硅橡膠模具中三種環硅氧烷遷移到蛋糕中的檢測方法及安全評估

劉宜奇，胡長鷹*，商貴芹，張泓，曾瑩，朱蕾，鐘懷寧

1(暨南大學 食品科學與工程系，廣東 廣州， 510632) 2(常州進出口工業及消費品安全檢測中心，江蘇 常州，213000) 3(國家食品安全風險評估中心，北京，100022) 4(廣州海關技術中心,國家食品接觸材料檢測重點實驗室，廣東 廣州，510070)

硅橡膠(silicon rubber)是由聚硅氧烷、白炭黑以及各種補強填料在加熱和加壓條件下硫化生成的有機硅彈性體，其主鏈是由硅原子和氧原子交替組成的(—Si—O—Si—)，側鏈則是以Si—C鍵連接的各種有機取代基，如甲基、乙基和苯基等，其相對分子質量較大(一般超過1.5×105)[1-2]。硅橡膠制品既具有無機高分子物的耐熱性，又具有普通有機高分子的柔順性，故廣泛應用于食品接觸材料，如高壓鍋密封圈，烤盤，蛋糕模具，蒸墊以及嬰兒奶嘴等。硅橡膠焙烤模因具有各種各樣的模型，如小動物模型、花型、心型、和字母型等，因價廉易得，被廣泛用于家庭焙烤中使用，深受人們的喜愛。有研究[3]通過吹掃捕集-氣質聯用法，發現72種食品接觸硅橡膠焙烤制品中D4～D6的檢出率均為92%。硅橡膠焙烤模具在使用過程中經受著高溫惡劣環境，長時間的使用會促進硅橡膠的熱降解反應，而硅橡膠在熱氧老化過程中會發生側鏈甲基的氧化反應和主鏈的降解斷裂反應，這進而生成小分子環硅氧烷，如D4和D5等[4-7]。D4～D6等小分子環硅氧烷可能具有致癌性和生物富集毒性[8-11]。環硅氧烷D4～D6具有親脂性[12-13]，而焙烤蛋糕是高脂性食品，在加工過程中硅橡膠焙烤模具中的D4～D6可能遷移至食品中。

目前，FENG等[14]建立了吹掃捕集-氣質聯用法、固相微萃取-氣質聯用法和溶劑提取-氣質聯用法3種方法對硅橡膠制品中D4～D6含量的測定。ZHANG等[15]發現硅橡膠烤盤模具在40 ℃牛奶中浸泡6 h，D4～D6基本不發生遷移，而在40 ℃條件下浸泡在50%乙醇72 h和95%乙醇2 h后D4～D6有檢出，D4～D6的最大遷出量分別為42、36和155 ng/mL，該遷移量少可能由于硅橡膠模具中D4～D6的初始含量較少所導致。而關于食品接觸材料硅橡膠中環硅氧烷向食品模擬物的遷移，《T/GDAQI 003—2018 食品接觸用硅橡膠中揮發性甲基環硅氧烷遷移量的測定》[16]規定，D4～D6每種環硅氧烷的遷移量的定量限為0.2 mg/kg， 但對于硅橡膠焙烤模具中環硅氧烷在真實高溫加工下遷移到食品中的檢測方法尚未建立。因此，建立對硅橡膠模具烘培后蛋糕中D4～D6含量的簡便檢測方法以及對蛋糕中D4～D6的遷移量進行閾值評估(TTC)法安全評估具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 樣品與試劑

硅橡膠焙烤模具(長28.00 cm，寬24.00 cm，高3.50 cm) 為某品牌焙烤模具產品，購買于淘寶；雞蛋、小麥粉、玉米油、食鹽和泡打粉，購買于本地超市；八甲基環四硅氧烷(GC≥98.0%)、十甲基環五硅氧烷(GC≥99.0%),上海阿拉丁有限公司；十二甲基環六硅氧烷(純度≥97%)，上海源葉生物科技有限公司；乙腈(色譜純)，美國Fisher公司；無水硫酸鈉(AR)，廣州化學試劑廠；高純氦氣(純度≥99.999%)，空氣化工氣體(東莞)有限公司。

1.2 儀器

7890A-5975C氣相色譜-質譜聯用儀，美國Agilent公司；EL104電子分析天平(0～120 g，精度0.000 1 g)，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；YP10KN電子天平(1～10 000 g，精度1 g)，上海精密科學儀器有限公司；KB3漩渦儀，海門市其林貝爾儀器制造有限公司；SK250LH超聲波清洗器，上海導超聲儀器有限公司；VH-24遠紅外線食品烘箱，太原創旭食品機械設備有限公司；CX-6627打蛋器，廣東志高空調有限公司；料理機，九陽股份有限公司；尼龍濾膜(孔徑0.22 μm)，天津津騰實驗設備有限公司；移液器(20～200 μL，100～1 000 μL，5 mL)，德國Brand Transferpette公司。

1.3 試驗方法

將200 g雞蛋和200 g玉米油攪拌混勻后，加入200 g白砂糖和4.000 0 g食鹽快速攪拌均勻，形成勻漿；將200 g小麥粉與2.400 0 g泡打粉混合，分3次篩入上述勻漿中，每次篩入后都要充分攪拌。將混勻的蛋糕糊分別快速注入硅橡膠模具和鋁合金焙烤模具中，模具中不能抹油[17]。注模后要在操作臺上輕輕摔打模具，使混入的大氣泡振出[18]，用牙簽把氣泡戳破。調整烤箱的溫度至上火溫度為180 ℃，下火溫度為175 ℃， 開啟烤箱恒溫一段時間后，焙烤蛋糕30 min，蛋糕表面形成淡淡的焦黃色。以鋁合金焙烤模具作為焙烤對照，硅橡膠模具作為試驗組，均焙烤3份。

用刀具將離蛋糕邊緣1.00 cm寬的部分切下來作為邊緣的蛋糕；把蛋糕中間位置的底部高1.00 cm的蛋糕切取下來作為底部的蛋糕；取蛋糕中間長24.00 cm、寬1.00 cm位置作為整體的蛋糕，分別使用料理機快速粉碎，存放離心管中，擰緊蓋子，待用。

1.3.2 氣質聯用色譜條件

GC-MS條件：HP-5MS色譜柱(30 m×250 μm×0.25 μm，美國Agilent公司)；載氣為高純He，純度≥99.999%；載氣流速為1 mL/min，進樣口溫度為230 ℃；分流比(2∶1)；升溫程序為40 ℃保持1 min，以20 ℃/min升溫至220 ℃，再以40 ℃/min升溫至315 ℃保持4 min。離子源為電子轟擊(EI)；電子能量為70 ev；四極桿溫度為150 ℃；離子源溫度為230 ℃，傳輸線溫度為230 ℃；采用離子檢測(SIM)模式，其中D4的m/z為281.00，282.00，133.00；D5的m/z為355.0，267.00，73.00；D6的m/z為341.00，429.00，325.00，73.00；溶劑延遲4.5 min。

1.3.3 樣品前處理

焙烤蛋糕屬于高脂類食品，在預試驗中發現正己烷對D4～D6的提取能力比乙腈好，但油脂能溶于正己烷，故若使用正己烷提取蛋糕中的D4～D6，蛋糕中大部分的油脂也會被提取出來，高含油量的正己烷不適宜直接使用GC-MS檢測，因為這會污染儀器，滯留在襯管中的油脂也會對下次進樣的D4～D6有一定的吸附作用，進而降低儀器的準確度。由于乙腈與油脂不相溶，且乙腈對蛋糕的D4～D6也具有較好的提取能力，可通過優化提取條件，盡可能地將蛋糕的D4～D6提取出來。

超聲時間的優化：取2.000 0 g蛋糕于試管底部，加入1.000 0 g無水硫酸鈉和4 mL乙腈，渦旋混勻30 s后，分別在(16±2)℃下超聲10、20、30、40、50和60 min，再渦旋1 min，將提取液定容至10 mL，過0.22 μm 有機濾膜后，待上GC-MS。

判斷走棋規則是否合法。如果非法，輸出結果；如果合法，則判斷落點是否有子。如果落點沒有棋子，更新棋盤。如果落點有子，首先判斷是否為本方棋子，如果是本方棋子，輸出結果；否則，更新棋盤。如果吃掉的棋子為敵方將帥，則輸出結果勝利。執行步驟4行棋結束后，判斷兩帥是否相對，如果相對執行步驟4。

提取次數的優化：在以上優化的超聲時間下，分別重復提取1、2、3和4次，將提取液定容至10 mL，過0.22 μm有機濾膜后，待上GC-MS。

1.3.4 標準曲線及檢出限

準確稱取一定質量的D4～D6標準品，用乙腈配制和稀釋成30 μg/mL的標準儲備液，保藏于4 ℃的冰箱中。經過稀釋后，配置成120、300、600、1 200和3 000 ng/mL的標準溶液。

1.3.5 回收率及精確度

取D4～D6陰性蛋糕樣品2.000 0 g，分別加入200、600和2 000 ng/mL 3個不同濃度的D4～D6標準溶液，以優化的條件進行前處理，平行測定6次，計算其回收率和精密度。

1.3.6 不同位置的蛋糕中D4～D6的含量

對不同位置的蛋糕按照以上優化后的方法進行檢測，平行3次。

1.3.7 D4～D6含量的計算

(1)

式中:X為樣品中D4～D6的含量，mg/kg；C為標準曲線定量的樣品D4～D6質量濃度，ng/mL；C0為空白的D4～D6質量濃度，ng/mL；V為定容體積，mL；m為樣品質量，g；1 000為單位換算倍數。

1.3.8 D4～D6的結構分類

利用歐洲化學品局建立的Toxtree軟件對化學物進行Cramer結構分類。

1.3.9 EDI的計算

針對無暴露量數據或新發現的物質，需對其暴露量進行估算，才能進一步的與法規的TTC閾值進行比較，從而進行安全評估[19-21]。EDI的計算如式(2)：

EDI=Q×0.007 4 kg×CF×1 000

(2)

式中：EDI為D4～D6估算的每日膳食量，μg/d；Q為D4～D6的遷移量，mg/kg；0.007 4 kg為2010年～2012年中國城鄉居民的每人每日平均的糕點膳食量[22]，假設中國城鄉居民膳食的糕點均由硅橡膠模具烘培；CF為校正因子；1 000為單位換算倍數。

CF是指與特定包裝材料相接觸的食品占食品總攝入量的百分數，由于目前僅有部分接觸材料的CF值，基于安全評估，對于其他暫無該值的包裝材料，取CF的值為1，故本文CF值取1。

1.3.10 結果判斷

當化學物的暴露水平低于TTC閾值時，不需要引起健康關注；反之，則需要對該化學物進行進一步毒理學評價或個案評估[19]。

2 結果與分析

2.1 超聲時間的優化

由圖1可見，在超聲時間為0～20 min時，乙腈對蛋糕中的D4～D6的提取能力是逐漸增大，但在超聲時間為20～60 min時，乙腈對蛋糕中的D4～D6的提取能力達到最大，基本飽和，故選擇超聲時間20 min 為最優提取時間。

圖1 超聲時間對蛋糕中D4～D6提取能力的影響Fig.1 Influence of ultrasonic time on extraction of D4-D6 from cake

2.2 提取次數的優化

由圖2可知，隨著重復提取次數的增加，乙腈對蛋糕中的D4～D6的提取效果會增強，但在第3次和第4次提取時，乙腈對D4～D6的提取效果基本不變，這滿足一般提取規律。本文選擇重復超聲提取3次為最優提取次數。

圖2 超聲提取次數對蛋糕中D4～D6提取效果的影響Fig.2 Influence of ultrasonic extraction times on extraction of D4-D6 from cake

2.3 方法驗證

D4～D6在0.12～3.00 μg/mL線性良好，回歸方程分別為:Y=26.663X-722.55、Y=26.663X-722.55和Y=26.663X-722.55，相關系數R2≥0.996 9， 扣除空白背景后，其檢出限(信噪比為3)分別為3.10、3.29和6.96 ng/mL，定量限(信噪比為10)分別為10.33、10.97和23.20 ng/mL。

在加標回收試驗中，D4～D6的回收率為86.10%～104.62%，相對標準偏差(RSD)為3.16%～7.53%，這表明該方法對硅橡膠中D4～D6的定量具有較好的可信度。

2.4 蛋糕中D4～D6的含量

經檢測，發現鋁合金模具烘培的蛋糕中未檢出D4～D6，而由硅橡膠模具烘培的蛋糕檢出D4～D6，這說明了蛋糕中D4～D6來自硅橡膠模具，這可能由于D4～D6具有親脂性，在高溫條件下硅橡膠中D4～D6容易遷移至蛋糕中。由表1看出，底部的蛋糕中D4～D6的含量分別為2.04、7.32和6.20 mg/kg，而邊緣的蛋糕中D4～D6含量分別為0.67、3.23和3.62 mg/kg。可見，邊緣的蛋糕與硅橡膠模具的接觸面積(側面和底面)比底部的蛋糕的接觸面積大，但其D4～D6的含量卻低于底部的蛋糕，其含量分別是底部的蛋糕的0.33、0.44和0.58倍。這可能是由于蛋糕在烘培過程中會膨脹，內部形成大小不一的氣孔，對遷移出來的D4～D6具有一定的滯留作用，進而在蛋糕底部積累較多的D4～D6，而邊緣的蛋糕在烘培過程中直接承受的溫度比蛋糕底部的溫度高，這會加速邊緣的蛋糕中油脂的揮發和抑制邊緣的蛋糕的膨脹，進而降低了蛋糕對D4～D6的吸附能力，同時高溫也會促進D4～D6的揮發，從而降低了邊緣的蛋糕中D4～D6含量。低分子質量環硅氧烷具有揮發性，高溫下會促進D4～D6的揮發，其中D4的沸點最低為175 ℃與焙烤溫度相近，所以在烘培過程中邊緣的蛋糕中的D4更容易逃逸，D5次之。整體的蛋糕中D4～D6的含量分別為1.16、4.10和3.30 mg/kg， 此含量低于底部的蛋糕，高于邊緣的蛋糕，符合一般規律。由硅橡膠模具焙烤的蛋糕中D4～D6的總含量為8.56 mg/kg。相關研究[22]也表明，使用硅橡膠烘烤面包過程中，環硅氧烷會遷移到面包中。由此可測，在食品加工過程中，烤盤類硅橡膠中D4～D6會向食品中發生遷移，這可能對人體健康存在一定的健康風險，不可忽視。

表1 不同位置的蛋糕中D4～D6的含量Table 1 The contents of D4-D6 in cakes at different locations

2.5 D4～D6的TTC安全評估

由表2可知，經TTC法判斷D4～D6均為Cramer Ⅲ類結構。由MUNRO[23-24]建立的閾值作為TTC閾值標準，故D4～D6的閾值為90 μg/d，見表3。

表2 D4～D6的TTC安全評估Table 2 The TTC security evaluation of D4-D6

表3 不同分類化合物的TTC閾值Table 3 The TTC thresholds of different compounds

注：*表示TTC閾值設定以60 kg體重進行計算的。b.w.表示體重。

以由硅橡膠焙烤模具烘焙的蛋糕中D4～D6的總遷移量來計算EDI值，可得邊緣蛋糕中D4～D6的總EDI值、底部蛋糕中D4～D6的總EDI值和整體蛋糕中D4～D6的總EDI值分別為55.65，115.14和63.34 μg/d。該結果與TTC閾值作比較，發現邊緣蛋糕中D4～D6的總EDI值和整體蛋糕中D4～D6的總EDI值

3 結論

本文通過用硅橡膠模具和鋁合金模具烘培蛋糕；采用溶劑提取-氣質聯用法，以乙腈為提取溶劑在優化超聲提取時間為20 min和提取次數3次下對蛋糕進行前處理，建立對硅橡膠模具烘培的蛋糕中D4～D6含量的簡便快速檢測方法。采用本文建立的方法檢測的蛋糕中D4～D6的含量，發現由鋁合金模具焙烤的蛋糕中未檢測出D4～D6，而由硅橡膠模具焙烤的蛋糕中D4～D6含量分別為1.16、4.10和3.30 mg/kg。TTC法認為D4～D6屬于Cramer Ⅲ類物質，蛋糕中D4～D6的總EDI值低于TTC閾值。這表明該方法可有效簡捷檢測蛋糕中D4～D6的含量，同時食品接觸材料硅橡膠焙烤模具中D4～D6在加工過程中遷移到食品中的安全性不可忽視，需進一步研究硅橡膠中D4～D6遷移到蛋糕中各個位置的具體狀況和焙烤用油量對硅橡膠中D4～D6遷移的影響以及D4～D6的相關毒理學。