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1、2023 年 第 33 卷 第 5 期 塑料包装 23 0.前言“民以食为天，食以质为先”，食品是与人们的生命健康息息相关的，食品质量问题已日益成为国家、企业和消费者最关心、最直接、最现实的利益问题。食品包装被称为“特殊食品添加剂”，它是现代食品工业的最后一道工序，是食品不可分割的重要组成部分，食品的包装可以保护食品免于环境因素（水、氧、光）影响和免于微生物等的污染，达到保质、保鲜和延长食品货架期的要求。塑料包装材料因具有良好的阻隔性、保香性、耐油性和防水性能以及良好的加工性能而被广泛用于食品和药品包装。随着经济的发展食品安全问题也逐渐暴露出来。食品包装材料中有害物质向食品中迁移造成食品安全性

2、的新威胁。同时食品接触材料不仅在供应链流转中会经 其他 辐照对食品接触材料的物理机械性能的影响 蔡岱芸1 杨婷1 曾庆鹏1 岳淑丽2（1.广东省潮州市质量计量监督检测所，潮州 521011；2.华南农业大学食品学院，广州 510642）摘 要：主要研究了不同剂量的辐照处理（5 kgy50 kgy）对食品接触材料 PE 膜、CPP 膜关键物理机械性能的影响。试验结果表明 PE 膜和 CPP 膜的拉伸性能均受辐照剂量的增加而下降，其中厚度较小的 CPP 膜拉伸性能受辐照剂量的影响较为显著，横向拉伸强度及断裂标称应变的下降变化率最大，而 CPP 膜的雾度和 PE 膜的落镖冲击性能受辐照剂量影响不显著

3、。关键词：辐照 PE 膜 CPP 膜 拉伸强度 断裂标称应变 基金项目：广东省市场监督管理局项目（2021CZ35）Effects of irradiation on physical and mechanical properties of food contact materials Cai Daiyun1 Yang Ting1 Zeng Qingpeng1 Yue Shuli2（1.Guangdong Chaozhou Institute of Quality&Metrology Supervision&Inspection,Chaozhou 521011,China；2.College

4、 of Food Science,South China Agricultural University,Guangzhou 510642,China）Abstract：The effects of different doses of irradiation（5kgy 50 kgy）on the key physical and mechanical properties of PE and CPP films of food contact materials were studied.The experimental results showed that the tensile pro

5、perties of both PE and CPP films decreased with the increase of radiation dose,and the tensile properties of CPP films with smaller thickness were significantly affected by radiation dose,and the transverse tensile strength and nominal fracture strain decreased with the greatest change rate,while th

6、e fog degree of CPP films and the falling dart impact properties of PE films were not significantly affected by radiation dose.Keywords：Irradiation PE film CPP film Tensile strength Nominal tensile strain at break 24 塑料包装 2023 年 第 33 卷 第 5 期 受长时间环境的光、氧、高温湿度以及振动等环境的影响，而且食品接触材料在使用（如食品的灌装、灭菌等）和加工过程中（如塑

7、料的成型）也会经受化学、高温、紫外线、高能粒子（射线）辐照等影响，这些影响因素不仅会造成接触材料化学分子结构的变化（如氧化、分解），同时会发生物理性能的变化（如结晶、流变性等）。特别是辐照技术，是近年来发展较快的新型处理技术。辐照可以在一定程度上杀死食品中的致病微生物及部分的腐败细菌，抑制食品劣变过程，起到保持食物新鲜的作用。辐照技术与高温灭菌、蒸汽灭菌、环氧乙烷消毒相比具有操作简单、杀菌效率高等特点，它还能抑制食物本身的新陈代谢和延缓食物腐烂，具有安全、经济、卫生的特点，是目前效果较好的产品及食品杀菌加工技术，因此辐照技术被广泛地应用于各国的食品加工业中，特别是食品经过包装密封处理再进行辐照

8、处理技术因具有显著优点，应用前景十分光明。但是塑料高分子材料受到辐照后会引发一系列的物理化学反应，可能对食品接触材料的化学和物理特性产生影响；食品接触材料的物理性质（如分子的均匀性、密度、结晶度等）不仅会造成材料阻隔性和机械强度的改变，这些改变又会造成对食品防护效果的不确定性风险，给包装食品质量安全造成新的不确定风险1。目前常用的食品接触材料有流延聚丙烯（CPP）薄膜和 PE 吹塑薄膜，CPP 膜现行的国家标准是 GB/T 27740-2011流延聚丙烯（CPP）薄膜2，标准中拉伸强度和断裂标称应变、雾度属于比较关键的物理机械性能，PE 膜现行的国家标准是 GB/T 4456-2008 包装用

9、聚乙烯吹塑薄膜3，标准中拉伸强度和断裂标称应变、落镖冲击属于比较关键的物理机械性能。因此通过对食品接触材料 CPP 膜和 PE 膜进行不同剂量的辐照处理，研究和分析其对材料的关键物理机械性能的影响，从而发现食品接触材料在辐照过程中新风险因素，有利于市场的监控，有利于降低食品接触材料的安全风险。1.材料与方法 1.1 仪器设备 5 kN 万能材料试验机：德国 ZICK；光电雾度计：TMI。落镖冲击试验仪：济南兰光机电技术有限公司。高能电子加速器辐照装置：广东雷大辐照中心。1.2 样品的处理 试验用样品为 PE 膜和 CPP 膜，来源于日常监督检验抽样及市场购样。分别选取两种不同厚度的 PE 膜和

10、 CPP 膜，如表 1 所示。表 1 试验样品规格 样品 号 PE 膜 号 PE 膜 号 CPP 膜 号 CPP 膜 厚度 m 40 80 50 30.根据辐照食品行业采用的辐照剂量（0.0 5kgy50 kgy），本研究实验选择了 5 kgy、10 kgy、15 kgy、20 kgy、30 kgy、40 kgy、50 kgy 七个辐照剂量点对试样进行处理。试样分为八组，其中七组分别进行不同剂量的辐照处理，一组为空白试样（0 kgy）。1.3 样品的状态调节 按照产品标准规定的尺寸裁取试样，按照GB/T 2918-2018 塑料 试样状态调节和试验的标准环境4中要求的标准环境 232、50%5

11、%RH 进行状态调节，时间应不少于 4h。1.4 样品测试 实验依据 GB/T 4456-2008包装用聚乙烯吹塑薄膜对 PE 膜进行拉伸强度（纵横向）、断裂标称应变（纵横向）和落镖冲击的性能测试；实验依据 GB/T 27740-2011流延聚丙烯（CPP）薄膜对 CPP 膜进行拉伸强度（纵横向）、断裂标称应变（纵横向）和雾度等性能测试。注：文中所指的纵向为卷膜的卷曲方向，横向为垂直纵向的方向。2.结果分析与讨论 2.1 辐照剂量对 PE 膜拉伸性能的影响 2023 年 第 33 卷 第 5 期 塑料包装 25 2.1.1 辐照剂量对 PE 膜拉伸强度（纵横向）的影响，如图 1、图 2 所示。

12、从图 1、图 2 中可以看出，号和号 PE 膜经辐照处理后，纵横向的拉伸强度均小于未辐照试样的拉伸强度。图1 不同辐照剂量对PE膜拉伸强度（纵向）的影响 图2 不同辐照剂量对PE膜拉伸强度（横向）的影响 随着辐照剂量的增加，拉伸强度下降趋势不明显。PE 膜的纵向拉伸强度下降的变化率最大13.7%（号膜），横向拉伸强度下降的变化率最大 5.3%（号膜），并均在辐照剂量 50 kgy 时出现最小值。2.1.2 辐照剂量对 PE 膜断裂标称应变（纵横向）的影响，如图 3、图 4 所示。从图 3、图 4 中可以看出，号和号 PE 膜经辐照处理后，纵横向的断裂标称应变均小于未辐照试样的断裂标称应变。随着

13、辐照剂量的增加，断裂标称应变下降趋势不明显。PE 膜的纵向断裂标称应变下降的变化率最大 7.5%（号膜），横向断裂标称应变下降的变化率最大 7.8%（号膜），并均在辐照剂量 50 kgy 时出现最小值。上述可知，当辐照剂量不大于 50 kgy 时，PE膜经辐照处理后，拉伸强度和断裂标称应变均有下降的趋势，并均在最大辐照剂量 50 kgy 时出现最小值，其中，PE 膜的纵向拉伸强度下降变化率最大。由此可见，PE 膜的拉伸性能随着辐照剂量的增加而下降，但厚度的大小对 PE 膜辐照处理后下降规律影响不显著。图3 不同辐照剂量对PE膜断裂标称应变（纵向）的影响 图4 不同辐照剂量对PE膜断裂标称应变（

14、横向）的影响 2.2 辐照剂量对 PE 膜落镖冲击性能的影响 按照标准的要求，根据薄膜的厚度和类别，PE号膜选择落镖质量 55 g，PE号膜选择落镖质量 90 g 进行落镖试验。经试验，不同辐照剂量处理的八组试样均不破裂（10 个平行样试验）。上述可知，经辐照处理后，PE 膜的落镖冲击性能均能符合标准的要求。由此可见，当辐照剂量不大于 50 kgy 时，辐照处理对 PE 膜落镖冲击性能的影响不显著。2.3 辐照剂量对 CPP 膜拉伸性能的影响 2.3.1 辐照剂量对 CPP 膜拉伸强度（纵横向）的影响，如图 5、图 6 所示。26 塑料包装 2023 年 第 33 卷 第 5 期 从图 5、图

15、 6 中可以看出，号和号 CPP膜经辐照处理后，纵横向的拉伸强度均小于未辐照试样的拉伸强度。随着辐照剂量的增加，拉伸强度下降趋势较明显。CPP 膜的纵向拉伸强度下降的变化率最大 36.7%（号膜），横向拉伸强度下降的变化率最大 38.7%（号膜），并均在辐照剂量 50 kgy 时出现最小值。号 CPP 膜的厚度比号小，其拉伸强度的下降变化率最大。图5 不同辐照剂量对CPP膜拉伸强度（纵向）的影响 图6 不同辐照剂量对CPP膜拉伸强度（横向）的影响 2.3.2 辐照剂量对 CPP 膜断裂标称应变（纵横向）的影响，如图 7、图 8 所示。从图 7、图 8 中可以看出，号和号 CPP膜经辐照处理后，

16、纵横向的断裂标称应变均小于未辐照试样的断裂标称应变。随着辐照剂量的增加，断裂标称应变下降趋势较明显。CPP 膜的纵向断裂标称应变下降的变化率最大 25.3%（号膜），横向断裂标称应变下降的变化率最大 51.8%（号膜），并均在辐照剂量 50 kgy 时出现最小值。号 CPP 膜的厚度比号小，其断裂标称应变的下降变化率最大。图7 不同辐照剂量对CPP膜断裂标称应变（纵向）的影响 图8 不同辐照剂量对CPP膜断裂标称应变（横向）的影响 上述可知，当辐照剂量不大于 50 kgy 时，CPP膜经辐照处理后，拉伸强度和断裂标称应变均有较明显的下降趋势，并均在最大辐照剂量 50 kgy时出现最小值。其中，

17、横向的拉伸强度和断裂标称应变的下降变化率比纵向大，厚度小的 CPP 膜拉伸强度和断裂标称应变的下降变化率最大。由此可见，当辐照剂量不大于 50 kgy 时，CPP 膜的横向拉伸性能随着辐照剂量的增加急剧下降，并且辐照处理对厚度较小的 CPP 膜拉伸性能的影响更为显著。2.3 辐照剂量对 CPP 膜雾度的影响 表 2 不同辐照剂量处理，CPP 膜的雾度（单位：%）辐照剂量 0 5 10 15 20 30 40 50 CPP 膜 号 5.1 5.1 5.1 5.1 5.0 5.0 5.1 5.0 CPP 膜 号 4.2 4.2 4.2 4.1 4.2 4.1 4.1 4.1 2023 年 第 33

18、 卷 第 5 期 塑料包装 27 注：表中不同辐照剂量条件下的试验数据为 5 个平行样的算术平均值。从表 2 中可以看出，号和号 CPP 膜经不大于 50 kgy 剂量的辐照处理后，随着辐照剂量的增加，其雾度无显著的变化。由此可见，当辐照剂量不大于 50 kgy 时，CPP膜的雾度受辐照剂量的影响不显著。2.4 辐照剂量对食品接触材料 PE 膜、CPP膜的物理机械性能的影响 由上述分析可得，食品接触材料 PE 膜和 CPP膜经不小于 50 kgy 的辐照剂量处理后，其拉伸性能总体上均有下降的趋势，其中 CPP 膜的拉伸性能受辐照剂量的影响较为显著，横向拉伸强度及断裂标称应变的下降变化率最大。另

19、外，厚度较小的 CPP 膜的拉伸性能受辐照剂量的影响更为显著，PE 膜则无明显的影响。当辐照剂量不大于 50 kgy 时，食品接触材料CPP 膜的雾度受辐照剂量影响不显著，PE 膜的落镖冲击性能受辐照剂量影响不显著。影响产生的原因与材料的力学性能与高分子材料的微观结构受辐照处理后产生的变化密切相关。高分子聚合物经辐照激发后发生了交联合断链反应，交联可增加材料的强度，而断链则会使材料的拉伸强度和断裂标称应变降低，材料变硬变脆5。当辐照剂量不大于 50 kgy 时，PE 膜和 CPP膜经辐照后主要发生了高分子链的裂解反应，所以会出现材料拉伸性能下降的现象。而 CPP 膜由于其流延的生产工艺及高分子

20、结构的特殊性，经辐照后发生裂解反应更显著，导致其拉伸性能下降变化率更大。2.5 用于辐照灭菌的食品接触材料的建议 目前，辐照在食品保藏上的应用，采用的是不大于 50 kgy 的辐照剂量。一般来说，低剂量（0.05 kgy1.00 kgy）的辐照处理用于抑制果蔬发芽，杀灭鲜果鲜肉中的害虫，推迟鲜果蔬的生理过程。中剂量（1 kgy10 kgy）的辐照处理用于延长食品货架期，减少腐败和致病菌数量，改善食品品质。高剂量（10 kgy50 kgy）的辐照处理用于肉、禽制品、水产品等加工食品的工业杀菌，也用于某些食品添加剂和香辛料的抗污染。通过上述实验对食品接触材料进行了辐照剂量不大于 50 kgy 的辐

21、照处理，研究其辐照前后物理机械性能的变化，可以得出当辐照剂量不大于50 kgy 时，辐照处理对食品接触材料 PE 膜的物理机械性能影响较小。为了更好的保证用于辐照灭菌的食品塑料包装优良的贮存性和使用性，建议使用以 PE 膜材料为主的食品接触材料，或者使用强度较大，厚度较大的 CPP 膜材料。3.结语 本文通过对食品接触材料 PE 膜和 CPP 膜在食品辐照灭菌剂量（0.05 kgy50 kgy）处理后，测试其辐照后物理机械性能，并与未辐照前的性能进行对比。研究得出当辐照剂量不大于 50 kgy时，PE 膜和 CPP 膜的拉伸性能均受辐照剂量的增加而下降，其中 CPP 膜的拉伸性能受辐照剂量的影

22、响较为显著，横向拉伸强度及断裂标称应变的下降变化率最大，厚度较小的 CPP 膜拉伸性能下降变化率最大，而 CPP 膜的雾度和 PE 膜的落镖冲击性能受辐照剂量影响不显著。由于辐照剂量不大于50 kgy的辐照处理对食品接触材料 PE 膜的物理机械性能影响较小，建议使用以 PE 膜材料为主的食品接触材料，或者使用强度较大，厚度较大的 CPP 膜材料，从而能够更好的保证辐照灭菌食品塑料包装优良的使用性能。参考文献 1 宁慧男，张钦发等.辐照技术对食品及包装材料迁移规律的影响J,食品科技,2020,45(2):74-77 2 GB/T 27740-2011 流延聚丙烯（CPP）薄膜S 3 GB/T 4456-2008 包装用聚乙烯吹塑薄膜 S 4 GB/T 2918-2018 塑料 试样状态调节和试验的标准环境S 5 刘银.60Co 辐照对 PE、PP、PA 食品接触包装材料辐解行为、迁移规律及物理性能影响研究D,新疆大学,2013