暨南大学包装工程研究所，产品包装与物流广东普通高校重点实验室的张 策、胡长鹰*和暨南大学理工学院食品科学与工程系的石玉杰等人根据课题组前期实验数据，基于Crank模型，探讨膜中纳米成分向食品模拟物的迁移是否符合Fick第二定律，估算纳米金属/金属氧化物-聚烯烃食品包装膜中纳米成分向食品模拟物迁移的扩散系数，并研究温度、聚烯烃、纳米成分和食品模拟物对扩散系数的影响，以期进一步研究纳米成分的迁移规律。
1、聚烯烃中纳米成分向3%乙酸迁移的扩散系数
可以看出，纳米铜和纳米氧化锌的扩散系数拟合效果良好，相关系数均在0.94以上；纳米银的扩散系数拟合程度较高，相关系数在0.80左右。
2、扩散系数的影响因素
温度对扩散系数的影响
温度的升高使纳米成分具有更多的能量，加速了其在聚烯烃中的扩散；温度的升高使聚烯烃分子运动单元的动能增加，自由体积增加。当自由体积增加到某种运动单元所需的大小时，这一运动单元便可扩大运动范围，同时这些自由体积易被乙酸分子占据。这些因素的共同作用加剧了纳米成分向3%乙酸的扩散。
1）温度和扩散系数的关系
为了研究温度和纳米成分扩散系数的关系，将ln DP和1/T进行线性拟合，相关系数基本都在0.9以上 ，表明扩散系数与温度的关系符合Arrhenius公式（式（5））。
式中：DP为纳米成分在膜中的扩散系数/（cm2/s）；Ea为纳米成分的活化能/ （kJ/mol ） ；R 为热力学常数（8.314 J/（mol·K））；T为温度/K；D0为指前因子/（cm2/s）。
2）聚烯烃食品包装膜的结构对体系活化能的影响
聚烯烃食品包装膜的结构对体系活化能的影响不同。当纳米铜质量分数为0.25%时，Cu/PP体系的活化能大于Cu/LDPE体系；而不同的PP结构中，Cu/PP-H体系的活化能最大。一般而言，对于有机小分子添加物和聚烯烃材料构成的体系，活化能越大意味着小分子物质迁移需要克服的能量越高，迁移越困难。
聚烯烃对扩散系数的影响
20 ℃时Cu/LDPE和ZnO/LDPE中纳米铜和纳米氧化锌的扩散系数分别大于PP中相应的纳米成分。LDPE具有连续非晶相和分散结晶相的复合网络结构，PP为结晶型高聚物。但是，温度较高（70 ℃）时，不同膜中纳米铜的扩散系数差异很小，说明相比于LDPE和PP的结构特性，此时温度对纳米铜迁移的影响更为重要。
纳米成分对扩散系数的影响
1）纳米成分的质量分数对其扩散系数的影响
纳米成分添加量的变化对其扩散系数的影响不同。当纳米铜的质量分数较小且增加量不大（如由0.25%增至0.5%）时，纳米铜的扩散系数减小，说明当纳米铜的添加量较小时，其质量分数的小幅增加不利于其迁移。这是因为纳米粒子表面的化学活性很高，粒子间容易相互聚结并产生附聚物，从而使纳米铜的粒径增大，迁移阻力增大。
2）纳米成分的物理性质对其扩散系数的影响
不同纳米成分的物理性质对其扩散系数的影响不同。当温度相同时，Cu/LDPE-0.05%中纳米铜的扩散系数大于Ag/LDPE-0.05%中纳米银的扩散系数。这是因为相对于纳米铜，纳米银的摩尔体积较大，因此迁移阻力较大。
结 论
与食品接触时，纳米金属/金属氧化物-聚烯烃食品包装膜中纳米成分的迁移量越大，对食品安全所造成的隐患可能越大。扩散系数的影响因素主要有温度、聚烯烃种类、纳米成分质量分数以及纳米成分与聚烯烃、食品模拟物之间的溶解度差异。因此，可以通过控制温度、选择适合的聚烯烃材料、控制纳米成分的质量分数、合理运用溶解度差异等方法抑制纳米成分的迁移量，保证食品安全。
