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食品中微塑料污染的分離檢測技術研究進展
  瀏覽次數：12269  發布時間：2025年10月11日 16:01:31
[導讀] 微塑料作為一種新興污染物,廣泛存在于環境和食品鏈中,對生態系統和人類健康構成嚴重威脅。本文系統綜述了微塑料的主要來源,包括食品包裝、水系統、海產品和農產品,揭示了其通過食物鏈進入人體的多種途徑。

2食品中微塑料檢測的樣品前處理技術

2.1物理處理

物理方法可分為膜分離和浮選兩種。膜分離是從食品基質中分離MPs的適宜方法之一。這種簡單易用的技術不涉及復雜的設置,利用壓力差使液體流過膜。施加壓力可使溶液將MPs保留在不同膜過濾器的表面上,并且尺寸分選清晰。此外,分離過程根據過濾的顆粒大小可分為超濾、微濾、納濾和反滲透。近年來,膜分離技術也應用于食品中MPs的檢測。例如,DU等[26]曾進行過研究,以檢測外賣食物容器中是否含有MPs。用5μm膜濾膜提取MPs。結果表明,MPs在所有容器中的存在范圍為3~29個粒子/容器,其中聚苯乙烯片狀粒子約占77%。盡管膜分離在從樣品中分離組分方面表現良好,但諸如膜污染等缺點應該得到解決。膜污染指的是顆粒在膜上過度沉積,導致孔道堵塞。為了減少污染影響,可以使用反沖洗系統,通過使液體反向流過膜,從而改善膜表面物質的去除,同時提高最終處理效率。浮選是從樣品中提取MPs的一種常用、快速、簡單的技術,實現了接近完全分離[27]。樣品基質通常先用過氧化氫溶液預消化,以改善塑料的提取。然后將溶液與浮選介質混合,以產生均質溶液。真空過濾后進行的浮選研究進一步證明了這種方法的有效性,TIRKEY[28]的研究顯示每50g材料中含有16~63個顆粒。浮選的整個過程通常具有高回收率(高達99%),且價格低廉,易于管理。但這種方法的根本缺點是MPs必須首先從基質材料中分離出來。

2.2化學處理

盡管物理分離研究已被證明效果比較好,但缺點是很耗時,需要更精確的檢測。為了實現更快的采樣技術以提高檢測效率這一目標,采用了化學處理的方法。目前,MPs的化學消化大致可分為兩類:酸處理和堿處理。這兩種處理方法都能夠在不干擾MPs的情況下降解組織和食物樣本中的有機物[29]。但應該注意的是,如濃HNO3(22.5mol/L)在處理過程中可能會引起過度反應,會降解或破壞pH敏感聚合物(如聚苯乙烯),從而導致MPs計數和測量困難[30]。此外,用過氧化氫對樣品進行前處理會導致產生泡沫和組織消化不完全。不過,應用酶處理評價消化效率有效且不會損害食物基質。

2.3酶處理

酶處理是化學處理的一種合適的替代方法,因為它對環境的危害較小,并且使用生物活性酶能實現更好地分離。將酶添加到樣品中,隨著溫度和pH的變化會引起解聚和復雜的酶促反應,以形成單體,然后進行表征研究。JIANG等[31]進行了一項植物-土壤生態系統研究使用兩種酶處理聚苯乙烯MPs并觀察其對蠶豆產生的影響。與超氧化物歧化酶和過氧化物酶混合處理相比,生物量利用率和植物根部過氧化氫酶活性表明,酶處理后的聚苯乙烯顆粒(<5μm)更小。

盡管酶處理有利于MPs的分離,但在為特定食品樣品選擇合適的酶并適應復雜的處理步驟方面仍是一個挑戰[32]。雖然多種酶的混合物可能有助于同時消化一個樣品中存在的多種MPs,但使用復合酶的成本很高。近年來,人們嘗試制定一種標準化的新方法,用于分析消化的海鮮和生物群中的MPs,這種方法成本低、對環境風險較小[33]。該方法也成功地在Serripesgroenlandicus上進行了試驗。該方案包括比較兩種消化方法:使用胰酶的酶消化(主要由脂肪酶、淀粉酶和蛋白酶組成的活性物質的組合)和化學消化(使用KOH)。考慮到pH為8和濃度為0.05g組織/g的處理條件,取KOH和胰酶的當量比,其過夜消化率為97.7%±0.2%,回收率為87%±5.9%,而KOH化學處理效率為33.1%±5.5%,回收率為75%±11.5%。結果表明,胰酶具有很好的應用前景。

2.4萃取

除了物理法、化學法和酶法分離MPs外,還對萃取方法進行了評價。目前使用較多的3種萃取方法分別是超聲萃取、固相微萃取(solid-phasemicroextraction,SPME)和磁萃取。

與物理法和酶處理相比,超聲萃取技術具有成本效益高、對樣品的破壞最小、不需要復雜的化學反應等優點。例如,WAGNER等[34]對淡水魚腸道樣品使用水浴超聲波儀在39~41kHz下持續處理15min后,將小于50~100μm的MPs與大量PE、苯乙烯、增塑劑和纖維分開。由于這種方法對樣品的毒性更小,更有效,因此研究者建議在不同的海洋環境中處理MPs時使用該技術。此外超聲波處理可以改善溶劑滲透,這是另一個優點。

SPME技術也被用于提取MPs。該技術的優點是節省了時間和處理成本。特別的是,頂空模式(headspace,HS)下的微萃取在降解聚合物和單體方面有著很大的優勢。

磁萃取技術已在環境和飲用水樣品中有所應用。這項技術使用鐵納米顆粒,使其與樣品中的塑料結合在一起,形成疏水尾部。結合的鐵顆粒使塑料磁化,吸引粒徑為10~20μm的MPs,回收率為92%[35]。類似的方法也可用于從食品基質中分離MPs。

大多數研究人員專注于使用萃取技術作為前處理步驟,而不是單一的分離技術[32]。目前還鮮少有關于食品樣本中溶劑性質或溫度變化的研究。此外,超聲波或脈沖超聲波等萃取方法只能將脆性塑料成分分解成較新的微小碎片或納米塑料,這給估計總數帶來了不小的挑戰[36]。因此,需要更多的研究來評估MPs的分離。