食品包装材料中40K和137Cs的定量分析及其潜在迁移至食品中的辐射风险评估

《Science of The Total Environment》：Quantification of 40K and 137Cs in food packaging materials and radiation risk assessment due to their potential migration into food

食品包装材料中天然钾-40和人为铯-137的活度浓度及辐射风险研究。对881份包装材料样本进行γ能谱分析，发现三层纸板钾-40活度最高（125±97 Bq/kg），铯-137最高55 Bq/kg，均显著低于塑料材料。保守估算年摄入有效剂量平均22.87±18.38 μSv/y，远低于欧盟限值0.2 mSv/y。研究填补了包装材料放射性迁移评估空白，为制定相关法规提供依据。

　　

普雷德拉格·库兹马诺维奇（Predrag Kuzmanovi?）| 玛丽亚娜·斯雷奇科维奇（Marijana Sre?kovi?）| 坦娅·卢扎伊奇（Tanja Lu?ai?）

塞尔维亚贝尔格莱德，刑事调查与警察研究大学法医科学与工程学院法医工程系，Cara Du?ana 196号，邮编11080

摘要

迄今为止，关于食品包装材料中天然和人工放射性核素的存在及其对消费者健康潜在影响的研究尚不足。本研究的目的是检测食品包装材料中天然放射性核素⁴⁰K和人为产生的¹³⁷Cs的存在，并评估这些放射性核素通过包装材料迁移到食品中可能对消费者造成的辐射风险。为此，研究人员分析了2010年至2023年间在塞尔维亚西部收集的881份不同类型的样品，包括LDPE和PET颗粒、三层和五层纸板、纸张、LDPE和PP袋以及用于封口的化合物。测量采用低本底高分辨率伽马光谱仪进行，摄入有效剂量采用保守方法估算，假设⁴⁰K的迁移率为5%，¹³⁷Cs的迁移率为10%。结果显示，⁴⁰K的平均活性浓度最高出现在三层纸板包装中（125 ± 97 Bq kg^?1），而最低值出现在LDPE颗粒中（12.4 ± 16.1 Bq kg^?1）。对于¹³⁷Cs，最高值同样出现在三层纸板中（高达55 Bq kg^?1），而塑料材料中的浓度显著较低（<0.1–5.8 Bq kg^?1）。估算的总年摄入有效剂量（E_{tot）范围为0.35–98.05 μSv y^?1，平均值为22.87 ± 18.38 μSv y^?1，远低于推荐的0.2 mSv y^?1的安全限值。结果表明，现代包装材料不会对消费者构成显著的辐射暴露风险。然而，由于缺乏关于放射性核素迁移的数据，本研究为未来更全面的研究奠定了基础，这些研究将有助于改进食品接触包装的监管和监测。}

引言

天然放射性核素（如⁴⁰K、²³⁸U和²³²Th）存在于地壳和环境中，而人工放射性核素则是人类活动的结果，包括核事故（Fasae和Isinkaye，2018；Khandaker等人，2020）。这些放射性核素可通过受污染的食物和水进入人类食物链，从而增加辐射暴露。天然放射性水平的差异主要取决于地理和技术因素（Fasae和Isinkaye，2018；Khandaker等人，2020；Hassan等人，2021）。对人类而言，食物是放射性污染的主要来源，这种污染可能是直接的或间接的（Hegazi等人，2023）。人类接触放射性核素的程度主要取决于食物中的含量，因此监测和评估食品中的放射性对于健康保护至关重要（Hassan等人，2021）。通过食物摄入天然放射性核素可能导致显著的摄入剂量，这是随机辐射健康影响的重要途径之一（Muhammad等人，2024）。据联合国原子能机构（UNSCEAR）统计，约八分之一的总年平均有效剂量来自天然放射性。

⁴⁰K是钾的天然同位素，存在于许多生物系统中，包括食物本身（UNSCEAR，2000）。¹³⁷Cs是一种人工放射性核素，由核反应堆产生，在切尔诺贝利（1986年）和福岛（2011年）等核事故中大量释放（Cevik等人，2009；Dirican等人，2025；Kandi?等人，2020）。¹³⁷Cs的行为类似于钾，但与⁴⁰K不同，它对人体代谢不是必需的（Kandi?等人，2020）。放射性核素，尤其是¹³⁷Cs，在受核事故影响地区以及其分布区域的迁移是一个主要问题。这种半衰期约为30年的放射性核素可以在食物链中积累并在环境中持续存在，可能危及生态系统和人类健康（UNSCEAR，2000；Dirican等人，2025）。为了更好地了解其在环境中的迁移过程，需要在这一领域进行更全面的研究，以提升公共卫生和食品安全（Dirican等人，2025）。

包装是食品生产和分销过程中的关键环节。它对于保持食品的质量、安全和健康至关重要，同时也有助于减少食物浪费（Seref和Cufaoglu，2025；Ojha等人，2015）。食品包装在商业运营中也非常重要，因为它实现了产品从生产设施到消费者之间的转移（Ojha等人，2015）。目前有多种类型的包装。包装的分类见图1。一些分类基于功能（初级、次级和三级），还有一些基于材料：纸张/纸板、塑料、金属、玻璃、复合材料、木材等（见图1），每种材料都有其特定的性质（Ojha等人，2015；Deshwal和Panjagari，2019；Sinha，2024；Nechita等人，2022；Wang等人，2022）。Ojha等人（2015）的研究指出，主要的包装材料包括玻璃、金属、塑料、纸张、层压材料以及可生物降解聚合物。

随着人们对食品安全和包装材料对消费者健康影响的关注日益增加，评估食品受到各种化学和放射性污染物（包括天然和人工放射性核素）污染的必要性也在增强，其中⁴⁰K和¹³⁷Cs尤为值得关注。

包装材料必须符合消费者健康保护的一般原则，符合欧盟法规（例如EC 1935/2004（2004））的要求，即与食品接触的材料不得对人类健康构成不可接受的风险。包装材料的主要问题是，目前没有针对⁴⁰K和¹³⁷Cs等放射性核素含量的直接法律或国际参考限值——因为包装本身不是食品，而只是与食品接触的中介。此外，包装通常不直接被摄入，因此很少被视为辐射暴露的来源。

全球范围内，许多研究主要集中在各种包装材料中的化学物质和有毒元素向食品的迁移（Gupta等人，2024；Seref和Cufaoglu，2025；Kourkopoulos，2025；Khokhar和Pawar，2025；Tsochatzis，2021；Deshwal和Panjagari，2019）。这些研究详细分析了迁移机制，包括影响迁移的因素，如材料类型、温度和接触时间。目前关于⁴⁰K和¹³⁷Cs从包装材料迁移到食品中的文献尚不多，但之前关于化学物质和有毒元素迁移的研究可以作为起点。

当前的研究主要集中在测量食品样品中的⁴⁰K和¹³⁷Cs含量以及估算摄入剂量（Cevik等人，2009；Muhammad等人，2024；Hegazi等人，2023；Khandaker等人，2020；Kandi?等人，2020；Fasae和Isinkaye，2018；Hassan等人，2021）。例如，在土耳其的蘑菇中，测量到的⁴⁰K和¹³⁷Cs活性浓度分别为287–1940 Bq kg^?1和3.9–115.7 Bq kg^?1（Akkaya和Akta?，2025）；在越南的叶类蔬菜中，测量值分别为690–4751 Bq kg^?1和<1.4 Bq kg^?1（Van等人，2020）；在荷兰的肉类样品中，测得的¹³⁷Cs活性浓度高达1100 Bq kg^?1（Brandhoff等人，2016）。这表明人们全年食用的食品中可能含有这些放射性核素的显著浓度，从而增加年度摄入剂量。例如，在尼日利亚，由于食用某些食品，估计的总年平均摄入剂量为151 μSv y^?1（Muhammad等人，2024）；而在中国的一项研究（Yang等人，2021）显示，谷物和蔬菜的摄入剂量高达1.3 mSv y^{?140K和137Cs从包装材料迁移到食品中的数据不足，这在食品安全方面是一个重大空白。}

本研究的目的是首次测量大量食品级纸张/纸板和塑料包装样品中的⁴⁰K和¹³⁷Cs活性浓度，并评估这些放射性核素通过包装材料迁移到食品中可能带来的辐射风险（摄入剂量）。该分析采用保守方法估算消费者因使用这些包装材料而面临的辐射风险，填补了相关文献的空白，为未来的监管监测和食品安全实验研究提供了依据。这项研究强调了在真实食品包装使用条件下进行额外实验研究的必要性。

材料与方法

共测试了881份不同类型的食品包装材料样本，包括初级、次级和三级包装。分析了塑料和纸张/纸板包装及其生产所用材料：LDPE颗粒、PET颗粒、三层和五层纸板、包装盒、白纸、棕纸、LDPE袋和PP袋。此外，还分析了用于封口的化合物：DARAFORM 6475P颗粒和DAREX 2000颗粒。

结果与讨论

本研究分析了2010年至2023年间在塞尔维亚西部收集的11种包装材料和881份食品包装样品。不同类型包装中检测到的⁴⁰K和¹³⁷Cs放射性核素活性浓度见表1，这些浓度在材料类型和观测时间内均存在显著变化。¹³⁷Cs的最大值范围为13–55 Bq kg^?1

批判性回顾与局限性

根据塞尔维亚现行法规，食品包装材料被归类为通用物品，其规定的最大允许年有效剂量为1 mSv（官方公报36/18，2018）。然而，尽管这一限值已明确界定，但目前尚缺乏评估此类材料产生的有效剂量的具体方法指南，这给辐射安全评估带来了额外挑战。

结论

本研究是少数几项、据我们所知也是首次在全球范围内系统研究天然和人工放射性核素（特别是⁴⁰K和¹³⁷Cs）在各种食品包装材料中的含量及其潜在辐射风险的研究之一。尽管科学界对食品安全和包装对消费者健康影响的关注日益增加，但以往的相关研究仍较为有限。

实际意义与建议

• 对于监管机构：
  应引入针对与食品接触材料的天然和人工放射性参考水平的建议，基于评估年有效剂量的具体指南。这需要进一步的全面研究，以量化放射性核素的迁移情况，同时考虑包装类型和接触食品的食品类型。应制定具体的法律和法规来规范这一领域。

作者贡献声明

普雷德拉格·库兹马诺维奇（Predrag Kuzmanovi?）：数据可视化、验证、监督、软件使用、方法论设计、调查实施、数据分析、概念构建、撰写及审稿编辑、初稿撰写。玛丽亚娜·斯雷奇科维奇（Marijana Sre?kovi?）：数据可视化。坦娅·卢扎伊奇（Tanja Lu?ai?）：数据可视化、监督、软件使用。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

作者感谢塞尔维亚共和国科学、技术发展与创新部的财政支持（资助编号：451-03-34/2026-03/200134 和 451-03-33/2026-03/200134）。