综述：在物流压力下，食品接触包装中潜在有毒元素的迁移：证据边界、耦合机制以及一个基于情景意识的评估框架

《Food Packaging and Shelf Life》：Transfer of potentially toxic elements from food-contact packaging under logistics stresses: Evidence boundaries, coupled mechanisms, and a scenario-aware assessment framework

　　摘要：潜在有毒元素（PTEs）从食品物流包装（FLP）中的转移是一个受情景影响的过程，而非固定的材料属性。这一过程受到材料结构、来源-储存库的可访问性、接收基质的化学性质、物流应力历史以及用于定义释放的分析测量指标的影响。与许多有机迁移物不同，PTE的转移还可能受到涂层缺陷、腐蚀或溶解、润湿诱导的电解质膜、可去除残留物和颗粒脱落等因素的影响，除了扩散和分配作用外。这篇综述综合了来自纸张和再生纤维系统、塑料和再生塑料、复合材料及纳米材料以及金属或镀金属食品接触材料的研究证据。由于现有数据集稀少且异质性强，研究之间的明显差异往往反映了情景设计、预处理、模拟物化学性质、表面状态和测量指标定义的不同，而非材料行为本身的矛盾。我们将“转移”这一概念与“协议定义的迁移”区分开来，并将消化后的总浓度、操作上可溶分数、颗粒相关分数和物种特定分数作为独立的测量指标。随后，我们提出了一个考虑情景的框架，将来源储存库、屏障或损伤状态、界面化学性质、应力驱动的访问途径和测量指标定义联系起来。该框架旨在支持证据对齐、优先级排序和假设生成，而非作为经过验证的预测风险模型。要取得进展，需要多应力实验设计、形态分辨的分析工作流程、明确的质量控制报告以及受质量平衡、热力学可行性、反应-传输耦合、电化学腐蚀边界和适用性领域限制的不确定性意识模型。

引言：食品接触材料（FCMs）用于存储、分配、零售处理、外卖配送和消费者使用。在这些过程中，食品或食品模拟物与包装材料之间的接触可能导致化学物质转移到接收基质中。大多数迁移研究集中在有机迁移物上，包括单体、寡聚物、增塑剂和油墨相关化合物（Gupta和Pipliya，2024；Seref和Cufaoglu，2025）。尽管元素污染物的释放机制、分析测量指标和毒理学解释与许多有机迁移物有根本区别，但它们的研究相对较少（Eti等人，2023；Han和Ryu，2024；Mukherjee和Renu，2023；Ni等人，2025）。本文中的“食品物流包装（FLP）”指的是在存储、分配、外卖配送、处理和面向消费者的物流过程中使用的食品接触包装及其相关制品。“转移”一词用于描述元素或其携带形式从包装储存库转移到食品、食品接触表面、模拟物、擦拭布或提取物中的过程。“迁移”一词则用于指代协议定义的接触测试，包括监管或合规性评估。这种区分是必要的，因为实际情况下的转移、可去除的表面负载、磨损引起的释放和剧烈提取可能会导致同一制品的不同数值结果。本文中，“PTE”是一个根据上下文需要评估的通用术语，并非统一的危险标签。Pb、Cd、Hg、无机As和Cr(VI)在存在或可能形成的情况下，需要考虑暴露形式和形态来进行解释。Fe、Cr、Ni、Mn、Sb、Al、Zn和必需的微量元素可能根据剂量和形态作为合金、催化剂、来源或营养指标；而Ca和Si主要被视为填料或矿物输入指标。因此，毒理学解释应基于暴露程度、形态、生物利用度、背景饮食摄入量和终点定义，而不仅仅是检测结果。为了支持一致的风险沟通，同时避免将所有检测到的元素视为同等危险，补充表S1总结了按解释作用对元素的实际分类。

包装安全性通常在标称保质期内进行评估，条件包括固定接触时间、固定温度和选定的模拟物。实际的物流过程更为复杂：温度峰值、停留时间、间歇性热脉冲、冷链中断、冷凝、部分润湿、压缩、堆叠、振动、磨损、重复使用和处理都可能改变接触前或接触期间的包装状态。对于PTE而言，这些因素不仅仅是加速因素，它们还能决定释放过程是受扩散限制、反应控制、受屏障缺陷限制，还是受可去除残留物或颗粒主导（Eti等人，2023；Gupta和Pipliya，2024；Han和Ryu，2024；Ni等人，2025；Liu等人，2022；Liu等人，2026）。现有的证据主要集中在静态洗脱或迁移测试上，这些测试对于筛选和比较很有价值，但它们无法单独说明PTE释放如何与物流相关的应力历史相关联。由于机械扰动的研究通常关注颗粒或微塑料而非金属，本文将物流历史视为一个机械变量，并明确将支持证据分类为直接证据、相关证据、类比证据或概念证据。图1总结了这一逻辑，形成了一个特定于PTE的情景参数化地图。

有机迁移模型通常依赖于通过材料的扩散和在食品-聚合物界面处的分配。PTE转移可以包括这些过程，但根据材料结构和暴露情景，还可能受到其他机制的影响：表面活化、溶解、电化学腐蚀、类似离子交换的释放、局部屏障失效、涂层剥离和颗粒脱落。当保护层不连续时，有效的释放源可能是通过缺陷而非均匀体积扩散造成的。当矿物填料、颜料、催化剂或合金表面暴露于酸性或配体丰富的基质中时，转移的速率和形式可能由局部化学性质决定（Bandara和Indunil，2022；Eti等人，2023；Etxabide等人，2022；Khan & Khan，2022；Lacourt等人，2024；Panou和Karabagias，2024；Petrosino等人，2023）。这些机械差异具有分析学后果。电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）、电感耦合等离子体光学发射光谱（ICP-OES）、原子吸收光谱（AAS）和能量分散X射线荧光（ED-XRF）可以提供重要的筛选数据，但总元素读数很少能区分溶解离子、胶体、颗粒或氧化态特定的形式（Ghuniem，2024；Shi等人，2025；Nguyen等人，2023）。除非工作流程包括过滤、分级、颗粒分辨分析或物种保留步骤，否则报告的浓度应被视为方法定义的操作测量指标，而不是不受情境限制的生物可利用PTE的测量值。

本文旨在综合包装PTE迁移研究的证据，并与食品接触迁移、颗粒释放、纳米材料包装、腐蚀和渗出类似现象、分析测量指标以及预测建模的相关工作进行对齐。这种方法适用于一个研究表明差异性较大的领域，其中研究可比性常常受到情景设计、预处理、模拟物化学性质和测量指标定义的影响。因此，重点在于证据对齐和边界澄清，而不是定量元分析。一个局限性是这不是一个系统综述；文献选择可能会引入偏差，直接的多应力PTE数据集仍然有限。为了使这一有限的非PRISMA风格综述的证据基础透明且可审核，补充表S2按材料/制品类别、来源或储存库背景、元素或元素携带形式、接收基质、时间-温度曲线、预处理状态、分析工作流程、终点家族、主要发现和推断边界对代表性的一级和二级研究进行了分类。该表不是为了进行定量汇总，而是为了区分不同的测量指标，并将下文介绍的证据层次结构与后续的终点意识报告框架联系起来。

证据强度根据表1中的层次结构进行解释。直接证据优先用于包装特定声明。当材料或终点相关但不是PTE特定时，使用相关证据来支持机制的合理性。类比证据仅用于概念支持，并明确标明其类比性质。概念性假设，包括损伤控制的释放和缺陷连接阈值，被作为可建模的状态变量和验证优先级提出。

**FLP中PTE的来源储存库和转移路径**：在食品、模拟物、擦拭布或提取物中测量的元素信号应首先追溯到可能的来源储存库，而不是立即解释为常规迁移。相关储存库包括基础材料的批量成分、有意添加的物质、回收过程中无意添加的物质（NIAS）、转化层（如涂层、油墨和粘合剂），以及在制造、存储或物流过程中获得的外源沉积物。

**物流应力耦合的释放机制**：在物流条件下，PTE转移可以被视为一个序列，连接应力历史、演变的损伤状态、界面化学性质和分析测量指标。温度波动、润湿-干燥循环、振动、磨损、压缩、堆叠、冲击和重复使用可能会以路径依赖的方式改变屏障完整性和反应表面的可访问性。它们还可能决定哪些形式会被分析工作流程计算在内。因此，相同的测量浓度可能代表不同的含义。

**分析测量指标定义和跨研究可比性**：在PTE评估中，主要挑战不仅是仪器灵敏度，还有测量指标的定义。报告的金属浓度可能代表批量库存、可去除的表面负载、协议定义的向接收介质的迁移、接触后的食品浓度，或这些情况的混合物。因此，分析工作流程定义了证据。预处理、过滤、消化、存储、基质化学性质、仪器模式、校准、空白校正和审查规则决定了测量结果。

**朝向不确定性意识和物理信息驱动的预测评估**：目前的计算机模拟框架为FCM迁移提供了有用的架构，因为它们将暴露估计、危害解释、不确定性传播和决策逻辑联系在一起（Ciffroy等人，2022；Van Overmeire等人，2024）。对于PTE，这些框架应被视为模板，而不是直接可用的预测引擎。金属释放取决于来源位置、屏障状态、腐蚀和溶解、颗粒脱落、基质化学性质以及选定的分析方法。

**结论和优先证据缺口**：食品物流包装中的PTE转移是一个受状态和情景条件影响的现象。在纸张、塑料、复合材料、金属和镀金属系统中，转移受到储存库位置、可访问性、屏障完整性、接收基质的化学性质、应力历史和测量指标定义的控制。核心问题不仅是一个元素是否存在，还是在一个特定情景下，通过定义的路径，以某种形式是否能够从储存库中释放出来。

**作者贡献声明**：
Shujie Shi：数据整理、正式分析、初稿撰写。
Xuefei Mao：项目管理、监督、审阅与编辑。
Feiyu Han：概念化、数据整理、可视化、初稿撰写。
Wenfeng Zhou：资金获取、监督、审阅与编辑。

**利益冲突声明**：作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

**致谢**：本工作得到了中国国家重点研发计划（项目编号2025YFD2100204）的支持。

**作者信息**：
Feiyu Han | Shujie Shi | Wenfeng Zhou | Xuefei Mao
中国农业大学理学院化学系，北京100193，中国