食品和药品包装用复合膜溶出物的检测和控制探讨

食品和药品包装用复合膜溶出物的检测和控制探讨广州市冠誉铝箔包装材料有限公司廖启忠Tel:13503000534E-mail:[e-mail]一、概述1、食品包装用复合膜与药品包装用复合膜在溶出物检测方法上的差异食品包装用复合膜的卫生性能指标一般按GB9683-1988《复合食品包装袋的卫生标准》，有甲苯二胺、蒸发残渣、高锰酸钾消耗量、重金属等项目。卫生性能的检测方法一般按GB/T5009.60-2003《食品包装用聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯成型品卫生标准的分析方法》，该标准中提供了四种不同的浸泡条件：水(60℃2h)，4%乙酸(60℃2h)，65%乙醇(室温2h)，正已烷(室温2h)，分别用这四种溶液来模拟非酸性食品、酸性食品、酒类食品和油脂类食品。蒸发残渣越大，说明从复合膜中迁移到食品中的化学物质就越多，食品被污染得就越严重，其卫生性就越差。为了进一步规范浸泡条件，我国制定了GB/T5009.156-2003《食品包装用材料及其制品的浸泡试验方法通则》，对如何浸泡作了明确的规定。该标准规定，试样必须进行清洗并烘干，可盛放溶剂的塑料薄膜、袋应浸泡无文字图案的内壁部分。若不能按每平方厘米加2ml进行浸泡，必须对实验结果进行修正，或析出物量用mg/dm2来表示。药品包装用复合膜的卫生性能原来采用YY0236-1996《药品包装用复合膜、袋通则》，其卫生性能指标和试验方法与食品包装用复合膜基本一致。2000年国家药品监督管理局发布了21号令《药品包装用材料、容器管理办法》，一方面将药品包装材料生产企业的生产许可证制度改为了产品注册证制度，另一方面将药品包装材料的标准的管理权从国家技术监督管理局移到了国家药品监督管理局。从2002年起，YY0236-1996作废，国家药品监督管理局制定了一系列药品包装材料标准。新制定的标准形式上采用了药典的编写形式，而且许多性能指标和检测方法做了很大修改。新标准YBB00132002《药品包装用复合膜、袋通则》用“不挥发物”取代了食品包装用复合膜的“蒸发残渣”(为方便下文中统称为“溶出物”)。同时浸泡的条件也有较大差异，具体见下表。表1药品包装用复合膜标准与食品包装用复合膜标准的浸泡条件的差异药品包装用复合膜(不挥发物)水70℃2h65%乙醇70℃2h正已烷58℃2h—食品包装用复合膜(蒸发残渣)水60℃2h65%乙醇室温2h正已烷室温2h4%乙酸60℃2h在制样方面，药品包装用复合膜采用直接剪碎浸泡，食品包装用复合膜标准采用成袋法浸泡内表面。剪碎浸泡实验操作简单，使用浸泡液也较少，就实验操作本身是非常有利的，但将复合膜的内层和外层一起浸泡与实际的使用情况不相符。当外层为玻璃纸或纸张等特殊材料时，外层材料中的许多物质可能会被浸出，从而造成检验结果不合格，因而很早就有人提出用剪碎浸泡法测量溶出物不合理[1][2]。2004年在制定YBB00202004《玻璃纸/铝/聚乙烯药品包装用复合膜、袋》时就遇到这一问题，不得不在该标准中将试验方法改为成袋法浸泡内表面。食品包装用复合膜样品检测前应先进行清洗和烘干，而药品包装用复合膜的样品为直接检测。有些复合膜在加工过程(如挤出涂复、制袋)中为了减小摩擦系数，提高袋子的开口性，有时会采用喷粉处理，所用的喷粉符合食品和药品的卫生要求，与浸泡中的溶出物是完全两回事，但在药品包装用复合膜的不挥发物检测中，由于样品未经清洗，喷粉将被检定为溶出物。药品包装用复合膜的重金属检测用的70℃2小时水的浸泡液，食品包装用复合膜则采用室温2小时的4%乙酸浸泡液。一般来说，水很难将重金属溶出的，用4%的乙酸更为合理。有实验结果表明，相同的样品，4%乙酸2小时的浸泡液中重金属的含量要比70℃2小时的水浸泡液中重金属含量高。药品包装用复合膜的不挥发物的标准值与食品包装用复合膜的蒸发残渣标准值基本一致，但单位却不同，食品包装用复合膜的蒸发残渣以每平方厘米2ml进行浸泡，然后测定浸出液中蒸发残渣的浓度，结果以mg/L表示。而药品包装用复合膜的不挥发物则取内表面积为600cm2的样，用200ml进行浸泡，然后取100ml进行蒸发，测定其不挥发物，结果以mg表示。2、国外溶出物检测的方法发达国家对于包装材料中的成分向包装内容物的迁移量也有明确的规定，其标准值与我国的标准相似，但其浸泡条件与我国有所差异。美国FDA中的170部分的189条用蒸馏水模拟PH5.0的非酸性食品，用3%乙酸模拟PH5.0的酸性食品，用8%或50%乙醇模拟酒类食品，用庚烷模拟油脂性食品。日本和台湾也采用了类似的四种浸泡液：正庚烷(25℃1h)，20%乙醇(60℃0.5h)，水(60℃0.5h)，4%乙酸(60℃0.5h)。欧洲共同体的93/8/EEC采用水来模拟非酸性食品，用3%乙酸模拟酸性食品，15%乙醇模拟酒类食品，用精制橄榄油模拟油脂性食品[3]。但其浸泡时间和温度按实际使用的温度和接触时间的不同而不同[4]，具体见下表：表2欧共体93/8EEC对溶出物实验浸泡时间的规定接触时间小时≤0.50.5~11~2222~2424实验时间小时0.51224240表3欧共体93/8EEC对溶出物实验浸泡温度的规定实际应用温度℃≤0.55~2020~4040~7070~100100~121121~130130~150≥150试验温度℃5204070100或回流温度121130150175注：若用水3%醋酸和15%的乙醇小溶液为模拟食品时，则适当选用100℃或回流温度。在150℃或175℃时用精制橄榄油为模拟食品。3、食品和药品包装用复合膜在实际过程中检测结果情况食品包装用复合膜的蒸发残渣检测，65%乙醇，4%乙酸和水浸泡液的蒸发残渣一般较容易合格。林雨霏等人[5]使用线性判别法对于不同材质的塑料容器的蒸发残渣进行了风险聚类分析，结果表明：包装容器的油性溶出风险最高，水的溶出风险最低，包装容器蒸发残渣的不合格概率的次序为正己烷65%乙醇4%乙酸水。包装容器蒸发残渣含量水平基本可以划为两类，即“PET-PP-PE”类及“PS-其它类”。药品包装用复合膜的不挥发物检测，由于提高了溶出物浸泡的温度。正己烷溶出物不合格风险更大。YBB00132002标准刚出来时，市场中有近70%的内层为PE的药品包装用复合膜的正己烷不合格，近几年通过各方的努力，合格率有所提高，但据估计仍有15%左右的产品达不到标准。特别是YBB00072005《药用低密度聚乙烯膜、袋》的单一PE药品包膜，如果其厚度大于80µm，正己烷的溶出物要合格，确实非常困难。据估计，药品包装用复合膜的溶出物检测的不合格项中，有80%以上是正己烷溶出物不合格。食品和药品包装用复合膜的正己烷溶出物的不合格风险极高，所以有必要对其做较为详细的研究。本文主要讨论以PE为内层的食品和药品包装用复合膜中正已烷的溶出物的检测和控制，除注明外本文中均采用剪碎的药品浸泡法进行检测。二、检测条件对正已烷溶出物的影响1、浸泡温度对正已烷溶出物的影响国内以PE为基材的正己烷溶出物的国家标准和行业标准的检测浸泡温度有三个，GB/T5009.60《食品包装用聚乙烯、聚丙乙烯、聚丙烯成型品卫生标准的分析方法》规定浸泡温度为室温(23℃)，YBB00132002《药品包装用复合膜、袋》规定浸泡温度为58℃，GB/T5009.58《食品包装用聚乙烯树脂卫生标准的分析方法》规定浸泡温度为68.7℃(采用正已烷水浴加热回流2h)。我们选用了PET12/AL7/PE60结构的药品包装用复合膜和同一批次的PE60，用剪碎浸泡的方式按YBB00132002标准进行检测，检测不同温度下样品的正己烷溶出物，实验结果如下表。表4浸泡温度对正已烷浸泡溶出物的影响浸泡温度样品结构23℃48℃58℃68.7℃PET12/AL7/PE607.1mg15.5mg24.8mg67.8mg同一批次的PE6011.8mg22.0mg31.9mg69.3mg复合前后的比值1.661.421.281.02注：PE为非多层共挤PE，PET12/AL7/PE60无印刷。从上表可以看出随着浸泡温度的增加，正己烷的溶出物快速增加，而且温度越高，增加得越明显。相同条件下，58℃的浸泡要比23℃的浸泡溶出物要高3倍。而68.7℃的浸泡要比23℃的浸泡溶出物高6-9倍。60µm厚的纯PE68.7℃的正已烷回流浸泡，按GB/T5009.58换算成正已烷提取物为4.2%，高于国家标准2%，这可能是PE吹成薄膜后比粒料更易于浸泡溶出的缘故。从上表还可以看出，PE复合后其正已烷溶出物要比纯PE低，但随着浸泡温度的升高其差异变小。这是由于PE复合后低分子物质只能从未复合面溶出，溶出速度没有纯PE快，在低温浸泡的条件下，2小时内未达到平衡态，溶出速度会影响实验结果，温度升高后由于溶出速度大幅提高，实验结果主要取决于溶出的平衡状态，因而PE复合前后溶出物的变化不很明显。从温度对PET12/AL7/PE60复合膜的溶出物影响来看，浸泡温度由58℃降低到48℃，温度降低了10℃。而溶出物降低了37.5%，平均每降低1℃产生4%的实验偏差。浸泡温度由58℃增加到68.7℃温度增加了10.7℃，而溶出物却增加了149%，平均每增加1℃产生14%的实验偏差。由此来看，药品包装用复合膜的溶出物实验的温度控制非常重要。YBB00132002规定的58℃±2℃的实验温度控制，可能产生±10%的实验偏差结果。2、浸泡时间对正已烷溶出物的影响药品包装用复合膜的正己烷溶出物实验中，标准要求浸泡2小时，在这2小时的浸泡过程中，溶出物是如何溶出的呢？我们做了58℃条件下不同时间的正己烷溶出物实验，具体结果见下表。表5浸泡时间对58℃的正已烷浸泡溶出物的影响浸泡时间样品结构20分钟40分钟60分钟2小时4小时溶出量溶出比例溶出量溶出比例溶出量溶出比例溶出量溶出比例溶出量溶出比例PET12/AL7/PE6011.1mg54%13.5mg66%17.3mg85%20.4mg100%23.7mg116%PE6017.1mg75%18.5mg70%21.7mg92%23.5mg10025.5mg109%复合前后的比值1.541.371.251.151.08注：PE为非多层共挤PE，PET12/AL7/PE60无印刷。以2小时浸泡为基准，对于PET12/AL7/PE60复合膜来说，浸泡20分钟就溶出了54%的溶出物，浸泡1小时溶出了85%的溶出物。而浸泡2小时后再浸泡2小时，时间增加了一倍只多溶出16%的溶出物。对于纯PE膜来说，浸泡20分钟就溶出73%的溶出物，浸泡1小时溶出92%的溶出物，而浸泡2小时后再浸泡2小时，时间增加了一倍只多溶出9%的溶出物。从纯PE与复合膜的溶出物比值来看，纯PE的正己烷溶出物高于用其PE制成的复合膜，但是随着浸泡时间的延长，两者之间的差异逐渐缩小，到4小时后基本一致。浸泡温度对正已烷溶出物的检测结果影响很大，而浸泡时间对58℃的正已烷的溶出物的检测结果影响较小，这说明正已烷的58℃2小时的浸泡溶出物实验的结果主要是由浸泡的热力学(平衡态)决定，而不是由于浸泡的动力学(反应速度)决定。58℃2小时的正已烷浸泡已经基本达到了一个平衡态。当然我们看到PET12/AL7/PE60复合膜要比纯PE60花更长的时间来达到平衡态，这是由于PET12/AL7/PE60复合膜只能从薄膜的一边浸泡出溶出物，因而达到平衡要慢一些。当浸泡条件不是58℃而是23℃，情况又如何呢？对于同一材料我们做了23℃下不同浸泡时间的正己烷溶出物实验，具体见下表：表6浸泡时间对23℃的正已烷浸泡溶出物的影响浸泡时间样品结构20分钟40分钟60分钟2小时4小时PET12/AL7/PE601.6mg3.4mg4.8mg7.3mg10.1mgPE603.1mg6.0mg7.8mg10.0mg11.6mg复合前后的比值1.921.781.621.371.15注：PE为非多层共挤PE，PET12/AL7/PE60无印刷。从上表可以看出对于PET12/AL7/PE60复合膜来说，60分钟