超高效液相色譜－串聯(lián)質(zhì)譜法測定食品塑料包裝材料中5種光引發(fā)劑及其遷移規(guī)律

張居舟，陶固帥，尚光志，蔡薈梅＊，紀(jì)水琳

（1．安徽省食品藥品檢驗研究院，合肥230051； 2．安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 茶與食品科技學(xué)院，合肥230036；3．安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 省部共建茶樹生物學(xué)與資源利用國家重點實驗室，合肥230036）

塑料是目前使用最廣泛的食品包裝材料，由于塑料包裝材料直接與食品接觸，塑料包裝材料的安全性及其含有的化學(xué)物質(zhì)向食品遷移等問題引起人們的廣泛關(guān)注，這些問題也是食品安全研究的一個重要方向。長期以來，食品塑料包裝印刷的溶劑型油墨中的低聚物、有害單體、污染物和添加劑殘留與遷移是影響食品包裝材料安全問題的主要方面［1］。為了解決這一問題，一些新的技術(shù)被引入到包裝印刷中，如基于紫外光固化油墨的紫外線（UV）印刷技術(shù)［2］。光引發(fā)劑（PIs）作為紫外光固化油墨的主要成分被廣泛應(yīng)用于食品包裝材料的印刷中。光引發(fā)劑在引發(fā)聚合反應(yīng)后，大部分光引發(fā)劑會變成殘基而成為聚合物的鏈端，但少量未聚合的光引發(fā)劑會殘留在油墨中，這些小分子化合物又能從食品包裝材料的印刷油墨遷移至食品中，造成食品污染［1，3－4］。

近年來研究發(fā)現(xiàn)UV油墨固化完成后，殘留的光引發(fā)劑在一定條件下可以通過化學(xué)遷移或者物理接觸污染包裝內(nèi)的食品，從而對人體健康造成潛在危害［5－8］。自2005年意大利雀巢奶粉中檢測出光引發(fā)劑后，光引發(fā)劑的遷移污染問題受到各國關(guān)注。2007年，Rhodes等通過小鼠毒理性試驗發(fā)現(xiàn)：二苯甲酮和4－甲基二苯甲酮不僅能增加小鼠患腫瘤的概率，而且還有皮膚接觸性傷害和生殖毒性。2009年5月，歐盟委員會食物鏈和動物健康常務(wù)委員會（SCFCAH）規(guī)定［9］食品接觸材料用的印刷油墨中二苯甲酮的特定遷移限量為0．6mg·kg－1。2015年歐盟油墨印刷協(xié)會（EuPIA）在歐盟2002／72／EC文件和瑞士817．023．21條例的基礎(chǔ)上明確了105種小分子光引發(fā)劑的遷移限制要求［10－11］。由于食品塑料包裝材料在使用中可能會接觸到很多種類的食品，因此目前食品塑料包裝材料中有毒、有害物質(zhì)的暴露評估一般采用食品模擬物進(jìn)行遷移試驗。文獻(xiàn)［12］研究了聚酯類食品包裝材料中二氧化鈦在食品模擬物中的遷移規(guī)律，結(jié)果表明，食品模擬物的屬性對遷移行為有顯著影響。文獻(xiàn)［13］對多層聚合物食品包裝材料進(jìn)行了熱力學(xué)理論和試驗研究，結(jié)果表明，不同材質(zhì)的聚合物對光引發(fā)劑的遷移能力具有明顯的差異性。

目前，光引發(fā)劑向食品和食品模擬液的遷移研究是一個熱點［14－15］，但鮮有食品接觸材料中光引發(fā)劑向食品模擬液的遷移規(guī)律研究。

本工作中食品模擬液的選擇依據(jù)國家食品標(biāo)準(zhǔn)GB／T 23296．1－2009［16］，將光引發(fā)劑向食品模擬液中的遷移過程作為研究對象，采用超高效液相色譜－串聯(lián)質(zhì)譜法（UHPLC－MS／MS）測定食品塑料包裝材料中1－羥基環(huán)己基苯基酮、二苯甲酮、2，2－二甲氧基－1，2－二苯基－乙酮、4－二甲基氨基苯甲酸乙酯、鄰苯甲酰苯甲酸甲酯等5種光引發(fā)劑，并研究了這5種光引發(fā)劑在不同的遷移時間、遷移材質(zhì)下向3種食品模擬液中的遷移規(guī)律，為PIs在食品包裝材料中使用的安全性評估提供依據(jù)。

1 試驗部分

1．1 儀器與試劑

Agilent 6490型超高效液相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用儀；AB204－S型電子分析天平；90c型多功能薄膜連續(xù)封口機(jī)；Milli－Q Academic型超純水機(jī)；DHP－9162型電熱恒溫培養(yǎng)箱。

5種光引發(fā)劑的標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液：5．0g·L－1，分別稱取5種光引發(fā)劑標(biāo)準(zhǔn)品各0．500 0g，用乙腈溶解并分別定容至100mL棕色容量瓶中。

5種光引發(fā)劑的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液：100．0mg·L－1，分別移取5．0g·L－15種光引發(fā)劑的標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液2mL于100mL棕色容量瓶中，用乙腈定容至100mL，于－20℃下避光保存。使用時用乙腈逐級稀釋至所需質(zhì)量濃度。

1－羥基環(huán)己基苯基酮（CPK）、二苯甲酮（BP）、2，2－二甲氧基－1，2－二苯基－乙酮（BDK）、4－二甲基氨基苯甲酸乙酯（EDB）、鄰苯甲酰苯甲酸甲酯（OMBB）等5種光引發(fā)劑標(biāo)準(zhǔn)品的純度均大于99%；無水乙醇、冰乙酸為分析純；乙酸銨、甲醇、乙腈為色譜純；試驗用水為超純水。

1．2 儀器工作條件

1）色譜條件 Agilent Eclipse Plus C18色譜柱（50mm×2．1mm，1．8μm），柱溫為40 ℃；流量為0．20mL·min－1，進(jìn)樣量為10μL。流動相：A 為1g·L－1乙酸銨溶液，B為乙腈。梯度洗脫程序：0～3．0min時，A 為40%；3．0～5．0min時，A 由40%增至70%，保持5．0min；10．0～12．0min時，A由70%增至90%，保持2．0min；14．0～14．1min時，A由90%降至40%，保持1．9min。

2）質(zhì)譜條件 電噴霧正離子源（ESI＋）；電噴霧電壓3 000V，碰撞池加速電壓5V，毛細(xì)管電壓3 000V，噴嘴電壓1 500V；干燥氣溫度300℃，干燥氣流量14mL·min－1；鞘氣溫度250℃，鞘氣流量11L·min－1；霧化氣壓力20pa；選擇離子監(jiān)測模式。

其余質(zhì)譜參數(shù)見表1，其中“＊”為定量離子。

表1 質(zhì)譜參數(shù)Tab．1 MS parameters

1．3 試驗方法

1．3．1 樣品分析

將食品塑料包裝材料樣品剪為5mm×5mm的碎片，置于50mL離心管中，用乙腈10mL提取后，于40℃超聲1h，上清液用氮氣吹干，用乙腈定容至2mL，按儀器工作條件進(jìn)行測定。

1．3．2 遷移樣品制備

聚乙烯（PE）、雙向拉伸聚丙烯／流延聚丙烯（BOPP／CPP）、雙向拉伸聚丙烯／聚對苯二甲酸乙二醇酯／流延聚丙烯（BOPP／PET／CPP）塑料食品包裝袋，由某食品包裝企業(yè)提供。

將上述3種材質(zhì)的食品塑料包裝材料剪成5cm×6cm的碎片，用薄膜封口機(jī)將兩片同一材質(zhì)的碎片加熱密封，制成一個5cm×6cm的包裝袋（留一邊暫不封口），用移液槍向包裝袋中加入100．0mg·L－15 種 光 引 發(fā) 劑 的 混 合 標(biāo) 準(zhǔn) 溶 液2．5mL，封口，查漏，用于遷移試驗。

1．3．3 遷移試驗

將10組已制備的裝有光引發(fā)劑的3種材質(zhì)包裝袋，分別放入3種食品模擬液［水、10%（體積分?jǐn)?shù)，下同）乙醇溶液和30g·L－1乙酸溶液］中，確保制作的包裝袋完全沉浸在食品模擬液當(dāng)中。在40℃下進(jìn)行遷移試驗，分別于1，2，3，4，5，6，7，8，9，10d取樣（重復(fù)3次）。按儀器工作條件進(jìn)行測定。

2 結(jié)果與討論

2．1 色譜行為

5種光引發(fā)劑的選擇離子流色譜圖見圖1。

2．2 質(zhì)譜條件的選擇

圖1 標(biāo)準(zhǔn)溶液的選擇離子流色譜圖Fig．1 Selected ion current chromatogram of standard solution

分別將0．2mg·L－15種光引發(fā)劑標(biāo)準(zhǔn)溶液，依次注入離子源。在正離子模式下對各光引發(fā)劑進(jìn)行一級質(zhì)譜掃描得到各分子離子峰，確定合適的碎裂電壓。再對各分子離子峰進(jìn)行二級質(zhì)譜分析，選取豐度較大，干擾較小的兩對子離子作為定性離子，對各參數(shù)進(jìn)一步優(yōu)化，確定最佳質(zhì)譜參數(shù)，各光引發(fā)劑的主要質(zhì)譜參數(shù)見表1。

2．3 標(biāo)準(zhǔn)曲線和測定下限

按儀器工作條件對5種光引發(fā)劑混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列進(jìn)行測定，并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。結(jié)果表明：5種光引發(fā)劑的質(zhì)量濃度均在一定范圍內(nèi)與其對應(yīng)的峰面積呈線性關(guān)系，線性范圍、線性回歸方程、相關(guān)系數(shù)見表2。

以空白基質(zhì)加標(biāo)進(jìn)樣，按10倍信噪比計算方法的測定下限（10S／N），結(jié)果見表2。

表2 線性范圍、線性回歸方程、相關(guān)系數(shù)和測定下限Tab．2 Linearity ranges，linear regression equations，correlation coefficients and lower limits of determination

2．4 精密度和回收試驗

按試驗方法對空白食品塑料包裝材料樣品進(jìn)行加標(biāo)回收試驗，結(jié)果見表3。

由表3可知：加標(biāo)回收率為77．5%～95．0%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）為0．81%～8．9%。

表3 精密度和回收試驗結(jié)果（n＝6）Tab．3 Results of tests for precision and recovery（n＝6）

2．5 遷移時間對光引發(fā)劑遷移的影響

PE包裝材料中的5種光引發(fā)劑在水、10%乙醇溶液、30g·L－1乙酸溶液等3種食品模擬液中的遷移量隨時間的變化趨勢見圖2。

由圖2可知：在水、10%乙醇溶液、30g·L－1乙酸溶液等3種食品模擬液中，遷移時間越長，5種光引發(fā)劑的遷移量越多，遷移量在前5d快速上升，隨著遷移時間的延長遷移量逐漸達(dá)到一個平衡狀態(tài)。

2．6 食品模擬液對光引發(fā)劑遷移的影響

PE塑料中5種光引發(fā)劑在水、10%乙醇溶液、30g·L－1乙酸溶液等3種食品模擬液中的遷移量（遷移時間為8d）見圖3。

圖2 遷移時間對光引發(fā)劑遷移的影響Fig．2 Effect of migration time on migration of PIs

圖3 食品模擬液對光引發(fā)劑遷移的影響Fig．3 Effect of food simulants on migration of PIs

由圖3可知：①OMBB在3種食品模擬液中的遷移量最高，且向不同食品模擬液中的遷移量存在顯著差異，BDK的遷移量最少。5種光引發(fā)劑在3種食品模擬液中的遷移量大小為OMBB＞EDB＞CPK＞BP＞BDK；② CPK、OMBB在30g·L－1乙酸溶液中的遷移能力較水和10%乙醇溶液中的遷移能力更強，EBD、BP在30g·L－1乙酸溶液和10%乙醇溶液中的遷移能力高于水。這可能是由于5種PIs在不同食品模擬液中的溶解度不同。5種PIs在水中的溶解度較低，5種PIs在水中的遷移量最小。在30g·L－1乙酸溶液中，BDK的遷移量很少，可能是由于BDK在酸性溶液中不穩(wěn)定，易分解導(dǎo)致其遷移量下降。

2．7 食品包裝材料對光引發(fā)劑遷移的影響

不同塑料材質(zhì)的食品包裝材料中5種光引發(fā)劑向3種食品模擬液中的遷移量（遷移時間為8d）見圖4。

由圖4可知：①在同種食品模擬液中，5種光引發(fā)劑在3種食品包裝材料中的遷移量大小為：PE＞BOPP／CPP＞BOPP／PET／CPP，這可能是 BOPP／PET／CPP材料為三層復(fù)合，阻隔性能好，光引發(fā)劑不易滲透進(jìn)入食品模擬液中而造成遷移量很少；②在水中BOPP／PET／CPP材料對光引發(fā)劑的阻隔能力是其他兩種食品包裝材料的5～12倍，在10%乙醇溶液和30g·L－1乙酸溶液中BOPP／PET／CPP材料的阻隔能力只有其他兩種材料的1．2～1．5倍；③ 同種光引發(fā)劑在不同食品包裝材料中，遷移量存在明顯差異。因此，阻隔性能是影響光引發(fā)劑遷移的主要因素。

圖4 食品包裝材料對光引發(fā)劑遷移的影響Fig．4 Effect of food packaging materials on migration of PIs

［1］ KOIVIKKO R， PASTORELLI S， RODRIGUEZBERNALDO DE QUIROS A，et al．Rapid multi－analyte quantification of benzophenone，4－methylbenzophenone and related derivatives from paperboard food packaging［J］．Food Additives and Contaminants，2010，27（10）：1478－1486．

［2］ TRIANTAFYLLOU V I，AKRIDA－DEMERTZI K，DEMERTZIS P G．A study on the migration of organic pollutants from recycled paperboard packaging materials to solid food matrices［J］．Food Chemistry，2007，101（4）：1759－1768．

［3］ JUNG T，SIMAT T J，ALTKOFERL W．Survey on the occurrence of photo－initiators and amine synergists in cartonboard packaging on the German market and their migration into the packaged foodstuffs［J］．Food Additives Contaminants，2014，30（11）：1993－2016．

［4］ JUNG T，SIMAT T J．Multi－analyte methods for the detection of photoinitiators and amine synergists in food contact materials and foodstuffs－PartⅡ：UHPLC－MS／MS analysis of materials and dry foods［J］．Food Additives Contaminants，2015，31（4）：743－766．

［5］ GALLART－AYALA H，NUNEZ O，MOYANO E，et al．Analysis of UV ink photoinitiators in packaged food by fast liquid chromatography at sub－ambient temperature coupled to tandem mass spectrometry［J］．Journal of Chromatography A，2011，1218（3）：459－466．

［6］ POCAS M F，OLIVEIRA J C，PEREIRA J R，et al．Consumer exposure to phthalates from paper packaging：An integrated approach［J］．Food Additives and Contaminants，2010，27（10）：1451－1459．

［7］ BAIGUINI A，COLLETTA S，REBELLA V．Materials and articles intended to come into contact with food：Evaluation of the rapid alert system for food and feed（RASFF）2008－2010［J］．Igiene e Sanita Pubblica，2011，67（3）：293－305．

［8］ ASHBY R．The development of European standard（CEN）methods in support of European Directives for plastics materials and articles intended to come into contact with foodstuff［J］．Food Additives and Contaminants，1994，11（2）：161－168．

［9］ WANG Z W，WU Y M，HU C Y．Packaging regulation and migration investigation in China［J］．Italian Journal of Food Science，2012，24（4）：147－153．

［10］ 李中皓，吳帥賓，劉珊珊，等．超高效合相色譜法快速檢測紙質(zhì)印刷包裝材料中10種受限制光引發(fā)劑［J］．分析化學(xué)，2013，41（12）：1817－1824．

［11］ EuPIA．Suitability list of photo－initiators for low migration UV printing inks and varnishes－February 2013［EB／OL］．［2013－02－19］．http：／／www．eupia．org．

［12］ 盧任杰，劉燕娜．聚酯類食品包裝材料中二氧化鈦在食品模擬物中的遷移規(guī)律［J］．化學(xué)分析計量，2014，23（1）：35－38．

［13］ FRANZ R．Migration modelling from food－contact plastics into foodstuffs as a new tool for consumer exposure estimation［J］．Food Additives and Contaminants，2005，22（10）：920－937．

［14］ SANCHE－SILVA A，PASTORELLI S，CRUZ J M，et al．Development of a method to study the migration of six photoinitiators into powdered milk［J］．Journal of Agricultural and Food Chemistry，2008，56（8）：2722－2726．

［15］ SANCHE－SILVA A，PASTORELLI S，CRUZ J M，et al．Development of a multi－method for the determination of photoinitiators in beverage packaging［J］．Journal of Food Science，2008，73（2）：92－99．

［16］ GB／T 23296．1－2009 食品接觸材料 塑料中受限物質(zhì) 塑料中物質(zhì)向食品及食品模擬物特定遷移試驗和含量測定方法以及食品模擬物暴露條件選擇的指南［S］．