食品中的微塑料污染及防治技术分析

Analysis of Microplastic Pollution in Food and Prevention and Control Technologies

摘要

新污染物微塑料已成为普遍存在的环境污染物，对人体健康构成潜在威胁。微塑料进入人体的途径多样，其中以食品为载体是最主要的途径。相较于呼吸吸入、皮肤接触等方式，通过食品进入人体的微塑料不仅数量多，而且粒径分布范围广。微塑料可存在于各类食品中，人体在日常饮食过程中不可避免地会摄入微塑料。目前，关于微塑料以食品为载体进入人体的具体途径及影响因素的研究仍在不断深入，未来应加强对该领域的研究，深入评估其潜在风险，开发有效的防控措施，以保障人体健康。

Abstract

Microplastics, as emerging contaminants, have become ubiquitous environmental pollutants, posing a potential threat to human health. The pathways for microplastics to enter the human body were diverse, among which ingestion via food was identified as the primary route. Compared with inhalation and dermal contact, microplastics entering the human body through food were not only more abundant in quantity but also exhibited a wider particle size distribution. Microplastics could be present in various types of food, and humans inevitably ingested them during daily dietary consumption. At present, research on the specific pathways and influencing factors of microplastics entering the human body via food had been continuously deepened. In the future, efforts should be strengthened in this field to thoroughly assess the potential risks and develop effective prevention and control measures to safeguard human health.

Graphical abstract

关键词

食品 / 微塑料 / 污染 / 防治技术

Key words

Food / Microplastics / Pollution / Prevention and control technologies

微塑料(MPs)通常指直径小于5 mm的塑料颗粒^[1]。作为一种新型且普遍存在的环境污染物，可通过食品载体进入人体并构成健康风险。塑料制品的广泛应用导致微塑料在环境中大量分布，不可避免地污染食品供应链，在瓶装水、饮料等饮品，果蔬谷物等植物性食品，鱼虾畜禽等动物性食品，盐、糖等食品添加剂以及食品包装容器中均有检出。人类日常饮食已成为微塑料暴露的主要途径，摄入量远超呼吸和皮肤接触。近年来，在识别食品中微塑料的来源、阐明其在不同类型食品中的赋存特征与浓度水平、揭示污染途径等方面取得显著研究进展。然而，该领域仍面临严峻挑战：(1)现有检测技术对粒径小于1 μm的纳米级微塑料识别能力不足^[2]，导致污染评估存在盲区；(2)微塑料通过食品进入人体的具体代谢途径、生物累积效应及长期健康影响，尤其是与其他污染物的联合毒性效应研究尚有不足^[3]，严重制约准确的风险评估；(3)现有的物理、化学、生物及前沿防治技术普遍存在成本高、效率有限、易造成二次污染或受环境条件限制等问题，针对特定食品基质的有效去除技术匮乏，低成本、可规模化的实用方案稀缺；(4)微塑料污染的源头控制和长期监测体系亦显不足。

在此背景下，本研究系统梳理食品中微塑料污染的最新研究进展，深入分析其在各类食品中的具体来源、污染途径与赋存特征，总结并评述物理、化学、生物及新兴联用等防治技术(如真菌吸附材料、微型机器人、工程益生菌、新型水解酶、植物聚合物吸附剂、纳米复合包装)的原理、效果、潜力与瓶颈问题。本研究紧密围绕食品这一核心暴露载体，以突破性发现(如人体血液检出^[4]及其与心血管疾病的直接关联^[5])为引，突出防治食品中微塑料污染的重要性，分析近期前沿技术进展，总结问题导向(如纳米检测难、联合毒性研究不足、技术成本与副作用)，对各种技术进行系统性评估比较。最终，文章为深化理解污染现状、突破技术瓶颈、开发高效实用的防治策略、完善食品安全保障体系、守护公众健康提供依据，同时为未来开发低成本高效检测技术、推动可降解材料与生物技术应用、加强多学科交叉合作指明方向。

1 食品中的微塑料

微塑料的来源包括直接进入环境的初生微塑料(如化妆品、包装材料)以及由大塑料降解产生的次生微塑料(如农用地膜碎裂、塑料包装分解)^[6]。因其耐光、耐水、耐温、强度高等特性，微塑料广泛分布于大气、土壤、淡水及海洋中，污染规模庞大。仅中国大陆每年排放的微塑料颗粒数达209.7万亿个，重306.9 t^[7]；全球范围内，船舶活动也是重要污染源^[8]，每年塑料总排放量为68~302 t^[9]。微塑料可通过植物根系吸收、叶片气孔捕获进入农作物，经陆生动物摄食积累于体内，进而通过各类食品进入人类饮食链。

微塑料进入食物的途径具有显著的食物类型特异性，其来源与赋存特征随食物基质不同而分化，需要结合具体食品类型进行分析。饮品的污染主要来自包装材料在温度变化、介质酸碱度影响下的释放以及水源环境中微塑料的输入，其微塑料具有粒径小、分散性高的特点。植物性食品的污染遵循“环境-植物”传递规律。土壤中的微塑料可通过根系吸收进入农作物，大气沉降和运输摩擦也会带来污染；微塑料在叶菜类叶片表面、根茎类表皮与肉质层呈现组织特异性分布，小粒径微塑料易进入细胞内部。动物性食品的污染源于食物链的逐级富集和加工环节的人为干预，其中水生生物体内的微塑料多集中于鳃和内脏，畜禽肉则以肌肉组织中的微塑料为主，加工引入的微塑料占比较高。

此外，几乎所有食品在加工和包装过程中均会受到微塑料污染，食品中微塑料污染已形成从环境到餐桌的全链条风险体系。一项研究报告显示，美国成年人每年通过食品摄入的微塑料颗粒数约为(11 000±29 000)个^[10]。表1为食品中常见的微塑料污染源^[11-13]，图1为微塑料以食品为载体进入人体的主要途径。

2 食品中微塑料的防治技术分类

微塑料进入牲畜体内后具有去除难度高、成本大、流动性强等特点。微塑料的防治技术应聚焦于源头控制、污染路径阻截和研发新型材料以替代塑料的广泛应用，在降低技术成本的同时提高微塑料的有效去除率。目前，食品中微塑料的防治技术大多以去除食品用水中的微塑料为目的^[14]。CHUN^[15]归纳微塑料进入水产养殖环境的多种途径，为微塑料污染的防治提供方向，即从源头减少微塑料的输入，如采用更环保的养殖材料、优化饲料储存和运输方式等，以实现源头控制。从长远发展角度来看，新污染物微塑料最好的处理办法是开发高效的塑料回收技术，减少塑料制品的使用或生产。LODH等^[16]指出，应对不同地理和气候条件进行长期监测研究，制定针对不同条件下微塑料处理设施的全面管理策略，以减少微塑料污染。该方法可有效控制微塑料污染，但需要考虑长期监测的成本以及不同条件下设施的工作状态。截至目前，微塑料的去除技术可分为物理去除技术、化学去除技术、生物去除技术和联用技术四大类。表2为微塑料去除技术的原理及优缺点^[17]。

2.1 物理去除技术

物理去除技术包括过滤、吸附、沉淀、磁分离、隔离等。在日常生活中，少数简单的物理去除技术可有效避免微塑料对食品的污染。YU等^[18]指出，煮沸能有效使自来水中的纳米微塑料沉淀，此时仅收集并饮用上层水可避免接触微塑料。这种简单的煮沸方法能够在很大程度上减少日常饮用水中的微塑料。大多数水产品(如贻贝、虾等)通过鳃产生的水流摄入水中的微塑料颗粒^[19]，鳃中的微塑料会附着于黏液并随粪便排出。在食用水产品前，可去除鳃等微塑料长期积累的部位以减少污染。NASIR等^[20]研究表明，在盐水中采用磁性分离技术对直径为10~20 mm的聚乙烯(PE)和PS颗粒的回收率可达92%；在淡水中，该技术对200 μm~1 mm的微塑料颗粒回收率达84%。目前，膜过滤和活性炭过滤均为成熟的防治技术。过滤法适用于低浓度微塑料水体，处理高浓度水体时易发生膜表面堵塞；膜过滤利用均匀孔隙的膜处理废水，微塑料去除率取决于孔隙尺寸和水质。活性炭过滤(AC)对微塑料的去除率可达60.9%。物理去除技术的优势在于无化学残留和操作可控，但单一技术难以应对复杂污染场景，传统物理技术多为联用技术的一环，需要通过技术联用、材料创新和场景化适配，在效率、成本与实用性之间寻求平衡。

2.2 化学去除技术

化学去除技术包括化学氧化、电化学、光催化和絮凝沉降等。其中，光催化技术利用光源引发塑料的降解反应，使塑料逐渐分解为小碎片，但由于负载和固定化技术尚未成熟，在食品防治领域尚存在空白。化学氧化技术、絮凝沉降技术等被广泛用于食品用水的微塑料防治中，但因存在污染食品的风险，一般不直接与食品接触。常用的絮凝剂包括聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铁(PFS)等。絮凝剂在水中发生一系列水解和聚合反应，使微塑料聚集形成较大的絮体，最终沉降实现分离。RAJALA等^[21]研究表明，以三氯化铁、聚合氯化铝和聚胺基化学品等为絮凝剂时，均可在一定程度上去除微塑料，最高去除率可达99.4%。化学氧化技术通过添加化学氧化剂使塑料颗粒氧化为低毒或无害物质。电化学技术利用电能驱动电极反应，通过电解、电催化等方式实现塑料颗粒的氧化或还原。传统化学去除技术的适用性与风险并存，处理过程中需要对副产物实施实时预警与控制。

2.3 生物去除技术

生物去除技术常作为化学降解法后的补充，主要基于生物降解、生物吸附等原理，利用微生物、酶或生物材料通过不同的生物作用使高分子聚合物逐步裂解为低分子量碎片，直至转化为H₂O、CO₂等环境友好型产物，以实现食品中微塑料的去除。生物炭技术因吸附微塑料效果良好，在微塑料防治中得到广泛应用。WU等^[22]开发的磁性生物炭(MRB，Fe改性)对PS微塑料(300 nm，20 mg/L)的去除率达96.35%，显著高于未改性生物炭(RB)。经4次热解循环后，MRB对微塑料的去除效率仍保持在90%。在农田土壤环境中，生物炭作为多功能改良剂可减轻微塑料的有害影响，目前已被广泛应用于农场、畜牧业等场景。例如，OLUBUSOYE等^[23]对密西西比三角洲农场径流中的微塑料污染展开研究，发现生物炭柱对农场径流中微塑料的去除率可达86.6%~92.6%。LI等^[24]对新疆乌鲁木齐周边不同农田利用类型下的土壤微塑料和生物可降解地膜聚己二酸对苯二甲酸丁二酯(PBAT)进行研究，发现冷孢杆菌对地膜释放出的微塑料具有明显降解作用，8 w后降解率达12.45%，且其降解过程可满足棉花、玉米等主要农作物对土壤湿度的需求。图2为农作物中微塑料的主要污染来源、污染措施及防治措施^[25]。

3 食品中微塑料的前沿防治技术研究进展

3.1 饮用品和水产品中微塑料防治技术

水体中微塑料的前沿防治技术应聚焦于研发吸附、聚集微塑料的新型方法和材料，以达到高效去除与隔离的目的。FU等^[26]利用白腐真菌生长形成的自组装丝体材料和2,3-环氧丙基三甲基氯化铵(EPTAC)增强对微塑料的吸附能力。该材料在真实水体中具有优异的微塑料去除效果，在各种微塑料污染水体的规模化处理中应用前景广阔。LI等^[27]设计一种微型机器人，由超顺磁性四氧化三铁纳米粒子功能化的离子交换树脂微球组成，利用与环境中杂质离子交换的能量实现自驱动。该机器人可广泛适用于不同成分、大小和形状的微纳塑料颗粒以及各类非海洋水体中微纳塑料的去除，具有很高的循环稳定性和工艺放大可行性，可与现有污水处理工艺直接耦合。针对饮用水处理，研发可提高微塑料截留效率的新型过滤材料与工艺是有效途径之一，例如含高效截留微塑料的铁砂过滤系统。源自生物体内的原材料因某些特性或特殊结构也能有效去除微塑料。SRINIVASAN等^[28]从秋葵切片和葫芦巴种子中提取黏性植物聚合物并制成粉末，结果表明：取自秋葵的粉末在海水中的微塑料去除率达80%；取自葫芦巴的粉末在地下水中的去除率达90%；二者以1∶1比例混合后，在淡水中的去除率为77%。FU等^[29]针对食品中微塑料防治，开发一种由淀粉和明胶制成的海绵，可捕获微米级和纳米级微塑料颗粒至孔隙中，效率高达90%，该方法成本低、可降解且可持续生产。LI等^[30]制备疏水改性的沸石咪唑酯骨架-8/海藻酸钠整体式吸附剂(ZIF-8/SA)整体吸附剂，改吸附剂对聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚偏二氟乙烯(PVDF)和聚氯乙烯(PVC)等微塑料具有良好的吸附效果，吸附量分别为594、585、282 mg/g，120 min内即可完成吸附，在多种干扰条件下稳定性良好，在自来水、河水、海水等真实水环境中吸附性能可达70%。此外，水葫芦对微塑料具有高吸附能力，未来在特定水体中有广泛应用的可能^[31]。YIN等^[32]研究水葫芦对微塑料的吸附能力，结果表明：水葫芦对0.5、1.0、2.0 μm的PS颗粒去除率分别为55.3%、69.1%和68.8%。

3.2 素食品中微塑料防治技术

素食品主要来源于农作物，农作物中微塑料的防治应侧重于增强其在农田生长过程中的保护作用，着重减少来自土壤的微塑料污染。结合微生物与酶联合降解或生物炭与微生物协同吸附，筛选耐高温、耐酸碱的微生物菌株或改性生物炭，增强技术在不同土壤类型中的适用性，是土壤中微塑料防治技术的发展导向^[33]。相较于水体中的微塑料污染，素食品中的微塑料更难以检测。MIR等^[34]提出利用AI技术对微塑料进行识别与成像，检测其在食品中的浓度，这有助于推动微塑料防治技术的发展。人工智能(AI)技术被引入食品微塑料的识别与浓度检测，将提升检测效率与便捷性，有利于微塑料检测技术的推广普及。从种子阶段开始研究有助于追溯微塑料对农作物的污染。ACCINELLI等^[35]针对种子包衣展开研究，发现添加特定微生物菌株的可生物降解种子包衣具有更高的降解率。该方法可在源头减少部分微塑料污染，并促进种子正常生长。GUO等^[36]化学合成一种对生物降解具有抵抗力的镜像聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)水解酶，该酶可有效降解PET及其他塑料，在塑料生物降解酶的工程改造及环境塑料污染原位降解领域取得重要进展。针对肥料和土壤改良剂带来的微塑料污染，DENG等^[37]提出在粪便堆肥过程中适量添加微生物接种剂，通过生物作用降解微塑料，减少其通过作物根系吸收进入作物体内。由于农作物具有明确的种植范围与空间，应着重整合种子包衣源头阻断、土壤生物降解、作物微塑料检测等技术环节，同步研发可降解农业投入品(如地膜、肥料包装)，形成从种植到采收的微塑料污染闭环管理模式，实现高效的微塑料污染控制。

3.3 肉食品中微塑料防治技术

肉食品中微塑料的来源复杂，与畜禽生活环境联系紧密，肉食品中微塑料易通过食物链累积。食物链会将不同尺寸的微塑料逐步积累到畜禽体内，因此必须对入侵牧场或养殖区的小型昆虫及时进行消杀或驱赶。严格把控畜牧业饲料质量是减少肉食品中微塑料含量的主要有效途径。TOTO等^[38]开发一种高效优化的酶，可在72 h内从实验室大鼠饲料和粪便中提取小尺寸微塑料颗粒，为饲料中微塑料去除技术的发展提供重要参考。该酶的优势在于能直接应用于饲料，高效便捷，是一种理想的微塑料去除技术，未来有望广泛应用。牧场、放养地应尽量远离微塑料污染源，同时应避免雨水径流造成的微塑料污染。目前，对于已进入牲畜体内的微塑料尚无高效、安全的方法，缺乏成熟且可广泛应用的防治技术。在动物基因编辑和生物技术领域，受限于研究成本，相关技术仍处于研究阶段。而益生菌疗法领域则取得一定突破。TENG等^[39]在小鼠模型上进行实验后得出结论：新型益生菌不仅能够减轻微塑料诱导的炎症，还能够减少残留在动物体内的微塑料，促进其排出体外。该方法在保证食品安全的同时可有效提高食品质量，为肉食品微塑料防治技术提供发展思路。CHEN等^[40]针对微塑料和纳米塑料破坏肠道屏障的问题，对经过基因工程改造的大肠杆菌进行涂层修饰，使其具备调节肠道免疫和微生物群、减轻纳米塑料诱导的肠道屏障功能障碍的能力。SHI等^[41]选取不同种类的乳酸菌，以小鼠为实验对象，测试其对微塑料的去除能力。结果表明，该乳酸菌对微塑料的吸附率达到60%以上，能够促进微塑料通过粪便排出体外。图3为肉食品中微塑料的食物链传递及防治措施。

4 食品容器、包装中微塑料防治技术研究进展

食品容器及包装中微塑料的防治技术应着重开发新型材料。纤维素基材料因具有更好的稳定性与保护性，在减少微塑料污染方面展现出巨大潜力。可生物降解材料在微塑料防治领域的研究取得显著进展^[42]。合成生物聚合物如聚乳酸(PLA)、聚羟基烷酸酯(PHAs)和聚丁二酸丁二醇酯(PBS)等，凭借可再生性与降解性已应用于食品包装，但存在阻隔性能不足、机械强度较低及成本较高等问题。在天然生物聚合物中，淀粉、纤维素、壳聚糖及蛋白质类材料经改性后性能显著提升。例如，淀粉与PLA复合制成的双层膜可改善力学性能和阻隔性，壳聚糖与淀粉共混能增强抗菌活性。通过纳米材料增强、聚合物共混及多层复合等策略，材料性能进一步优化，如全生物降解PBAT/热塑性淀粉(TPS)/ZnO纳米复合膜，相较于传统的塑料包装，可高效抑制包装肉类中的微生物生长和脂质氧化^[43]。PBAT/TPS/ZnO纳米复合膜可采用工业级吹膜挤出工艺制备，该工艺为传统塑料食品包装行业成熟量产技术，可直接适配现有工业化包装生产线，不需要额外改造设备，具备规模化商业化应用潜力。新型材料的使用可减少因受热、接触酸碱食品、水洗或受力等原因释放的微塑料。SEROV等^[44]开发一种基于聚四氟乙烯(PTFE)和Fe₂O₃纳米颗粒的新型涂层。PTFE本身对所研究的化合物生成无影响，而Fe₂O₃纳米颗粒的添加可显著增加过氧化氢和羟基自由基的生成，从而获得抑菌效果。这可在一定程度上减少因细菌滋生导致的食品变质，间接降低微塑料污染风险，同时也为开发具有阻隔性能的纳米复合包装材料提供思路。在特殊条件下，优先选用在不同温度和酸碱度下微塑料释放量低的材料，或使用玻璃等非塑料容器，可避免或减少加热饮品过程中微塑料的释放及清洗残留。

5 食品中微塑料防治技术发展的阻碍

目前，微塑料的检测工作缺少统一的规范和标准^[45]，常用方法如拉曼光谱、显微镜鉴别法等均存在一定缺陷，导致检测数据与实际数据之间存在误差。YAO等^[46]认为，由于缺乏统一规范，不同实验所得结论和数据的可比性很低，而分析技术一致性的缺失是微塑料防治技术发展的主要阻碍之一。研究方向不均衡也是影响食品中微塑料防治的重要因素。武新月等^[47]指出，某饮用水处理工艺中微塑料防治技术研究的缺失，限制微塑料的毒性研究，间接阻碍防治技术的发展。现有研究以急性毒性指标为主，缺乏慢性毒性指标(如无观察效应浓度、最大允许毒物浓度等)，难以推导微塑料水质基准。微塑料作为污染物载体的吸附-解吸机制以及与其他化学物质的协同、拮抗效应尚未明确，需要进一步研究其对食物链传递和人体健康的潜在风险^[48]。在检测技术方面，CANGA等^[49]对比不同研究数据发现，由于检测方法不同，食盐和茶包中微塑料的含量差异巨大，导致实验数据缺乏真实性与可比性。微塑料防治技术的实施要考虑气候、检测等因素，不同技术各自具有特殊的限制条件。例如，ZHOU等^[50]列举不同饮用水处理厂采用的微塑料防治技术，发现目前砂滤技术对微塑料的去除能力欠佳，主要受限于过滤介质的孔隙大小；水体经消毒工艺后微塑料丰度有所下降，但具体机制和影响因素尚未明确。成本问题也是阻碍技术发展的重要因素，各种技术均需要投入不同程度的生产成本，影响防治技术的发展与应用。因此，微塑料的污染途径和机制仍有待探索与完善，而不同研究结果的对比及进展受限于检测技术的差异、应用规范不统一以及技术成本等因素。

6 结论

微塑料以食品为载体进入人体这一现象已引发广泛关注，目前仍有诸多关键方向亟待深入探索与推进。在研究层面，应进一步深化对饮食中微塑料污染来源及其在人体内不同效应的认知。在前沿技术方面，受技术成本、应用副作用等因素制约，许多先进技术尚未完全投入食品微塑料的防治实践。基于“来源-暴露-防治”全链条的创新分析框架，微塑料的防治应通过多学科交叉开发低成本检测技术、深化纳米塑料毒性机制研究、推动可降解包装与生物防治技术的应用。未来研究应聚焦纳米塑料毒性机制解析、可降解材料与生物防治技术规模化应用以及基于AI的实时监测技术构建，以完善食品安全保障体系。

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基金资助

国家自然科学基金项目(42107031)

广东省普通高校青年创新人才类项目(2024KQNCX169)

佛山市自筹经费类科技创新项目(2420001003624)

特里尔应用技术大学合作教育项目(FD2019001)