紙質包裝材料中芳香胺向食品模擬物改性聚苯醚的遷移量測定

司曉喜，張 蓉，2，張鳳梅，劉志華，何 沛，申欽鵬，蘇鐘璧，朱瑞芝*

(1．云南省煙草化學重點實驗室，云南中煙工業有限責任公司 技術中心，云南 昆明 650231;2．云南大學 化學科學與工程學院，云南 昆明 650091)

紙質包裝材料由于在物理特性、機械操作以及環保易成型等方面性能良好，已廣泛用于食品包裝［1］。但紙質包裝材料在印刷文字或圖案時可能涂覆含有偶氮染料的著色劑，部分偶氮染料在一定條件下可分解還原出具有致癌性的20多種芳香胺類，當與食品接觸時，這些芳香胺可能會遷移到被包裝的食品中，污染食品，并最終危害人體健康［2－3］。目前對芳香胺遷移的相關研究均集中于測定其遷移到水性模擬物中的特定遷移量［4－5］，然而紙質包裝材料主要用于包裝干性食品，開展紙質包裝材料中芳香胺向干性食品遷移量的測定研究，對紙質包裝材料安全性的研究十分重要。

改性聚苯醚(Modified polyphenylene oxide，MPPO)又名Tenax，是一種多孔聚合物，已被廣泛用作干性食品的模擬物［6］。歐盟指令82/711/EEC中推薦其作為干性食品的模擬物［7］，此外，測定礦物油［8］、光引發劑［9］、異噻唑啉酮類［10］等遷移行為的研究均選取Tenax作為模擬物。Tenax作為一種具有廣泛代表性的干性食品模擬物，適合用于遷移量的研究。芳香胺的檢測方法主要有氣相色譜法［11］、氣相色譜－質譜聯用法［12］、液相色譜－質譜聯用法［13］、液相色譜－串聯質譜法［14］等，其中氣相色譜－質譜聯用法能獲得目標物的定性信息，方法簡便，應用廣泛［15］。

本文選取Tenax為食品模擬物，建立了紙質包裝材料中20種芳香胺遷移量的測定方法，并在模擬與食品接觸的條件下，對其遷移量進行測定，為紙質包裝材料的安全性評價提供了數據支持和方法指導。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

Clarus 600 GC氣相色譜儀，配Clarus 600 MS質譜檢測器(美國Perkin Elmer公司);DHG－9140 A電熱恒溫鼓風干燥箱(上海凱郎儀器設備廠);SK250H超聲波清洗器(上海科導超聲儀器有限公司);旋轉蒸發儀(德國Buchi公司);BT224S電子天平(感量:0.000 1 g，賽多利斯科學儀器有限公司);直徑0.6 dm的圓形取樣刀;稱量瓶60 mm×30 mm(昆明楚昊經貿有限公司)。

鄰甲苯胺、2，4-二甲基苯胺、2，6-二甲基苯胺、鄰氨基苯甲醚、對氯苯胺、2-甲氧基-5-甲基苯胺、4-氯鄰甲苯胺、2，4-二氨基甲苯、2，4-二氨基苯甲醚、2-萘胺、4-氨基聯苯、4，4’-二氨基二苯醚、聯苯胺、4，4’-二氨基二苯甲烷、3，3’-二甲基-4，4’-二氨基二苯甲烷、3，3’-二甲氧基聯苯胺、4，4’-二氨基二苯硫醚、3，3’-二氯聯苯胺、4，4’-亞甲基-二(2-氯苯胺)、3，3’-二甲基聯苯胺(標準品，純度≥99%，德國Dr.Ehrenstorfer公司);萘-d8、2，4，5-三氯苯胺、蒽-d10(內標物，純度≥99%，德國Dr.Ehrenstorfer公司);叔丁基甲醚、正己烷(色譜純，德國Merck公司);改性聚苯醚，粒度178～250 μm(德國CNW technology公司);涂布含有20種芳香胺油墨的白卡紙和銅版紙(云南彩豐油墨有限公司印刷制備)。

1.2 標準溶液的制備

分別準確稱取上述20種芳香胺標準品(精確至0.000 1 g)，以叔丁基甲醚為溶劑配成濃度為100 μg/mL的混合標準溶液。分別準確稱取萘-d8、2，4，5-三氯苯胺、蒽-d10內標物，配成20 μg/mL的混合內標溶液。分別準確移取混合標準溶液和混合內標溶液于不同的容量瓶中，配成質量濃度為0.2，1.0，5.0，10.0，20.0 μg/mL的系列標準工作溶液，內標濃度均為1.0 μg/mL。

1.3 氣相色譜－質譜分析

氣相色譜條件:色譜柱為DB－17彈性毛細管柱，固定相為(50% 苯基)－甲基聚硅氧烷(30 m×0.25 mm i.d.×0.25 μm d.f.);進樣口溫度280℃;載氣:氦氣(純度≥99.999%)，恒流流速1.0 mL/min;進樣量1 μL，不分流進樣;升溫程序:初始溫度50℃，保持1 min，以5℃/min升至280℃，保持8 min。

質譜條件:電離方式為電子轟擊源(EI);傳輸線溫度280℃;離子源溫度230℃;電離能量70 eV;溶劑延遲9.0 min;掃描范圍29～300;掃描模式:選擇離子分段掃描(SIM)，選擇離子及保留時間見表1。

表1 20種芳香胺及其內標的定量、定性離子和保留時間Table 1 Qualitative ions，quantitative ions and retention times of 20 aromatic amines and internal standards

1.4 紙樣處理

用圓盤取樣刀將白卡紙和銅版紙裁切成直徑0.6 dm的圓形試樣，并在同一張紙相鄰位置取樣，一份用于測定初始濃度，一份用于遷移實驗，紙樣制備應快速，并確保樣品不受污染。

1.5 紙樣初始濃度的測定

將“1.4”處理后的白卡紙和銅版紙剪碎成5 cm×5 cm的紙樣，置于50 mL具塞錐形瓶中，準確加入10 mL叔丁基甲醚萃取液和0.1 mL 20 μg/mL的混合內標溶液，加蓋后超聲振蕩30 min，取出靜置10 min。將萃取液倒入濃縮瓶中，用旋轉蒸發儀于30℃下濃縮近干，加入2 mL叔丁基甲醚復溶，過0.45 μm有機濾膜后，進GC－MS分析。

1.6 遷移后模擬物的測定

將遷移后的Tenax收集并立即置于50 mL具塞錐形瓶中，準確加入10 mL正己烷和0.1 mL 20 μg/mL的混合內標溶液，加蓋后超聲振蕩15 min后，取出靜置10 min。將萃取液倒入濃縮瓶中，于30℃下旋轉蒸發濃縮近干，加入2 mL叔丁基甲醚復溶，過0.45 μm有機濾膜后，進GC－MS分析。

1.7 遷移實驗

選用帶磨口塞的稱量瓶作為模擬裝置。參照標準BS EN 14338(2003)，將“1.4”中裁好的紙樣平鋪于模擬裝置底部，擬與食品接觸面朝上，準確稱取1.0 g Tenax，均勻平鋪于紙樣上，密封遷移裝置。根據紙質包裝材料可能與食品接觸的具體情況，參照歐盟指令82/711/EEC和EN:13130－1:2004選擇遷移條件，將密封好的遷移裝置于40℃烘箱中進行遷移實驗，遷移時間為10 d。每個實驗條件做兩組平行樣。

2 結果與討論

2.1 樣品前處理條件的優化

采用溶劑提取法對紙樣和模擬物中的目標物進行提取，以加標的紙張和Tenax為樣品，分別考察了不同的萃取溶劑(叔丁基甲醚、甲醇、正己烷、乙腈)、萃取溶劑體積(5，10，15，20 mL)和萃取時間(5，15，30，45，60 min)對目標物萃取率的影響，以20種芳香胺的萃取率總和作為評價指標，結果見圖1。由圖1A可以看出，由于基質不同，不同萃取溶劑對紙樣和Tenax中目標物的萃取效率有差別，其中叔丁基甲醚對紙樣的萃取效果最佳，而正己烷對Tenax的萃取效果最佳。由圖1B可以看出，萃取液體積對紙張和Tenax中目標物萃取效率的影響規律一致，萃取液體積為10 mL時萃取率均達最大值。由圖1C可以看出，隨著萃取時間延長，目標物的萃取率增加，對于Tenax萃取15 min即達到最大萃取率，而對于紙樣30 min方可達到最大萃取率。最終確定紙樣以10 mL叔丁基甲醚為溶劑超聲萃取30 min，Tenax以10 mL正己烷為溶劑超聲萃取15 min。

圖1 不同實驗條件對紙張和Tenax中目標物萃取效率的影響Fig.1 Influences of different conditions on extraction yields from paper sample or Tenax

2.2 分析條件的優化

通常選用非極性彈性毛細管柱分離芳香胺［16］，考慮到目標物的極性，本實驗選擇中等極性的DB－17彈性毛細管柱，既可改善目標物的分離度，又縮短了分析時間。采用不分流進樣模式以提高目標物的響應。由于目標物的沸點較高，為防止高沸點化合物在進樣口和傳輸線中的殘留，設定進樣口溫度為280℃，傳輸線溫度為280℃。為改善目標物的分離效果，采用較緩的升溫程序，最終在280℃下保持8 min，以除去殘留物。對于質譜條件，為提高目標物的靈敏度，離子源溫度設置為230℃;同時根據受干擾小、響應高的原則，優選了目標物的定量離子(見表1)。

采用內標法進行定量，根據目標物的性質、出峰時間等，選取了3個內標物質，分別為萘-d8、2，4，5-三氯苯胺和蒽-d10，各芳香胺采用的內標物詳見表1。在優化條件下20種待測物標準溶液的色譜分離圖見圖2。

圖2 20種芳香胺標準工作溶液的氣相色譜－質譜選擇離子流圖Fig.2 SIM chromatogram of 20 aromatic amines standard substances the numbers denoted were the same as those in Table 1

2.3 方法評價

將標準工作溶液在優化的分析條件下進樣測定，以各芳香胺的定量離子峰面積與內標物定量離子峰面積的比值為縱坐標，各芳香胺的質量濃度為橫坐標，繪制標準曲線。根據保留時間定性，峰面積內標法定量得到各組分的線性方程及相關系數。

分別將空白紙樣和空白Tenax測定20次，以空白響應的3倍標準偏差作檢出限(LOD);將陽性樣品按照上述實驗方法處理后測定，以7次平行樣測定的峰面積計算相對標準偏差(RSD);分別取空白紙樣和空白Tenax，添加含量為0.005，0.02，0.1 mg/dm23個水平的標準溶液進行加標回收率測定，結果見表2。結果表明，在0.001 4～0.14 mg/dm2范圍內，20種芳香胺的線性回歸良好，相關系數(r)大于0.998。方法的LOD為0.000 1～0.000 3 mg/dm2，加標回收率為80.6%～107.2%，RSD為1.9%～6.9%，可滿足測試要求。

表2 方法的檢出限、精密度與回收率Table 2 Detection limit，precision and recovery of the method

2.4 實際樣品遷移量的測定

按照“1.7”所述方法，對涂布有芳香胺的白卡紙和銅版紙樣品(云南彩豐油墨有限公司印刷制備)進行遷移實驗，并采用以上優化的方法進行遷移量的測定。取3份紙樣，按照“1.5”方法處理，測定兩種紙樣中20種芳香胺的初始濃度。根據紙質包裝材料可能與食品接觸的具體情況，參照歐盟指令82/711/EEC和EN:13130－1:2004選擇遷移條件，以最嚴格的條件進行遷移量測定。由于待測樣品擬與食品在常溫下接觸，存放時間不定，因此選取遷移溫度40℃，遷移時間為10 d。每個樣品平行測定3次，遷移后的模擬物Tenax按照“1.6”方法處理，測定其中芳香胺的遷移量。紙樣中20種芳香胺的平均初始濃度及擬與食品接觸條件下模擬物中20種芳香胺的平均遷移量見表3。在該條件下沸點低于300℃、分子量小于150的芳香胺有一定的遷移。

表3 紙樣中20種芳香胺的初始濃度及擬與食品接觸條件下的遷移量Table 3 Initial concentrations of 20 aromatic amines in paper sample and migration quantity in the condition intended to come into contact with foodstuffs

(續表3)

3 結論

本文選取改性聚苯醚(Tenax)作為食品模擬物，建立了溶劑萃取/氣相色譜－質譜聯用法測定紙質包裝材料中20種芳香胺遷移量的方法，該法測定20種芳香胺的RSD為1.9%～6.9%，檢出限為0.000 1～0.000 3 mg/dm2，加標回收率為80.6%～107.2%。所建立的方法前處理簡單，準確性高，重復性好，適用于紙質包裝材料中芳香胺遷移量的測定。在擬與食品接觸條件下，沸點偏低、分子量偏小的芳香胺有遷移到食品中的潛在風險。本方法可為進一步研究不同性質芳香胺的遷移規律提供指導，為紙質包裝材料的安全性研究提供理論基礎和數據支持。

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