食品包装常常由报纸或塑料等再生材料组成，其中可能含有残留的矿物油油墨。这些残留在再生材料中的潜在微量有害物质会从包装中迁移到存储的食物中。为了解决这个问题，一个研究团队开发了一个数值模型来分析各种包装中矿物油的迁移模式。与实验研究相比，他们的仿真为优化食品安全提供了一种更加经济有效的方法。
食品包装的重要性
沿超市的任意一条过道上走去，你会发现各种各样的食品包装。这些包装通常用于向消费者提供重要的营养信息，但更重要的作用是保持储存食物的质量。这些包装可以减少食品在温度、阳光和细菌等风险中的暴露，同时防止损失和溢出，有助于延长食品的保质期，并确保食品的整体安全和完整性。
为了保存食物和保证食品安全，采用不同方式包装不同类型的食物。左图:纸箱包装的鸡蛋。图片由 Alisha Vargas 提供。获 CC BY 2.0许可，通过Flickr Creative Commons 。右：装满草莓的塑料盒。图片来自 tuchodi<。通过 Flickr Creative Commons 在CC BY 2.0下获得许可。
为了提高可持续性，当今的许多食品包装都由用再生材料制成。这种方法能够降低能源消耗、减少浪费和防止污染，有助于为全球环境保护做出贡献。但一些制作食品包装的回收塑料、纸张和纸板中可能含有矿物油(MOHs)，其中既有饱和烃(MOSHs)，也有芳香烃(MOAHs)。MOHs 被用于印刷产品信息的工业油墨，这是一个令人担忧的问题，因为欧洲食品安全局认为这些物质会对人体健康造成潜在风险，并会从产品包装的再生材料迁移到产品中。
一些用于食品包装的再生材料（如报纸）可能含有微量矿物油碳氢化合物。图片由waferboard提供。获CC BY 2.0许可，通过Flickr Creative Commons共享。
通过实验方法了解矿物油在食品包装中的迁移动力学相当耗时并且昂贵。为了寻找更有效的替代方法，慕尼黑技术大学（Technical University of Munich）的研究人员开发了一个适合各种包装材料的数值模型来描述这一过程。他们的模拟为减少食品接触这些物质提供了有价值的参考。
模拟食品包装中的矿物油迁移模式
为了设计模型，研究团队使用了 COMSOL Multiphysics 软件的附加产品 ——LiveLink for MATLAB。借助该产品，他们通过修改 MATLAB 代码中的几个参数就可以轻松定义不同的包装。这些参数包括:
- 包装层数
- 包装材料
- 包装厚度
- 矿物油的数量
- 物质名称
- 初始物质浓度
为了进行分析，研究人员模拟了 MOSH/MOAH 组分通过塑料包装材料的迁移。与储存的食品相比，食品包装通常很薄，因此他们将其视为一维问题，并假设食品是绕中心对称。团队使用 稀物质传输 接口 通过 Fick 扩散定律描述矿物油通过包装材料的迁移。在这项研究中，研究人员没有考虑这些物质在环境中的损失。
下图显示了等温储存后 1mm 厚的单层包装随时间变化的浓度曲线。在这种情况下，包装内部存在扩散阻力，大部分物质(MOSH/MOAH 成分的混合物)会从包装迁移到食品中。
绘图描述了单层包装的浓度分布。图片由C.Kirse，F.Edel和H.Briesen拍摄，来自其 COMSOL用户年会2016慕尼黑海报作品。
下图显示了迁移到食物中的物质数量与摩尔质量的函数。结果表明，分子量较大的物质迁移速度较慢。这是由于这些物质具有较低的扩散系数。
绘图描述了物质的数量为其摩尔质量的函数。图片由C. Kirse, F. Edel, H. Briesen 拍摄，来自他们的 COMSOL 用户年会 2016 慕尼黑海报作品。
虽然上述示例假设为等温储存，但是该模型可以通过分步和解析函数来描述储存期间温度发生的变化情况，也可以描述吸附层和物质到周围环境的蒸发。
展望未来，研究人员正计划对多孔介质（例如纸质包装）中的扩散进行模拟，因为Fick扩散定律只能在某些情况下描述系统中的这些扩散。他们还计划使用测量迁移的实验结果估计模拟研究的参数，这将使他们能够模拟更真实的食品包装设计，从而为食品安全的进一步发展奠定基础。
了解更多关于通过仿真改善食品安全的信息
- 阅读海报论文全文Migration of MOSH/MOAH Through Multi-layered Packaging Into Food
- 探索 COMSOL Multiphysics 在改善食品安全方面的进一步应用:
MATLAB 是 MathWorks 公司的注册商标。
评论 (0)