒徑小于10 μm的微顆粒的占比顯著減小，而粒徑為10～500 μm的微顆粒占比顯著增大。這可能是由于餐盒在經(jīng)受高溫高濕后，穩(wěn)定性較差的甘蔗纖維性能發(fā)生改變[26]，在高濕的綜合作用下纖維發(fā)生斷裂或降解等，從而導(dǎo)致脫落出的纖維的粒徑減小。同時(shí)，未經(jīng)高溫高濕處理的S–4和S–10在70 ℃的水中搖晃60 min也都表現(xiàn)出這種現(xiàn)象。此外，結(jié)合圖5可以確定，模擬外賣(mài)配送的搖晃工況會(huì)導(dǎo)致餐盒脫落產(chǎn)生更多粒徑更大的微顆粒。

圖3 各工況產(chǎn)生的微顆粒的粒徑堆積

注：I表示70 ℃+60 min，II表示70 ℃+W60，III表示70M+60W。

微波工況對(duì)經(jīng)高溫高濕處理后的S–4的影響比S–10的影響明顯，但在未經(jīng)高溫高濕處理的樣品中的影響表現(xiàn)出一致性，即在模擬外賣(mài)配送過(guò)程（搖晃60 min）前的微波工況會(huì)導(dǎo)致粒徑小于10 μm的微顆粒的占比增加。經(jīng)高溫高濕處理后S–4表現(xiàn)出的相反作用，即微波工況降低了粒徑小于10 μm的顆粒的占比，但微波工況總體對(duì)S–10的影響不明顯。Wang等[27]的研究表明，微波處理會(huì)導(dǎo)致玉米淀粉的平均粒徑增大，而微波工況處理對(duì)甘蔗漿這類(lèi)植物纖維制成的餐盒中的纖維長(zhǎng)度及其相關(guān)力學(xué)性能的影響及其背后的機(jī)理有待進(jìn)一步研究。盡管微波工況在一定程度上表現(xiàn)出對(duì)SCP餐盒產(chǎn)生微顆粒粒徑的影響，但是不同生產(chǎn)廠家生產(chǎn)餐盒的配方和工序存在差異，對(duì)微波工況的敏感程度也是存在一定差異性的。

如圖3b所示，高溫高濕、隔夜冷凍與微波相結(jié)合的工況對(duì)微顆粒粒徑產(chǎn)生的影響沒(méi)有顯著差異?？傮w來(lái)說(shuō)，粒徑<10、10～100和100～500 μm的微顆粒占比分別為29.23%～44.46%、27.47%～32.91%和22.92%～31.64%。

2.4 不同工況下產(chǎn)生的微顆粒數(shù)量濃度

餐盒在經(jīng)歷不同工況后產(chǎn)生的微顆粒數(shù)量濃度如圖4所示。與預(yù)期結(jié)果類(lèi)似的是，搖晃工況增加了樣品從餐盒脫落的微顆粒的數(shù)量濃度，在經(jīng)過(guò)高溫高濕處理270 d后的樣品中表現(xiàn)出顯著作用（<0.05）。其中，S–4中脫落的顆粒濃度達(dá)到了（8 600±466）個(gè)/mL，S–10為（3 133±266）個(gè)/mL，均顯著高于Du等[9]在塑料外賣(mài)容器中檢測(cè)到的微顆粒（一周預(yù)定4～7次外賣(mài)可能攝入12～203個(gè)微塑料）。一方面，高溫高濕環(huán)境可能[26]改變了餐盒的性能，如纖維長(zhǎng)度減小導(dǎo)致餐盒的緊密度變低。另一方面，搖晃過(guò)程進(jìn)一步加速了微顆粒的脫落。不同的是，微波工況對(duì)經(jīng)高溫高濕處理270 d后的S–10和S–4的影響表現(xiàn)出差異性，即微波抑制了S–4餐盒脫落的微顆粒，而進(jìn)一步促進(jìn)了S–10微顆粒釋放。圖5c結(jié)果表明，高溫高濕工況結(jié)合冷凍對(duì)餐盒產(chǎn)生的微顆粒的影響不顯著（<0.05）?？傮w來(lái)說(shuō)，微顆粒濃度為（707±100）～（1 117±323）個(gè)/mL。盡管各工況對(duì)餐盒產(chǎn)生的微顆粒的影響的機(jī)理有待進(jìn)一步研究，但其產(chǎn)生的微顆粒的數(shù)量可能引起的安全問(wèn)題是不能忽視的。

2.5 不同工況下產(chǎn)生的微顆粒形貌

將1.2.2節(jié)中儲(chǔ)存在?20 ℃冷凍條件下的儲(chǔ)備液解凍后，采用掃描電子顯微鏡觀察微顆粒的形貌。如圖5c所示，將觀察到的長(zhǎng)纖維顆粒視為微纖維顆粒，而將出現(xiàn)的球形和點(diǎn)狀顆粒視為球狀顆粒，將交錯(cuò)、纏繞和其他形貌的微顆粒記錄為其他類(lèi)別。

圖4 各工況產(chǎn)生的微顆粒的數(shù)量濃度

如圖5所示，2種餐盒在經(jīng)歷不同工況后脫落產(chǎn)生的微顆粒的形貌占比的差異較小，且從圖5c中明確觀察得知，纖維狀的微顆粒主要是從餐盒內(nèi)表面脫落產(chǎn)生。由于未逐一對(duì)每一微顆粒進(jìn)行定性分析，尚不確定球狀微顆粒的成分，但SCP餐盒在不同工況下產(chǎn)生的球狀微顆粒的占比較大，約為50%，因此，進(jìn)一步對(duì)SCP餐盒產(chǎn)生的微顆粒，尤其是球狀微顆粒進(jìn)行定性分析顯得尤為重要。

圖5 各工況產(chǎn)生的微顆粒的形貌

注：I為70 ℃+60 min，II為70 ℃+W60，III為70M+W60；圖a、b中數(shù)據(jù)均保留兩位小數(shù)。

3 結(jié)語(yǔ)

在本研究中，首次對(duì)市場(chǎng)上的SCP餐盒釋放產(chǎn)生的微顆粒展開(kāi)研究，研究SCP餐盒在經(jīng)歷不同工況后產(chǎn)生的微顆粒的粒徑、數(shù)量濃度和形貌的差異。研究結(jié)果表明，市場(chǎng)上大部分餐盒在水中的總遷移量超過(guò)了GB 4806.8—2016食品接觸用紙和紙板的規(guī)定。這些不揮發(fā)的物質(zhì)主要是從餐盒上脫落的微顆粒，微顆粒的粒徑主要集中在0～500 μm，少部分粒徑大于500 μm。纖維狀和球狀是微顆粒的主要形貌，而其他形貌中仍也有纖維狀的微顆粒交疊在一起。高溫高濕可能通過(guò)影響餐盒內(nèi)纖維的長(zhǎng)度和緊密度等性能進(jìn)一步影響餐盒在浸泡條件為溫度70 ℃、時(shí)間60 min的模擬條件下產(chǎn)生的微顆粒數(shù)量和粒徑。微波對(duì)這2類(lèi)樣品的影響表現(xiàn)出一定的差異，但總的來(lái)說(shuō)高溫高濕結(jié)合冷凍及微波工況對(duì)SCP餐盒產(chǎn)生的微顆粒沒(méi)的粒徑、數(shù)量和形貌有顯著作用，但搖晃工況會(huì)導(dǎo)致更多微顆粒從餐盒表面脫落進(jìn)入食品隨飲食攝入人體中，尤其是在經(jīng)歷高溫高濕處理后的餐盒。目前，對(duì)這類(lèi)SCP等植物基餐盒產(chǎn)生的微顆粒的規(guī)律和危害并未引起關(guān)注，一方面，餐盒微顆粒含有的金屬或吸附的其他化學(xué)物質(zhì)的含量值得關(guān)注；另一方面，這類(lèi)微顆粒及其吸附的化學(xué)物質(zhì)引起的綜合毒性應(yīng)予以關(guān)注。

[1] MUSTAFA G, ARSHAD M, BANO I, et al. Biotechnological Applications of Sugarcane Bagasse and Sugar Beet Molasses[J]. Biomass Convers Bior, 2023, 13(2): 1489-1501.

[2] SZCZERBOWSKI D, PITARELO A P, ZANDONá FILHO A, et al. Sugarcane Biomass for Biorefineries: Comparative Composition of Carbohydrate and Non- Carbohydrate Components of Bagasse and Straw[J]. Carbohydrate Polymers, 2014, 114: 95-101.

[3] JIANG H, WANG G, CHEN F M, et al. Degradation Characteristics of Environment-Friendly Bamboo Fiber Lunch Box Buried in the Soil[J]. Forests, 2022, 13(7): 1008.

[4] 胡毅, 余穩(wěn)穩(wěn), 胡長(zhǎng)鷹. 植物基可降解一次性餐具及其潛在危害研究進(jìn)展[J]. 包裝工程, 2022, 43(7): 63-74.

HU Yi, YU Wen-wen, HU Chang-ying. Research Progress of Plant-Based Degradable and Disposable Tableware and Its Potential Hazards[J]. Packaging Engineering, 2022, 43(7): 63-74.

[5] LIU C, LUAN P C, LI Q, et al. Biodegradable, Hygienic, and Compostable Tableware from Hybrid Sugarcane and Bamboo Fibers as Plastic Alternative[J]. Matter-Us, 2020, 3(6): 2066-2079.

[6] SU Yu, HU Xi, TANG Hong-jie, et al. Steam Disinfection Releases Micro(Nano)Plastics from Silicone-Rubber Baby Teats as Examined by Optical Photothermal Infrared Microspectroscopy[J]. Nature Nanotechnology, 2022, 17(1): 76-85.

[7] FADARE O O, WAN Bin, GUO Liang-hong, et al. Microplastics from Consumer Plastic Food Containers: Are We Consuming It?[J]. Chemosphere, 2020, 253: 126787.

[8] RANJAN V P, JOSEPH A, GOEL S. Microplastics and other Harmful Substances Released from Disposable Paper Cups into Hot Water[J]. Journal of Hazardous Materials, 2021, 404: 124118.

[9] DU Fang-ni, CAI Hui-wen, ZHANG Qun, et al. Microplastics in Take-Out Food Containers[J]. Journal of Hazardous Materials, 2020, 399: 122969.

[10] NELMS S E, GALLOWAY T S, GODLEY B J, et al. Investigating Microplastic Trophic Transfer in Marine Top Predators[J]. Environmental Pollution (Barking, Essex: 1987), 2018, 238: 999-1007.

[11] CARBERY M, O'CONNOR W, PALANISAMI T. Trophic Transfer of Microplastics and Mixed Contaminants in the Marine Food Web and Implications for Human Health[J]. Environment International, 2018, 115: 400-409.

[12] JENNER L C, ROTCHELL J M, BENNETT R T, et al. Detection of Microplastics in Human Lung Tissue Using μFTIR Spectroscopy[J]. The Science of the Total Environment, 2022, 831: 154907.

[13] KUHLMAN R L. Letter to the Editor, Discovery and Quantification of Plastic Particle Pollution in Human Blood[J]. Environ Int, 2022, 167: 107400.

[14] RAGUSA A, SVELATO A, SANTACROCE C, et al. Plasticenta: First Evidence of Microplastics in Human Placenta[J]. Environment International, 2021, 146: 106274.

[15] PRATA J C, DA COSTA J P, LOPES I, et al. Environmental Exposure to Microplastics: An Overview on Possible Human Health Effects[J]. The Science of the Total Environment, 2020, 702: 134455.

[16] CéLINO A, FRéOUR S, JACQUEMIN F, et al. The Hygroscopic Behavior of Plant Fibers: A Review[J]. Frontiers in Chemistry, 2014, 1: 43.

[17] JIANG Huan, WANG Ge, CHEN Fu-ming, et al. Effect of Accelerated Aging on Bamboo Fiber Lunch Box and Correlation with Soil Burial Degradation[J]. Polymers, 2022, 14(19): 4220.

[18] GB 31604.1 —2015, 食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品接觸材料及制品遷移試驗(yàn)通則[S].

GB 316041—2015, National Food Safety Standard General Rules for Migration Test of Food Contact Materials and Products[S].

[19] 黃鑫茜, 余穩(wěn)穩(wěn), 胡長(zhǎng)鷹. 淀粉基餐盒的霉變和堆肥菌填埋降解分析[J]. 包裝工程, 2021, 42(17): 39-46.

HUANG Xin-qian, YU Wen-wen, HU Chang-ying. Analysis of Mold Deterioration and Composting Bacteria Bury Degradation of Starch-Based Meal Boxes[J]. Packaging Engineering, 2021, 42(17): 39-46.

[20] WANG H Q, WANG J L, SI S R, et al. Residual-Lignin-Endowed Molded Pulp Lunchbox with a Sustained Wet Support Strength[J]. Industrial Crops and Products, 2021, 170: 113756.

[21] 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[S].

GB 48068—2016, National Food Safety Standard Food Contact Paper and Board Materials and Products[S].

[22] HU Yi, ZHOU Xiang-long, HU Chang-ying, et al. HS-GC-IMS Identification of Volatile Aromatic Compounds of Freshly-Cooked Rice Packaged with Different Disposable Lunchboxes[J]. Journal of Hazardous Materials, 2022, 438: 129516.

[23] KHRISTOVA P, KORDSACHIA O, PATT R, et al. Environmentally Friendly Pulping and Bleaching of Bagasse[J]. Industrial Crops and Products, 2006, 23(2): 131-139.

[24] JIA W C, ZHOU M F, YANG C F, et al. Evaluating Process of Auto-Hydrolysis Prior to Kraft Pulping on Production of Chemical Pulp for End Used Paper-Grade Products[J]. Journal of Bioresources and Bioproducts, 2022, 7(3): 180-189.

[25] PRABHU R, GANESH S, MAHESHA G, et al. Physicochemical Characteristics of Chemically Treated Bagasse Fibers[J]. Cogent Engineering, 2022, 9(1): 2014025.

[26] NURAZZI N M, ASYRAF M R M, RAYUNG M, et al. Thermogravimetric Analysis Properties of Cellulosic Natural Fiber Polymer Composites: A Review on Influence of Chemical Treatments[J]. Polymers, 2021, 13(16): 2710.

[27] WANG Lu-yu, WANG Meng, ZHOU Yi-han, et al. Influence of Ultrasound and Microwave Treatments on the Structural and Thermal Properties of Normal Maize Starch and Potato Starch: A Comparative Study[J]. Food Chemistry, 2022, 377: 131990.

Microparticles Released from Sugarcane Pulp Lunchbox under Different Working Conditions

HU Yi1, MO Chun-ru2, YU Wen-wen2, HU Chang-ying1,2

(1. Key Laboratory of Product Packaging and Logistics of Guangdong Higher Education Institutes, College of Packaging Engineering, Jinan University, Guangdong Zhuhai 519000, China; 2. Department of Food Science and Engineering, Jinan University, Guangzhou 510000, China)

The work aims to study the size, concentration, and morphological structure of microparticles released from sugarcane pulp (SCP) lunchbox under different conditions including high temperature and humidity, shaking, freezing and microwave, so as to provide some references for the production and normative use of SCP lunchbox. According to the overall migration value of microparticles released by 15 kinds of commercial SCP lunchboxes in water, cluster analysis was carried out, and the size of microparticles released by different groups of lunchboxes was measured by laser diffraction particle size distribution analyzer after different working conditions during the simulated process of contact with food. The concentration and morphological structure of the released microparticles were determined by scanning electron microscope (SEM). The overall migration value of microparticles of most SCP lunchboxes in water (70 ℃ for 2 h) exceeded 10 mg/dm2, and the average size was mainly distributed between (12.19 ± 0.45) ～ (123.90 ± 28.80) μm. The size of the released microparticles after different working conditions was mainly in the range of 0 ～ 500 μm and most of microparticles were fibrous and spherical, and might be produced by shedding from the surface of the lunchboxes. The shaking conditions simulating the take-out delivery process promoted the shedding of microparticles, and showed a significant promoting effect after 270 days of high temperature and high humidity treatments (＜0.05). The average size and the concentration of SCP lunchbox microparticles shedding in water show specific differences, and the shaking condition simulating the take-out delivery can promote the microparticles to shed from the lunchbox surface and enter the human body with dietary intake. The microparticles have certain adsorption effects on organic pollutants and metal ions, thus showing specific toxicity. Therefore, on the one hand, the toxicity of microparticles should be further studied. On the other hand, the production and normative use of SCP lunchboxes should be improved and standardized.

sugarcane pulp lunchbox; microparticle; working conditions; migration test

TB484.9

A

1001-3563(2023)05-0130-09

10.19554/j.cnki.1001-3563.2023.05.017

2022?11?11

廣州市基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究項(xiàng)目（202102020309）；廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計(jì)劃（2019B020212002）；“十三五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)（2018YFC1603205）

胡毅（1999—），女，碩士生，主攻為食品包裝安全。

胡長(zhǎng)鷹（1968—），女，博士，教授，主要研究方向?yàn)槭称钒b技術(shù)與安全、功能性食品；余穩(wěn)穩(wěn)（1989—），男，博士，副教授，主要研究方向?yàn)楣δ苄蕴妓衔铩?/p>

責(zé)任編輯：曾鈺嬋