自20 世纪70 年代起，塑料因原材料丰富、成本低廉、性能优良而广泛应用于食品物品包装。2016 年，联合国环境大会将海洋塑料垃圾和微塑料问题等同于全球气候变化等全球性重大环境问题。在塑料制品给人们的生活带来便利的同时，所带来的污染与健康问题不可忽视。据2021 年3 月山东省颁布相关标准海水增养殖区环境微塑料监测技术规范（DB37/T 4323-2021），将微塑料（Microplastics，MPs）定义为长度或等容粒径不大于5 mm 的塑料颗粒[1]。按照来源将其分为初级微塑料和次级微塑料：初级微塑料是指由于工业需要直接生产出微小尺寸的塑料颗粒，如在具有磨砂功能的化妆品、牙膏、洗涤剂和某些抛光剂中都含有一定量的塑料颗粒；次级微塑料是指塑料垃圾进入环境后，由于风与水的机械磨损和光、热、微生物等化学和生物降解作用，使尺寸较大的塑料碎裂成尺寸较小的碎屑形成微塑料，是微塑料的主要存在形式[2]。
MPs 分布广泛，存在稳定，来源于塑料制品、人造纤维及日用品，进而通过散落于环境或食物链的累积到达人体。例如自然环境中的塑料制品经过机械磨损和生物、化学降解等作用后形成MPs 存在于空气中[3]，最后通过人类呼吸[4]、饮水[5]等正常生理活动而富集在人体；同时，在新冠肺炎[6]（Corona Virus Disease 2019，COVID-19）大流行期间，口罩成为每个人出行不可缺少的保护屏障，然而，有研究表明口罩也是空气中MPs 污染的一种潜在来源[4，7-8]。除此之外，陆地上的塑料垃圾在自然迁移中产生的MPs 逐渐累积到海洋环境中[9]，进而污染水产养殖、海洋环境中的水生生物和海产品[10-11]，最终通过食物链的传递在人体中富集[12]。
MPs 不仅会造成环境污染，对生物体健康也有严重的危害性，研究发现，微塑料会引起生物炎症和应激反应，改变肠道微生物的组成和功能，具有消化、免疫、呼吸、神经、遗传和生殖等毒性[13]，并且会作为载体与重金属、细菌和其它有机污染物形成协同毒性[14-15]。Philipp Schwabl 等[16]于2019年首次检测到人类粪便中存在各种微塑料，随后在人体肺部和人体血液中均有发现了微塑料，可见微塑料逐渐对人类健康产生一定程度的威胁[17-18]。
大量研究表明食品中也存在各种各样的MPs，尤其在海盐[19]、贻贝[20]和鱼罐头[21]等海产品以及瓶装水[22]、袋泡茶[23]和外卖[24]等新型塑料包装食品中，MPs 已然成为一种新型的食品安全风险因子。然而，目前食品中微塑料检测技术尚无国家和地方标准，国际上也无广泛接受的方法学。研究食品中微塑料的分离提取以及检测技术具有重要意义。本研究以日晒海盐为研究对象，采用密度法、筛分过滤法、氧化剂消解法[25-26]等分离海盐中的MPs，利用光学显微镜观察法、扫描电镜观察法、显微傅里叶红外光谱法[27]、显微拉曼光谱法[21]等典型检测方法对MPs 进行检测和鉴定，对比各方法的优劣，以期为食品中MPs 的快速检测提供技术参考。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
日晒海盐样品，山东渤海天然海盐直供店；30% H2O2，国药集团化学试剂有限公司；0.22 μm滤膜、10 cm 一次性培养皿，上海泰坦科技股份有限公司；250 mL 玻璃瓶、500 mL 锥形瓶，四川蜀牛玻璃仪器有限公司；抽滤装置，上海垒固仪器有限公司。
1.2 仪器与设备
分析天平，上海越平科学仪器有限公司JA1003；可调式移液枪，德国普兰特；光学显微镜，美国安捷伦科技有限公司ArgL-L；电子扫描显微镜，日本日立Regulus；显微傅里叶红外光谱仪，赛默飞Nicolet In10；显微拉曼光谱仪，法国HORIBA HR Evolution；真空泵，浙江阳一真空设备有限公司；超声波清洗机，深圳市方奥微电子有限公司YM-020PLUS。
1.3 试验方法
1.3.1 日晒海盐中MPs 的分离提取
1）30% H2O2 消解法去除有机杂质：称取粗盐100 g 至经过氮气吹干的500 mL 玻璃瓶，加入提前经过0.22 μm 滤膜过滤的50 mL 30% H2O2，在30 ℃，80 r/min 条件下过夜消解（24 h），随后室温静置3 h；
2）日晒海盐的溶解：将完成消解的样品转移至500 mL 锥形瓶，边转移边向玻璃瓶中加入提前经过0.22 μm 滤膜过滤的300 mL 超纯水，以保证样品完全转移，振荡搅拌室温溶解；
3）MPs 的制备：将完成溶解的盐溶液，进行超声处理5 min 使其中的颗粒物质分散均匀，随后经过0.22 μm 滤膜过滤，并立即将过滤完成的滤膜放置于培养皿中，室温干燥保存备用；
1.3.2 目视法、光学显微镜法和扫描电镜法观察日晒海盐中MPs 的形态
1）目视法：利用智能手机拍照并利用ImageJ软件进行MPs 数目估计；
2）光学显微镜法：用可调式移液枪吸取适量静置后盐溶液上层液体，利用显微镜在4 倍放大条件下对MPs 进行定位，进而用10 倍等更高倍数放大条件下观察MPs，并对MPs 的大小和形态特征进行总结；
3）扫描电镜法：对制取的样品剪切成合适大小并进行喷金处理，利用日立Regulus 扫描电子显微镜在200 倍和2 000 倍的更高放大倍数条件下对MPs 样品表面形态进行观察。
1.3.3 显微傅里叶红外光谱法测定样品中MPs聚合物类型 在扫描光谱范围为4 000～675 cm-1，收集时间为3 s，扫描次数为16 次，光谱分辨率为8 cm-1 的条件下，使用赛默飞Nicolet In10 显微傅里叶红外光谱仪对样品中MPs 进行聚合物类型的分析，并利用面积法对丰度进行估计，计算公式为：
1.3.4 显微拉曼光谱法测定样品中MPs 聚合物类型 在光谱扫描范围为50～3 200 cm-1，激光波长为532 nm，检测光栅数为600 nm，激光强度为1%的条件下，使用HORIBA HR Evolution 共聚焦显微拉曼光谱仪对样品中MPs 进行聚合物的分析，并对其丰度进行估计。
2 结果与分析
2.1 试验流程设计
具体试验流程示意图如图1 所示。首先将获取的日晒海盐选择合理的消解剂进行消解有机物除去杂质；其次利用密度分离法选择合适的浮选剂进行静置浮选，由于本试验研究对象特殊，本质上属于NaCl，达到饱和程度便可达到浮选的目的，故而需将消解后的物质用超纯水溶解成为饱和溶液；最后将静置结束的溶液经合适孔径的滤膜过滤，使MPs 颗粒截留在滤膜上，实现日晒海盐中MPs 的提取。
图1 日晒海盐中MPs 提取试验流程的设计
Fig.1 Design of experimental procedure for MPs extraction from sea salt
2.2 目视法观察日晒海盐中MPs 的形态
如图2a 所示，经过滤后留在滤膜上的物质包括深色沙子或灰尘以及一些类似微塑料颗粒的物质，黑色圆圈和方框分别标记为部分肉眼可见疑似MPs 的颗粒和纤维。通过ImageJ 计数得到该滤膜上平均颗粒数目为255 个（n=3），故而通过目视法粗略计算日晒海盐样品中MPs 的丰度为2 550个/kg。图2b 为仅经过溶解用超纯水过滤后的滤膜，表面呈现滤膜原有的白色，无颗粒物质存在，因此溶解用超纯水中不含有MPs。
图2 目视法观察结果
Fig.2 Observation results of visual method
2.3 光学显微镜和扫描电镜法观察日晒海盐中MPs 的形态大小
如图3a、3b 所示，通过光学显微镜观察得到MPs 的颜色绝大多数为白色或无色，少量红色、蓝色和黑色。通过光学显微镜和扫描电子显微镜观察MPs 的形状约80%为纤维状，直径分布范围为411.0～1 102.4 μm；其余为碎片状，直径分布范围为20.4～90.7 μm。图3c、3d 为对应纤维状MPs 和碎片状MPs 的SEM 图结果，可见其表面由于自然环境的侵蚀呈现粗糙破裂的状态。
图3 显微镜观察结果
Fig.3 Observation results under the microscope
2.4 显微傅里叶红外光谱法测定样品中MPs 聚合物类型
通过显微镜定位与傅里叶红外光谱联用，向定位物质发射光源后样品信息的干涉光到达检测器，通过信号处理得到透过率的红外光谱图（如图4）。如图4a 所示为PES 物质的傅里叶红外光谱图，具体的各官能团分析如表1，匹配率达72.21%（n=10）；图4b 为NL 物质的傅里叶红外光谱图，具体的各官能团分析如表1 所示，匹配率达66.84%（n=10）。此外，micro-FTIR 估计日晒海盐中的MPs 丰度约为（750±200）个/kg。
表1 聚酯和尼龙的傅里叶红外光谱官能团分析
Table 1 Functional group analysis of PES and NL by micro-FTIR
图4 显微傅里叶红外光谱法测定结果
Fig.4 The results of micro-Fourier transform infrared spectroscopy
2.5 显微拉曼光谱法测定样品中MPs 聚合物类型
通过共聚焦显微拉曼光谱，向定位物质发射激光后样品信息差异所导致的拉曼位移返回检测器，通过信号处理得到拉曼光谱图（如图5）。如图5a 所示为测得PET 物质的拉曼光谱图，匹配率达94%（n=10）；图5b 为测得PP 物质的拉曼光谱图，匹配率达95%（n=10）；图5c 为测得PA 物质的拉曼光谱图，匹配率达89%（n=10）；图5d 为测得PMMA 物质的拉曼光谱图，匹配率达94%（n=10）。具体化学键分析如表2。此外，micro-Raman 对日晒海盐中的MPs 丰度估计为（1 500±500）个/kg。
表2 各聚合物拉曼光谱化学键分析[28]
Table 2 Chemical bond analysis of polymers by Raman spectroscopy[28]
（续表2）
图5 显微拉曼光谱法测试结果
Fig.5 The results of micro-Raman spectroscopy
注：缩略图为显微镜定位图。
2.6 两种光谱检测结果的比较
对micro-FTIR 和micro-Raman 的检测结果进行比较，如图6～图7 所示。可见通过micro-Raman 法比通过micro-FTIR 法检测得到的聚合物类型种类更多，也更精细具体，如图6 所示micro-Raman 法检测出的PET 和PMMA 物质属于micro-FTIR 法检测出的PES 物质一类；PA 物质属于NL 物质一类。本研究认为选取光谱匹配率达65%以上才能确认该种物质的聚合物类型。从图7 可以明显看出，micro-Raman 的整体匹配率均高于micro-FTIR，表明其对MPs 聚合物检测可信度相对较高，并且micro-Raman 对MPs 的丰度估计（1 500 个/kg±500 个/kg）大于micro-FTIR（750 个/kg±200 个/kg）。二者相比，micro-FTIR 存在低估MPs 颗粒数问题及可信度相对较低的原因是由于micro-FTIR 检测粒径范围较小[27，29]和样品中MPs 形状不规则导致的反射率误差。正如Käppler 等[30]的研究表明在分析粒径低于400 μm的同一样品时，相对于Raman，FTIR 明显低估了样品中的MPs 含量。
图6 micro-FTIR 和micro-Raman 检测所得MPs 关系图
Fig.6 The relation diagram of MPs obtained by micro-FTIR and micro-Raman
图7 micro-FTIR 和micro-Raman 检测结果的比较（n=10）
Fig.7 Result omparison between micro-FTIR and micro-Raman（n=10）
2.7 其它海盐样品中MPs 特征的比较
通过总结本文研究结果与其它海盐样品中MPs 的研究报告（表3），发现海盐中MPs 有如下共性：聚合物类型主要有PET、PE、PP、NL、PES 和PVC 等。由于样品取样的地理位置及前处理方式所造成的差异致使其丰度分布不均，但大多数平均丰度在1 000 个/kg 以内。颜色具有多样性，常见有白色、无色、黑色、红色、蓝色、绿色和棕色。其尺寸也存在长短不一的现象，通常情况下粒径1 mm以内MPs 占比较大。然而，MPs 的形态相对统一，主要表现为纤维状和块状，且前者相对较多。
表3 MPs 特征比较结果
Table 3 Comparison of microplastic characteristics
注：聚酯（Polyester，PES）；聚对苯二甲酸乙二醇酯（Polyethylene terephthalate，PET）；聚乙烯（Polyethylene，PE）；聚丙烯（Polypropylene，PP）；聚氯乙烯（Polyvinyl chloride，PVC）；尼龙（Nylon，NL）；低密度聚乙烯（Low-Density polyethylene，LDPE）；聚甲基丙烯酸甲酯（Polymethyl methacrylate，PMMA）。
3 结论
本文以日晒海盐为研究对象，比较各类食品中MPs 的检测技术的原理、条件和优缺点，进而利用合适的方法分离提取并检测日晒海盐中MPs的存在性并进行聚合物类型分析，比较各检测方法的差异，最终对食品中MPs 的快速检测技术提出展望。最后得到以下结论：
1）在样品前处理方面，食品中MPs 的分离提取过程主要包括样品基质的消解、MPs 的浮选和最后的过滤三大步骤。其中样品基质的常用消解方法包括酸消解、碱消解、氧化剂消解和酶消解法，通过文献比较发现酸碱消解对MPs 的破坏几率较高，易对试验结果产生影响；对于简单样品基质，采用氧化剂消解法可达到较为理想的效果；而对于复杂样品基质，需采用酶消解法对有机杂质进行消解。MPs 的常用浮选剂包括NaCl、NaI 和ZnCl2，综合环境、成本和分离效果等因素，NaCl 浮选效果最佳。过滤阶段滤膜的选择，对于简单样品基质通常选用0.22 μm 小孔径滤膜，尽可能使MPs 截留在滤膜表面；而对于复杂样品基质通常选用5～10 μm 及以上的大孔径滤膜。
2）在MPs 检测方面得出以下形态特征：海盐中存在较多MPs，通过目视法估计丰度为2 550 个/kg。其颜色多为白色与透明色，存在少量其它颜色；形态多为纤维状和碎片状，纤维状MPs平均尺寸约746.7 μm，碎片状MPs 平均尺寸55.6 μm。利用micro-FTIR 和micro-Raman 确定其聚合物类型主要为PA、NL 和PP，指纹光谱匹配程度分别达65%和89%以上，丰度分别约为（750±200）个/kg 和（1 500±500）个/kg。此外，对micro-FTIR 与micro-Raman 检测结果进行比较发现micro-FTIR 存在低估MPs 丰度和可信度相对较低的问题。
综上，本研究证明以日晒海盐为代表的海产样品中存在MPs，同时利用micro-FTIR 和micro-Raman 检测技术判断MPs 聚合物类型。但是，目前的检测方法仍然需要长时间的样品前处理过程和耗时耗力的大型仪器检测过程，无法达到食品中MPs 快速检测的要求。此外，目前针对食品中的MPs 并没有建立国标检测方法也没有国家限量标准。因此，亟需建立相关标准对食品中MPs的检测做出规范，同时应当重视并加强对食品中MPs 快速便携检测和智能检测技术的研究，突破前处理和检测复杂耗时的技术瓶颈，实现快速高效的MPs 定性和定量检测。
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