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《沈阳农业大学》 2017年
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食品用塑料复合包装膜中残留甲苯迁移规律及迁移机理研究

常南  
【摘要】:食品用塑料复合包装膜是将两种或者两种以上材质的塑料薄膜通过胶黏剂复合在一起,同时具有各层薄膜的优良性质,是目前市场上最为理想的软包装材料。低密度聚乙烯(LDPE)和流延聚丙烯(CPP)具有独特的防潮性和热封性,常作为复合膜的内层膜基材,与食品直接接触。在生产过程中,油墨、胶黏剂及其稀释剂等有机溶剂夹在复合膜的中间层,如果含量较高或挥发不充分,可能会发生残留并迁移到食品中。残留溶剂通常是几种有机溶剂的混合体,其中主要为甲苯和乙酸乙酯等,而甲苯是公认的致癌物质,且吸附性较高、易发生残留。因此,本研究以食品用塑料复合包装膜为试验材料,系统研究了普通塑料复合膜和耐蒸煮塑料复合膜中残留甲苯向食品模拟液中的迁移规律,进一步研究了耐蒸煮塑料复合膜中残留甲苯向猪肉中迁移效果,探讨蒸煮条件对膜阻隔性能和机械性能的影响;建立迁移数学模型并对模型预测效果进行评价;采用红外吸收光谱、扫描电镜、差式扫描量热分析、热重分析等技术手段,研究迁移条件对塑料复合膜内层膜微观结构的影响,从而探讨甲苯迁移机理,为保障食品安全及建立相关法律法规提供理论依据。主要研究结果如下:(1)温度越高,塑料复合膜中残留甲苯向模拟液中的迁移率越高。迁移时间越长,甲苯迁移率越高,并最终趋于稳定值;模拟液对甲苯迁移率影响较为显著。普通塑料复合膜中甲苯向不同食品模拟液中的迁移率大小依次为:异辛烷50%乙醇3%乙酸10%乙醇。耐蒸煮塑料复合膜中甲苯向不同食品模拟液和调味品模拟液中迁移率大小依次分别为:橄榄油3%乙酸超纯水;3g/100mL氯化钠0.1g/100mL谷氨酸钠5g/100mL蔗糖;内层膜厚度越大阻隔性越好,甲苯向模拟液中的迁移率越低。普通塑料复合膜中,甲苯透过不同材质内层膜向模拟液中迁移率大小依次为:LDPE30LDPE50CPP30CPP50;不同微波加热条件对耐蒸煮塑料复合膜中甲苯迁移率产生一定影响。微波功率越大、加热时间越长,甲苯迁移率越高。无论是使用哪种功率进行微波加热,当模拟液加热到大约80℃时,甲苯迁移率差异不显著。(2)猪肉中甲苯的适宜提取条件为:异辛烷作为萃取溶剂,振荡萃取40 min,该条件下甲苯的回收率在80.3%~88.7%之间,相对标准偏差(RSD)在3.2%~6.1%之间;蒸煮温度越高、时间越长,甲苯迁移率越大,但在121℃和135℃温度下,蒸煮20 min后甲苯迁移率变化不显著;猪肉中脂肪含量越高,甲苯迁移率越大;接触食品的塑料表面积与猪肉体积之比(表面积-体积比)对甲苯迁移影响较小;高温蒸煮可使膜阻隔性能降低,蒸煮时间越长,膜的阻隔性能相对越弱。随着蒸煮温度的升高和时间的延长,膜的拉断力和断裂伸长率下降,尤其是断裂伸长率变化更为明显。(3)采用Brandsch经验模型和Fick定律推算模型计算塑料复合膜中甲苯迁移扩散系数经验值(Dexp)和Fick定律推算值(DFick)。结果表明,甲苯扩散系数Dexp和DFick均随着温度的升高而增大。大多数情况下,塑料复合膜中甲苯扩散系数经验值高于Fick定律推算值(Dexp﹥Dfick),仅CPP30样品在4℃~20℃迁移温度下,甲苯向异辛烷中迁移时的Dexp﹤DFick;无论选用何种模拟液,相同温度下甲苯扩散系数经验值(Dexp)均相同;利用分配系数定义式来计算迁移过程中塑料复合膜中甲苯分配系数(KP.F),KP.F 越小表明甲苯向模拟液中的迁移量越大。温度越高,甲苯向同种模拟液中迁移KP.F值越小。普通塑料复合膜中甲苯向不同模拟液中迁移的KP.F值大小依次为:3%乙酸10%乙醇50%乙醇异辛烷。耐蒸煮塑料复合膜中甲苯向模拟液中迁移的KP.F值大小依次为:超纯水3%乙酸橄榄油;建立单层迁移数学模型并对其简化,以Dexp和KP.F作为模型中重要参数,并将甲苯迁移量的模型推算值与试验值进行比较。结果表明,模型可以较好的预测甲苯迁移量的变化趋势。除了在4℃和20℃条件下,CPP30样品中甲苯向异辛烷中迁移量的模型值略小于试验值外,其他条件下,LDPE30、CPP30和RCPP70三种样品中甲苯迁移量的模型值均大于或约等于试验值。(4)经迁移条件处理后,普通塑料复合膜(LDPE、CPP)和耐蒸煮塑料复合膜(RCPP)三种样品红外吸收光谱中部分吸收峰均向低波长方向移动,说明膜内部分子间作用力下降;扫描电镜显示经处理后的样品断面微观结构出现褶皱、扭曲等现象,CPP膜微观结构变化略小于LDPE膜,异辛烷和橄榄油分别对普通膜和蒸煮膜微观结构影响较大;DSC分析表明样品经处理后膜的熔点和热焓值均下降,说明膜的热稳定性变差,结晶度降低,CPP膜变化幅度小于LDPE膜。未接触模拟液的RCPP样品在高温蒸煮后,膜的结晶度降低,但热稳定性变化较小;TG曲线显示经处理后的LDPE和CPP样品热分解温度降低,热稳定性下降,RCPP样品在高温蒸煮后,膜的热稳定性变化较小。
【学位授予单位】:沈阳农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TS206.4

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