儲藏條件及食品特性對陶瓷包裝材料中重金屬遷移的影響獲獎科研報告

儲藏條件及食品特性對陶瓷包裝材料中重金屬遷移的影響獲獎科研報告【摘

要】民以食為天，食以安為先，食品安全一直是民生百姓最關心的問題。為解決我國陶瓷器具中重金屬元素遷移到食品中引起重金屬超標的食品安全問題，進一步提高我國食品安全水平及推動食品包裝行業(yè)和整個食品大領域的的健康發(fā)展，本文以食品儲藏條件和食品本身特性為研究對象，綜述了陶瓷容器中鎘、鉛等重金屬在食品中遷移和溶出的影響因素，其中包括存儲溫度、儲藏時間、酒精含量、食品的酸堿度和食品的其他特性。

一、前言

陶瓷作為我國盛放食品的傳統(tǒng)器具，在百姓生活中具有不可替代的作用。隨著我國經濟的不斷發(fā)展，我國生產力得到了突破性的發(fā)展，酒瓶、碗碟、杯子、刀具等一些以陶瓷為原料的日用制品也逐漸流行。這些陶瓷制品在制造過程中，為了提高制品的隔熱性，降低其氣孔率以及增加制品的耐腐蝕性、強度和美觀性，通常會在陶瓷制品表面增加一層玻璃質釉層，該玻璃質釉層含有鎘、鉛等多種重金屬氧化物，經過上釉、高溫燒制和冷卻降溫等工藝流程后形成穩(wěn)固的薄層。薄層中的鎘、鉛等重金屬在適當?shù)臈l件下會定向融入或遷移到食品中而引起食品重金屬超標，一旦人們食用這些重金屬超標的食品，很有可能危害人體安全。隨著人們對食品安全的不斷重視，陶瓷包裝材料釉層中鎘、鉛等重金屬遷移和溶出的相關研究引起了國內外廣大學者的關注。本文以食品儲藏條件和食品本身特性為研究對象，綜述了陶瓷容器中鎘、鉛等重金屬在食品中遷移和溶出的影響因素，其中包括存儲溫度、儲藏時間、酒精含量、食品的酸堿度和食品的其他特性。

二、儲藏條件

（一）儲藏溫度

隨著食品儲藏溫度的升高，陶瓷中鎘、鉛等重金屬的遷移速度顯著加快，其溶出量顯著增加。在這方面，國內外很多學者進行了深入研究。如國外學者測定了不同溫度下尼日利亞常用的陶瓷制品中鎘、鉛等重金屬的含量。該研究在不同溫度下泡浸并提取了陶瓷制品中的鎘和鉛，通過顆粒誘導X射線發(fā)射光譜法和火焰原子吸收光譜法測定并分析了兩種重金屬的含量。結果表明，在其他條件不變的前提下，隨著泡浸溫度的增加，陶瓷制品中鎘和鉛的遷移速率顯著加快，其溶出量也明顯增加。其主要原因可能是隨著溫度的上升，升高了擴散系數(shù)及降低了擴散活化能，因此重金屬離子溶出速率變得更快。

我國研究學者比較了不同溫度條件下（22℃、38℃和泡浸液沸騰）乙酸溶液泡浸陶瓷砂鍋對陶瓷中重金屬溶出量的影響。結果表明，其他泡浸條件不變時，隨著泡浸溫度的上升，砂鍋中鎘和鉛等重金屬遷移速度顯著增加，其溶出量也明顯上升。此外，在沸騰條件下用乙酸溶液泡浸120min，砂鍋中鎘和鉛等重金屬的溶出量遠遠超出其他兩個溫度泡浸24小時的溶出量。另外，有學者研究了不同溫度（22℃和55℃）對陶瓷包裝材料中鎘離子遷移和溶出的影響。結果表明，在高溫（55℃）條件下，包裝材料中鎘離子的溶出量顯著高于低溫（22℃）條件時的溶出量，并且高溫對重金屬離子的遷移速度有顯著影響。此外，該研究發(fā)現(xiàn)，重金屬離子的溶出基本上發(fā)生在泡浸的前期（約為30min），之后溶出量迅速下降甚至幾乎停滯。

（二）儲藏時間

不同的食品在陶瓷容器中儲藏的時間不盡相同，短到幾天幾小時，長則數(shù)月數(shù)年，但陶瓷中重金屬向食品的溶出量整體上會隨著時間的增加而增加。由于不同的陶瓷中重金屬比例和釉料成分存在差異，重金屬在食品中的遷移速度和溶出量與時間的關系存在較大差別，有的遷移速度和溶出量與時間成正比，有的則趨向于與時間的平方根呈線性關系。國外學者研究發(fā)現(xiàn)，隨著陶瓷容器中氧化鉛含量的增加，泡浸液中鉛離子含量與時間的關系并不穩(wěn)定。陶瓷中鉛含量較高時，初始時泡浸液中鉛離子濃度與時間平方根成正比，但隨著時間的延長，泡浸液中鉛離子濃度逐漸偏離了該規(guī)律;而鉛含量較低時，泡浸液中鉛離子濃度與時間的平方根成正比。此外，我國學者研究了陶瓷容器中重金屬溶出量與泡浸時間的關系。結果發(fā)現(xiàn)，重金屬的遷移量與泡浸時間成顯著正比關系，其中鋅和鉆的遷移量呈拋物線型的關系，而鎳和鉛則近似于線性關系。

三、食品特性

（一）酒精含量

采用陶瓷制品存放酒精類食品時，鎘和鉛等重金屬向食品中的遷移速度、溶出量與酒精含量的關系不盡相同。國內學者研究了陶瓷中鎘離子在黃酒中的溶出規(guī)律。結果發(fā)現(xiàn)，整個泡浸過程陶瓷中隔的遷移量與黃酒酒精度相關性并不顯著。另外有學者發(fā)現(xiàn)，鎘離子的遷移量與酒精濃度則成顯著的正相關，即陶瓷容器中存放的食品酒精濃度越高，其中的鎘離子向食品中的遷移量越大。

然而，鉛離子的溶出規(guī)律與鎘離子的有所不同，多數(shù)情況下鉛離子的溶出量與酒精度成反比關系，即食品酒精度越低，鉛離子的遷移值就越大。有學者檢測了存放黃酒和白酒陶瓷中鎘和鉛的溶出量，結果發(fā)現(xiàn)盛放酒精度較高的白酒的陶瓷，鉛的溶出量相對較低，而盛放酒精度較低的黃酒的陶瓷，鉛的濃度則更高。其原因可能是陶瓷中的重金屬與酒精發(fā)生化學反應生成固形物而吸附在釉面上，降低了酒精類食品對陶瓷容器的腐蝕，從而降低了重金屬鉛的遷移量。陶瓷中重金屬在酒精類食品中的遷移與酒精度的關系較為復雜，其遷移規(guī)律除了與pH及酒精含量有關系外，還跟氧含量、關照等因素相關，因此，其中的關系尚未十分明確，有待科學研究者進一步探究。

（二）食品的酸堿度

pH值與陶瓷制品中鎘和鉛等重金屬的溶出量有顯著關系，在pH較低下（酸性環(huán)境），鎘和鉛的遷移量隨著酸度的增加而增加。有學者研究了pH值對陶瓷中重金屬遷移規(guī)律的影響。結果發(fā)現(xiàn)，用黃酒泡浸比用4%乙酸溶液泡浸，其鎘和鉛的溶出濃度顯著要低。另外，有學者比較了用不同濃度的乙酸溶泡浸陶瓷容器，并采用微波加熱一段時間，結果發(fā)現(xiàn)在相同加熱時間和加熱功率下，陶瓷中鎘和鉛的遷移量隨著乙酸濃度（pH）的增加而增加。

（三）食品的其他特性

在pH值相近的前提下，食品的其他特性對陶瓷中鎘、鉛等重金屬的遷移規(guī)律、溶出量也有重要影響。有學者比較了pH值相近而體積分數(shù)不同的乳酸、檸檬酸和乙酸溶液泡浸陶瓷對陶瓷中重金屬的遷