新研究顯示人類一年吞下上萬微塑料顆粒，外賣場景成“重災(zāi)區(qū)”

塑料制品給人們帶來了極大的便利，但大量難以回收的廢棄塑料也對環(huán)境造成了嚴(yán)重污染。越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，“白色污染”正在以新的形式——微塑料，威脅著生態(tài)和環(huán)境安全，并會給人體健康帶來危害。

微塑料體積小，容易被水生生物攝入，導(dǎo)致微生物群失調(diào)、炎癥、腸道損傷、能量代謝紊亂和發(fā)展停滯等癥狀。而且，微塑料具有極強(qiáng)的吸附性，還可以吸附某些污染物如重金屬和有機(jī)污染物形成復(fù)合污染，并作為潛在病原微生物的載體，對公眾健康和水生生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成威脅。

微塑料存在于我們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷妗Ｈ绻恿骱秃幢晃⑺芰衔廴竞?，傳統(tǒng)的水處理工藝無法完全去除水中的微塑料，那么微塑料就有可能通過自來水接觸到人類生活。

我們使用的個人護(hù)理和化妝品中釋放的微塑料也會接觸皮膚，小于100納米的微塑料能夠穿透組織屏障和皮膚。我們甚至可以通過飲料直接攝入微塑料，特別是塑料茶包泡的茶、瓶裝水、啤酒和白葡萄酒等都會釋放大量的微塑料。具體來說，一個塑料茶包在沖泡溫度下會釋放出大約116億個微塑料，一系列瓶蓋的開合動作會導(dǎo)致63,400-1,225,500個高密度聚乙烯（HDPE）顆粒從內(nèi)蓋表面釋放出來。

日常塑料用品也會釋放大量的微塑料。一個電熱塑料水壺在使用過程中每升會釋放出400-2900萬個微塑料，嬰兒奶瓶在沖泡配方奶粉時每升可釋放出100-1600萬個微塑料，以此計(jì)算，每個嬰兒每天平均攝入150萬個微塑料。隨著COVID-19大流行病在全球范圍內(nèi)的爆發(fā)和蔓延，佩戴一次性口罩也成為人們攝入微塑料的一個潛在途徑。已經(jīng)有研究證實(shí)，微塑料可以進(jìn)入人體，甚至胎盤、胎兒的肝臟、肺、心臟、腎臟和大腦，這些進(jìn)入人體的微塑料對健康構(gòu)成了巨大的挑戰(zhàn)。

塑料杯是咖啡、奶茶、果汁等各種飲料的容器，隨著外賣行業(yè)的逐漸普及，在日常生活中尤其在外賣中使用的頻率越來越高。由于塑料杯的成分和熱可塑性特點(diǎn)，微塑料可能會從杯壁釋放出來，其間微塑料的豐度和尺寸分布取決于杯子的使用時間、材料特性、生產(chǎn)和運(yùn)輸過程。

該研究團(tuán)隊(duì)選取了三種常用的塑料杯：PP杯、PET杯和PE杯，來研究其在飲料中的微塑料污染情況，并系統(tǒng)地分析了塑料杯在不同時間、搖晃程度和溫度下釋放的微塑料的豐度和特征。另外，還根據(jù)微塑料豐度和飲用頻率評估了人們使用塑料杯可能攝入微塑料的情況。

PP杯采用注塑工藝制造，基本成分為聚丙烯；PET杯采用吹塑工藝制造，基本成分為聚對苯二甲酸乙二醇酯；PE杯是在紙杯的內(nèi)表面噴涂PE膜而成，其基本成分是木漿紙和聚乙烯薄膜。實(shí)驗(yàn)使用的每個杯子的容積為500毫升，形狀為圓柱形，如圖1所示。

圖 1. 三種類型的塑料杯及其使用場景 (a) 咖啡店；(b) 快餐店；(c) 電影院；(d) PE 杯；(e) PP杯；(f) PET 杯。

探索微塑料從塑料杯中的釋放特性（模擬靜止?fàn)顟B(tài)下的微塑料釋放情況）

研究團(tuán)隊(duì)分析了不同類型的塑料杯在使用過程中的微塑料釋放情況以及水的不同停留時間對微塑料釋放的影響，對收集到的微塑料進(jìn)行了分析和比較。如下圖2所示，三種類型的塑料杯分別經(jīng)過暴露5分鐘和30分鐘后，每杯（水樣為400ml）釋放的微塑料豐度分別達(dá)到723-1489和1211-1717個顆粒（即每升1,808-3,723和3,028-4293個顆粒）。在空白樣品中也檢測到少量的微塑料，這可能來自于大氣中的微塑料污染。不同類型的塑料杯顯示出不同程度的微塑料釋放，這可能是由于塑料杯在制造和運(yùn)輸過程中的不同程度的磨損造成的。

圖2

在三種類型的杯子中，PP杯的微塑料釋放量最高，這與同類型的外賣食品容器研究一致，這表明基于PP的產(chǎn)品可能帶來更高的微塑料釋放風(fēng)險。PP是食品制備中使用最廣泛的塑料，它占所有非纖維塑料年產(chǎn)量的20%左右，對日常生活有巨大影響。有學(xué)者估計(jì)，一個嬰兒喂養(yǎng)的PP奶瓶每升釋放1,310,000-16,200,000個顆粒。一次性口罩釋放的大多數(shù)微塑料是PP纖維。此外，PP微塑料也是在人類糞便中檢測到的最大比例的微塑料。這些發(fā)現(xiàn)與本研究的結(jié)論一致，表明PP基產(chǎn)品具有較高的微塑料釋放風(fēng)險，需要加以重視。等離子體處理、功能化和表面涂層是減少或防止PP基產(chǎn)品微塑料排放的潛在方法。

當(dāng)暴露時間從5分鐘增加到30分鐘時，所有三種類型的塑料杯釋放的微塑料的豐度都增加了，這意味著如果使用塑料杯喝水的時間更長，可能有更多的微塑料被人類攝入。時間對微塑料的尺寸分布沒有明顯影響，小粒徑的微塑料所占比例最大（圖3b）。隨著暴露時間從5分鐘增加到30分鐘，>50微米的微塑料比例下降，這可能是由于在此期間釋放了更多<50微米的微塑料，而<50微米的微塑料比例的增加導(dǎo)致>50微米的微塑料比例的下降。以前的研究表明，一旦微塑料被攝入，其停留時間和細(xì)胞攝取的可能性受到顆粒大小的極大影響。微塑料的細(xì)胞攝取量對于尺寸較小的顆粒來說比較高。此外，空氣和飲料中的小型微塑料可能導(dǎo)致人類在飲用時面臨呼吸道和消化道的雙重暴露。

圖 3. 三種塑料杯在靜止暴露期間釋放的微塑料的豐度 (a) 和大小分布 (b)

模擬和分析外賣和冷熱飲品條件下釋放的微塑料

隨著外賣行業(yè)的快速發(fā)展，越來越多的飲料通過外賣平臺購買，大量的商家選擇塑料杯作為飲料容器。在外賣運(yùn)輸過程中，由于飲料的晃動和碰撞，塑料杯會受到各種剪切應(yīng)力的影響，而剪切應(yīng)力可能會影響微塑料的釋放 [注：剪切應(yīng)力指物體由于外因（載荷、溫度變化等）而變形時，在它內(nèi)部任一截面（剪切面）的兩方出現(xiàn)的相互作用力]。

研究團(tuán)隊(duì)在不同的振蕩速度下進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，以模擬外賣配送過程中塑料杯中釋放的微塑料。如圖4所示，當(dāng)三種類型的塑料杯以120rpm的每分鐘轉(zhuǎn)速振蕩時，PP杯、PET杯和PE杯在5分鐘內(nèi)釋放的微塑料豐度分別為1,612±216、1,161±393和1,482±408顆粒/杯，均高于不振蕩的情況，說明振蕩可以增加微塑料的釋放。其中，在模擬外賣運(yùn)輸?shù)那闆r下，5分鐘內(nèi)從PET杯中釋放的微塑料數(shù)量增加更明顯。在水、管道或排水管的液體流動條件下實(shí)現(xiàn)的剪切應(yīng)力力有利于大型塑料的破碎，并形成微塑料。在模擬外賣運(yùn)輸過程中，釋放的微塑料的增加很可能是由水和杯子內(nèi)壁在搖晃過程中產(chǎn)生的剪切應(yīng)力造成的。與沒有劇烈搖晃的系統(tǒng)一致，實(shí)驗(yàn)時間的延長增加了釋放的微塑料的豐度，其中三個塑料杯在30分鐘時每杯釋放了1,497-1,749個顆粒，表明振蕩程度越高、時間越長，微塑料釋放的風(fēng)險越高，對人類健康的風(fēng)險也更高。

圖4. 三種類型的塑料杯在不同水力條件下釋放的微塑料特征。(a) 釋放的微塑料的豐度。(b) 釋放的微塑料的大小分布。

釋放的微塑料尺寸主要在<50 μm范圍內(nèi)，但劇烈晃動后小尺寸的微塑料所占比例增加（圖4b）。這些小尺寸的微塑料可能是通過三種途徑產(chǎn)生的。第一個途徑是，這些微塑料來自制造和運(yùn)輸過程中附著在杯壁上的松散微塑料，在水力沖擊下釋放到水中。第二個來源是塑料壁在水力沖擊下被剪切應(yīng)力擊碎時形成的微塑料。此外，小尺寸的微塑料也可能來自于較大尺寸的微塑料的破碎，這可能是由水的剪切應(yīng)力引起的。微塑料在搖晃過程中受到不同的剪切應(yīng)力，這通過提供額外的能量增強(qiáng)了微塑料的破碎程度。

總之，強(qiáng)烈的水力條件增加了釋放的微塑料的豐度和人類在外賣運(yùn)送過程中接觸微塑料的風(fēng)險，需要開發(fā)更多的環(huán)保和無害的外賣容器，以減少未來人類食用微塑料的風(fēng)險。

除此之外，為了模擬人類飲用冷飲和熱飲時攝入微塑料的差異，研究團(tuán)隊(duì)還進(jìn)行不同水溫對塑料杯中微塑料釋放影響的實(shí)驗(yàn)。選擇5℃和60℃作為實(shí)驗(yàn)溫度，分別模擬了冷飲和熱飲的溫度。在5℃時，三種類型的塑料杯釋放的微塑料豐度為1,346至1,679顆粒/杯，與室溫下的豐度相似。在60℃時，釋放的微塑料豐度增加了13.5%-67.5%，達(dá)到1,905-2,204粒/杯（圖5）。對于PP和PE杯來說，60℃時釋放的微塑料數(shù)量與5℃時差別不大。以前的研究表明，像PP這樣的標(biāo)準(zhǔn)塑料不耐高溫，在高溫處理下往往會釋放出微塑料和納米塑料。在這項(xiàng)研究中，在60℃的水溫下，PP和PE杯中釋放的微塑料沒有大幅增加，這可能是由于水溫不足以加速塑料降解和微塑料的釋放。

然而，PET杯在60℃時釋放的微塑料數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于5℃時的數(shù)量，這可能是由于PET塑料在熱水中的變形造成的。除了用塑料杯喝熱飲時釋放微塑料的風(fēng)險外，可能還有有機(jī)錫和鄰苯二甲酸二丁酯等添加劑的附帶風(fēng)險。谷氨酸、鹽度和溶解的有機(jī)物可以促進(jìn)塑料中添加劑的釋放。同時攝入添加劑和微塑料可能會加重毒性，對食品安全構(gòu)成更大挑戰(zhàn)。在5℃和60℃的溫度下，小于50微米的小微塑料都占主導(dǎo)地位。PE杯在60℃時釋放的小于10微米的微塑料比例高于5℃時，這可能是由于小尺寸的微塑料在高溫下更容易脫落。

圖5. 三種類型的塑料杯在不同溫度下釋放的微塑料特征。(a) 釋放的微塑料的豐度。(b) 釋放的微塑料的尺寸分布。

清洗對塑料杯釋放的微塑料的影響

考慮到人類通過飲用而攝入微塑料的風(fēng)險，研究團(tuán)隊(duì)通過實(shí)驗(yàn)評估清洗塑料杯是否會減少微塑料的釋放。如圖6所示，與未加工的塑料杯相比，清洗后的塑料杯釋放的微塑料有效減少。清洗后，PET、PE和PP杯中釋放的微塑料數(shù)量分別減少了50.2 %、36.4 %和35.9 %。洗滌后釋放的微塑料主要在<50微米的范圍內(nèi)變化。三種類型的塑料杯在水洗后釋放的尺寸小于10微米的微塑料比例低于不水洗的情況，這可能是由于在水洗過程中，大量的小尺寸微塑料被洗掉了。

PP、PET和PE因其良好的可回收性能而被普遍用于循環(huán)使用。因此，清洗和去污過程是塑料回收的必要步驟，應(yīng)考慮這些過程中釋放的微塑料對環(huán)境的影響。在使用前清洗塑料杯可以在一定程度上減少釋放的微塑料數(shù)量，這可以被視為減少飲料中微塑料污染的策略。

圖6. 三種類型的塑料杯在清洗和不清洗時釋放的微塑料的豐度（a）和尺寸分布（b）

估計(jì)人類對微塑料的攝入量

現(xiàn)制飲料行業(yè)的市場規(guī)模和用戶數(shù)量正在迅速發(fā)展。塑料杯經(jīng)常被用作這些飲料的容器，帶來了接觸微塑料的風(fēng)險。根據(jù)飲料企業(yè)的調(diào)查，每4-5天買一次飲料的人數(shù)是最多的。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，研究團(tuán)隊(duì)提出，如果人們每4-5天使用一個塑料杯，每年可能在不知不覺中攝入37,613-89,294個微塑料。

事實(shí)上，飲料的外賣數(shù)量正在迅速增加，2018年中國的外賣客戶數(shù)量達(dá)到3.58億人。模擬數(shù)據(jù)表明，如果每4-5天購買一次外賣飲料，每年會攝入60,355-90,934個微塑料。也就是說，實(shí)際的數(shù)據(jù)仍然被低估了。除了微塑料風(fēng)險外，使用塑料杯喝飲料的過程還涉及添加劑釋放的額外風(fēng)險。這些間接攝入途徑使接觸微塑料的評估變得復(fù)雜。

綜上研究表明，避免飲用塑料杯可能會有效減少對微塑料的接觸。但并沒有從根本上解決微塑料在人類生活中日益普遍的事實(shí)。這意味著，考慮到微塑料的潛在健康危害，我們需要認(rèn)真對待因使用塑料杯裝飲料而導(dǎo)致的微塑料污染和健康問題，減少一次性塑料杯的使用，踐行環(huán)保理念。