基于文獻分析的陶瓷包裝安全性探究

季子涵，阮俊斌

(1.澳大利亞阿德萊德大學，阿德萊德5005； 2.上海大學悉尼工商學院，上海201800； 3.上海市科技翻譯學會，上海200081)

1 研究背景

如何儲存食物是所有人都會遇到的一個問題。自中國古代開始，陶瓷容器是儲存食物的一種有效方式。早在8000年前的裴李崗文化、磁山文化時代，先民就已懂得“深挖坑、廣積糧”。包山楚墓中公元前316年埋下的12個完全密封的陶罐則是人類歷史上第一種“罐頭”。

在包裝工藝上，陶罐采用了紗布、草餅、竹葉、稀泥等多層密封包裝技術，個別陶罐還加套一個帶提手的編花竹簍，以便攜帶和運輸，這種陶罐可以保證食品長期不會變質[1]，如圖1所示。

圖1 陶瓷包裝3D物模型解析Fig.1 3D model analysis of ceramic packaging

現代生活中，中國人依舊習慣用瓷器來保存酒類、醬類和傳統風味食品。和塑料等包裝材料制成的容器相比，陶瓷或搪瓷容器更能保持食品的風味。例如，用陶瓷容器包裝的腐乳比塑料容器包裝的腐乳風味更佳，因為陶瓷容器具有良好的氣密性，而且陶瓷分子間的排列并不十分嚴密，不能完全阻隔空氣，有利于腐乳的后期發酵。此外，酒類飲料也常用陶瓷或搪瓷包裝，即使放置很長時間也不會變質，而且存放時間越久越醇香。陶瓷不僅有良好的儲存功能，還易于洗滌且彩繪裝飾豐富多彩。正因為陶瓷擁有豐富多彩的彩繪裝飾，所以在使用過程中更應注意彩釉中有毒物質的遷移。日用陶瓷產品還可能影響到人體健康的各項指標，主要是鉛、鎘等重金屬元素的溶出量。通常來說，陶瓷、搪瓷包裝容器是無毒、衛生、安全的，不會與包裝食品發生任何不良反應。但實踐證明，釉料，特別是各種彩釉中所含的有毒重金屬，如鉛、鋅、銻、鋇、鈦、銅、鉻、鈷等多種金屬氧化物及其鹽類易溶到食品中，這會造成食品安全問題[2]。

本研究根據權威文獻記載的內容對數據進行統計和分析。中華人民共和國商務部發表的《出口日用陶瓷技術指南》一書中提出，日用陶瓷的制造過程中，彩釉和裝飾圖案可能存在鉛、鎘等元素[3]。國際時評包裝協會副會長董金獅曾提出，大多合格的真瓷材料都是無害的，而對人體產生危害的往往都是不合格的仿瓷器具或不合格的彩釉[4]。在日用陶瓷制造過程中可能會存在鉛、鎘等重金屬元素，長期使用含上述兩種元素的食物會破壞人體的免疫系統。《食品包裝安全360問》中對仿瓷餐具專業名稱和劣質仿瓷餐具在何種情況下會出現對人體有害物質進行了分析。陶瓷的彩繪中含有鉛、汞等重金屬元素，容易引起肝臟或其他內臟中毒。要解決此問題，可以先將新買的陶瓷餐具放在醋里浸泡2～3 h，以溶解彩釉中的有害物質。

姚斌、李霞鎮分析了我國食品接觸用陶瓷制品的產品性能和安全隱患，并結合目前存在的問題對我國食品接觸用陶瓷制品行業的發展提出了建議[5]。崔豆豆分析了仿瓷餐具的材質特點，提出了挑選仿瓷餐具的指南[6]。華凌提出用仿瓷餐具盛較高溫(如熱湯)或酸性較強的食物會導致其所含的三聚氰胺污染食物，可能引發腎結石。盧先勇研究了各種浸提液、浸提溫度和浸提時間對仿瓷餐具甲醛遷移量的影響[7]。

本研究通過分析陶瓷制品的制造元素，解析用陶瓷儲存或盛放食物在日常生活中是否會對人體造成影響，試圖通過文獻數據表明真瓷器具包裝對人體的安全性是有保障的。而少部分仿瓷器具會在儲存或放置食品的過程中析出重金屬元素，會對人體產生不利影響，并基于此提出有效的解決方式。

2 陶瓷包裝有害性分析

2.1 陶瓷與有害元素

基于董金獅在《食品包裝安全360問》中對仿瓷餐具的科普和研究得出，要學會區分劣質的仿瓷器具和真瓷器具。通常情況下，真瓷器具的表面色澤明顯比仿瓷光澤，且表面瓷器的花紋清晰，產品之間色調基本一致，一般不會出現色差較大的現象。若用硬物敲擊真瓷器具，其聲音越脆，說明瓷化的程度越高。鑒定者可使用左手拇指、食指和中指夾瓷器一角，輕松垂下，用右手食指輕擊瓷器中下部，如聲音清亮、悅耳，則可以判斷其為上品，如聲音沉悶、滯濁，則為下品。相比之下，仿瓷器具，即密胺器具，是由三聚氰胺樹脂(又名密胺樹脂)生產的，此類瓷器不可用于微波爐加熱，原因在于劣質仿瓷在80℃以下的溫度中極易析出甲醛等有害致癌物質。區分陶瓷器具和仿瓷器具最基本的兩個方法是持續用沸水煮和持續用醋浸泡，若是真瓷器具，則不會產生太大的反應，而劣質的仿瓷器具可能在高溫下出現表面起皺的現象，還會產生刺鼻性氣味，在醋的長期浸泡中還會出現掉色現象。對于真瓷瓷器來說，劣質彩瓷容易褪色，并產生刺鼻性氣味。

刺鼻性氣味是鑒別瓷器好壞真假的主要標準。瓷器鑒別鉛中毒分級分析如表1所示。

表1 瓷器鑒別鉛中毒分級分析表Tab.1 Classification analysis of lead poisoning in porcelain identification

根據鉛中毒分級分析表得出如下結論：這種刺鼻性氣味主要是由于鉛、鎘等重金屬的溶出量超標而造成的。在彩瓷制造過程中，彩釉和裝飾圖案內很可能會存在鉛、鎘等重金屬元素，若用于盛放或儲存食物，特別是酸性食物，則很容易造成鉛、鎘等重金屬元素進入人體血液。在人體中，這兩種元素極易進入血液且不易排出體外，長期攝入，會對人體的免疫力造成影響，導致多種疾病的產生。

2.2 真瓷器具的溫差

真瓷器具大致分為兩類，即彩繪瓷和單色釉瓷，而彩繪瓷又可分為釉下彩和釉上彩。以釉下彩為最好，因為釉下是經過多次1 380℃的高溫燒制成的，所以釉下彩的瓷器在高溫加熱下沒有鉛、鎘等重金屬元素溢出。而釉上彩是在已燒成的白釉或澀胎瓷器上用色料繪飾各種紋飾，再于700℃～900℃的低溫窯爐中進行二次燒造，并經過低溫固化彩料而成，其彩料應用廣泛，釉色鮮艷，品種豐富，藝術性較強。將彩繪施于釉上，易磨損，易受酸堿等腐蝕，若該釉接觸高溫或酸性液體，會析出鉛、汞等對人體有害的物質元素。對于釉上彩來說，顏色越鮮艷、越華麗，含鉛量就越高。大多重金屬顏料的熔點都在1 000℃以下，而釉下彩和釉中彩的燒制溫度都在1 300℃以上，所以在高溫下用釉下彩或釉中彩來蒸煮食物都是相對安全的[3]。對于單色釉瓷來說，它分為素瓷(青瓷、黑瓷、白瓷、青白瓷)和色釉瓷。色釉瓷是指帶有顏色的一道釉瓷器，是在密閉狀態下燒制而成的。由于氧化鐵、氧化銅的含量不同和燒制溫度不同，會呈現出不同顏色的釉色。相比陶瓷的耐高溫性，陶瓷的耐低溫性不被重視，導致有效數據不完整，如圖2所示。

圖2 不同學術網站對于陶瓷耐高溫性與耐低溫性的數據統計Fig.2 Statistics of high temperature resistance and low temperature resistance of ceramics on different academic websites

在火箭技術上也有應用到陶瓷碳化硅材料(SiC)，主要應用其耐高溫和耐磨性能。在火箭穿越大氣層，經過對流層頂部時，當時的溫度可達到-50℃～60℃，在經過中間層時更是有極大的溫差，不過途經時間都不長，這足以說明陶瓷碳化硅及其制品在耐高溫和耐低溫方面的優異性能。在低溫環境下，并不會對瓷器造成太大影響。在高溫環境下，彩繪瓷的釉上彩會因高溫而析出一些重金屬元素，會導致慢性中毒，破壞人體的中樞系統神經，進而引起腦損傷和肝損傷。彩釉中的重金屬元素會導致幼兒的智力發育異常和行為異常。

2.3 3D打印陶瓷與有害元素

目前，使用樹脂、金屬等材料的3D打印機可以輕松實現多品種和少量零件的試制和制造，正在逐步得到普及。但3D 打印技術中的陶瓷打印技術相比于塑料、金屬等工業材料很少被人提及。盡管陶瓷材料的3D打印技術發展面臨重重困難，但也可以從媒體中慢慢見到這種技術的身影。大多數情況下，黏土和陶瓷3D打印機往往在建筑和工業中被大規模應用，但依然有很多愛好者或工作坊致力于日用瓷器的3D打印創作。迄今為止，使用陶瓷材料的3D打印技術精度一直被人詬病，因為使用的陶瓷材料中多含有經紫外線硬化后的樹脂，在成形后的燒制工序中會發生20%的收縮，難以用于高精度的零件制作。甚至很多人認為，3D打印機制作的不是陶瓷，而是泥漿，因為3D打印無法做到微米級別的顆粒堆疊，而且重力堆疊的密度很低，在燒成過程中很容易變形，開裂概率極大。此外，3D打印陶瓷的材料少而貴，性價比過低。目前，關于陶瓷的3D打印技術還不太成熟，大多3D打印陶瓷所用的基礎材料主要是塑料、樹脂、石膏等，而在此基礎上又分成了5種陶瓷粉末：

①氧化鋁粉末。制成的氧化鋁陶瓷有較好的傳導性、機械強度和耐高溫性。②氧化鋯粉末。該陶瓷具有熔點高、沸點高、硬度大等特點，常溫下為絕緣體，在高溫下還具有導電性等優良性質，可作為感應加熱管、發熱元件、氧傳感器、高溫發熱體和熱障涂層。③氧化硅粉末。該陶瓷具有高抗彎強度、優良的抗氧化性、良好的耐腐蝕性、高抗磨損以及低摩擦系數，還有高強度、高抗蠕變，是已知陶瓷材料中最佳的。④氮化鋁粉末。該陶瓷的金屬化性能較好，可替代有毒性的氧化鈹瓷被應用于電子工業中。⑤氮化硅粉末。該陶瓷具有重量輕和剛度大的特點，是一種理想的高溫結構材料，可用來制造滾珠軸承、柴油發動機電熱塞等[8]。

現在大多3D打印出的餐具或炊具使用的都是復合硅酸鋁陶瓷粉末，陶瓷制品不透水、耐熱(可達600℃)、可回收、無毒，但其強度不高。硅酸鋁作為容器材料基本不會對人體產生危害。但在3D打印餐具方面，3D打印技術還存在性價比過低的問題，導致該技術還不能完全代替我國的現代陶瓷技術。

3 結論與啟示

通過對文獻進行分析和理解發現，現在合格的陶瓷產品大多不會對人體造成傷害，否則會產生各類重金屬元素對人體的中樞神經和生理上造成雙重傷害，尤其對于未成年人來說，會極大影響他們的身體和精神發育。通過分析3D打印技術對于陶瓷制造的影響，說明用3D打印技術制造陶瓷器具由于技術原因和性價比過低的原因尚不適合普遍用應。

隨著當代人對健康概念重視程度的增加，從陶瓷制品的安全性角度考量，更需要在安全瓷器使用方面進一步進行研究和探索，以消除人們對陶瓷的疑慮。由于本研究主要是通過對文獻等學術文案進行分析來獲取信息，還缺少一些實踐性的數據來支持所獲得到的結論。