氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法檢測(cè)食品復(fù)合包裝材料中17種丙烯酸酯類單體的殘留量及遷移量

張勤軍，貝榮華，張 泓，胡長(zhǎng)鷹,4,

（1.暨南大學(xué)包裝工程學(xué)院，廣東省普通高校產(chǎn)品包裝與物流重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 珠海 519070；2.廣州海關(guān)技術(shù)中心，廣東 廣州 510623；3.國(guó)家食品安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中心，北京 100022；4.暨南大學(xué)理工學(xué)院，廣東 廣州 510632）

丙烯酸酯類化合物因具有良好的耐紫外線、耐酸堿等優(yōu)點(diǎn)，常作為膠黏劑廣泛應(yīng)用于紙塑、鋁塑等食品復(fù)合包裝材料中[1-5]。此類化合物為無(wú)色透明液體，易揮發(fā)，對(duì)眼睛、皮膚、呼吸道等有強(qiáng)烈刺激性和腐蝕性，高濃度吸入會(huì)引起肺水腫，對(duì)人的神經(jīng)系統(tǒng)、中樞系統(tǒng)有損壞作用，嚴(yán)重者還有一定致癌性[6-11]。

使用丙烯酸酯類膠黏劑的食品復(fù)合材料在與食品接觸時(shí)，丙烯酸酯類單體會(huì)穿過(guò)與食品接觸的內(nèi)層膜遷移到食品中，從而危害身體健康[12-13]。因此，歐盟EU No.10/2011[14]法規(guī)和GB 9685—2016《食品接觸材料及制品用添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》[15]規(guī)定，食品包裝材料中丙烯酸酯類化合物向食品模擬物中的遷移量總和不得超過(guò)6 mg/kg。

目前，檢測(cè)丙烯酸酯類化合物的方法主要有氣相色譜法[16]、氣相色譜-質(zhì)譜法[17]、高效液相色譜法[18]等。如李成發(fā)等[19]采用液相色譜法測(cè)定了食品包裝材料中12 種丙烯酸酯類單體向不同食品模擬物中的遷移量。Canellas等[20]采用大氣壓氣相色譜-飛行時(shí)間質(zhì)譜法對(duì)3 種丙烯酸酯膠黏劑中16 種成分進(jìn)行定性分析，并采用氣相色譜-質(zhì)譜法對(duì)3 種丙烯酸酯膠黏劑的定性物質(zhì)向固體模擬物Tenax中的遷移量進(jìn)行測(cè)定，但這些方法存在前處理繁瑣、檢出限高、檢測(cè)周期長(zhǎng)等缺陷，難以滿足同時(shí)對(duì)多種丙烯酸酯類化合物的定量分析要求。本實(shí)驗(yàn)采用氣相色譜-質(zhì)譜法測(cè)定膠黏劑和食品復(fù)合包裝材料中丙烯酸酯類單體的殘留量及復(fù)合膜中丙烯酸酯類單體向油性食品模擬物異辛烷的遷移量，該方法能在17 min內(nèi)同時(shí)檢測(cè)17 種物質(zhì)，快速高效、操作簡(jiǎn)單，可滿足日常檢測(cè)需求，同時(shí)為丙烯酸酯相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的建立提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

表1 35 種樣品信息Table 1 Information about 35 kinds of food composite packaging materials tested in this study

6 種食品復(fù)合材料用膠黏劑，由漢高粘合劑有限公司和仙鶴股份有限公司提供；市場(chǎng)上35 種鍍鋁復(fù)合、鋁塑復(fù)合、紙塑復(fù)合及鋁紙塑復(fù)合食品包裝膜或包裝袋，詳見(jiàn)表1，由廣州海關(guān)國(guó)家食品接觸材料檢測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和浙江長(zhǎng)宇新材料有限公司提供。

17 種丙烯酸酯化合物類物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)品：丙烯酸甲酯（純度＞99.0%，methyl acrylate，MA）、丙烯酸乙酯（純度＞99.0%，ethyl acrylate，EA）、甲基丙烯酸甲酯（純度＞99.8%，methyl methacrylate，MMA）、丙烯酸叔丁酯（純度＞99.5%，tert-butyl acrylate，tBA）、甲基丙烯酸異丙酯（純度＞98.0%，isopropylmeth acrylate，iPMA）、甲基丙烯酸乙酯（純度＞99.0%，ethylmeth acrylate，EMA）、甲基丙烯酸異丁酯（純度＞98.0%，isobutylmeth acrylate，iBMA）、丙烯酸正丁酯（純度＞ 99.0%，n-butyl acrylate，nBA）、甲基丙烯酸正丁酯（純度＞99.0%，n-butylmeth acrylate，nBMA）、丙烯酸-2-羥乙基酯（純度＞95.0%，2-hydroxyethyl acrylate，HEA）、甲基丙烯酸（純度＞99.0%，methacrylic acid，MAA）、甲基丙烯酸苯酯（純度＞95.0%，phenylmeth acrylate，PHMA） 德國(guó)CNW公司；丙烯酸正丙酯（純度＞95.0%，n-propyl acrylate，nPA）、甲基丙烯酸正丙酯（純度＞95.0%，n-propylmeth acrylate，nPMA） 美國(guó) Alfa公司；丙烯酸異丁酯（純度＞99.0%，isobutyl acrylate，iBA）、丙烯酸芐酯（純度＞98.0%，benzyl acrylate，BZA）、甲基丙烯酸芐酯（純度＞98.0%，benzylmeth acrylate，BZMA） 上海百靈威化學(xué)技術(shù)有限公司。

甲醇、異辛烷、甲基叔丁基醚、無(wú)水乙醇、二氯甲烷、乙酸乙酯（均為色譜級(jí)） 美國(guó)Fisher Chemical公司； 異辛烷（分析純） 天津科密歐化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

7890B-5977B氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀 美國(guó)Agilent Technologies公司；SK250LH超聲波清洗器 上海導(dǎo)超聲儀器有限公司；EL104電子分析天平（0～220 g，精度0.000 1 g） 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司； SS40不銹鋼試驗(yàn)池 福建出入境檢驗(yàn)檢疫局；移液槍（20～200、100～1 000 μL） 德國(guó)Brand Transferpette公司；針式過(guò)濾器（孔徑0.22 μm） 上海安譜科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

分別稱取17 種丙烯酸酯化合物的標(biāo)準(zhǔn)品50.0 mg于10 mL容量瓶中，用甲醇定容，再配制成質(zhì)量濃度為100 mg/L 的混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，置于-20 ℃冰箱中避光保存。

殘留量分析標(biāo)準(zhǔn)工作液：用甲醇將混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液逐級(jí)稀釋成質(zhì)量濃度分別為0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、2.0、5.0 mg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。

遷移量分析標(biāo)準(zhǔn)工作液：用甲基叔丁基醚將混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液配制成質(zhì)量濃度為10 mg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)中間液，再用異辛烷溶劑逐級(jí)稀釋成質(zhì)量濃度分別為0.05、0.1、0.2、0.5、0.8、1.0、2.0 mg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。

1.3.2 色譜條件

色譜柱：HP-INNOWax色譜柱（30 m×250 μm，0.25 μm）；程序升溫：初始溫度33 ℃，保持6 min，以15 ℃/min升溫到125 ℃，再以30 ℃/min升溫到175 ℃，然后以15 ℃/min升溫到250 ℃，保持3 min；載氣（He，純度≥99.999%）流速1.0 mL/min；進(jìn)樣口溫度250 ℃；分流進(jìn)樣，分流比20∶1；進(jìn)樣量1.0 μL。

1.3.3 質(zhì)譜條件

電子電離源；電子能量70 eV；離子源溫度220 ℃；傳輸線溫度250 ℃；溶劑延遲時(shí)間5.4 min；采集方式為選擇離子檢測(cè)，17 種丙烯酸酯化合物的檢測(cè)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 氣相色譜-質(zhì)譜檢測(cè)17 種丙烯酸酯條件Table 2 Analytical conditions for 17 acrylate monomers by GC-MS

1.3.4 樣品殘留量前處理

丙烯酸酯類膠黏劑前處理：6 種膠黏劑分別稱取1.0 g，根據(jù)其黏稠度，用甲醇稀釋至不同體積，直至能用0.22 μm針式過(guò)濾器過(guò)濾，待氣相色譜-質(zhì)譜測(cè)定，每組3 個(gè)平行，同時(shí)做空白對(duì)照，膠黏劑中殘留量按式（1）計(jì)算：

式中：M1為膠黏劑中丙烯酸酯殘留量/（mg/kg）；C i1為氣相色譜-質(zhì)譜測(cè)得甲醇中丙烯酸酯質(zhì)量濃 度/（mg/L）；Vi為膠黏劑稀釋后體積/mL；m1為稱取膠黏劑的質(zhì)量/g。

復(fù)合膜樣品前處理：丙烯酸酯類物質(zhì)均具有較強(qiáng)的揮發(fā)性，不適合采用溶劑加熱溶解等方法[21-23]對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行提取，本實(shí)驗(yàn)采用甲醇作為提取溶劑，在25 ℃低溫超聲提取。將35 種樣品表面分別用無(wú)水乙醇擦凈后剪碎，稱取0.5 g于試管中，加入2 mL甲醇浸沒(méi)樣品，超聲提取1 h，再用0.22 μm針式過(guò)濾器過(guò)濾后，待氣相色譜-質(zhì)譜測(cè)定，每組3 個(gè)平行，同時(shí)做空白對(duì)照，復(fù)合膜中丙烯酸酯殘留量按式（2）計(jì)算：

式中：M2復(fù)合膜中丙烯酸酯殘留量（mg/kg）；Ci2為氣相色譜-質(zhì)譜測(cè)得甲醇中丙烯酸酯質(zhì)量濃 度/（mg/L）；m2為稱取復(fù)合膜質(zhì)量/g。

1.3.5 遷移實(shí)驗(yàn)

因鍍鋁、鋁塑、紙塑復(fù)合膜具有良好阻隔性和遮光性，多用于包裝高脂肪含量等需要高阻隔的食品，但油脂類食品（如植物油）中成分復(fù)雜[24-25]，前處理繁瑣，會(huì)對(duì)儀器分析造成干擾，影響遷移結(jié)果。根據(jù)歐盟標(biāo)準(zhǔn)EU 10/2011中的規(guī)定，異辛烷可作為食品模擬物替代油脂類食品用于遷移實(shí)驗(yàn)，因此，本實(shí)驗(yàn)選取異辛烷為油性食品模擬物。遷移溫度和時(shí)間參考GB 31604.1—2015《食品接觸材料及制品遷移試驗(yàn)則》[26]和歐盟標(biāo)準(zhǔn)BS EN13130-1:2004[27]中的規(guī)定并結(jié)合食品包裝材料的預(yù)期使用條件，旨在模擬食品包裝材料在最惡劣條件下的遷移狀況，油類食品模擬物在蒸煮條件下（100 ℃，1 h）相當(dāng)于異辛烷條件（60 ℃，1 h），在巴氏殺菌條件下（70 ℃，2 h）相當(dāng)于異辛烷條件（40 ℃，0.5 h）。選取35 種樣品中檢測(cè)出含有丙烯酸酯類單體的8 種陽(yáng)性樣品，用無(wú)水乙醇擦拭復(fù)合膜表面后，分別安裝在遷移池上，在遷移池中加入10 mL異辛烷溶液，將密封好的遷移池放入預(yù)先設(shè)置好的電熱鼓風(fēng)干燥箱中進(jìn)行單面遷移，每組3 個(gè)平行，同時(shí)做空白對(duì)照。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用SPSS 25和Origin 9.1對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析并作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 分流比的確定

考察不分流及分流比分別為2∶1、5∶1、10∶1、20∶1、30∶1時(shí)對(duì)各組分分離的影響。結(jié)果表明，采用不分流或者分流比較小進(jìn)樣時(shí)，由于丙烯酸酯化合物的特征離子較小，液體進(jìn)樣時(shí)容易受溶劑的干擾，出現(xiàn)了少數(shù)目標(biāo)峰被掩蓋的現(xiàn)象，分流比越大，實(shí)際檢測(cè)到的組分量減小，譜圖越清晰，但各組分峰面積逐漸減小，易引起較大誤差[28-29]。綜合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選擇的分流比為20∶1。

2.2 色譜柱的選擇

考察非極性色譜柱DB-5MS（30 m×0.25 mm，0.25 μm）、中等極性色譜柱DB-624（60 m×0.25 mm，0.25 μm）、極性色譜柱HP-INNWax（30 m×0.25 mm，0.25 μm）對(duì)17 種丙烯酸酯的分離效果，見(jiàn)圖1。結(jié)果表明：采用DB-5MS色譜柱時(shí)，17 種化合物中只出峰12 個(gè)，多個(gè)峰有明顯的拖尾現(xiàn)象，不能完全分離；采用DB-624色譜柱時(shí)，升溫程序即使調(diào)整到色譜柱使用的最高溫度（260 ℃）保持10 min，丙烯酸苯酯等4 種含有苯環(huán)的極性較大物質(zhì)也無(wú)法出峰；而采用HP-INNWax色譜柱時(shí)，由于化合物分子質(zhì)量、極性以及與毛細(xì)管柱填料相互作用的共同影響，17 種丙烯酸酯（色譜峰）均得到較好分離，且分析時(shí)間短[30]。

圖1 17 種丙烯酸酯的總離子流圖Fig. 1 Total ion current chromatograms of 17 acrylate monomers

2.3 提取溶劑的選擇

考察乙醇、二氯甲烷、乙酸乙酯、甲醇對(duì)8 種陽(yáng)性樣品中丙烯酸酯的提取效果，目的在于選取一種能對(duì)8 種樣品中的丙烯酸酯均具有良好提取效果的溶劑。每種樣品以4 種溶劑中提取最大的峰面積為參照，另外3 種溶劑提取的峰面積與最大峰面積的比值為縱坐標(biāo)。由圖2可知，如在31號(hào)樣品中甲醇對(duì)PHMA的提取效果與另外3 種溶劑存在極顯著差異（P＜0.01），表明甲醇提取效果明顯優(yōu)于其他3 種溶劑，在另外7 種復(fù)合膜中，甲醇對(duì)不同種丙烯酸酯的提取峰面積比仍均大于75%，故選擇甲醇為樣品中丙烯酸酯的提取溶劑。

圖2 不同溶劑對(duì)樣品中丙烯酸酯的提取峰面積比Fig. 2 Effect of extraction solvents on peak area ratios of acrylate monomers

2.4 線性方程、檢出限及定量限

用甲醇和異辛烷分別配制質(zhì)量濃度為0.05～5.00 mg/L 和0.05～2.00 mg/L的17 種丙烯酸酯的混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，以優(yōu)化的儀器條件進(jìn)樣分析。以定量離子峰面積（y）為縱坐標(biāo)，對(duì)應(yīng)的質(zhì)量濃度（x，mg/L）為橫坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，外標(biāo)法定量。以信噪比不低于3計(jì)算檢出限，以信噪比不低于10計(jì)算定量限，由表3可知，17 種丙烯酸酯化合物的定量離子峰面積與其質(zhì)量濃度在一定范圍內(nèi)呈良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)（R2）均大于0.995；檢出限為0.02～0.1 mg/L，定量限為0.05～0.5 mg/L， 滿足GB 9685—2016[15]中對(duì)丙烯酸及其酯類、甲基丙烯酸及其酯類限量的分析要求。

2.5 加標(biāo)回收率及精密度結(jié)果

實(shí)驗(yàn)選取了經(jīng)檢測(cè)不含17 種丙烯酸酯化合物的空白鍍鋁復(fù)合膜（用于超聲提取和異辛烷40 ℃，0.5 h條件下遷移實(shí)驗(yàn)）及空白鋁塑復(fù)合膜（用于異辛烷60 ℃，1 h條件下遷移實(shí)驗(yàn)），用甲醇和異辛烷中分別配制成0.1、0.5、1.0、2.0 mg/L 4 個(gè)水平質(zhì)量濃度的17 種物質(zhì)的空白加標(biāo)溶液，按照1.3.4節(jié)和1.3.5節(jié)方法分別進(jìn)行超聲提取和遷移實(shí)驗(yàn)，每個(gè)質(zhì)量濃度做6 個(gè)平行實(shí)驗(yàn)，計(jì)算加標(biāo)回收率和精密度。由表4可知，4 個(gè)加標(biāo)水平下的回收率為70.1%～109.2%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（relative standard deviation，RSD）（n=6）為0.8%～9.2%，滿足分析方法相關(guān)要求。

表3 17 種丙烯酸酯的線性參數(shù)、檢出限與定量限Table 3 Calibration curve equations, limits of detection and limits of determination for 17 acrylates

表4 17 種丙烯酸酯標(biāo)準(zhǔn)溶液的平均回收率和RSD（n=6）Table 4 Recoveries and relative standard deviations (RSDs, n= 6) of 17 acrylate monomers from spiked samples

續(xù)表4

2.6 樣品殘留量檢測(cè)結(jié)果

在優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件下對(duì)市場(chǎng)上6 種膠黏劑和35 種鍍鋁、鋁塑、鋁紙塑復(fù)合膜中的丙烯酸酯殘留量進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果如表5、6所示，6 種膠黏劑中均檢測(cè)出丙烯酸酯類物質(zhì)，編號(hào)a-2、a-3和a-5膠黏劑樣品中同時(shí)檢測(cè)出超過(guò)1 種丙烯酸酯類單體，其中，a-2號(hào)膠黏劑丙烯酸酯的殘留量總和大于100 mg/kg，用于食品復(fù)合材料時(shí)，存在遷移到食品中的遷移量超出標(biāo)準(zhǔn)限量的風(fēng)險(xiǎn)；35 種不同種類復(fù)合膜中，有8 種鋁塑復(fù)合膜和紙塑復(fù)合膜中檢測(cè)到殘留有丙烯酸酯類單體，而19 種鍍鋁復(fù)合膜中均未檢測(cè)到有丙烯酸酯類單體的殘留，原因可能是鍍鋁復(fù)合膜中未使用丙烯酸酯類膠黏劑或使用量少。

表5 6 種膠黏劑中丙烯酸酯的殘留量（n=3）Table 5 Residual amounts of acrylate monomers in six kinds of adhesives (n= 3)mg/kg

表6 35 種樣品檢測(cè)結(jié)果（n= 3）Table 6 Residual amounts of acrylate monomers in 35 kinds of food composite packaging materials (n= 3)

續(xù)表6

2.7 遷移結(jié)果

分別對(duì)檢出含有丙烯酸酯類物質(zhì)的5 種鋁塑復(fù)合膜（60 ℃，1 h）、3 種紙塑復(fù)合樣品（40 ℃，0.5 h）進(jìn)行向油性食品模擬物異辛烷中的遷移實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，8 種樣品中均未檢測(cè)到遷移量，分析原因可能是由于遷移量低于方法檢出限。說(shuō)明目前市場(chǎng)上鋁塑復(fù)合膜紙塑復(fù)合樣品中丙烯酸酯向食品的遷移總體安全。

3 結(jié) 論

本研究建立食品復(fù)合材料用丙烯酸酯類膠黏劑及復(fù)合材料中丙烯酸酯殘留量及其向食品模擬物異辛烷遷移量的氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用檢測(cè)方法。該方法操作簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng)，靈敏度高，能在17 min內(nèi)快速檢測(cè)17 種丙烯酸酯類物質(zhì)，并滿足標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)丙烯酸酯限量的檢測(cè)要求。利用該檢測(cè)方法對(duì)市場(chǎng)上的6 種食品復(fù)合材料用膠黏劑和35 種不同種類食品復(fù)合膜進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果表明，6 種膠黏劑中均有丙烯酸酯類單體殘留，在檢測(cè)出的丙烯酸酯單體中，iBA和HEA的殘留量較大；8 種鋁塑和紙塑食品復(fù)合膜檢測(cè)到有MA、MAA、HEA和PHMA 4 種丙烯酸酯單體殘留，但遷移量未檢出，19 種鍍鋁食品復(fù)合膜均未檢出丙烯酸酯。從黏結(jié)劑及其遷移量考察，鍍鋁復(fù)合膜較鋁塑、紙塑食品復(fù)合膜更為安全。