食品级不锈钢的标准与应用概述

朱亚伟

摘 要：不锈钢材料是生活中常见的金属材料，其为一种含有多种金属元素的合金材料。材料在与食物和饮料等接触时，不锈钢中的重元素会迁移到食品中去，因而各国都有相应的安全标准来确保不锈钢材料的安全使用。近年来不锈钢材料的也逐渐应用在电子产品等与人体直接接触的产品中来，本文梳理了各国不锈钢国家标准和目前不锈钢材料的在生活中的应用，并指出各自目前存在的问题，以期为拓宽不锈钢材料的使用范围提供参考。

关键词：不锈钢 重金属迁移 国家标准 应用

中图分类号：TS914.213 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）06（c）-0104-03

不锈钢是我们生活中常见的一种金属材料，因其美观、不锈、耐久性好、耐蚀、易保养，被广泛应用在各类生活器具中，如锅、碗、刀具等。近年来随着电子科技的发展，越来越多的公司在其新产品上开始使用不锈钢材料，如美国苹果公司就在其iPhone X手机和Apple Watch智能手表的外框部分使用不锈钢材料，以期带来吸引人的外表，同时提高耐用性。无论是日常厨具还是随身携带的智能电子设备，它们往往都会与人体或者食物进行直接接触，而不锈钢材料中往往含有铬、镍、镉等金属，这就让人对不锈钢材料的安全性提出了质疑。

1 世界各国的不锈钢安全标准

食品接触类材料，指的是与食物或者包装饮料在生产，包装，存储过程中所接触到的材料，它包括用于食品加工机器的部分，甚至覆盖例如咖啡机和饮料机的范畴。食品接触类不锈钢材料，指的是该定义范畴内的不锈钢金属材料，亦即寻常所说的食品级不锈钢材料。

在与食品或者饮料接触的过程中，与食物或饮料接触的材料的分子将会迁移到食物或者饮料中去。因此，大多数的国家都有着食品安全监管机构来监督材料的食品安全问题。以下将分国家介绍世界几个典型的国家对于食品接触类不锈钢的相关标准和规定。

1.1 中国标准

中国现行的不锈钢材料牌号和化学成分的国家标准是GB/T 20878-2007《不锈钢和耐热钢牌号及化学成分》。该标准为推荐性国家标准其规定，不锈钢的定义为“以不锈、耐蚀性为主要特征，且铬含量至少为10.5%，碳含量最大不超过1.2%的钢”。该标准明确了各类不锈钢的定义，规定了确定化学成分极限值的一般准则，明确划定了各类不锈钢的新旧牌号及化学成分。

我国现行食品接触材料和制品的国家标准为GB 4806.1-2016《食品接触材料及制品通用安全要求》，该标准为国家强制性标准，其规定了一系列食品接触材料及制品的定义，并规定了与迁移量相关一系列概念的定义。该标准规定食品接触类材料及制品应满足的基本要求为，“食品接触材料及制品在推荐的使用条件下与食品接触时，迁移到食品中的物质水平不应危害人体的健康”（节选）。并规定了食品接触累材料的限量要求，符合性规则，和相关检验方法，以及食品接触类材料的可追溯性和产品信息方面的强制性规定。

中国现行的食品级不锈钢标准为GB 4806.9-2016 《食品接触用金属材料及制品》，此标准为国家强制性标准，其规定食品接触用金属材料及制品的定义是“在正常使用条件下，预期或已经与食品接触的各类金属（包括各种金属镀层及合金）材料及制品“。该标准对不锈钢材料做出技术要求，要求”金属材料及制品中食品接触面使用的金属基材，金属镀层和焊接材料不应对人体健康造成伤害。同时规定，金属基材和镀层材料等材料成分应与产品所标示成分或牌号的相应成分一致。不锈钢食具容器及食品生产经营工具，设备的主体部分应选用奥氏体型不锈钢，不锈钢、铁素体型不锈钢等不锈钢材料；不锈钢餐具和食品生产机械设备的钻磨工具等的主体部分也可 采用马氏體型不锈钢材料。“并明确划定与食品直接接触的不锈钢制品应满足的理化指标，即不锈钢的迁移物指标，并规定了迁移试验的执行标准。并对特殊使用要求和标签标识做出了相应的规定。

1.2 美国标准

在美国最被认可和常见的食品安全机构是FDA和NSF International。

The Food and Drug Administration （FDA） 是美国健康与人类服务部门的下属监管机构。它的职责包括通过确保供给的食品的安全性，诚实性和安全来保护公众的健康。FDA来决定什么样的材料可以适用于包装饮料和食品加工，处理和包装。

美国不锈钢的国家标准是ANSI/NSF 51–1997《Food Equipment Materials》，其规定用于食品设备的不锈钢材料必须是AISI 200/300/400系列的金属材料（注：指在美国牌号系统下设计牌号分别是S2xxxx， S3xxxx， and S4xxxx的金属材料）。当用于食品领域时，不锈钢材料必须满足最低铬含量不低于16%的要求。铬含量低于16%的不锈钢材料可以用于刀具，刀片和类似的需要锋利刀刃的器具上，假定所用不锈钢已经经过了合适的焊后热处理如淬火和回火。

The United States Department of Agriculture （USDA）对于不锈钢的规定在《美国农业部乳制品加工设备的卫生设计和生产指南》中提及，规定不锈钢必须是AISI 300系列或者是相应的ACI系列或者是无毒且无吸附性的不锈钢，同时该不锈钢应满足在预期使用条件下有着与AISI 300系列（包括301和302）耐腐蚀性相同。再或者是在预期使用条件下有着与前述金属一样的耐腐蚀性同时满足无毒和无吸附性要求。当有硬度上的需求时，AISI 400系列金属也可以用于特定的领域如切割用刀片中。

1.3 欧盟标准

欧盟立法有许多类型，适用于所有成员国的主要法律（除非另有说明）是评议会（council），欧洲议会和理事会（European parliament and council），委员会（commission）。欧盟的食品接触类材料需要满足食品接触类材料EC 1935/2004的规定。

在欧盟金属受到和化学品一样的管制。化学品被分类（与其固有的危险特性有关）并贴上标签的基本法规是危险物质命令（Dangerous Substances Directive 67/548/EEC）。值得注意的是，用于识别欧盟化学品（生态）毒性的标准测试方法通常不适合于金属一同使用。

在危险物质命令下，所有的化学品都被定义为“物质”（如氯化钠，苯，镍）或“制剂”（即一种或多种物质的混合物或溶液）。在欧盟市场上的物质清单建立时，工业界和监管机构共同决定将金属合金视为制剂（不锈钢材料本质上就是一种合金）。1988年，第一份《危险制剂指令》（Dangerous Preparations Directive 88/379/EEC）发布。根据该命令，“制剂”的划分主要分为两种方式，一是根据其所含分类物质的量（即传统方法），二是基于其自身的危险特性。然而对于某些危害如致癌性，致突变性和生殖毒性，则只允许使用传统分类方法（即无法测试“制剂”）。可以看到欧盟对于不锈钢的安全性还是十分的重视的。

通常用于食品接触应用的不锈钢材料等级由欧洲标准（European Standard EN 10088（163））定义。虽然法国和意大利有法律上的要求，但食品接触应用中使用的不锈钢材料并没有通用的成分限制。

在法国，用于食品接触产品的不锈钢必须含有至少13%的铬，并且可以含有镍和锰。对某些其他合金元素施加最大限制（钼，钛，铝和铜为4%；钽，铌和锆为1%）。 AFNOR 10333标准涉及钢材包装。

在意大利，有一系列不锈钢用于食品接触类材料。这些等级下的材料必须在特定条件下通过蒸馏水，橄榄油，乙醇水溶液和3%浓度的乙酸水溶液的腐蚀试验。在适当的测试之后，新的材料可以添加到允许的不锈钢材料列表中去。意大利对于不锈钢材料的具体法规相关文件是DM 21/03/73及其后续修订条例。

意大利、法国、英国和德国的立法或标准可能会有所不同，此外，对于某种类型的不锈钢材料的应用还有欧洲标准。用于餐具的不锈钢成分限制也在EN ISO 8442-2中有所规定。这个成分限制同样取决于餐具的实际应用。

2 应用范围

不锈钢材料广泛应用于食品、药品的生产、存储、转运过程中，和其他有着高卫生标准的情况，厨房各类用具，如餐刀、叉、筷子、碗、碟、盆、勺等。在日用卫具中、不锈钢材料凭借其靓丽的外表，优秀的耐蚀性，广泛在各类洁具和日常用具中得到采用。在医药卫生领域，不锈钢材料因为较好的人体亲和性，也广泛应用在各种人体植入件中。在电子科技领域，不锈钢材料因其闪亮的外表，较之铝合金更为坚固和耐磨，近年来也逐渐出现在各类电子产品中来，如智能手机中框，智能手表外壳等。可见不锈钢在日常生活中的应用十分广泛，下面将分几个方面介绍不锈钢材料的应用。

2.1 日常生活中的应用

不锈钢材料因其耐蚀性，易清洗，因而在日常生活中可以用于如碟子、碗、餐盘、沙拉盆等容器，也多用在如筷子、餐刀、餐叉、勺子、披萨刀等，此类餐具会与食物进行直接的接触，对不锈钢材料的安全性要求很高，因此材料多使用奥氏体镍铬不锈钢（即304不锈钢，统一代号为S30408，GB/T 20878-2007下牌号为06Cr19Ni10）等材料。

食具会与食物进行直接的接触，需要面对酸碱等复杂环境，对抗腐蚀性和无毒无害方面要求较高，对硬度等要求不高，多使用奥氏体镍铬不锈钢（即304不锈钢材料）。而厨房用刀具等，因常用于切削用途，对硬度，韧性，强度等要求较高，往往使用高碳含量的不锈钢材料，日常刀具多使用440A、440B、440C等含碳量较高的钢材，其碳含量逐渐提高，硬度也逐渐提高，但抗腐蚀性依次降低，不锈钢制成的日常刀具，兼具了传统碳钢的高锋利度和不锈钢的耐蚀性，易打理，使用便捷。然而现行国家标准GB 4806.9-2016删除了对于不锈钢牌号的使用限制，虽然某种意义上这为厂商拓宽了材料选择面，促进了新型不锈钢材料的开发，但这同时给了不法厂商可乘之机，这些厂商使用廉价劣质的不锈钢材料来生产食具，带来了一定的安全隐患。

这类有着安全隐患的不锈钢材料便是高猛不锈钢材料，即铬锰系奥氏体不锈钢（国标200系），其使用锰和氮（或仅用氮）来代替传统304不锈钢材料中的镍元素，原本用于建筑装潢，交通运输等非食品药品类行业中，但随着新国标对于不锈钢牌号使用限制的放开，该类不锈钢材料也逐渐使用在食品接触的领域中。因为成分上的差异，该类高锰系不锈钢材料耐腐蚀性上要显著低于传统的304不锈钢材料。日常餐具使用时常需要接触富含食用盐（主要成分是NaCl）的溶液，酱油，耗油等调味料，其含有的氯离子对于不锈钢材料有点蚀的作用，而该类不锈钢含有的锰元素更会降低不锈钢的耐点蚀性，因而该类不锈钢材料用于餐具时很容易出现腐蚀的问题。进而加剧不锈钢材料中的重金属元素进入食物的问题，造成安全隐患。

目前国际标准和欧盟标准等均对于食品接触类不锈钢材料进行了所用钢材牌号的规定，如德国，法国，意大利。这些国家目前所用的牌号里并没有铬锰系不锈钢，即200系不锈钢材料不可应用于食品接触类制品的生产，而这使我国现行国家标准所缺失的。我国现行国标GB 4806.9-2016也没有对于锰元素的最高限量要求，且测试标准GB 31604.1-2015中所用的食品模拟物是4%体积分数的乙酸或20%～95%体积分数的乙醇，与日常生活中NaCl环境相差较大，在该标准下，许多劣质的200系铬锰不锈钢是可以顺利通过国家标准的，亦即满足国家标准的产品可能仍存在一定的安全隐患。

2.2 电子产品领域的应用

虽然不锈钢材料有着耐蚀的特性，美观的外表，同时有着较高的强度和硬度，似乎是优秀的外壳类材料，但过去不锈钢材料较少应用于电子产品领域，主要因为不锈钢材料硬度较高，较难加工且加工耗时长，难以着色等原因，目前常用于电子产品如笔记本电脑，智能手机，智能手表等电子产品的外壳多采用镁铝合金等轻质金属。然而随着近年来材料加工技术的飞速发展，人们对于电子产品的要求越来越高，不锈钢材料也在逐渐走入人们的视野中。如先前小米公司的小米4智能手机，Apple公司的Apple Watch智能手表，iPhone X智能手機，MP3，MP4等外壳，均采用了不锈钢材料作为中框材料，以期提高其辨识度和耐用性。

不锈钢材料应用于电子产品中框，常与人体产生接触，人体汗液等因素可能会加速对金属的腐蚀，这就对不锈钢材料的安全性提出了要求，目前目前业界多采用食品级不锈钢材料用于与人体接触部分，如304不锈钢（统一代号为S30408，GB/T 20878-2007下牌号为06Cr19Ni10），316L不锈钢材料（统一代号为31603，GB/T 20878-2007下牌号为022Cr17Ni12Mo2），后者同时对用于腕表的金属表带部分。虽然目前已经逐渐有公司开始采用不锈钢材料作为电子产品的外框材料，但目前用于电子产品的不锈钢材料仍然面临的很多问题，一是加工难度大，耗时长，成本高。不锈钢材料硬度较高，而现代电子产品外壳加工多采用CNC数控机床，不锈钢材料加工同样的中框耗时更久，对切削刀头的消耗更大，不锈钢材料因无法透过无线信号因而应用在电子产品时且往往需要和玻璃材料进行拼接，对加工精度提出较高要求，因而加工成本较高。二是，不锈钢材料着色困难，不锈钢相较工艺成熟的阳极氧化铝着色难度高出很多，目前即使采用不锈钢材料的科技公司往往配色较少，往往仅有不锈钢材料裸色或者使用物理气相沉积技术的黑灰色，可选余地较少。三是不锈钢材料的密度较大，相较铝合金等轻质金属应用在电子产品时会增加重量，而这正是目前笔记本电脑等所竭力避免的。

综上所述，目前电子产品生产公司正在逐步使用不锈钢材料来代替过去常用的阳极氧化铝材料，但因为成本问题和着色难，重量大等问题影响了不锈钢材料在电子产品中的推广和应用。相信随着加工工艺和着色工艺的进步，加工难，着色难等问题也会得到解决，相信日后我们会在更多的电子产品上见到不锈钢材料的影子。目前国家尚未有对于与身体接触的不锈钢材料的国家标准，目前电子产品也多采用食品级不锈钢材料，随着日后不锈钢材料越来越多的使用在随身电子产品时，相关细分标准有待进一步完善。

2.3 医疗卫生领域的应用

不锈钢材料在医学上的应用多集中在手术用器材，人体植入体等应用中，如手术刀、手术钻、止血钳、牙齿矫治器、不锈钢支架、骨骼固定板螺丝、螺丝头等。医用级不锈钢材料的标准往往更高，对其重金属离子析出的要求更为严格，要求无毒无害的同时要求其有较好的组织相容性，避免出现过敏反应。近年来尽管钴基合金、钛合金、复合型生物陶瓷等材料得到广泛应用，但在硬组织修复和替换方面，医用不锈钢材料凭借其价低，易加工使用等特点依然有其不可替代的作用。

目前广泛使用的外科植入体用不锈钢材料为奥氏体316L，317L，往往作为临时植入体使用，因其相对钛合金等材料的较低耐腐蚀性能，作为永久植入体受到限制。同时不锈钢材料中的镍元素可能会使部分人产生过敏反应，且镍元素在人体内含量过高也会引发局部中毒反应，因而催生出不含镍的不锈钢材料。不锈钢材料自身是具有相当的生物耐受性的，但其使用过程中的重金属元素析出仍不可小觑。通过材料表面改性处理和新型不锈钢材料的出现，可以有效提高不锈钢材料的耐腐蚀和耐磨性，从而降低金属离子析出所带来的安全风险。

医用不锈钢材料尽管目前有了相关的材料标准，但其生物相容性目前缺乏一个综合且标准的评估体系，且尽管对于不锈钢材料诱导细胞凋亡取得了一定的进展，但目前金属材料引起细胞凋亡的的机制仍不明确，且相关报道更是罕见，这些都有赖于生命科学领域的进一步探索。

3 结语

尽管我国目前已经有了多个关于食品接触用不锈钢材料的相关国家标准，对于各项金属元素迁移也有了明确的规定和测试方法，其严格度不亚于欧盟等食品安全高要求的国家和地区， 但我国现行国家标准GB 4806.9-2016缺失了对于食品接触用产品的不锈钢牌号要求，给商家使用具有安全隱患的铬锰系不锈钢以可乘之机，应予以注意。不锈钢产品越来越多地应用在智能手机、手表等频繁与人体接触类的产品上，其安全应用标准应予以完善。医用不锈钢制品的安全标准已经十分严格，但随着新型不锈钢材料的开发和发展，新标准也应与时俱进，做好监督管理工作。

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