聚苯乙烯杯中苯乙烯在豆制品、粥類食品和醇類模擬物中的遷移對(duì)比

徐曉卉，趙 潔，沈康俊，劉 曙?

（上海海關(guān)工業(yè)品與原材料檢測技術(shù)中心，上海 200135）

0 前言

采用食品模擬物代替食品進(jìn)行遷移測試是評(píng)估食品接觸材料安全性的通用方法［1］，其中食品模擬物的適用性是保證遷移測試結(jié)果準(zhǔn)確可靠的關(guān)鍵控制點(diǎn)［2?4］，一方面需要考慮待評(píng)價(jià)目標(biāo)物在食品模擬物中的穩(wěn)定性，另一方面則需要考慮食品模擬物與真實(shí)食品的匹配性。Pe′rez?Lamela等［5］研究了抗氧化劑雙（2，4?二叔丁基苯基）季戊四醇二亞磷酸酯在不同模擬物（40℃，10 d）中的穩(wěn)定性，選擇用15%乙醇替代3%乙酸作為食品模擬物。Monteiro 等［6］比較了 BHA（butyl hy?droxyanisole）、2，6?二叔丁基?4?甲基苯酚（dibutyl hy?droxytoluene，BHT）等抗氧化劑在異辛烷和正庚烷中的穩(wěn)定性，選擇異辛烷替代脂肪食品模擬物。左熊春［7］以接觸油脂類食品的幾種食品接觸產(chǎn)品為對(duì)象，根據(jù)其在異辛烷、正庚烷等不同油脂類食品模擬物替代溶劑中的穩(wěn)定性、是否發(fā)生變形、溶脹溶融等條件，最終選擇95%乙醇作為替代溶劑。以上研究均通過評(píng)價(jià)目標(biāo)物質(zhì)或者食品接觸產(chǎn)品在模擬物中穩(wěn)定性的方式來判斷模擬物的適用性。Edward［8］采用易發(fā)生苯乙烯遷移的聚苯乙烯杯子作為模型，比較了牛奶和不同食品模擬物中苯乙烯遷移量的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)50%乙醇更適合作為牛奶的模擬物。也有較多研究通過將熒光增白劑 1，4?二苯基?1，3?丁二烯（1，4?diphenyl?1，3?butadi?ene，DPBD）作為添加劑加入PE薄膜進(jìn)行遷移測試，評(píng)價(jià)模擬物的適用性，計(jì)算脂類模擬物對(duì)應(yīng)含油脂食品的校正因子［9?14］。以上研究均集中于脂類模擬物或者乳制品模擬物的適用性研究。

歐盟對(duì)食品接觸材料遷移測試中模擬物適用性的研究已較為成熟，我國現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB 31604.1?2015［15］中模擬物是在參考?xì)W盟法規(guī)（EU）No 10/2011［16］的基礎(chǔ)上規(guī)定的［17］。豆制品和粥類食品均是中國特有的食品，目前未見此類食品的模擬物適用性的相關(guān)研究。本文參考Edward［8］的報(bào)道，選取苯乙烯作為特定遷移量的測試目標(biāo)物，選擇聚苯乙烯杯子作為食品接觸材料，比較聚苯乙烯杯中殘留苯乙烯向真實(shí)食品、不同體積分?jǐn)?shù)的醇類模擬物中的遷移量，從而確定適合豆制品和粥類的食品模擬物。同時(shí)，由于苯乙烯屬于易揮發(fā)性有機(jī)物，食品接觸材料中苯乙烯的測定主要采用頂空?氣相色譜法、溶劑溶解?液體直接進(jìn)樣氣相色譜法、溶解沉淀?氣相色譜?質(zhì)譜法等［18?21］，但直接測定食品中苯乙烯的報(bào)道較少。本文嘗試對(duì)不同種類真實(shí)食品、不同體積分?jǐn)?shù)的乙醇模擬物中的苯乙烯遷移量建立測定方法，旨在為更科學(xué)地進(jìn)行遷移測試提供技術(shù)支撐。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

苯乙烯，純度>99%，上海安譜試驗(yàn)科技股份有限公司；

N，N?二甲基甲酰胺（DMF），色譜純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；

甲醇，色譜純，上海安譜試驗(yàn)科技股份有限公司；

乙醇，分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；

水，超純水，由Mill?Q型超純水儀制備；

聚苯乙烯杯子，90 mL，漳州國鑫環(huán)?？萍加邢薰荆?/p>

無蔗糖豆?jié){、調(diào)制豆奶、巧克力風(fēng)味豆奶、絹豆腐、內(nèi)酯豆腐、鹽鹵豆腐、八寶粥、紅豆薏仁粥，食品級(jí)，采購自上海本地超市。

1.2 主要設(shè)備及儀器

高效液相色譜儀［配二極管陣列檢測器（DAD）］，Agilent 1200，美國安捷倫科技有限公司；

氣相色譜儀［配氫火焰離子化檢測器（FID）］，Agi?lent 7890A，美國安捷倫科技有限公司；

自動(dòng)頂空進(jìn)樣器，Agilent G1888A，美國安捷倫科技有限公司；

精密鼓風(fēng)干燥，BPFJ 250，上海布魯帕德儀器有限公司；

分析天平，XS204，梅特勒托利多測量設(shè)備（上海）有限公司；

超純水儀，Mill?Q，密理博（中國）有限公司。

1.3 樣品制備

準(zhǔn)確稱取50 g食品或量取50 mL模擬物放入聚苯乙烯杯中，標(biāo)記液面位置，用于測量食品或模擬物與聚苯乙烯杯子的接觸面積，按照GB 5009.156—2016［22］和GB 31604.1—2015［15］的要求在70 ℃、1 h的條件下進(jìn)行遷移試驗(yàn)，S/V為0.6/50 dm2/L，每次遷移試驗(yàn)平行3次；

食品：遷移試驗(yàn)結(jié)束后，將聚苯乙烯杯中待測食品攪拌均勻，準(zhǔn)確稱取樣品5.00 g±0.01 g于20 mL頂空瓶中，加蓋密封，頂空?氣相色譜法測定［18，20］；

10%乙醇、20%乙醇：將待測模擬物攪拌均勻，準(zhǔn)確量取模擬物5 mL于20 mL頂空瓶中，加入50 μLDMF，加蓋密封，頂空?氣相色譜測定；

50%乙醇、95%乙醇：將待測模擬物攪拌均勻，直接取約1 mL模擬物用0.45 μm的微孔濾膜過濾，高效液相色譜測定［23?24］。

1.4 性能測試與結(jié)構(gòu)表征

液相色譜工作條件：采用Agilent Eclipse XDB?C18（250 mm×4.6 mm，5 μm）色譜柱；色譜柱溫度為35℃；進(jìn)樣體積10 μL；流動(dòng)相A為水，流動(dòng)相B為甲醇，柱流速為1.0 mL/min；苯乙烯的DAD檢測條件：波長掃描范圍為210～400 nm，檢測波長245 nm，寬度16 nm，出峰時(shí)間9.18 min；

頂空?氣相色譜工作條件：色譜柱：Agilent 19091n?213 innowax，30 m× 320 μm × 0.5 μm；載氣：氮?dú)?；流量?.5 mL/min；柱溫：起始50℃，保持1 min，以10℃/min升至140℃保持0 min，再以20℃/min升至220℃保持10 min；進(jìn)樣口溫度250℃；FID檢測器溫度：300℃；頂空平衡溫度：90℃；定量環(huán)：90℃；傳輸線（氣體通路）溫度：100℃；樣品瓶加熱時(shí)間：30 min；樣品瓶加壓壓力：15.3PSI（1PSI=6.895kPa）；進(jìn)樣時(shí)間：1min。

表1 梯度淋洗方法Tab.1 Gradient elution procedure of HPLC

1.5 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

食品中苯乙烯標(biāo)準(zhǔn)溶液配制：準(zhǔn)確稱取0.01 g苯乙烯（精確至0.000 1 g），用DMF溶解配制成濃度為100 mg/L的苯乙烯標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液，再經(jīng)DMF稀釋配成2.000～20.000 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液；分別稱取5.0 g同一食品于5個(gè)20 mL頂空瓶中，移液器分別移取0.05 mL的各濃度苯乙烯標(biāo)準(zhǔn)工作液于頂空瓶中，使食品中苯乙烯的濃度為0.020～0.200 mg/kg，加蓋密封；

食品模擬物中苯乙烯標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制：準(zhǔn)確稱取0.01 g苯乙烯（精確到0.000 1 g），加入甲醇后超聲溶解配制成濃度為100 mg/L的苯乙烯標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液；標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液再經(jīng)甲醇稀釋配成1.0～3.0 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液；將上述標(biāo)準(zhǔn)工作溶液分別用50%乙醇、95%乙醇配制成濃度分別為0.200～0.600 mg/L和0.200～4.000 mg/L的苯乙烯標(biāo)準(zhǔn)溶液。

2 結(jié)果與討論

2.1 豆制品和粥類食品代表性樣品

由于食品接觸材料及制品所接觸的食品種類繁多且食品基質(zhì)復(fù)雜，直接通過真實(shí)食品測定特定物質(zhì)的遷移量難度較大，因此一般都會(huì)優(yōu)先選取與該類食品有典型共性的食品模擬物進(jìn)行遷移測試。食品分為3類：水性食品、酒精飲料（包括乳制品）、油脂及表面含油食品；食品模擬物也對(duì)應(yīng)分為：蒸餾水及4%乙酸溶液、不同體積分?jǐn)?shù)的乙醇溶液和植物油［2］。在進(jìn)行遷移實(shí)驗(yàn)時(shí)，根據(jù)食品接觸材料及制品預(yù)期接觸的食品種類選擇與該食品相對(duì)應(yīng)的模擬物。

我國現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn) GB 31604.1—2015［15］中的模擬物是在參考?xì)W盟法規(guī)（EU）No 10/2011［16］的基礎(chǔ)上規(guī)定的，但由于豆制品和粥類屬于中國特色食品，歐盟法規(guī)（EU）No 10/2011沒有對(duì)這兩類食品對(duì)應(yīng)的模擬物進(jìn)行規(guī)定。目前GB 31604.1—2015附錄A對(duì)豆制品的模擬物規(guī)定見表2，還缺乏對(duì)粥類食品的模擬物相關(guān)規(guī)定。本文選取中國特色食品作為研究對(duì)象（表3），包括了 GB 31604.1—2015［15］附錄 A 02.07.01 豆腐和02.07.03豆?jié){以及未列入GB 31604.1—2015附錄A但在我國消費(fèi)量較大的粥類和豆奶類食品。由于豆奶的體系與豆?jié){相近［25］，故將其與豆?jié){歸為豆類飲料類。豆類飲料、豆腐和粥類食品囊括了液態(tài)、固態(tài)和半固態(tài)3個(gè)食品種類。

表2 GB 31604.1—2015附錄A對(duì)中國特色食品豆制品的對(duì)應(yīng)模擬物的規(guī)定Tab.2 Food category and food simulant specific assignment of soy proudcts in Appendix A of GB 31604.1—2015

表3 測試食品種類及脂肪質(zhì)量濃度Tab.3 Types of foods tested and their fat content

以食品中脂肪的質(zhì)量濃度為參考依據(jù)，本文分別選擇了豆類飲料、豆腐和粥類食品中含脂量較高和較低的食品。豆類飲料選擇了原漿豆?jié){、調(diào)制豆奶以及巧克力風(fēng)味豆奶3種食品，每100 mL含脂肪1.5～2 g；在目前市售的大多數(shù)豆腐中，每100 g豆腐約含2～4 g的脂肪，據(jù)此選擇了絹豆腐、內(nèi)酯豆腐、鹽鹵豆腐3類豆腐；八寶粥和紅豆薏仁粥是目前市場上較常見的粥類，每100 g粥中的脂肪在0～1 g之間。

2.2 遷移條件及測試方法

2.2.1 遷移條件的選擇

食品接觸材料及制品特定遷移量的遷移試驗(yàn)條件一般需要根據(jù)食品的保質(zhì)期、加工和儲(chǔ)存條件，按照GB 31604.1—2015［15］中 5.1 條款選擇，而本文統(tǒng)一按照70℃、1 h的遷移條件進(jìn)行遷移試驗(yàn)。選擇該條件的原因之一是本文的研究重點(diǎn)為聚苯乙烯杯中苯乙烯在食品和食品模擬物中遷移量的比較，以選擇合適的食品模擬物，所以遷移條件不必完全按照食品保質(zhì)期、加工和儲(chǔ)存條件進(jìn)行選擇；再者，高溫有利于遷移行為，較大的遷移量有利于準(zhǔn)確測定，考慮到聚苯乙烯材料的熱變形溫度約為85℃，選擇遷移條件為70℃。

2.2.2 食品中遷移量的測試方法

本試驗(yàn)選擇頂空?氣相色譜法直接測定真實(shí)食品中苯乙烯的遷移量［18，22］，無需進(jìn)行食品的預(yù)處理，遷移試驗(yàn)后可以取出食品樣品直接進(jìn)行儀器測試，節(jié)省實(shí)驗(yàn)時(shí)間。為了提高方法的準(zhǔn)確度，使用不同種類的食品本身作為基質(zhì)配制校準(zhǔn)曲線。由表4可知，對(duì)于本試驗(yàn)中的8種食品，本方法在0.020～0.200 mg/kg的濃度范圍內(nèi)線性良好且靈敏度高，可以滿足分析測定的要求。本次所選擇食品的原始包裝材質(zhì)均不是聚苯乙烯，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測定，遷移試驗(yàn)前的空白食品樣品中無苯乙烯本底干擾（以豆?jié){為例，見圖1）。

表4 苯乙烯在食品中的校準(zhǔn)曲線、檢出限和定量限Tab.4 Linear equations，limit of detection（LODs）and limit of quantitation（LOQs）of styrene in food

圖1 豆?jié){樣品中苯乙烯的色譜圖Fig.1 Chromatogram of styrene in soybean milk

2.2.3 食品模擬物中遷移量的測試方法

對(duì)于10%乙醇、20%乙醇模擬物中苯乙烯遷移量的測定，選擇頂空?氣相色譜法。10%乙醇和20%乙醇配制的苯乙烯標(biāo)準(zhǔn)工作溶液在氣相色譜上的響應(yīng)線性范圍為0.010～0.100 mg/L，相關(guān)系數(shù)分別為0.995 7和0.998 9（表 5）。

對(duì)于50%乙醇和95%乙醇模擬物，采用頂空?氣相色譜法測定苯乙烯遷移量時(shí)，在0.010～0.100 mg/L的濃度范圍內(nèi)，出峰面積與溶液濃度不成線性關(guān)系。其原因?yàn)闅庀嗌V進(jìn)樣分析前，頂空瓶的平衡溫度為90℃，而模擬物中乙醇的沸點(diǎn)（78℃）低于苯乙烯的沸點(diǎn)（146℃），恒溫過程中對(duì)于乙醇含量比較高的模擬物，頂空瓶中氣液相難以達(dá)到平衡。因此采用高效液相色譜法［23?24］測定50%乙醇和95%乙醇模擬物中苯乙烯遷移量，數(shù)據(jù)見表5：50%乙醇配制的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液的線性范圍為0.200～0.600 mg/L；95%乙醇配制的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液在0.200～4.000 mg/L的濃度范圍內(nèi)，線性結(jié)果好。

表5 苯乙烯在食品模擬物中的校準(zhǔn)曲線、檢出限和定量限Tab.5 Linear equations，LODs and LOQs of styrene in foods

2.3 遷移試驗(yàn)結(jié)果

2.3.1 食品模擬物

隨著食品模擬物中乙醇體積分?jǐn)?shù)的增大，苯乙烯的遷移量也逐漸增加。10%乙醇和20%乙醇中苯乙烯的遷移量分別為0.023 mg/L和0.030 mg/L，遠(yuǎn)低于50%乙醇和95%乙醇中苯乙烯的遷移量（0.377 mg/L和2.333 mg/L）。對(duì)于苯乙烯從聚苯乙烯杯中向模擬物遷移的過程，一般認(rèn)為其符合Fick第二定律［26］，其中聚合物與食品模擬物中的遷移物平衡濃度之比稱為分配系數(shù)，是影響遷移的一個(gè)重要因素。而遷移物在食品模擬物中的溶解度對(duì)分配系數(shù)又有著顯著的影響［27］。在本試驗(yàn)中，苯乙烯是芳香烴化合物，根據(jù)相似相溶原理，苯乙烯不溶于水，易溶于苯、甲苯、乙醇等有機(jī)相。所以當(dāng)模擬物中的乙醇體積分?jǐn)?shù)增大，溶液極性減弱時(shí)，苯乙烯的遷移量也隨之增大，此結(jié)果與Ed?ward、Jin等人［8，26］的研究一致。

2.3.2 豆類飲料

首先對(duì)苯乙烯在食品與模擬物中的遷移量進(jìn)行F檢驗(yàn)，當(dāng)F值小于臨界值時(shí)表明兩組數(shù)值精密度之間不存在顯著性差異，可進(jìn)行t檢驗(yàn)［28］；將t值與臨界值t0.05，4=2.776 比較，當(dāng)t

圖2 苯乙烯在豆類飲料和模擬物中的遷移量對(duì)比Fig.2 Comparison of styrene migration amount to bean beverages and food simulants

2.3.3 豆腐

圖3表示了苯乙烯在不同種類的豆腐中的遷移量與在不同模擬物中的遷移量的對(duì)比。由圖3可知，在豆腐類食品中，絹豆腐和內(nèi)酯豆腐中苯乙烯的遷移量為0.023 mg/kg，與10%乙醇相近（t<2.776）；而鹽鹵豆腐中苯乙烯的遷移量相對(duì)較高（0.043 mg/kg），與20%乙醇的遷移數(shù)據(jù)無顯著性差異（t<2.776），遠(yuǎn)低于50%乙醇中的遷移量（t>2.776）。造成鹽鹵豆腐中苯乙烯遷移量較高的原因可能是鹽鹵豆腐中的脂肪質(zhì)量濃度（每100 g中含3.6 g）明顯高于其他兩種豆腐，根據(jù)相似相溶原理，苯乙烯的遷移量也隨之增大。與此結(jié)果較為一致，Edward等［8］的研究表明，對(duì)于脂肪含量升高的牛奶，聚苯乙烯杯中的苯乙烯向其中的遷移量也更大。同樣地，結(jié)合食品接觸材料及制品的食品模擬物適用性原則，豆腐類食品采用20%乙醇作為食品模擬物較為合適。

圖3 苯乙烯在豆腐類食品和模擬物中的遷移量對(duì)比Fig.3 Comparison of styrene migration amount to tofu and food simulants

2.3.4 粥

在粥類食品中，與豆類飲料和豆腐類似地，苯乙烯在脂肪質(zhì)量濃度較高的八寶粥中的遷移量稍高于紅豆粥，在兩種粥中的遷移量分別為0.041 mg/kg和0.033 mg/kg，與在20%乙醇中的遷移量無顯著性差異（t<2.776）。因此，建議粥類的食品采用20%乙醇作為食品模擬物。

比較圖1、圖2和圖3發(fā)現(xiàn)，對(duì)于3類中國特色食品，苯乙烯在其中的遷移量總體趨勢由大到小依次為豆類飲料、粥和豆腐。這可能與食品的狀態(tài)相關(guān)，這3類食品依次為液態(tài)、半固態(tài)和固態(tài)，液體含量更高的食品能與聚苯乙烯杯中的苯乙烯更充分接觸，遷移量也隨之增大。

圖4 苯乙烯在粥類食品和模擬物中的遷移對(duì)比Fig.4 Comparison of styrene migration amount to porridge and food simulants

3 結(jié)論

（1）豆類飲料中苯乙烯遷移量介于其在20%乙醇和50%乙醇中的遷移量之間；豆腐和粥中苯乙烯的遷移量接近10%乙醇和20%乙醇，均遠(yuǎn)低于50%乙醇；

（2）建議豆類飲料選擇50%乙醇作為模擬物，豆腐類食品和粥類食品選擇20%乙醇作為模擬物。