聚乙烯切菜板产生的微塑料：零售肉类加工过程中的机械磨损作用以及对肉类微生物腐败的浓度依赖性影响

《Food Research International》：Polyethylene cutting board-derived microplastics: mechanical abrasion in retail meat processing and concentration-dependent modulation of meat microbial spoilage

微塑料污染在肉品加工中的释放机制及微生物群落调控研究。通过分析PE材质切割板机械摩擦产生的微塑料形态与转移规律，发现亚10微米颗粒占比最高，且存在尺寸选择性迁移现象。进一步证实PE微塑料通过改变微生物群落组装模式，显著加速肉品腐败过程中的优势菌种定殖和生物膜形成，揭示环境污染物与微生物互作的全新机制。

　　

王永康|赵月|江月|谢敏豪|马芳|王光宇

南京财经大学食品科学与工程学院/现代粮食流通与安全协同创新中心/粮油质量控制与加工重点实验室，中国南宁210023

摘要

微塑料（MPs）作为一种新兴污染物，通过与食品加工生态系统中的微生物群落的相互作用带来生态风险。然而，陆地肉类食品系统中与加工相关的微塑料释放及其对微生物群落的潜在生态影响仍知之甚少。本研究探讨了日常切割操作如何导致零售肉类加工过程中的微塑料污染，并考察了聚乙烯（PE）微塑料是否通过生态机制影响肉类变质。聚乙烯切板的机械磨损产生了大量微塑料，这些微塑料在表面上逐渐积累，呈现出多种形态，其中以小于10微米的颗粒为主。微塑料向肉类的转移情况并不一致，且与切板的储存量无关，这表明存在尺寸选择性分配现象：切板更倾向于保留较细小的颗粒，而肉类中也富集了10–15微米的颗粒。控制性变质实验显示，聚乙烯微塑料对总微生物生物量的影响很小，但显著改变了微生物群落的组成。微塑料加速了特定腐败菌（如假单胞菌）的生物膜形成，并促进了它们的优势定殖。这些发现表明，切割板的磨损是肉类加工过程中非包装微塑料的重要来源，并揭示了微塑料通过调节微生物群落组成来调控变质过程的作用。我们的结果为环境污染物与食品系统中微生物多样性之间的相互作用提供了机制上的见解，有助于污染风险评估和管理策略的制定。

引言

微塑料（MPs）定义为直径小于5微米的塑料颗粒，已成为普遍存在的环境污染物，对生态系统完整性和人类健康具有深远影响（Dumichen等人，2017年；Hidalgo-Ruz等人，2012年）。由于塑料材料的轻质、耐用和成本效益等优势，其全球生产和广泛应用导致了通过环境风化、紫外线辐射和机械破碎等途径的广泛污染（Chen等人，2023年；Ho等人，2018年；Kim等人，2023年；Xiang等人，2023年）。目前估计，人类每天摄入的微塑料量从数百纳克到几微克不等，其中摄入是主要暴露途径（Mohamed Nor等人，2021年）。这种暴露与多种不良健康后果相关，包括炎症反应、氧化应激、代谢紊乱和肠道屏障功能受损（Li等人，2021年）。

食品系统中的传统微塑料污染途径通常是间接的，即环境中的微塑料首先通过水生或农业系统在初级生产者中积累，然后进入人类食物链（Arias-Andres等人，2019年；Chen等人，2019年）。然而，一种日益被认识到但尚未充分量化的污染途径是在食品加工过程中直接释放微塑料，通过塑料材料与食品产品的直接接触造成即时污染。这种与加工相关的污染发生在日常食品准备活动中，如塑料切板、刀具和食品接触材料的机械磨损（Luo等人，2022年）。尽管先前的研究已经记录了来自各种食品接触场景（包括饮料容器、乳制品和食品包装）的微塑料释放（Chen等人，2023年；Hussain等人，2023年；Kutralam-Muniasamy等人，2020年），但肉类加工由于涉及剧烈的机械操作、富含蛋白质的基质以及较长的接触时间，成为特别高风险的场景，这可能加剧了颗粒的产生和附着过程（Habib等人，2022年；Luo等人，2022年）。

肉类变质遵循一个可预测的生态路径：最初有多种微生物竞争营养物质，随后由专门的腐败细菌占据主导地位。在初始定殖阶段，多种细菌物种相对平衡共存。然而，随着储存条件有利于特定的代谢途径和生长特性，会发生功能性的 succession，其中主要的腐败菌（如假单胞菌属、布罗克特氏菌属和乳酸菌）会超越其他微生物并建立数量优势（Barcenilla等人，2024年）。这种 succession 最终导致总挥发性碱性氮（TVBN）的产生加快、异味产生以及pH值变化，从而缩短保质期。尽管已有研究表明微塑料表面可以容纳独特的微生物群落并作为抗生素抗性基因的载体（Wang等人，2023年；Yan等人，2024年），但加工过程中产生的微塑料在调节肉类变质动态中的具体作用仍大多未被探索。鉴于肉类加工涉及剧烈的机械操作，可能产生具有不同表面特性和污染模式的微塑料，这一知识空白尤为重要。关键问题是，微塑料是通过增加细菌负荷的定量效应还是通过改变微生物群落结构和代谢功能的定性机制来影响变质过程的。

尽管这种加工引起的污染途径具有潜在重要性，但零售环境中切板上微塑料的积累模式和尺寸分布仍不为人所知。此外，这些微塑料从切板表面转移到食品产品的转移效率和分配行为也未得到评估。没有这些污染动态数据，就无法系统地研究微塑料的存在与微生物群落 succession 之间的关系，包括它们对肉类变质的功能影响。对于禽肉来说，这一差距更为关键，因为禽肉通常在零售销售时被切割和切碎。禽肉是中国第二大蛋白质来源，其成分使其特别容易受到微生物污染，使其成为研究微塑料介导的交叉污染和变质相互作用的理想模型系统（Malvano等人，2022年）。

因此，本研究通过两个协同研究部分来解决这些空白。第一部分通过表征来自切板的微塑料的形态和聚合物特性、量化微塑料在肉类和切板表面的积累时间模式以及研究不同基质之间的尺寸选择性分配行为来探讨微塑料污染。第二部分基于第一部分检测到的污染特征，研究微塑料对冷藏鸡肉微生物群落的影响，包括对群落组成、多样性和功能潜力的影响。这些发现将对食品安全风险评估和塑料污染食品系统中缓解策略的制定具有重要意义。

样本收集和实验设计

我们在中国南京的六个零售摊位（三个超市和三个湿市场）进行了为期五周的实地研究，以表征肉类和切板上的微塑料污染情况。为了减少操作者引起的变异，每个摊位的同一指定操作员在每次访问时都进行鸡肉切割。每周连续处理三条鸡腿，每条鸡腿构成一个子样本（n = 3，用于肉类）。为了模拟常规切割条件，操作员进行了

来自切板的机械生成微塑料的形态特征和聚合物身份

形态荧光成像结合ATR-FTIR光谱分析表明，在实际鸡肉切割过程中释放的微塑料主要来自聚乙烯切板的机械磨损。尼罗红染色的显微照片显示了从小于50微米的颗粒到接近0.2毫米的大碎片的一系列尺寸范围，表明了多尺度断裂过程（图1A）。观察到四种反复出现的形态，包括角状碎片和薄片

讨论

微塑料容易被生物体摄入，并在食物链中积累，最终进入人体，在那里它们与消化系统、心血管系统和生殖系统的炎症反应和代谢紊乱有关（Chen等人，2022年；Zhang等人，2024年）。尽管人们越来越关注微塑料，但在食品加工过程中，尤其是肉类加工过程中，直接暴露于微塑料的途径一直被忽视，导致关于释放机制、污染特征等方面的关键知识空白

结论

本研究通过考察切板向肉类的机械释放过程以及微塑料对变质动态的调节作用，研究了肉类零售加工中的微塑料污染。我们发现，机械磨损产生了大量的微塑料，其转移模式受操作因素而非表面储存量的影响，表明切板上的微塑料负荷并不能可靠地预测肉类的污染情况。此外，聚乙烯微塑料主要通过影响微生物群落来加速变质过程

CRediT作者贡献声明

王永康：撰写——初稿，可视化，方法学，调查，数据管理。赵月：方法学，调查。江月：调查。谢敏豪：方法学。马芳：撰写——审阅与编辑，监督，概念化。王光宇：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，验证，方法学，资金获取，概念化。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金（31901759）、江苏省农业科学技术创新基金、江苏省社会发展战略研究与发展重点计划（CX (24)3042）、江苏省高等教育机构青兰计划以及江苏省高等教育机构优先学术发展计划（PAPD）的资助。