GC-FID法分析檢測(cè)食品包裝紙中礦物油

趙曉丹，李巧玲*

河北科技大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院（石家莊 050018）

近年來(lái)，隨著食品安全事件頻繁發(fā)生，食品被礦物油肆意污染的報(bào)導(dǎo)也逐漸被揭露，迫于環(huán)境的壓力，用回收紙制造食品包裝的需求日益強(qiáng)烈。其來(lái)源復(fù)雜，并且常殘留有印刷油墨、表面活化劑和防油劑等，用含有這些污染物的紙作為包裝紙會(huì)對(duì)食品造成污染[1]。其中，印刷油墨主要成分是礦物油，作為石油的副產(chǎn)物，也常被稱(chēng)為白油或者是石蠟油（簡(jiǎn)稱(chēng)MOH）。礦物油是C10～C50烴類(lèi)化合物總稱(chēng)，密度小于水，沸點(diǎn)較高，很難被生物機(jī)體分解，一直存在于人體內(nèi)會(huì)對(duì)人體造成危害[2]。這些烴類(lèi)化合物主要分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是以多芳香化合物形式存在的芳香烴礦物油（Mineral oil aromatic hydrocarbons，MOAH），另一類(lèi)為飽和烴礦物油（Mineral oil saturated hydrocarbons，MOSH），其具有支鏈、直鏈和環(huán)狀結(jié)構(gòu)。一般情況下，這兩類(lèi)礦物油均存在于食品紙質(zhì)包裝材料中，其中致癌和致突變的主要來(lái)源是具有4～6環(huán)結(jié)構(gòu)的多環(huán)芳烴礦物油[3]。

目前，國(guó)際上多采用液相色譜與氣相色譜聯(lián)用對(duì)食用油[4]、谷物[5]、面包[6]、奶粉[7]等食品中礦物油進(jìn)行分析檢測(cè)，但該檢測(cè)方法儀器昂貴，無(wú)法普及，而國(guó)內(nèi)尚未出臺(tái)相關(guān)的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。試驗(yàn)采用浸泡和超聲波輔助兩種方法提取食品包裝紙中的礦物油，兩種方法進(jìn)行對(duì)比，優(yōu)化最佳提取工藝，分離純化時(shí)用硝酸銀硅膠固相萃取柱，檢測(cè)時(shí)采用氣相色譜法（配備FID檢測(cè)器），該方法操作簡(jiǎn)單，定量準(zhǔn)確，對(duì)試驗(yàn)條件和儀器要求不高，可為后續(xù)各種食品包裝紙中礦物油的檢測(cè)提供理論支持。

1 試驗(yàn)部分

1.1 材料與試劑

食品包裝紙（當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)），分別為手抓餅包裝紙、肉夾饃包裝紙、烤冷面紙盒、巧克力包裝紙、一次性紙杯和奶制品紙盒，檢測(cè)這6種包裝紙中礦物油含量。

正己烷（色譜純，分析純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司）；無(wú)水乙醇（分析純，天津市永大化學(xué)試劑有限公司）；硅膠（0.063～0.200 mm，上海麥克林生化科技有限公司）；AgNO3（分析純，上海精細(xì)化工材料研究所）；C7～C40正構(gòu)烷烴混合標(biāo)準(zhǔn)溶液、環(huán)己基環(huán)己烷（Cyclohexyl cyclohexane，Cycy，用作內(nèi)標(biāo)），均購(gòu)自美國(guó)Sigma-Aldrich公司[8]。

1.2 儀器與設(shè)備

GC-7820A氣相色譜儀（配備FID檢測(cè)器，美國(guó)Agilent公司）；SK5200LHC超聲波清洗器（上?？茖?dǎo)超聲儀器有限公司）；DC-12氮?dú)獯蹈蓛x（上海安譜公司）。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液[9]

從10 mg/mL內(nèi)標(biāo)儲(chǔ)備液中移取0.5 mL于25 mL棕色容量瓶?jī)?nèi)，用正己烷定容，得質(zhì)量濃度為200 mg/L的內(nèi)標(biāo)使用液。

準(zhǔn)確移取1 mL質(zhì)量濃度為1 mg/mL的C7～C40正構(gòu)烷烴混合標(biāo)準(zhǔn)溶液于5 mL棕色容量瓶中，定容，得200 mg/L標(biāo)準(zhǔn)工作液；以此方法配制質(zhì)量濃度分別為200，40，8，1.6和0.32 mg/L的系列標(biāo)準(zhǔn)工作液。

1.3.2 樣品提取[10]

將食品包裝紙剪成5 mm×5 mm左右的碎片，稱(chēng)取1 g（精確至0.01 g），用正己烷-乙醇（1︰1，V/V）作提取劑，加入30 μL內(nèi)標(biāo)溶液，在30 ℃下用浸泡（時(shí)間2 h）和超聲輔助（時(shí)間20 min，功率120 W）分別提取3次，料液比1︰10（g/mL），上清液經(jīng)氮吹濃縮至1 mL，得樣品提取液。

1.3.3 超聲輔助提取的響應(yīng)面試驗(yàn)

表1 Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素與水平

在預(yù)試驗(yàn)基礎(chǔ)上，影響礦物油提取的主要因素有時(shí)間、溫度、料液比和超聲功率，采用四因素三水平進(jìn)行Box-Behnken試驗(yàn)[11]，見(jiàn)表1。

1.3.4 樣品凈化

向2 mL玻璃注射器中加入1 g 3%硝酸銀硅膠制備SPE柱（該過(guò)程避光）[10]，用5 mL正己烷淋洗，棄去流出液，待液面接近填料時(shí)，加入1 mL 1.3.2小節(jié)中的提取液，以10 mL正己烷洗脫，棄去1 mL，收集5 mL洗脫液，氮吹濃縮至1 mL，備用[12]。

1.3.5 色譜條件

色譜柱：Agilent DB-5HT石英毛細(xì)管柱（15 m×0.25 mm，0.1 μm）。

升溫程序：初始40 ℃，保持5 min，以8 ℃/min升至80 ℃，保持2 min，再以5 ℃/min升至290 ℃，保持2 min，最后以10 ℃/min升至330 ℃；進(jìn)樣口溫度300℃；進(jìn)樣量1 μL；不分流進(jìn)樣；FID溫度280 ℃，氫氣流量30 mL/min，空氣流量400 mL/min；補(bǔ)償氣為氮?dú)?，流速?5 mL/min。

1.3.6 檢出限和定量限[13]

將標(biāo)準(zhǔn)工作液進(jìn)一步稀釋?zhuān)嗤瑮l件下取各個(gè)低濃度工作液檢測(cè)6次，按公式（LOD：yd=3.3×σb；LOQ：yq=10×σb）可得檢出限（LOD）和定量限（LOQ）。其中：yd、yq和σb分別為L(zhǎng)OD、LOQ處的信號(hào)響應(yīng)值和標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)最低濃度點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)偏差。

1.3.7 礦物油定性定量方法

采用標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)和內(nèi)標(biāo)法結(jié)合的方式進(jìn)行定性定量分析，得到待測(cè)樣品中礦物油種類(lèi)及含量，采用內(nèi)標(biāo)法計(jì)算待測(cè)樣品中礦物油含量（mi），按式（1）計(jì)算。

式中：Ai和As分別為待測(cè)樣品中礦物油和內(nèi)標(biāo)物的峰面積或峰高；ms為加入內(nèi)標(biāo)物的量，mg/L；f為相對(duì)校正因子，f=（As/ms）/（Ar/mr）；As和Ar分別為內(nèi)標(biāo)物和混合標(biāo)準(zhǔn)溶液中礦物油的峰面積或峰高；ms和mr分別為加入內(nèi)標(biāo)物和混合標(biāo)準(zhǔn)溶液中礦物油的量，mg/L[14]。

2 結(jié)果與分析

2.1 色譜柱和升溫程序的確定

將C7～C40正構(gòu)烷烴混合標(biāo)準(zhǔn)溶液作為試樣，探究色譜柱以及程序升溫對(duì)分離效果的影響。結(jié)果表明，上限溫度可達(dá)400 ℃的DB-5HT色譜柱，能很好地將C7～C40正構(gòu)烷烴混合標(biāo)準(zhǔn)溶液中各物質(zhì)相分離，且出峰較完整。因此，選用DB-5HT色譜柱。

程序升溫的目的是將試樣中各組分很好地分離，若升溫速率過(guò)快，會(huì)導(dǎo)致低沸點(diǎn)組分出峰太快，對(duì)于沸點(diǎn)低并且接近的物質(zhì)分離度低，色譜峰分離不完全；升溫速率太慢，則導(dǎo)致組分出峰太慢，峰寬變寬，易出現(xiàn)拖尾現(xiàn)象，對(duì)定量分析影響較大。因此確定1.3.5小節(jié)的色譜條件，該條件能較好且完整地將C7～C40正構(gòu)烷烴混合標(biāo)準(zhǔn)溶液分離。

圖1 C7～C40正構(gòu)烷烴混合標(biāo)準(zhǔn)溶液譜圖

2.2 提取方法的選擇和優(yōu)化

2.2.1 提取方法的選擇

采用浸泡法和超聲波輔助法提取食品包裝紙中的礦物油，測(cè)定礦物油提取量平均值，分別為272.53和336.26 mg/kg。結(jié)果表明超聲輔助法提取效果較好。主要是超聲有其獨(dú)特的力學(xué)、熱學(xué)及空化等物理化學(xué)效應(yīng)，可以加速溶劑向紙纖維內(nèi)部的穿透進(jìn)程，促進(jìn)礦物油的提取。

2.2.2 超聲輔助提取的響應(yīng)面試驗(yàn)

利用Design-Expert進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)處理，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。擬合表2中數(shù)據(jù)，建立數(shù)學(xué)模型，得到回歸方程：Y=340.15+4.58A+3.37B+1.38C+0.24D+0.042AD+0.31BC+0.22AB-1.28AC+0.16BD-0.19CD-17.91A2-7.62B2-3.94C2-1.59D2。

由表3可知：模型p＜0.000 1，失擬項(xiàng)p=0.066 1，說(shuō)明這個(gè)二次方程模型極顯著，回歸模型擬合度較好，試驗(yàn)誤差小。其中R2=0.990 6＞0.9，試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷男Ｕ禂?shù)R2Adj=0.981 2，說(shuō)明可以用此模型對(duì)包裝紙中提取礦物油進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。結(jié)果表明，該模型中A、B、C、A2、B2、C2和D2對(duì)礦物油提取量影響均達(dá)極顯著水平[15]。由F值得各因素對(duì)礦物油提取量的影響主次順序：提取時(shí)間＞提取溫度＞料液比＞超聲功率。

表2 Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

表3 回歸模型方差分析表

以試驗(yàn)?zāi)Ｐ皖A(yù)測(cè)提取時(shí)間、溫度、料液比和超聲功率最佳條件，分別為25.62 min，32.26 ℃，1︰10.81（g/mL）和121.56 W，在此條件下礦物油提取量達(dá)到最大值（340.935 mg/kg）。結(jié)合實(shí)際情況并進(jìn)一步驗(yàn)證該模型的有效性，將最佳條件分別修改為25 min，32 ℃，1︰10（g/mL）和120 W，該條件下礦物油提取量達(dá)336.264 mg/kg，和預(yù)測(cè)值（340.935 mg/kg）基本一致，相對(duì)偏差為1.37%，說(shuō)明模型很好地預(yù)測(cè)了礦物油提取量，該優(yōu)化工藝條件相對(duì)可靠。

2.3 檢出限和定量限

檢出限LOD和定量限LOQ分別為0.26和0.78 mg/kg，可滿(mǎn)足日常檢測(cè)需求。

2.4 加標(biāo)回收率

選取肉夾饃包裝紙為本底，分別添加150，300和600 mg/kg C7～C40正構(gòu)烷烴混合標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)。結(jié)果表明，加標(biāo)回收率為83.27%～98.69%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）介于0.38%～1.29%之間，滿(mǎn)足分析檢測(cè)的要求。2.5 樣品分析

采用上述方法檢測(cè)市面上6種食品包裝紙中礦物油含量，結(jié)果表明6種食品包裝紙的礦物油含量存在差異，其中手抓餅包裝紙中礦物油含量最低，為290.42±3.39 mg/kg；巧克力包裝紙和肉夾饃包裝紙礦物油含量較為接近，分別為346.11±2.53 mg/kg和340.37±4.46 mg/kg，含量較高，主要因?yàn)檫@兩類(lèi)包裝紙表面色彩鮮艷，油墨較多，內(nèi)側(cè)含有蠟質(zhì)層，造成了礦物油的污染；其他三種包裝紙表面印刷油墨較少，且紙纖維較細(xì)膩，所以礦物油污染較小。

3 結(jié)論

此次試驗(yàn)建立了GC-FID檢測(cè)食品包裝紙中礦物油的方法，優(yōu)化了超聲輔助提取的工藝，同時(shí)對(duì)市面上6種食品包裝紙進(jìn)行分析檢測(cè)。結(jié)果表明，6種食品包裝紙中礦物油含量存在一定的差異，手抓餅包裝紙中礦物油含量最低；巧克力包裝紙和肉夾饃包裝紙礦物油含量較為接近，含量均較高。如果包裝紙中的礦物油過(guò)多遷移至食品中，會(huì)威脅消費(fèi)者的健康，因此課題組將繼續(xù)深入研究探討食品包裝紙中礦物油的污染和遷移問(wèn)題，為食品監(jiān)管及立法提供技術(shù)和數(shù)據(jù)支持。