瓶子裡的水,放一天後為什麼有味道?

2022年03月03日09:00

  我還是先放下了手頭的活兒,把桌上的塑料飯盒和塑料杯,好好洗了一下。雖然沒有潔癖,但這2位科學家還是讓我把平時沒有留意的邊邊角角都清理了一番。最後還用清水衝洗了很多遍,但我依然不知道究竟有沒有洗乾淨。

  撰文 | 王怡博

  審校 | 二七

  在1967年的電影《畢業生》中,有這樣一個場景:在麥奎爾先生(Mr。 McGuire)詢問本傑明·布拉多克(Benjamin Braddock)有關大學畢業後的想法時,本傑明表現得很不耐煩,於是麥奎爾先生只對他說了一個詞:“塑料。”本傑明並不明白這是什麼意思,麥奎爾先生解釋道:“塑料行業在蓬勃發展,前景廣闊。”

  這在20世紀時的確如此。1999年,美國《時代週刊》在評選20世紀最具影響力的人物時,從眾多化學家中選出了被譽為“塑料之父”的利奧·貝克蘭(Leo Baekeland)。

  1907年,貝克蘭在試圖研發一種絕緣材料的過程中,製備出了有史以來第一種全合成塑料。他發現把苯酚和甲醛在少量堿(催化劑)的存在下加熱,能生成一種可熔化、可溶解的固體。隨後在這種固體中加入木屑等填料,再放在鐵製設備中加熱加壓,就意外製成了一種牢固的成型產品。這就是後來被廣泛使用的酚醛樹脂。

  從此,塑料的時代正式開啟,後來者居上的聚乙烯更是在20世紀50年代左右開始“雄霸世界”。1965年,由瑞典一家名為“Celloplast”的公司開發的聚乙烯購物袋登上歷史舞台,後來很快就在歐洲流行起來,並逐漸取代了布袋和紙袋。隨後,這種塑料袋也走向了世界的其他國家,改變了人類的生活。

  但貝克蘭和發明聚乙烯的英國科學家埃里克·福西特(Eric Fawcett)、雷金納德·吉布森(Reginald Gibson)沒有預料到的是,在邁入21世紀後,塑料的身份卻發生了極大的轉變:塑料變成了地球“殺手”。根據世界自然基金會(WWF)的數據,上個世紀使用的塑料可能至今仍存在於地球上,科學家估計塑料袋要花20年的時間才能完成分解,而塑料瓶和塑料杯則要用450年左右的時間。

  儘管自2002年孟加拉國率先實施塑料袋禁令起,如今許多國家已紛紛加入“禁塑”的行列,但完全放棄使用塑料並不是一件容易的事情,因為塑料已經滲透在生活、工業、科學研究等方方面面。這使科學家把目光轉向了可回收利用和可生物降解的塑料,以緩解塑料給環境和健康帶來的壓力。

  (https://www.wwf.org.au/news/blogs/the-lifecycle-of-plastics)

  但近日,一項發表於Journalof Hazardous Materials的新研究則指出,這些可回收利用的塑料也許並沒有那麼“健康”。我們可能都喝過塑料瓶里放了一天后的水,而且有時候覺得味道怪怪的。

  現在,丹麥哥本哈根大學的2位科學家塞利娜·蒂斯勒爾(Selina Tisler)和揚·克里斯滕森(Jan Christensen)發現只要是放在塑料瓶里的水,放置24小時後,都能檢測出數百種化學物質。他們認為是塑料中的成分遷移到了水中。“許多人都在用這類塑料瓶喝水,但很少有人知道塑料中的化學物質能遷移到水中。”蒂斯勒和克里斯滕森寫道。

  塑料在向外遷移

  事實上,“塑料發生遷移”所引起的轟動還要追溯到2003年。當時,美國凱斯西儲大學的遺傳學家帕特里夏·亨特(Patricia Hunt)正在研究卵母細胞分化、形成卵細胞的過程,她意外地發現對照組老鼠本來應該正常的卵細胞出現了染色體異常。

  直到他們轉向分析實驗環境才找到其中的原因——原來,一個工作人員在清理老鼠籠子旁邊的地板時使用了強效的洗滌劑,籠子是由聚碳酸酯組成的,而強效的洗滌劑使這種塑料釋放出了其中一種叫做“雙酚A”(BPA)的增塑劑,或者說使塑料的BPA遷移到了環境中。

  研究人員隨後換掉了籠子,老鼠的卵細胞也恢復了正常。為了證明是這種被遷移出的增塑劑影響了老鼠卵母細胞的分化,研究人員特意讓老鼠接觸BPA(未說明動物實驗倫理),結果發現了同樣的卵細胞染色體異常現象。因此,他們推斷是這種塑料中常用的增塑劑——BPA——導致了老鼠的染色體異常。

  雙酚A的結構式和3維模型。圖片來源:Darkeness3560, Edgar181/wikimedia, public domain

  那麼,如果塑料接觸的不是老鼠,而是食物,也有可能發生遷移嗎?2021年12月16日,一項發表於Food Additives & Contaminants的研究就專門分析了與食物接觸的聚苯乙烯(PS)材料的遷移“能力”。在日常生活中,聚苯乙烯常被用於一次性塑料餐具、一次性發泡餐盒(之前我們常見到的白色餐盒)、一次性飲料杯,以及泡麵和全家桶等食品的外包裝。

  研究人員發現,從PS遷移出的苯乙烯(PS的單體)的含量和包裝的食物有關。如果裝的是肉類,從PS遷移出的苯乙烯的含量最高;相比於水,牛奶能讓塑料發生更多的遷移。更重要的是,臨近過期和保質期更長的產品中也有更多從塑料遷移出的化學物質。

  值得一提的是,此前的研究討論的通常是已知存在的化合物,而且往往只考慮一種或幾種,但“我們第一次用非靶標篩選的方法,分析了可重複使用的塑料瓶中飲用水可能含有的所有化學物質”。蒂斯勒爾和克里斯滕森說。

  水中有什麼

  蒂斯勒爾和克里斯滕森挑選了3種可重複使用的聚乙烯塑料瓶,它們都能在丹麥運動用品店買到,並將其分別編號為P1(紅色)、P2(透明)、P3(透明)。在實驗開始之前,P1和P2瓶已經被使用了接近1年,但屬於不同類型的聚乙烯材料,而P3是新買的。他們也考慮了重複實驗,因此每一種瓶子都準備了2個(但這能否說明實驗重複性還有待商榷)。另外,他們還準備了玻璃瓶作為實驗控制組。由於他們想要檢測塑料瓶中的自來水,因此還有一個由自來水構成的空白組。

  通過液質聯用技術(液相色譜-質譜聯用技術),在扣掉空白組的結果後,他們在新的P3瓶里已經放置了24小時的自來水中檢測到了近350種化學物質,不過如果連續潤洗幾次瓶子後再裝水,就能除掉之前的約150種物質,而留下的大多是非極性物質。這很好理解,因為水是極性分子,所以根據相似相溶原理,水也能帶走一部分極性物質。此外,有400多種化合物只出現在使用了1年的P1和P2瓶里。然而,對於事先用清水衝洗過的玻璃容器,則幾乎沒有在玻璃容器的水中檢測到額外的化學物質。

  儘管根據現有化合物數據庫,以及定量結構-性質關係(QSPR)的方法能辨認出一部分檢測到的化學物質,但還是有很多不確定的物質。目前,他們能夠確認其中含有塑料中的增塑劑、軟化劑、抗氧化劑、光引發劑,以及二乙基甲苯甲酰胺(DEET)。蒂斯勒爾和克里斯滕森最擔憂的是其中的光引發劑和DEET。

  DEET是滅蚊劑中常用的活性物質,那麼它是如何從塑料中遷移出來的?研究人員認為,DEET可能來自一種DEET的類似物——例如只比DEET少6個氫原子的十二內酰胺。在用過1年的P1和P2瓶的水中同時檢測到了十二內酰胺和DEET,而新買來的P3瓶的水中只檢測到了十二內酰胺,但沒有檢測到DEET。

  在食品包裝袋上,我們常常會碰到一種塑料成分——光引發劑,它是印刷在包裝材料上的油墨的主要成分。光引發劑的感光基團在紫外線或可見光的作用下,能產生自由基、陰陽離子等活性成分,因此在塑料合成過程中常被用於引發單體的聚合反應。如果留意一下身邊的食品包裝袋,有一些會寫著“避免陽光直射”。

  蒂斯勒和克里斯滕森在P1瓶的水中發現了3種光引發劑:Irgacure 369、4-甲基二苯乙酮(4-methylbenzophenone,4-MBP)和蒽醌(anthraquinone)。之前的研究表示,Irgacure 369具有干擾內分泌的副作用,4-MBP在動物實驗中表現出致癌作用、生殖毒性和皮膚接觸毒性,而蒽醌也有可能分解出有毒且致癌的物質。

  儘管他們還不確定塑料瓶水裡的這些物質是否真的會對人體造成傷害,但美國AlkaWay公司的創始人伊恩·漢密爾頓(Ian Hamilton,未參與這項新研究)對“街上受陽光直射的瓶裝水”很擔憂。AlkaWay是一家自主研發水過濾系統的公司。而且,對於其他被分辨出的物質,也有約70%的的毒理學性質尚不明確。

  未來的毒理學研究

  蒂斯勒爾和克里斯滕森表示會繼續探究被檢測到的物質的毒性,但對於他們來說,這也許並不是一件容易的事。自2003年亨特意外發現BPA的副作用後,對BPA的毒理學研究也說明了這一點。儘管許多科學家證實BPA具有干擾內分泌的副作用,但美國食品和藥品管理局(FDA)並沒有接受這些科學家的觀點,他們認為只要不超過一定劑量,BPA就對人體沒有傷害,因為相比於老鼠等囓齒動物,人類能更快地分解BPA並將其排出。

  不過在2012年,FDA還是和學界合作,開展了一項叫做“CLARITY-BPA”的項目,旨在探究BPA對生物體的大腦、心臟以及其他身體組織的潛在作用。如果現在打開這個項目的網站,你會發現主頁上寫著“項目完成”(completed)。但事實是,FDA仍堅持其之前的結論,而學界也說法不一,有的科學家發現BPA會對老鼠大腦、生殖健康造成影響,也有的並沒有發現BPA在低劑量下的副作用。

  CLARITY-BPA項目的時間線。圖片來源:https://ntp.niehs.nih.gov/whatwestudy/topics/bpa/index.html

  蒂斯勒爾和克里斯滕森也指出,即使在塑料瓶的水中檢測到了幾百種化學物質,但這並不等同於“水是有毒的”。不過,他們自己“要換成玻璃瓶”。然而對於我們,剛買的新杯子或用洗滌劑洗後,還是要多用水衝洗幾次,而且要把水瀝乾。

  如果檢查身邊的食品包裝袋或盒子,你也許會發現上面幾乎沒有明確寫出塑料的成分。“當我們把水倒進塑料容器時,就可能已經把上百種化學物質加進了水中。”蒂斯勒爾和克里斯滕森說。他們懷疑有一部分化學物質是製造商額外加進去的,而大部分還是在生產和使用過程中,由塑料發生的化學反應產生的,例如分解、加氫反應,以及引入氮和氧元素的反應過程。

  原文鏈接:

  https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2022.128331

  參考鏈接:

  https://doi.org/10.1016/S0960-9822(03)00189-1

  https://news.ku.dk/all_news/2022/02/reusable-plastic-bottles-release-hundreds-of-chemicals/

  https://www.archyde.com/reusable-plastic-bottles-the-eco-friendly-gesture-potentially-dangerous-to-health/

  https://www.foodpackagingforum.org/news/hundreds-of-chemicals-migrate-from-reusable-plastic-bottles

  https://alkaway-blog.storychief.io/drinking-from-plastic-bottles-just-got-much-much-worse

  https://www.the-scientist.com/news-opinion/a-landmark-study-on-bpa-leaves-scientists-at-odds-65004

  https://medicalxpress.com/news/2018-09-bpa-substitutes-health-issues.html

  https://www.salon.com/2019/03/18/what-a-strange-case-of-scientific-deja-vu-showed-us-about-the-dangers-of-plastics_partner/

  https://www.foodpackagingforum.org/news/several-studies-determine-chemical-migration-from-food-packaging

  https://www.nature.com/articles/153369a0

  本文轉自環球科學

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