可生物降解食品接觸材料中非有意添加物的鑒定和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究進(jìn)展

胡 云，劉 源

（1.揚(yáng)州市食品藥品檢驗(yàn)檢測(cè)中心，江蘇 揚(yáng)州 225001；2.上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院，上海 200235）

目前，既節(jié)約能源又對(duì)環(huán)境友好的可生物降解材料在各國(guó)政府的支持下正得到快速發(fā)展[1-3]。這種新型食品接觸材料通常由生物成分和聚酯混合制成，有的材料為了達(dá)到延長(zhǎng)保質(zhì)期的目的加入了活性組分[4-5]，因此，材料中的化學(xué)成分十分復(fù)雜。一些可生物降解食品接觸材料在體外生物測(cè)定中顯示出與最終產(chǎn)品相關(guān)而不是與原料相關(guān)的毒性[6]，說明其毒性成分主要來自于和加工有關(guān)的有意添加物及非有意添加物（non-intentionally added substances，NIAS）。已有標(biāo)準(zhǔn)（GB 9685—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品接觸材料及制品用添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》[7]）和法規(guī)（(EU) No 10/2011[8]）對(duì)添加劑、加工助劑等有意添加物的使用進(jìn)行規(guī)范。但是，NIAS大多數(shù)是未知的，這些未知物并不在上述標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)的規(guī)定范圍之內(nèi)。

食品接觸材料中的NIAS是指存在于食品接觸材料中的任何反應(yīng)產(chǎn)物、降解產(chǎn)物及用于包裝生產(chǎn)的原料中殘留的雜質(zhì)[9]。NIAS是食品的污染源之一。NIAS從食品接觸材料到食品的遷移受分子質(zhì)量、食品的性質(zhì)、食品接觸材料類型的影響[10-12]。一些NIAS有典型的醋味、腐臭味[13]，會(huì)影響食品的感官特性。據(jù)研究，食品接觸材料提取物在體外毒理學(xué)生物測(cè)定中呈現(xiàn)出的細(xì)胞毒性和內(nèi)分泌干擾作用與NIAS有關(guān)[14]。歐盟法規(guī)規(guī)定，在食品接觸材料的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中應(yīng)考慮NIAS[8]。

對(duì)可生物降解食品接觸材料中的NIAS進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，不僅要熟悉材料的配方和工藝，還要熟練掌握復(fù)雜的化學(xué)分析技術(shù)[15]。通常，化合物的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估包括化學(xué)結(jié)構(gòu)鑒定、定量、暴露水平分析、毒理學(xué)評(píng)價(jià)4 個(gè)步驟。但是，大多數(shù)可生物降解食品接觸材料中的NIAS沒有確定的化學(xué)結(jié)構(gòu)和濃度數(shù)據(jù)，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估面臨巨大的挑戰(zhàn)[16]。本文分析了可生物降解食品接觸材料中NIAS的可能來源，總結(jié)了NIAS化學(xué)結(jié)構(gòu)鑒定及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，希望在提升可生物降解食品接觸材料檢驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)的同時(shí)，為生產(chǎn)企業(yè)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的管控和市場(chǎng)監(jiān)管部門對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量安全的有效監(jiān)管提供理論支撐。

1 可生物降解食品接觸材料的種類

可生物降解聚合物是指易受生物活動(dòng)（如類似被細(xì)菌或真菌等微生物分解的生物活動(dòng)）降解的聚合物，伴隨著摩爾質(zhì)量的降低，聚合物可能會(huì)變成具有理想特性的環(huán)境可接受的物質(zhì)（如水、二氧化碳、甲烷和生物質(zhì)）[17-18]。該聚合物的生物降解不僅通過酶的催化活動(dòng)進(jìn)行，還通過多種生物活動(dòng)進(jìn)行?？缮锝到馐称方佑|材料在工業(yè)堆肥廠和厭氧消化器中可達(dá)到最佳降解效果[19-20]。有些材料，例如聚羥基丁酸酯（poly-3-hydroxybutyrate，PHB）在水生環(huán)境和土壤環(huán)境中就能完全生物降解[21]。材料的可生物降解性取決于其化學(xué)結(jié)構(gòu)而不是其來源。根據(jù)來源能夠?qū)⒖缮锝到馐称方佑|材料分為兩類[9]：一類是生物基可生物降解食品接觸材料，如聚乳酸（polylactic acid，PLA）、聚羥基脂肪酸酯（polyhydroxyalkanoates，PHA）、生物-聚丁二酸丁二醇酯（bio-poly (butanediol succinate)，bio-PBS）等；另一類是石油基可生物降解食品接觸材料，如聚己內(nèi)酯（polycaprolactone，PCL）、聚丁二酸丁二醇酯（poly(butylene succinate)，PBS）、聚己二酸丁二醇酯（poly(1,4-butylene adipate)，PBA）、聚己二酸對(duì)苯二甲酸丁二醇酯（poly(butyleneadipate-co-terephthalate)，PBAT）等。通常，將多種可生物降解材料共混可獲得更加優(yōu)異的拉伸韌性[22]和抗沖擊性能[23]。碳酸鈣、纖維素納米晶體、納米黏土、海藻酸鹽等組分能進(jìn)一步增強(qiáng)可生物降解復(fù)合材料的熱擴(kuò)散率[24]、熱穩(wěn)定性[25]和黏彈性[26]。用百里酚、香芹酚、麝香草酚浸漬或混合的可生物降解復(fù)合食品接觸材料具有抗氧化活性[27]，能延長(zhǎng)食品的保質(zhì)期[28]。

2 NIAS的來源

普遍觀點(diǎn)認(rèn)為食品包裝中的NIAS來自原料和添加劑的降解、雜質(zhì)、新形成的化合物、污染物[9,29]。

2.1 原料及添加劑的降解

可生物降解食品接觸材料通常采用熔融共混后注塑[30-31]、擠壓[32]、熱壓[33]以及薄膜疊壓[34]等高溫高壓工藝制造，在制造的過程中，聚合物材料會(huì)發(fā)生一定程度的降解。聚酯PBAT由己二酸、對(duì)苯二甲酸、1,4-丁二醇經(jīng)酯化、縮聚反應(yīng)生成，與低密度聚乙烯的性能相似，具有良好的熱穩(wěn)定性、透明度、斷裂伸長(zhǎng)率、抗拉強(qiáng)度和剛度[35-36]，常與PLA、淀粉等聚合物熔融共混，產(chǎn)生己二酸-丁二醇的聚合物[11-12,37]、鄰苯二甲酸-1,4-丁二醇-己二酸-1,4-丁二醇的環(huán)狀低聚物[38]、新戊二醇-己二酸-1,6-己二醇-己二酸的環(huán)狀低聚物[37]、鄰苯二甲酸-鄰苯二甲酸-1,4-丁二醇-1,4-丁二醇-1,4-丁二醇-己二酸的線性低聚物[39]等降解產(chǎn)物。2,6,10-三甲基十二烷也是生物聚合物聚酯部分的降解產(chǎn)物，因?yàn)橐呀?jīng)規(guī)定了其無可見不良作用水平（no observed adverse effect level，NOAEL）為1 000 mg/（kgmb·d）[40]，所以它在可循環(huán)使用的可生物降解餐具中的遷移量備受關(guān)注[41]。有的竹基餐具為了改善機(jī)械性能，在原料中加入三聚氰胺樹脂，在遷移試驗(yàn)中檢測(cè)到的三聚氰胺單體的遷移量已經(jīng)超過了(EU) No 10/2011法規(guī)規(guī)定的2.5 mg/kg限量要求[8]，這種由三聚氰胺樹脂填充的竹基餐具并不是聲稱的可生物降解餐具[41]。聚酯在熱降解的過程中，除了形成寡聚體，酯基水解還會(huì)產(chǎn)生風(fēng)味小分子，如有樟腦臭味的2-甲基-2-丙醇[42]。

聚乳酸聚酯作為最具發(fā)展前景的食品接觸材料，其中的PLA組分在熱降解的過程中，通過分子內(nèi)酯交換或者分子間酯交換形成低聚物丙交酯，這種乳酸的環(huán)狀二聚體[11]并不屬于(EU) No 10/2011法規(guī)的認(rèn)可列表范圍[8]，需要嚴(yán)格控制遷移量。在PLA薄膜的遷移試驗(yàn)中檢測(cè)到的環(huán)狀和線性乳酸寡聚體也屬于PLA組分的降解產(chǎn)物[39]。在PLA顆粒、薄膜、熱成型品中含量豐富的乙醛[42]產(chǎn)生于羥基末端引發(fā)的酯交換過程[43]，10～20 mg/L的乙醛就能使聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（polyethylene terepthalate，PET）瓶裝礦泉水產(chǎn)生水果異味[44]。這種芳香化合物可以從PLA食品接觸材料遷移到食品或飲料，導(dǎo)致感官品質(zhì)劣變，因此，有研究者認(rèn)為PLA聚合物中的乙醛是評(píng)判PLA產(chǎn)品等級(jí)的重要標(biāo)記物[42]。

聚合物中的添加劑會(huì)在輻照等因素的影響下發(fā)生降解。在石油基塑料中經(jīng)常添加的抗氧化劑三(2,4-二叔丁基苯基)亞磷酸酯（Irgafos168），經(jīng)電子束輻照和伽馬射線輻照后化學(xué)鍵會(huì)發(fā)生斷裂，進(jìn)而形成2,4-二叔丁基苯和具有抗菌、抗炎和抗癌效果的2,4-二叔丁基苯酚[45-48]。為了改善生物聚合物的熱穩(wěn)定性、提高機(jī)械性能[49-51]，有的淀粉基生物聚合物中加入了Irgafos168，因?yàn)檫w移試驗(yàn)的條件比較溫和，并不會(huì)檢測(cè)到相應(yīng)的降解產(chǎn)物[12]。

2.2 雜質(zhì)

雜質(zhì)是指存在于聚合物的原輔料和添加劑中但是沒有在初始物質(zhì)信息數(shù)據(jù)表中明確的物質(zhì)[15]。雜質(zhì)不是故意添加的，但是在一些可生物降解餐具的遷移試驗(yàn)中可以檢測(cè)到。PLA餐具中添加的改性劑水合硅酸鎂和無機(jī)填料碳酸鈣含有鋁、鋇、鐵、鋅等雜質(zhì)，這些金屬元素在質(zhì)量濃度為30 g/L的乙酸食品模擬液中的遷移量會(huì)隨著遷移溫度的升高和遷移時(shí)間的延長(zhǎng)而增加[52]。在一些竹基餐具的遷移試驗(yàn)中，竹筍中的一些組分如蘆竹素、纈氨酸、原兒茶酸、L-組氨酸、咖啡酸、反式松柏醇也被檢測(cè)到[41]。這些天然產(chǎn)物中的原兒茶酸和咖啡酸能降低細(xì)胞的氧化損傷[53-55]，對(duì)人體健康有益。

2.3 新形成的化合物

可生物降解食品接觸材料在加工過程中會(huì)形成反應(yīng)副產(chǎn)物。一些副產(chǎn)物是聚酯熱降解產(chǎn)物醛酮自由基的反應(yīng)產(chǎn)物[43]，如環(huán)戊酮[11]和具有黃油味的2,3-戊二酮[42]。有較高修正頻率（modified frequency，MF）的化合物葫蘆芭內(nèi)酯被認(rèn)為是PLA聚合物顆粒在一定的溫度和壓力條件下形成的，具有香料和甘草味[56]。這些小分子的風(fēng)味物質(zhì)會(huì)遷移到食品中，但是它們對(duì)食品感官的影響力[11]取決于風(fēng)味閾值和遷移量。

可生物降解餐具中的間接添加劑會(huì)形成一些氧化代謝產(chǎn)物。間接添加劑是指間接導(dǎo)致或可能合理預(yù)期導(dǎo)致其成為任何食品的組成部分，或以其他方式影響任何食品特性的化合物[57]。間接添加劑并不是直接添加到食品中，而是從食品接觸材料遷移到食品中?？缮?/p>

降解食品接觸材料在遷移試驗(yàn)中被檢測(cè)到的間接添加劑有爽滑劑[11-12]、增塑劑[12,37]、抗氧化劑[12]、表面活性劑[41]和生物滅殺劑[37]等。爽滑劑環(huán)氧大豆油用于改善PLA和淀粉基食品包裝材料的機(jī)械阻力和柔韌性[58-60]，主要成分有棕櫚酸和肉豆蔻酸等，這些脂肪酸與材料降解生成的醇進(jìn)一步反應(yīng)形成氧化代謝產(chǎn)物，如硬脂腈、棕櫚酸異丙酯、2-棕櫚酸甘油酯，肉豆蔻酸肉豆蔻酯、十四烷酸十六烷基酯、肉豆蔻酸乙酯、9,12-十八碳二烯酸甲酯等[12]。增塑劑己二酸二(2-乙基己基)酯（di-(2-ethylhexyl)-adipate，DEHA）與鄰苯二甲酸二(2-乙基己基)酯（di-(2-ethylhexyl)-phthalate，DEHP）的化學(xué)結(jié)構(gòu)類似[61]，但是沒有與DEHP類似的抗雄激素作用[62]，其氧化代謝產(chǎn)物單-2-乙基氧代己基己二酸酯（mono-2-ethyloxoexyl adipate）在淀粉基生物聚合材料中被檢測(cè)到[12]。

可降解食品接觸材料會(huì)與試驗(yàn)中的溶劑發(fā)生反應(yīng)。在提取沉淀步驟中，PLA顆粒與有機(jī)溶劑二氯甲烷反應(yīng)生成刺激性的有機(jī)化合物氯乙酸乙酯和氯乙醛[11]。PLA材料在遷移試驗(yàn)中檢出了新的線性乳酸低聚物，在有機(jī)溶劑提取液中卻沒有出現(xiàn)，這種新化合物可能是材料中的化學(xué)成分與食品模擬液發(fā)生反應(yīng)的結(jié)果[38]。與三聚氰胺聚酯混制的竹基生物聚合物在遷移試驗(yàn)中檢出了三聚氰胺的衍生物，可能是聚合物與食品模擬液反應(yīng)新生成的，也可能是聚合物在制造過程中形成的[41]。

2.4 污染物

目前，在世界各國(guó)政府實(shí)施的可循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式下[3,63-65]，用于回收的食品包裝材料中可能出現(xiàn)的污染物受到了越來越多的關(guān)注，因?yàn)榕c其相關(guān)的NIAS可能會(huì)遷移到食品中。這些NIAS來自以下幾個(gè)方面：1）回收材料的內(nèi)在污染物，如染料、添加劑及其降解產(chǎn)物；2）材料在使用和回收過程中的降解產(chǎn)物；3）回收材料中的雜質(zhì)；4）材料被多次回收利用時(shí)積累的化學(xué)物質(zhì)；5）食品包裝之前使用過和/或?yàn)E用導(dǎo)致出現(xiàn)不需要的和/或意想不到的污染物；6）進(jìn)入回收流程的非食品級(jí)材料；7）清洗溶劑[9,66]。普遍觀點(diǎn)認(rèn)為回收和生物降解[67]是可生物降解食品接觸材料報(bào)廢后的2 種互補(bǔ)的處理方式。目前，這種新型食品接觸材料雖然允許被回收，但是其占廢棄包裝的比重非常低，達(dá)不到回收利用的盈利要求[68]，暫未發(fā)現(xiàn)可生物降解材料中與污染物相關(guān)的NIAS研究。將來，當(dāng)可生物降解材料逐步取代不可降解的石油基食品接觸材料時(shí)，來自回收過程的污染物中的NIAS將是不可忽視的涉及安全性評(píng)價(jià)的重要研究?jī)?nèi)容。

表1總結(jié)了從可生物降解食品接觸材料中檢出的NIAS及其可能的來源。

表1 從可生物降解食品接觸材料中檢出的NIAS及其可能的來源和分析鑒定方法Table 1 Possible sources and analytical methods of NIAS detected from biodegradable food contact materials

3 鑒定NIAS的分析方法

在鑒定NIAS時(shí)，可以對(duì)可生物降解食品接觸材料本身進(jìn)行分析[11,38]，也可以對(duì)與材料接觸的食品模擬液[11-12,37-38,41]或者食品[39]進(jìn)行分析，通常，材料中含有更多NIAS的信息[11]。但是，對(duì)食品模擬液或者食品的分析是必要的，因?yàn)樗鼈冏罱咏牧系恼鎸?shí)使用狀態(tài)。用儀器鑒定可生物降解食品接觸材料中的NIAS，分為不需要前處理和需要前處理2 種不同的策略。解析電噴霧電離質(zhì)譜（desorption electrospray ionization-mass spectrometer，DESI-MS）[69]、實(shí)時(shí)直接分析飛行時(shí)間質(zhì)譜（direct analysis in real time-quadrupole-time of flight mass spectrometer，DART-QTOF）[70]等直接質(zhì)譜分析法不需要對(duì)樣品進(jìn)行提取或者萃取。由于沒有分離步驟，僅憑質(zhì)譜片段鑒定目標(biāo)化合物，因此這是一種基于已鑒定的NIAS對(duì)目標(biāo)樣品進(jìn)行快速篩查的分析方法。同時(shí)，這種借助于亞穩(wěn)態(tài)氦的環(huán)境電離技術(shù)會(huì)使目標(biāo)化合物依據(jù)極性產(chǎn)生不同的加合物[41]。前處理的方法包括有機(jī)溶劑提取法、多次頂空-固相微萃取法、纖維相吸附萃取法以及遷移試驗(yàn)法等。有機(jī)溶劑提取法有兩種，一種是直接用有機(jī)溶劑提取材料中的NIAS[12]；另一種是先用有機(jī)溶劑完全溶解材料，再用沉淀劑使材料析出，分析的目標(biāo)物為上清液中的NIAS[11,38]。由于提取液得到的是材料本身的NIAS而不是遷移出的NIAS，因此有機(jī)溶劑提取法能鑒定出更多數(shù)量的NIAS。固相微萃取常用于提取揮發(fā)性的遷移物[42,37]，而纖維相吸附萃取用于萃取和濃縮低聚物[39]，萃取纖維或者萃取膜的性質(zhì)以及萃取參數(shù)決定了NIAS的性質(zhì)和數(shù)量。在遷移試驗(yàn)中，食品模擬液的性質(zhì)和遷移實(shí)驗(yàn)的條件會(huì)影響目標(biāo)化合物的種類和數(shù)量[12,41]。NIAS的鑒定按目標(biāo)化合物的揮發(fā)性和非揮發(fā)性分別用GC-MS和液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)（liquid chromatographymass spectrometry，LC-MS）進(jìn)行分析，在解譜時(shí)，需要仔細(xì)甄別質(zhì)譜數(shù)據(jù)中源自有機(jī)溶劑的干擾[11]以及可能出現(xiàn)的系列加合物[12,41]。圖1總結(jié)了鑒定可生物降解食品接觸材料中NIAS的常規(guī)步驟。

圖1 可生物降解食品接觸材料中NIAS的分析流程Fig.1 Flow chart for the analysis of NIAS from biodegradable food contact materials

3.1 前處理方法

完全溶解可生物降解食品接觸材料的有機(jī)溶劑含有豐富的遷移物。PLA聚酯用二氯甲烷低溫超聲1 h至完全溶解，再用2 倍體積的乙醇沉淀聚合物，取上清液濃縮并過濾得到的有機(jī)提取液不僅含有酯、酮、醛、酰胺等小分子遷移物，還含有線性乳酸多聚物、己二酸-丁二醇的聚合物、己二酸-丁二醇-己二酸-丁二醇的環(huán)狀低聚物等主要的遷移物[11,38]。淀粉基顆粒等生物聚合物可以用甲醇直接提取，提取時(shí)將固體顆粒樣品壓碎，隨著表面積的增加，提取效率也隨之提高[12]。

MHS-SPME是氣相色譜-質(zhì)譜分析經(jīng)常采用的前處理步驟。需要優(yōu)化的參數(shù)為：SPME纖維的篩選、提取溫度和提取時(shí)間。纖維涂層的篩選取決于目標(biāo)分析物的化學(xué)性質(zhì)。碳分子篩/聚二甲基硅氧烷纖維（carboxen/polydimethylsiloxane，CAR/PDMS）對(duì)低分子化合物更加友好，而聚二乙烯苯/碳分子篩/聚二甲基硅氧烷纖維（divinylbenzene/carboxen/polydimethylsiloxane，DVB/CAR/PDMS）則為高分子化合物及羧酸類的極性化合物提供了更好的萃取結(jié)果[42]。用3 種SPME纖維提取從多層茶杯遷移到茶湯中的遷移物[37]，發(fā)現(xiàn)萃取極性、半極性揮發(fā)物（相對(duì)分子質(zhì)量（Mr）為80～300）的85 μm聚丙烯酸酯纖維提取物中沒有檢測(cè)到任何遷移物，萃取揮發(fā)性化合物（Mr60～275）的100 μm聚二甲基硅氧烷纖維提取物中檢測(cè)到1 種遷移物，萃取痕量化合物（Mr40～275）的50/30 μm DVB/CAR/PDMS提取物中也檢測(cè)到1 種遷移物，但是，與100 μm的纖維提取物相比，響應(yīng)值更大。SPME的萃取溫度高于生物基材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（55～65 ℃），一般為70～80 ℃，萃取時(shí)間在25～30 min，添加質(zhì)量濃度300 g/L氯化鈉可以獲得更好的萃取效果[37,42]。

FPSE是一種新型的樣品制備技術(shù)[39,71]，萃取程序包括清洗、提取、反萃取。在萃取質(zhì)量濃度為30 g/L乙酸模擬液和菠蘿汁中的遷移物時(shí)，溶膠-凝膠（carbowax，CW）、溶膠-凝膠聚四氫呋喃（polytetrahydrofuran，PTHF）和溶膠-凝膠二甲基硅氧烷（dimethylsiloxane，PDMS）3 種FPSE膜表現(xiàn)出較高的富集因子。經(jīng)試驗(yàn)優(yōu)化后，同時(shí)使用PTHF膜和CW膜提取效率最高，F(xiàn)PSE膜在提取階段需要攪拌20 min，在反萃取階段，需要在甲醇中超聲10 min。與直接進(jìn)樣相比，樣品經(jīng)FPSE處理后進(jìn)樣不僅增加了所有低聚物的峰面積，而且檢測(cè)到了新的低聚物[39]。

在評(píng)估NIAS時(shí)，通常會(huì)進(jìn)行遷移試驗(yàn)以測(cè)定特定遷移物的含量。歐盟法規(guī)(EU) No 10/2011[8]和我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 31604.1—2015《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品接觸材料及制品遷移試驗(yàn)通則》[72]都規(guī)定了具體的食品模擬液的類型，以及與之對(duì)應(yīng)的食品種類。遷移時(shí)間和遷移溫度一般選擇可預(yù)見的食品接觸材料最壞的使用條件[9]。遷移條件會(huì)影響可生物降解食品接觸材料中NIAS的遷移。在對(duì)可生物降解茶杯的遷移物研究中，低聚物在冷茶中的遷移量比在熱茶中的低1 個(gè)數(shù)量級(jí)以上[37]，說明溫度促進(jìn)了低聚物的遷移。食品模擬液的性質(zhì)會(huì)影響NIAS的遷移。在淀粉基杯子的遷移試驗(yàn)中，體積分?jǐn)?shù)10%的乙醇和30 g/L乙酸模擬液中未檢出任何化合物，但是，體積分?jǐn)?shù)95%的乙醇模擬液中檢出了14 種不同的化合物。淀粉基杯子在體積分?jǐn)?shù)95%的乙醇和異辛烷中的遷移總量遠(yuǎn)高于在葵花籽油中的遷移總量，可能是體積分?jǐn)?shù)95%的乙醇和異辛烷與生物聚合物發(fā)生了相互作用并且部分溶解[12]。類似地，在PLA薄膜的遷移試驗(yàn)中，只在體積分?jǐn)?shù)95%的乙醇模擬液中鑒定出了2 種NIAS，在體積分?jǐn)?shù)10%乙醇和30 g/L的乙酸模擬液中均未檢測(cè)到任何化合物[11]，或許與可生物降解聚合物自身的疏水性有關(guān)[73]。

3.2 鑒定揮發(fā)性NIAS的分析方法

GC-MS技術(shù)和APGC-QTOF技術(shù)常用于分析揮發(fā)性和半揮發(fā)性的小分子化合物，是2 種功能強(qiáng)大的互補(bǔ)技術(shù)。GC-MS常使用電子碰撞電離（electron ionization，EI）源，這是一種硬電離技術(shù)，電離產(chǎn)生的高能量使化合物碎裂，形成可再現(xiàn)的富含特征片段的質(zhì)譜，通過與美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所（National Institute of Standards and Technology，NIST）數(shù)據(jù)庫(kù)中的現(xiàn)有質(zhì)譜數(shù)據(jù)進(jìn)行相似性比較，可實(shí)現(xiàn)NIAS的初步鑒定，進(jìn)一步確認(rèn)則需要與商用標(biāo)準(zhǔn)品在相似運(yùn)行條件下的保留時(shí)間或Kovats指數(shù)匹配。當(dāng)NIST譜庫(kù)中沒有足夠的相似譜圖時(shí)，需要使用軟電離技術(shù)APGC-QTOF，通過軟件工具可以查看精確質(zhì)量的母離子并鑒定化合物的結(jié)構(gòu)。可用的商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)品可以對(duì)已鑒定的化合物進(jìn)行確認(rèn)[9,15]。APGC這種與環(huán)境相關(guān)的電離易使目標(biāo)化合物形成各種加合物[12]，具體的形成過程則取決于離子源的大氣成分、氣體流速、電暈針相對(duì)于采樣錐孔的位置以及目標(biāo)化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)和反應(yīng)特性。

用GC-MS和APGC-QTOF分析PLA膜、淀粉基杯子等可生物降解食品接觸材料中的揮發(fā)性化合物時(shí)，EI源電壓通常設(shè)為70 eV，全掃描模式，采集范圍一般為m/z50～450，用NIST數(shù)據(jù)庫(kù)鑒定的化合物至少需要700的匹配度；APGC的API源通常采用正極性模式，采集范圍一般為m/z50～650。一些小分子化合物，如甘油，需要用EI源才能檢測(cè)到，而抗氧化劑Irgafos168和己二酸-丁二醇-己二酸-丁二醇的環(huán)狀低聚物只有用APGC源才能檢出[12]，可見，2 種分析方法一起使用才能較為全面地鑒定揮發(fā)性和半揮發(fā)性的遷移物[11]。

3.3 鑒定非揮發(fā)性NIAS的分析方法

液相色譜與質(zhì)譜耦合是分析非揮發(fā)性NIAS的最強(qiáng)大技術(shù)。從軟電離得到的分子離子更利于鑒定化合物結(jié)構(gòu)。但是，與GC-MS不同，LC-MS沒有可用的質(zhì)譜庫(kù)，因?yàn)橘|(zhì)譜離子強(qiáng)度會(huì)隨不同的儀器設(shè)計(jì)、離子源條件、流動(dòng)相組成、緩沖液添加劑和樣品組分發(fā)生變化，實(shí)驗(yàn)室之間很難對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行控制。即便是單一儀器，這些參數(shù)也會(huì)隨時(shí)間發(fā)生變化[74]。用于定量的四極桿在全掃描模式下質(zhì)量數(shù)的準(zhǔn)確度不夠，鑒定能力非常低，需要用到高分辨質(zhì)譜（high resolution mass spectrometry，HRMS）技術(shù)實(shí)現(xiàn)質(zhì)量數(shù)的精確測(cè)定?，F(xiàn)在，具有不同特點(diǎn)的質(zhì)譜儀在化合物鑒定中發(fā)揮出了顯著的優(yōu)勢(shì)。納米電噴霧質(zhì)譜技術(shù)可基于500 000半峰寬（full width at half maxima，F(xiàn)WHM）的高精確度（m/z200）篩查食品包材中聚合反應(yīng)的殘留物、降解產(chǎn)物和添加劑，通過直接分析噴涂有遷移液的納米電噴霧硅基芯片，獲得的質(zhì)譜圖比直接實(shí)時(shí)質(zhì)譜分析法更簡(jiǎn)單，減少了假陽性率[75]。聯(lián)用的離子淌度質(zhì)譜（ion mobility spectrometry，IMS）作為一種新型二維質(zhì)譜可提高峰容量并減少?gòu)?fù)雜食品樣品中的基質(zhì)效應(yīng)[37,76]。通過從高能譜中濾除不同漂流時(shí)間的共流出化合物的高能離子，從多層茶杯中遷移的5 種Cramer I類環(huán)狀低聚物被成功鑒定出來，它們?cè)跓岵柚械倪w移量已經(jīng)超過了1.8 mg/kg的特定遷移量要求[37]。QTOF質(zhì)譜能夠準(zhǔn)確測(cè)定前體離子以及產(chǎn)物離子的質(zhì)量，并提供有關(guān)碎片圖譜的信息，形成的結(jié)構(gòu)信息能確保正確鑒定未知化合物[77]。Aznar等[38]用UPLC-MS-QTOF分別鑒定并比較了PLA聚酯顆粒的有機(jī)溶劑提取液、PLA聚酯薄膜的有機(jī)溶劑提取液和PLA聚酯薄膜的食品模擬液中的NIAS，從三者NIAS的不同分布推斷出了NIAS的可能來源。包含了四極桿、軌道阱分析儀和線性離子阱的三合一高分辨質(zhì)譜儀能夠提高質(zhì)量分辨能力（在m/z200時(shí)FWHM為 450 000）和掃描速率（30 Hz）[78]，允許快速和詳盡地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過將得到的MS3質(zhì)譜與mzCloud譜庫(kù)進(jìn)行匹配或者與MassFrontier的計(jì)算機(jī)質(zhì)量碎裂途徑進(jìn)行比較，可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)化合物的深度識(shí)別。

對(duì)非揮發(fā)性遷移物進(jìn)行分析時(shí)，液譜分析通常用含甲酸的水和含甲酸的甲醇作為流動(dòng)相進(jìn)行梯度洗脫，質(zhì)譜分析一般采用正離子模式，毛細(xì)管電壓2.5～3.0 kV，錐孔電壓20～70 V，MSE模式，在50～1 200m/z范圍內(nèi)采集，低碰撞能（6 V）采集母離子信息，高碰撞能（15～70 V）采集碎片離子信息[37-39,41]。在遷移物的鑒定過程中，雖然數(shù)據(jù)庫(kù)ChemSpider或SciFinder能提供最佳候選化合物，但是仍有一些化合物，如10.57_355.068 6（保留時(shí)間_精確質(zhì)量，下同）、31.90_466.053 8、3.60_331.071 1、0.65_214.917 1等，并不在任何化學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)中，鑒定比較困難[11,38,41]，會(huì)直接影響下一步的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

3.4 NIAS的定量分析

已鑒定的遷移物需要進(jìn)一步定量分析，以便進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。有商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)品的化合物可以利用外標(biāo)法直接定量分析[12,42]。沒有可用的商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)品時(shí)，一般用化學(xué)結(jié)構(gòu)最相似的商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)品對(duì)一些已鑒定的化合物進(jìn)行半定量分析，如用三聚氰胺單體定量三聚氰胺系列衍生物[41]，用鄰苯二甲酸二乙酯定量對(duì)苯二甲酸二乙酯，用癸二酸二辛酯定量肉豆蔻酸肉豆蔻酯、十四烷酸十六烷基酯、十四烷酸十二烷基酯，用呋喃酮定量4-羥基-3,5-二甲基-2-呋喃酮[12]。有研究者對(duì)一種PLA顆粒樣品中提取的低聚物進(jìn)行逐級(jí)分離提純，最后得到2 種低聚物：環(huán)狀(LA)6和線性HO-(LA)4-H，分別用于半定量模擬液和食品中的環(huán)狀和線性低聚物[39]。在一些遷移物的定量分析中，由黏合劑公司合成的高純度聚合物己二酸-二乙二醇環(huán)狀低聚物被用作定量低聚物的標(biāo)準(zhǔn)品，這種化合物的結(jié)構(gòu)和純度均在使用前進(jìn)行過確認(rèn)[11,37]。

4 NIAS的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

已鑒定的NIAS可根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（GB 9685—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品接觸材料及制品用添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》[7]）或者法規(guī)（(EU) No 10/2011[8]）確認(rèn)是否允許在遷移物中存在，標(biāo)準(zhǔn)或者法規(guī)有特定遷移量的限量要求的，應(yīng)根據(jù)定量結(jié)果確認(rèn)是否符合要求。當(dāng)鑒定的NIAS不在標(biāo)準(zhǔn)或者法規(guī)規(guī)定的范圍內(nèi)，一般采用毒理學(xué)關(guān)注閾值法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[9,15]：1）使用應(yīng)用程序Toxtree對(duì)NIAS進(jìn)行分類評(píng)價(jià)，根據(jù)Cramer規(guī)則評(píng)估遷移物的毒性。Cramer規(guī)則的I、II、III類物質(zhì)對(duì)應(yīng)的人均最大每日攝入量分別為1.8、0.54 mg和0.09 mg。Cramer規(guī)則的III類物質(zhì)對(duì)應(yīng)最高毒性。2）估算最大每日攝入量（estimated daily intake，EDI）＝遷移量×食物攝入量×消耗因子。其中，食物攝入量在歐洲為人均1 kg/d；消耗因子代表特定食品接觸材料的每日飲食比例，反映了暴露水平，已被美國(guó)食品和藥品管理局使用多年。3）將遷移物中發(fā)現(xiàn)的NIAS含量與理論最大遷移濃度比較。

將遷移物的EDI與最低可見不良作用水平（lowest observed adverse effect level，LOAEL）進(jìn)行比較，可了解遷移量是否會(huì)導(dǎo)致某些毒性作用。當(dāng)EDI低于LOAEL時(shí)，NIAS的遷移不會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生毒性。以上計(jì)算的Cramer值只有在鑒定的NIAS不存在致癌、誘變和生殖毒性時(shí)才能應(yīng)用。

已有的研究表明，可生物降解食品接觸材料的遷移物中存在高風(fēng)險(xiǎn)化合物。如一些竹基生物聚合物中的三聚氰胺遷移量已經(jīng)超過了2.5 mg/kg的限量要求[41]。在淀粉基生物聚合物乙醇（體積分?jǐn)?shù)95%）模擬液中，3 種Cramer III類化合物和2 種Cramer II類化合物的遷移量超過了最大攝入量的要求[12]。從多層PLA聚酯茶杯遷移到熱茶中的環(huán)狀低聚物超過了Cramer I類化合物的限量要求[37]。

實(shí)際上，用化學(xué)分析方法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估需要確定的化合物結(jié)構(gòu)和準(zhǔn)確的含量信息。目前，化學(xué)分析方法還不能鑒定遷移物中的所有NIAS[38,41]，而且已鑒定的NIAS也只有部分能準(zhǔn)確定量[11-12,37,39,41]。遷移物中的NIAS多為混合物，而混合物存在“雞尾酒效應(yīng)”[79]。有研究表明，當(dāng)雌激素中每種組分的濃度低于其無可見作用水平（no observed effect level，NOEL）時(shí)，這種多組分的雌激素混合物仍會(huì)產(chǎn)生顯著的效果[80]。綜上可見，化學(xué)分析法評(píng)價(jià)NIAS的毒性有一定的局限性。體外生物測(cè)定法提供了有關(guān)混合物危害和質(zhì)量評(píng)估的全面信息，可作為化學(xué)分析評(píng)價(jià)法的補(bǔ)充。已應(yīng)用的3 種主要體外檢測(cè)方法[81-82]包括細(xì)胞毒性分析[83]、遺傳毒性分析[84]和內(nèi)分泌干擾潛力分析[85]。一項(xiàng)涉及9 種材料的43 種日常生物基和/或可生物降解產(chǎn)品及其原料的研究結(jié)果表明，PBAT、PBS、PLA、PHA和竹基等材料的毒理學(xué)和化學(xué)特征并非依據(jù)材料種類而是依據(jù)產(chǎn)品類型有所不同，說明與產(chǎn)品加工相關(guān)的有意添加物和NIAS是需要重點(diǎn)關(guān)注的因素[6]。有研究者將遷移物經(jīng)腸胃道消化后的生物可及性納入了安全性的研究范圍。生物可及性是指食品經(jīng)胃腸道消化后被腸上皮細(xì)胞吸收的最大比例[86-87]。研究顯示，從多層包裝材料黏合劑中遷移的己二酸-二甘醇的環(huán)狀酯和己二酸-二甘醇-間苯二甲酸-二甘醇的環(huán)狀酯經(jīng)胃腸消化實(shí)驗(yàn)（體外）后顯著水解，生物可及性降低，同時(shí)新形成的化合物具有更低的毒性[88]。

5 結(jié) 語

NIAS的成功鑒定取決于化合物的特性、在材料中的濃度、商用標(biāo)準(zhǔn)品的可用度及分離步驟中的分離度[15]?？筛鶕?jù)預(yù)測(cè)的NIAS揮發(fā)性和非揮發(fā)性分別針對(duì)性地選用GC-MS或LC-MS進(jìn)行分析。樣品前處理方法和色譜分離技術(shù)直接影響目標(biāo)化合物的濃度。用QTOF質(zhì)譜鑒定未知化合物時(shí)，電離條件、經(jīng)驗(yàn)公式、候選化學(xué)結(jié)構(gòu)、碎片離子及化學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)都會(huì)影響化合物的鑒定結(jié)果。因此，優(yōu)化質(zhì)譜分析方法和前處理技術(shù)，提高NIAS的檢測(cè)靈敏度、準(zhǔn)確性和可重復(fù)性，是今后NIAS鑒定技術(shù)的努力方向。

NIAS的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估一般優(yōu)先采用毒理學(xué)關(guān)注閾值法。未能鑒定的NIAS以及低于方法檢出限的NIAS也存在安全性風(fēng)險(xiǎn)，可結(jié)合生物測(cè)定法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。在生物測(cè)定法中[89]，與樣品制備相關(guān)的提取、蒸發(fā)、濃縮步驟以及目標(biāo)組分在生物相容性溶劑中的溶解度會(huì)影響測(cè)定結(jié)果。此外，根據(jù)毒理學(xué)終點(diǎn)使用不同的生物模型和不同的暴露時(shí)間、濃度、載體等進(jìn)行不同的測(cè)試也會(huì)形成不一致的測(cè)定結(jié)果，因此，如何選擇可靠的生物測(cè)定方法并加以正確使用，是今后生物測(cè)定法準(zhǔn)確評(píng)估NIAS安全性的研究重點(diǎn)。

遷移到食品中的NIAS在人體消化吸收過程中可能會(huì)發(fā)生一定程度的變化并形成新的化合物，因此，對(duì)NIAS的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估不應(yīng)忽視其生物可及性，這是涉及可生物降解食品接觸材料安全性的關(guān)鍵因素。