Identification and Evaluation of Microplastics from Tea Filter Bags Based on Raman Imaging
基于拉曼成像的茶叶滤袋释放微塑料的识别与评价
Abstract:
Microplastic (MP) contamination is a public issue for the environment and for human health. Plastic-based food filter bags, including polyethylene terephthalate, polypropylene, nylon 6 (NY6), and polyethylene, are widely used for soft drink sub-packaging, increasing the risk of MPs in foods and the environment. Three types of commercially available filter bags, including non-woven and woven bags, were collected, and MPs released after soaking were mapped using Raman imaging combined with chemometrics. Compared with peak area imaging at a single characteristic peak, Raman imaging combined with direct classical least squares calculation was more efficient and reliable for identifying MP features. Up to 94% of the bags released MPs after soaking, and there was no significant correlation with soaking conditions. Most MPs were tiny fragments and particles, and a few were fibrous MPs 620–840 μm in size. Woven NY6 filter bags had the lowest risk of releasing MPs. Source exploration revealed that most MPs originated from fragments and particles adsorbed on the surface of bags and strings. The results of this study are applicable to filter bag risk assessment and provide scientific guidance for regulating MPs in food.
中文摘要：
微塑料(MP)污染是环境和人类健康的公共问题。基于塑料的食品过滤袋，包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、尼龙6 (NY6)和聚乙烯，被广泛用于软饮料分装，增加了食品和环境中 MPs 的风险。收集了三种市售过滤袋，包括无纺布和编织袋，并使用拉曼成像结合化学计量学对浸泡后释放的MPs进行了映射。与单个特征峰的峰面积成像相比，拉曼成像结合直接经典最小二乘计算对于MP特征的识别更加有效和可靠。高达94%的袋子在浸泡后释放MPs，与浸泡条件无显着相关性。大多数MPs是微小的碎片和颗粒，少数是大小为 620-840μm的纤维状MPs。编织的NY6过滤袋释放MP的风险最低。过滤袋的来源探索表明，大多数MPs来源于吸附在袋子和绳子表面的碎片和颗粒。本研究结果适用于滤袋风险评估，为食品中MPs的监管提供科学指导。
论文简介：
茶叶滤袋（如袋泡茶）被消费者食用之前要经过浸泡，而由于热冲击的作用和滤袋表面在加工过程中所吸附的小碎片，在浸泡过程中微塑料会进入茶汤中。微塑料（尺寸小于5 mm）是环境污染和人类健康的共同问题。由于MPs的尺寸很小，它们在被人类摄入后很容易通过胃肠道。特别是当粒径小于10μm时，MPs可以穿过细胞膜到达循环系统。令人担忧的是，这些微小的MP可以通过胎盘和母乳传播给年幼的婴儿。毒理学研究证实，在肠道、肝脏和肾脏中积累的微纳米塑料会导致哺乳动物出现氧化应激、能量缺乏、脂质紊乱和神经毒性。因此研究食品包装材料尤其是单次使用茶叶过滤袋是有价值的。
拉曼成像技术的分辨率可以达到1μm，可以检测和识别微塑料的种类，并能通过图像展示微塑料的分布和大小。实验中拉曼成像结合化学计量学方法（直接经典最小二乘）可以较为准确的检测到微塑料。对36个茶叶滤袋的检测结果表明，高达94%的滤袋在浸泡过程中释放MPs，释放的MPs主要来源于PET、PP、PE等无纺布滤袋和各种塑料制成的绳子。这些也表明，使用塑料食品过滤袋对软饮料进行分装时可能会因MP污染而对人类健康造成潜在风险。总体而言，基于拉曼成像的MP映射方法可方便直观地识别MP及其分布。此外，初步结果提供了一种研究MPs从过滤袋中释放的方法，对食品控制和MP监管具有重要意义。
论文报道了拉曼成像结合化学计量学检测茶叶滤袋中微塑料的优势，并探索茶叶滤袋微塑料的来源，为食品中微塑料摄入风险评估和袋泡茶安全消费提供安全建议。
武汉轻工大学437ccm必赢国际硕士研究生梅婷娜为该论文第一作者，武汉轻工大学437ccm必赢国际王加华副教授为该论文通讯作者。该研究得到了湖北省农产品加工与转化重点实验室(2020JYBQGDKFB07和2020JYBQGDKFB11)的资助。
作者简介：
王加华：博士，副教授，硕士研究生导师，入选湖北省人才计划。主要从农产品品质无损检测与食品信息技术领域研究。兼任中国仪器仪表学会近红外分会理事，北京理化分析测试技术学会食品营养安全光谱分析专委会副主任委员。主持完成国家自然科学基金1项，河南省科技厅科技攻关1项，参与完成国家自然科学基金4 项，省部级科研项目4项。发表学术论文30余篇（SCI/EI收录），主编本科教材1部，参编专著2部，参编教材2部。
梅婷娜：武汉轻工大学437ccm必赢国际2020级学术型硕士研究生，专业为食品科学与工程，目前以第一作者在《foods》期刊发表论文1篇。
论文原文：
