同位素稀釋-氣相色譜-質譜法測定食品接觸紙制品中3-氯-1,2-丙二醇和1,3-二氯-2-丙醇的遷移量

羅序英 ,胡愛生 ,羅小芳

(1.億科檢測認證有限公司,蘇州 215331;2.好孩子兒童用品有限公司,蘇州 215331)

氯丙醇作為一種新型食品污染物,是近年來國內外食品安全研究的熱點[1-6],其主要包括2-氯-1,3-丙二醇(2-MCPD)、3-氯-1,2-丙二醇(3-MCPD)、1,3-二氯-2-丙醇(1,3-DCP)和2,3-二氯-1-丙醇(2,3-DCP)等化合物。在紙張生產(chǎn)過程中,為提高紙張的強度,常加入聚酰胺環(huán)氧氯丙烷樹脂類濕強劑,環(huán)氧氯丙烷在水解過程中易產(chǎn)生3-MCPD,并且環(huán)氧基與氯離子反應可形成1,3-DCP[7-9]。研究表明,3-MCPD 具有生殖發(fā)育毒性、腎臟毒性和潛在致癌性;1,3-DCP 具有肝細胞毒性,可引起試驗大鼠肝臟損傷,并產(chǎn)生明顯的致癌效應[10]。國際癌癥研究機構(IARC)已將這兩種氯丙醇劃分為2B組非遺傳毒性的可能致癌物[11];德國聯(lián)邦風險評估所(BFR)結合毒理學和膳食暴露數(shù)據(jù),規(guī)定了紙與紙板的水提取液中1,3-DCP不得檢出,3-MCPD 的檢出量不得超過12μg·L－1。國家標準《食品安全國家標準 食品接觸用紙和紙板材料及制品》修訂時,也考慮將3-MCPD 和1,3-DCP納入受限管控物質。因此,同時測定食品接觸紙制品中3-MCPD 和1,3-DCP的含量具有重要意義。

氯丙醇的測定多是通過衍生化反應,增大檢測物的相對分子質量,提高其揮發(fā)性和檢測的靈敏度。常用的衍生試劑有苯基硼酸(PBA)、七氟丁酸(HFBA)和七氟丁?；溥?HFBI)等,其中PBA只能衍生單氯丙二醇,不能衍生二氯丙醇[12]。文獻[13]建立了基于HFBI衍生的氣相色譜-質譜法測定食品接觸紙制品中3-MCPD 遷移量的方法,但該方法以HFBI為衍生試劑,耐水性差,衍生物的穩(wěn)定性也較差,且采用外標法定量,結果準確度較低[14-15]。因此,本工作選用耐水性、穩(wěn)定性好的N,O-雙(三甲基硅烷基)三氟乙酰胺(BSTFA)[16]為衍生試劑,食品接觸紙制品在4%(體積分數(shù),下同)乙酸溶液、10%(體積分數(shù),下同)乙醇溶液、50%(體積分數(shù),下同)乙醇溶液和橄欖油條件下進行遷移試驗,經(jīng)萃取、濃縮、衍生后,采用同位素內標法定量,建立了同位素稀釋-氣相色譜-質譜法(GC-MS)同時測定食品接觸紙制品中3-MCPD 和1,3-DCP遷移量的方法,以期為食品接觸紙制品中氯丙醇遷移量的分析提供參考。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

7890B-5977B 型氣相色譜-質譜聯(lián)用儀;XS205型電子分析天平;Milli-Q 型超純水器;DHG-9070A型鼓風干燥箱;BYDCY-12SL型水浴氮吹儀;VORTEX-6型旋渦混合器;AXTD4型離心機。

單標準儲備溶液:1 000 mg·L－1,稱取3-MCPD、3-MCPD-d5、1,3-DCP、1,3-DCP-d5標準品各10.00 mg,用乙酸乙酯溶解并定容至10 mL,混勻,配制成3-MCPD、3-MCPD-d5、1,3-DCP、1,3-DCP-d5質量濃度均為1 000 mg·L－1的單標準儲備溶液。

3-MCPD 和1,3-DCP 混合標準儲備溶液:1.0 mg·L－1,移取適量的3-MCPD、1,3-DCP 單標準儲備溶液,用異辛烷逐級稀釋,配制成質量濃度為1.0 mg·L－1的3-MCPD 和1,3-DCP混合標準儲備溶液。同法制備質量濃度為1.0 mg·L－1的3-MCPD-d5和1,3-DCP-d5混合標準儲備溶液,即內標儲備溶液。使用時,用異辛烷稀釋至所需質量濃度。

混合標準溶液系列:分別移取3-MCPD 和1,3-DCP混合標準儲備溶液0.05,0.10,0.20,0.50,1.00 mL于10.00 mL容量瓶中,并各加入3-MCPDd5和1,3-DCP-d5混合標準儲備溶液1.0 mL,用異辛烷定容,混勻,配制成3-MCPD 和1,3-DCP 質量濃度均為5,10,20,50,100μg·L－1,3-MCPD-d5和1,3-DCP-d5質量濃度均為100μg·L－1的混合標準溶液系列。

3-MCPD 標準品的純度為98%,1,3-DCP標準品的純度為98%,3-MCPD-d5標準品的純度不小于97%,1,3-DCP-d5標準品的純度不小于97%;衍生試劑[含1%(質量分數(shù))三甲基氯硅烷(TMCS)的BSTFA 溶液]的純度不小于99%;異辛烷、甲醇、乙酸乙酯均為色譜純;無水乙醇、冰乙酸、無水硫酸鈉均為分析純;橄欖油為化學純;試驗用水為超純水。

1.2 儀器工作條件

1)色譜條件 DB-5MS毛細管色譜柱(30 m×0.25 mm,0.25μm);載氣為氦氣,流量為1 mL·min－1;進樣口溫度280 ℃;進樣量1μL,不分流進樣。柱程序升溫:初始溫度為70 ℃,保持3 min;以速率3 ℃·min－1升溫至100 ℃,保持3 min;再以速率40 ℃·min－1升溫至280 ℃,保持7 min。

2)質譜條件 電子轟擊離子(EI)源;電離能量70 eV;離子源溫度230℃,四極桿溫度150℃,傳輸線溫度280 ℃;溶劑延遲時間10 min;采用全掃描模式和選擇離子監(jiān)測模式同時掃描。其他質譜參數(shù)見表1。

1.3 試驗方法

1.3.1 遷移試驗

根據(jù)GB 5009.156－2016《食品安全國家標準食品接觸材料及制品遷移試驗預處理方法通則》和GB 31604.1－2015《食品安全國家標準 食品接觸材料及制品遷移試驗通則》的要求,樣品按表面積每6 dm2對應1 kg 模擬液進行全浸沒法遷移試驗。根據(jù)試驗樣品預期接觸到的食品種類,以4%乙酸溶液、10%乙醇溶液、50%乙醇溶液和橄欖油為食品模擬物進行遷移試驗,設置遷移溫度為70 ℃,遷移時間為2 h。

1.3.2 樣品濃縮液的制備

稱取經(jīng)4%乙酸溶液、10%乙醇溶液、50%乙醇溶液遷移后的樣品溶液各10.00 g于50 mL離心管中,加入5 mL異辛烷振蕩3 min,以轉速4 000 r·min－1離心6 min,取上層溶液。提取3次,合并提取液,加入1.5 g無水硫酸鈉脫水,氮吹至近干,再加入100μg·L－1內標溶液1.0 mL,渦旋振蕩1 min,得到樣品濃縮液,待衍生化。

稱取經(jīng)橄欖油遷移后的樣品溶液10.00 g 于50 mL離心管中,加入2 mL甲醇,渦旋振蕩1 min,以轉速4 000 r·min－1離心6 min,取上層溶液,氮吹至近干后,加入100μg·L－1內標溶液1.0 mL,渦旋振蕩1 min,得到樣品濃縮液,待衍生化。

1.3.3 樣品測定

用氣密針向樣品濃縮液中加入20μL 衍生試劑,密封,渦旋混合1 min,于80 ℃鼓風干燥箱中衍生60 min。衍生結束后,冷卻至室溫,用0.45μm有機濾膜過濾后,濾液供GC-MS 分析。為控制測定值在標準曲線的線性范圍內,可根據(jù)具體情況將樣品濃縮液稀釋后再衍生測定。

2 結果與討論

2.1 色譜行為

按照1.3.3節(jié)對3-MCPD 和1,3-DCP質量濃度均為20μg·L－1、3-MCPD-d5和1,3-DCP-d5質量濃度均為100μg·L－1的混合標準溶液進行測定,所得總離子流色譜圖見圖1。

圖1 總離子流色譜圖Fig.1 Total ion chromatorgram

3-MCPD、3-MCPD-d5、1,3-DCP、1,3-DCP-d5經(jīng)衍生后可通過DB-5MS毛細管色譜柱實現(xiàn)分離,且各目標物峰形良好,達到預期的分離效果。

2.2 衍生條件的選擇

2.2.1 衍生試劑的用量

移取3-MCPD 和1,3-DCP 混合標準儲備溶液0.2 mL,用空白樣品濃縮液(進行了10%乙醇溶液遷移試驗)稀釋,配制成3-MCPD 和1,3-DCP 質量濃度均為100μg·L－1的混合標準溶液。試驗對上述混合標準溶液進行測定,考察了衍生試劑用量分別為5,10,20,40,80μL 時對3-MCPD 和1,3-DCP峰面積的影響,結果見圖2。

圖2 衍生試劑用量對3-MCPD和1,3-DCP峰面積的影響Fig.2 Effect of amount of derivative reagent on peak areas of 3-MCPD and 1,3-DCP

結果顯示:當衍生試劑用量小于20μL 時,3-MCPD 和1,3-DCP的峰面積隨衍生試劑用量的增加而增大,說明衍生試劑用量較少時,3-MCPD 和1,3-DCP 衍生不完全;當衍生試劑用量為20～80μL時,3-MCPD 和1,3-DCP峰面積較大,且二者的峰面積均沒有顯著性差異(P＞0.05),衍生化效率較高。從節(jié)約成本角度考慮,試驗選擇衍生試劑用量為20μL。

2.2.2 衍生溫度

試驗對3-MCPD 和1,3-DCP 質量濃度均為100μg·L－1的混合標準溶液進行測定,考察了衍生溫度分別為50,60,70,80,90 ℃時對3-MCPD 和1,3-DCP峰面積的影響,結果見圖3。

圖3 衍生溫度對3-MCPD和1,3-DCP峰面積的影響Fig.3 Effect of derivation temperature on peak areas of 3-MCPD and 1,3-DCP

結果表明:衍生溫度對3-MCPD 和1,3-DCP的衍生化效率影響較大;當衍生溫度為80,90 ℃時,3-MCPD和1,3-DCP的峰面積較大,且均無顯著性差異(P＞0.05)。因此,試驗選擇衍生溫度為80 ℃。

2.2.3 衍生時間

試驗對3-MCPD 和1,3-DCP 質量濃度均為100μg·L－1的混合標準溶液進行測定,考察了衍生時間分別為20,40,60,80,100 min 時對3-MCPD和1,3-DCP峰面積的影響,結果見圖4。

圖4 衍生時間對3-MCPD和1,3-DCP峰面積的影響Fig.4 Effect of derivation time on peak areas of 3-MCPD and 1,3-DCP

結果顯示:當衍生時間在20～60 min 內,3-MCPD和1,3-DCP的峰面積迅速增大;當衍生時間為60～100 min時,3-MCPD 和1,3-DCP的峰面積變化均不明顯(P＞0.05),表明3-MCPD 和1,3-DCP在60 min內便可完成衍生。因此,試驗選擇衍生時間為60 min。

2.3 標準曲線、檢出限和測定下限

按照1.3.3節(jié)對混合標準溶液系列進行測定,以各目標物與內標的質量濃度比為橫坐標,其對應的峰面積比為縱坐標繪制標準曲線。結果顯示,3-MCPD 和1,3-DCP 標準曲線的線性范圍均為5～100μg·L－1,線性參數(shù)見表2。

表2 線性參數(shù)Tab.2 Linearity parameters

對空白樣品的加標溶液(3-MCPD 和1,3-DCP加標量均為5.0μg·kg－1)連續(xù)測定10次,計算測定值的標準偏差(s),以3倍標準偏差計算方法的檢出限(3s),以3倍檢出限計算方法的測定下限[17]。結果顯示,3-MCPD 和1,3-DCP 的檢出限均為1.0μg·kg－1,測定下限均為3.0μg·kg－1,方法滿足后續(xù)食品接觸紙制品中3-MCPD 和1,3-DCP 的測定要求。

2.4 精密度和回收試驗

以一次性紙盤子為研究對象,按照試驗方法對其進行3個濃度水平的加標回收試驗,每個濃度水平平行測定6次,計算回收率和測定值的相對標準偏差(RSD),結果見表3。

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

表3 (續(xù))

結果顯示:在4%乙酸溶液、10%乙醇溶液、50%乙醇溶液和橄欖油遷移條件下,樣品中3-MCPD 遷移量的回收率為81.0%～91.2%,測定值的RSD 為3.2%～6.6%;1,3-DCP遷移量的回收率為82.0%～93.8%,測定值的RSD 為2.6%～6.3%,回收率和精密度結果均在可接受范圍內,滿足食品接觸紙制品中3-MCPD 和1,3-DCP 遷移量的測定要求。

2.5 樣品分析

在4%乙酸溶液、10%乙醇溶液、50%乙醇溶液和橄欖油遷移條件下,按照試驗方法對購于商超和電商平臺的10 種食品接觸紙制品中3-MCPD 和1,3-DCP 的遷移量進行測定,每個樣品平行測定3次,結果見表4。

表4 樣品分析結果Tab.4 Analytical results of samples μg·kg-1

結果顯示:除漢堡紙外,其余9種樣品中均檢出了3-MCPD,遷移量為2.0～25.3μg·kg－1,其中一次性紙盤子中3-MCPD 的遷移量最多,其次是一次性茶水紙杯;僅一次性紙盤子、一次性茶水紙杯和牛皮紙外賣打包湯碗中檢出了1,3-DCP,遷移量為1.2～3.5μg·kg－1。各種食品接觸紙制品中3-MCPD 和1,3-DCP遷移量的差異可能與原料紙中濕強劑的種類和用量有關,如以第二代堿性熟化陽離子樹脂為濕強劑時,可產(chǎn)生較少的氯丙醇[18]。對比同一樣品在不同遷移條件下3-MCPD 和1,3-DCP的遷移量可以發(fā)現(xiàn),在50%乙醇溶液中,3-MCPD和1,3-DCP的遷移量更多,這可能是由于氯丙醇具有強極性,易溶解在極性較強的50%乙醇溶液中。

本工作以含1%(質量分數(shù))TMCS的BSTFA溶液為衍生試劑,通過優(yōu)化衍生試劑用量、衍生溫度、衍生時間等條件,采用同位素內標法定量,建立了同位素稀釋-GC-MS同時測定食品接觸紙制品中3-MCPD 和1,3-DCP遷移量的方法,該方法檢出限低、回收率好、精密度好,為食品接觸紙制品中氯丙醇的檢測和相關標準的制定提供了一定的參考。另外,在歐盟標準體系下,各種食品模擬物中3-MCPD和1,3-DCP 的遷移量,以及食品接觸紙制品中3-MCPD和1,3-DCP的最大殘留量需要進一步探討,從而為食品接觸紙制品中氯丙醇的遷移風險研究提供更全面的數(shù)據(jù)支撐。