引言
在本研究中，作者探讨了来自广泛使用的市售LDPE食品保鲜膜的微塑料及塑料衍生溶解性有机物（DOM）生成特征。LDPE食品保鲜膜是全球厨房中常见的塑料食品包装材料之一。文章进行了系列老化实验，以模拟食品保鲜膜在日常食物准备和储存条件下的表现，包括微波辐射、蒸汽加热、加热、冷藏、冷冻以及冻融循环。此外，为模拟阳光暴露，还对材料进行了紫外辐射处理。研究中还分析了塑料薄膜的降解程度、塑料薄膜的理化变化、微塑料生成特征以及塑料衍生DOM的生成特征。本研究的结果在分子层面揭示了聚合物在日常使用和存储条件下的老化特征，对未来塑料食品包装材料的健康风险评估具有重要参考价值。
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结果简要分析
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在模拟的食物准备和
储存条件下快速生成微塑料
在模拟的食品准备和储存条件下，食品保鲜膜在不同老化处理下迅速生成了大量微塑料(MPs)（图1b−f）。各项处理初期的MP生成量显著高于对照组。例如，在微波辐射2分钟后，保鲜膜产生了147个MPs/cm²，比未辐射对照组高出32.7倍，并在10分钟时增加至313个MPs/cm²（是对照组的69.6倍）（图2b）。加热30分钟产生了214到410个MPs/cm²，是对照组的47.6至91.3倍（图2c）；蒸汽处理5分钟至3小时则产生了181到690个MPs/cm²，为对照组的40.4至154倍（图2d）。紫外线辐射显著增加了MP生成量，1小时后产生了123个MPs/cm²（相当于0.7天阳光暴露），12小时后达到2034个MPs/cm²（是对照组的27.5至453倍）（图2e）。此外，冷藏7天和30天分别产生了103和72个MPs/cm²，冷冻30天和60天分别生成66和112个MPs/cm²，均显著高于对照组（图2f）。冻融循环2次和4次生成132和183个MPs/cm²（图2f）。
研究结果表明LDPE材料在日常使用条件下的碎片化率明显高于填埋场、农业土壤和海洋环境中的分解速率，尤其是在紫外线照射和蒸汽处理中更易产生微塑料。这表明LDPE在食品包装中易碎裂成微塑料颗粒，具有更高的健康风险潜力。
图1. (a) 老化实验的示意图。(b−f) 不同处理条件下塑料薄膜的微塑料生成、杨氏模量变化、硬度变化以及表面氧含量的变化，包括 (b) 微波辐射, (c) 加热, (d) 蒸汽加热, (e) 紫外线辐射, 和 (f) 冷藏 (RF), 冷冻 (FZ), 以及冻融循环 (FT)。
图2. (a) 剩余塑料薄膜的杨氏模量与生成的微塑料数量之间的指数关系。(b) 剩余塑料薄膜的硬度与杨氏模量之间的线性相关性。(c) 剩余塑料薄膜的数均分子量 (Mn) 与多分散指数 (PDI) 的线性相关性。(d) 剩余塑料薄膜的重均分子量 (Mw) 与多分散指数 (PDI) 的线性相关性。(e−i) 不同处理条件下剩余塑料薄膜的多分散指数 (PDI)、重均分子量 (Mw)、数均分子量 (Mn) 和接触角的变化，包括 (e) 微波辐射, (f) 加热, (g) 蒸汽加热, (h) 紫外线辐射, 以及 (i) 冷藏 (RF)、冷冻 (FZ) 和冻融循环 (FT)。
剩余塑料薄膜的物理和化学变化
各种老化处理导致了剩余塑料薄膜的显著机械性能下降，表现为杨氏模量和硬度的显著降低，但在大多数情况下表面氧含量并未显著增加（图1）。微波辐射、蒸汽加热、冷藏、冷冻和冻融循环处理过程中，塑料薄膜的机械性能发生了显著变化，但表面氧含量始终低于1%（图1）。只有当加热温度超过91°C或紫外线辐射超过6小时时，才观察到化学氧化现象显著增加（图1）。杨氏模量的下降与生成的微塑料数量呈指数关系，机械性能越低，微塑料生成量越多（图2b）。此外，除紫外辐射外，大多数老化处理未显著改变保鲜膜的接触角，表明这些情况下表面氧化未显著增加含氧官能团（图2）。
聚合物降解特征
在整个加热、蒸汽加热、微波辐射、冷藏、冷冻和冻融循环过程中，数均分子量(Mn)和多分散指数(PDI)未观察到显著变化（p > 0.05），这表明残余塑料薄膜的聚合物降解程度微乎其微（图2）。无阳光辐射的日常使用条件下，塑料聚合物仅经历轻微老化，bulk塑料薄膜不易显著降解。然而，在紫外线辐射下，Mn出现波动并显著下降，表明可能发生了链断裂，而Mw的增加则暗示了交联现象的存在。说明紫外线辐射显著影响塑料薄膜的物理化学特性。
塑料衍生溶解性有机物（DOM）
的释放与分子组成
图3. (a) 不同处理后识别的含碳（C）、氢（H）和氧（O）的溶解性有机物（DOM）分析物数量。(b−d) 不同处理后DOM物质的 (b) O/C比值、(c) NOSC值和(d) DBE-O值的分布。缩略语：MW，微波辐射；HT，加热；ST，蒸汽加热；UV，紫外线辐射；FT，冻融循环。
图4. (a) 随着老化，识别的DOM分析物的碳数与氧数的变化。(b) Van Krevelen图，显示识别的DOM分析物随着老化的O/C和H/C值变化。(c) 随着老化，识别的DOM分析物的m/z与NOSC值的变化。(d) 随着老化，识别的DOM分析物的NOSC值与AImod值的变化。缩略语：MW，微波辐射；HT，加热；ST，蒸汽加热；UV，紫外线辐射；FT，冻融循环。
结果表明，塑料衍生的溶解性有机物（DOM）在老化过程中显著增加，DOC浓度比对照组高出6.8至35倍，且老化过程中识别的DOM分析物数量显著增加。这些DOM表现出更高的O/C比率、更高的极性和更低的DBE-O值，表明其更易于氧化和具有更高的碳饱和度。相较于塑料薄膜的氧含量变化，塑料衍生的DOM更容易在模拟的日常使用条件下氧化，且较小的DOM颗粒因其更大的比表面积可能加速这一过程。此外，老化后的DOM分子量范围更广，某些处理方式导致难降解物质的生成，暗示加热和紫外线辐射可能促进交联反应，进而产生高分子量的交联物质。这些发现强调了日常使用和存储条件下塑料的老化影响及其潜在的环境和健康风险。
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结 论
该研究表明，低密度聚乙烯薄膜在模拟的食品准备和储存条件下，产生了大量微塑料（MPs）和数百到数千种塑料衍生的溶解性有机物（DOM）。具体而言，该塑料薄膜在经历微波辐射、加热、蒸汽加热、紫外线辐射、冷藏、冷冻和冻融循环等老化条件下，产生了66−2034个MPs/cm²（尺寸范围10−5000 μm），是对照组（浸泡在水中的塑料薄膜）产生量的15−453倍。同时，显著释放了塑料衍生的DOM。
通过超高分辨率质谱，识别出321−1414种分析物，其分子量范围在200到800 Da之间，包含碳、氢和氧。这些DOM物质包括聚乙烯的降解产物（如氧化的寡聚物）和有毒的塑料添加剂。值得注意的是，尽管在老化条件下未观察到塑料薄膜明显氧化，但塑料衍生的DOM在老化后更具氧化性（平均O/C增加27−46%），表现出更高的碳饱和度和极性。这些发现强调了评估塑料包装中微塑料和DOM释放相关风险的必要性。
