食品中苯系物的成因及檢測研究進展

余文琴，李根容，童蘭艷，朱玲玲

（1.重慶市計量質量檢測研究院，重慶401123；2.國家農副加工產品及調味品質量監督檢驗中心，重慶401123）

苯系物一般是指苯、甲苯、乙苯、（鄰、間、對）二甲苯的總稱。其廣泛應用于涂料、合成橡膠、農藥和化工中間體的生產。早在1897 年，苯的基因毒性和致癌作用已被人類所悉知[1]。世界衛生組織國際癌癥研究機構公布的最新致癌物清單中，苯為一級致癌物[2]。苯系物對肝臟、腎臟、肺、心臟和神經系統均有危害[3]，甚至發生過因苯污染引起的食物中毒事件[4]，造成嚴重后果。苯、甲苯、乙苯和二甲苯均在美國環境保護局的129 種優先污染物名單中[5]，并將其在水中的最大污染限量分別定為0.005、1、0.7、10 mg/L，歐盟將水中苯的限量值定為0.001 mg/L[6]。

雖然吸入是接觸苯系物的最常見途徑，但吸入的苯系物只有50%被吸收，而食品中的苯系物則會百分之百被人體吸收[7]。由于苯系物在體內的潛伏期很長，研究表明即使是極微量的苯系物，由于生物蓄積效應，也會造成基因毒性，損傷造血系統，并使染色體畸變，從而導致白血病[8-12]，甚至出現再生障礙性貧血[13]。

本文對食品中苯系物可能的產生原因進行系統分析，并就食品中苯系物的檢測方法以及世界各國對食品中苯系物含量調研的結果進行綜述，旨在為食品生產企業提供一些指導，防止食品中可能出現的苯系物污染。

1 食品中苯系物的來源

世界衛生組織國際癌癥研究機構認為苯對人類具有致癌性，并將其存在于食品中歸因于各種潛在來源：包裝、儲存環境、受污染的飲用水、烹飪過程、輻照過程以及苯甲酸鹽等食品防腐劑的降解[7]。陳艷彬等[14]指出，果汁中的苯系物的主要來源為水污染、包裝材料遷移和食品添加劑衍生生成。根據具體情況分析，食品中苯污染來源可能有以下幾種。

1.1 工業污染

工業污染造成的環境惡化對食品安全構成了嚴重威脅。隨著近些年世界各國經濟的迅猛發展，環境問題也隨之而來，工業污染、環境的惡化是影響食品安全很重要的一個方面。不斷發生的化工爆炸，化工原料泄露等事件造成大量水源、土壤和空氣受到苯系物污染，間接污染食品生產的原材料如水，食品存儲環境等，造成食品中苯系物的污染。

1.2 食品包裝遷移

食品包裝作為食品的“貼身衣物”，其在原料、輔料、工藝等方面的安全性，直接影響食品的質量安全。塑料、紙質、復合材料等食品包裝材料中有害物質的遷移現已成為食品安全隱患的重要組成部分。

食品軟包裝大都采用凹版印刷技術，食品包裝材料中添加的功能性助劑以及包裝印刷過程中會使用的油墨、溶劑及輔料含苯、甲苯、二甲苯等有害化工原料，久而久之這些有害物質便會遷移或者揮發至食品中。首先，常用包材存儲方式為食品包裝印刷面與內層直接接觸，尚未揮發的大量有害溶劑遷移至食品包裝內層，直接進入食品中。其次，殘留在復合膜之間的有害物質也會從膜表面滲入食品中。

1.3 苯甲酸脫羧產生苯

由于加工食品需求不斷增長，防腐劑在食品加工中使用越來越頻繁。苯甲酸廣泛用作食品防腐劑，可抑制微生物增殖，防止食品腐敗變質。英國食品標準局通過檢測英國和法國市場流通的230 種軟飲料，發現有的飲料中苯的含量超過飲用水限值的8 倍。食品科學家指出，飲料中出現高含量的苯，原因在于飲料中的防腐劑苯甲酸鈉和抗壞血酸在一定條件下反應生成了致癌物苯。苯甲酸鈉是常用的食品防腐劑，由于價格便宜，在世界各國均被廣泛使用。抗壞血酸則是許多食品原料中的天然成分，同時也作為營養強化劑或抗氧化劑被應用于食品工業中。但是在一定條件下，抗氧化劑可以成為一種氧化劑，促進苯甲酸鈉的脫羧作用[15]。

1965 年，Matthews 等[16]發現，對苯甲酸鈉溶液進行輻照會導致羥基自由基對苯甲酸鹽的攻擊，形成不穩定的苯甲酸自由基，容易失去附著在芳香環上的二氧化碳，從而形成苯。自此之后，大量學者致力于相關方面的研究。1993 年，Gardner 等[17]發現，苯甲酸鈉在抗壞血酸的作用下脫羧導致苯的產生，Javier Casado 等[18]的研究也證實了這一反應的存在。近年來的研究發現，包括Cu2+和Fe3+在內的過渡金屬，光和熱對這種脫羧反應有加速作用。過渡金屬，如Cu2+和Fe3+，可能會催化抗壞血酸上的一個電子轉移到氧上，產生超氧自由基，然后經過自發的反突變形成過氧化氫，這些金屬也催化了過氧化氫的進一步還原，這種還原可能產生羥基自由基，它可以脫羧酸，形成苯[19]。許多學者使用含有苯甲酸鈉和抗壞血酸鈉的食品或者直接添加苯甲酸鈉和抗壞血酸的液體模型來模擬食品，以驗證苯的形成及其內在因素的影響，如原料、pH 值、苯甲酸鈉、抗壞血酸和金屬離子的濃度等[15]。有的學者還研究了溫度、紫外線輻射[20-21]和儲存時間等外在因素的影響。

2 食品中苯系物的檢測方法

食品中苯的檢測并無相關標準，僅GB/T 5750.8-2006《生活飲用水標準檢驗方法有機物指標》規定了水中苯及其它苯系物的檢測方法[22]，主要包括溶劑萃取填充柱氣相色譜法，溶劑萃取毛細管柱氣相色譜法，頂空填充柱氣相色譜法和頂空毛細管柱氣相色譜法。由于填充柱理論塔板數低，除水之外的其它食品基質復雜，填充柱很難滿足復雜基質的產品檢測。食品中苯系物的檢測方法主要是氣相色譜法和氣相色譜質譜聯用法。此外近年來也有學者用其它方法檢測苯系物，如分光光度法和電化學法。

2.1 氣相色譜法和氣相色譜串聯質譜法

氣相色譜法結合火焰離子化檢測器（gas chromatography-flame ionization detector，GC-FID） 是分析苯系物的傳統方法。近年來隨著質譜的普及，質譜具有更好的選擇性和靈敏度，可以避免假陽性、假陰性的產生，越來越多的學者采用氣相色譜串聯質譜法（gas chromatography-mass spectrometer，GC-MS） 來進行食品中苯系物的分析。

苯系物檢測的前處理技術如吹掃捕集（purge&trap，PT）、頂空（headspace，HS）、固相萃取（solid phase extraction，SPE）和固相微萃取（solid phase microextraction，SPME）等已得到廣泛應用。其中一些技術已被用于環境樣品的預濃縮和洗脫富集后的色譜分析，也有學者將其用于復雜食品基質的前處理。靜態頂空氣相色譜是傳統的苯系物檢測方法，SPE 和SPME 等則是近年發展起來的新方法，此外還有液相微萃取（liquidphase microextraction，LPME）、單滴微萃取（single drop microextraction，SDME）等。一些學者對傳統 LPME 做出改進，提出了分散液液微萃取（dispersive liquid-liquid microextraction，DLLME）和乳化液液微萃取（emulsion liquid microextraction，ELLME）等先進技術。有學者將頂空-單滴微萃取（headspace-single drop microextraction，HS-SDME） 與 DLLME 測定果汁飲料中苯做比較，結果表明，DLLME 雖然簡單、快速，但HSSDME 的檢測限和重復性較好[23]。由此可見近年來新興的一些前處理技術各有優勢，近年來食品中苯系物檢測方法見表1。

表1 不同食品基質中苯系物檢測方法的比較Table 1 Comparison of detection methods for benzene series in different sample matrices

從表1 可以看出，采用SPME 檢測苯系物仍然是主流。SPME 作為新興的一種集采樣、預濃縮和直接采樣于一體的無溶劑樣品制備技術受到廣大研究者青睞，SPME 不僅環保，而且提高了方法的選擇性和靈敏度。有學者甚至提出將SPME 和LPME 作為傳統前處理方法的替代方法。SPME 涂層的組成和結構材料在苯系物檢測技術中起著至關重要的作用。因此，開發更高效、穩定的SPME 涂料是近年來發展趨勢。Cen 等[37]制備具有獨特形貌與結構的三維石墨烯碳納米管復合材料，采用直接涂覆法在不銹鋼絲表面制備了固相微萃取纖維涂層材料，用于水中苯、甲苯、乙苯、間二甲苯的測定，與傳統聚二甲基硅氧烷（polydimethylsilox-ane，PDMS）纖維相比，自制涂層對苯系物具有較高的萃取性能。Jiang 等[29]將浸涂技術與溶劑蒸發誘導自組裝方法相結合，制備了負載型有序介孔碳膜，采用GC-FID 對水樣中5 個苯系物（苯、甲苯、乙苯、對二甲苯和間二甲苯）進行分析，評價了有序介孔碳膜纖維的性能，分析結果表明，制備的有序介孔碳膜線性范圍寬，檢出限低，重復性好，比傳統SPME 萃取效率高。因此進一步探索高性能SPME 涂層材料，以達到更高的選擇性和回收率，以適應更復雜的食品基質中苯系物的檢測是未來的發展趨勢。

2.2 其他方法

早期，有人報道了利用分光光度法[42-43]檢測水中苯系物。雖然分光光度法方法不如傳統色譜分析靈敏度高，但是分光光度計具有便攜、易攜帶的優點，可用于苯系物的現場檢測。Karlowatz 等[44]采用衰減全反射中紅外光譜法同時檢測苯、甲苯和3 種二甲苯異構體，但是此方法靈敏度較低，二甲苯異構體的檢出限均低于20 μg/L，苯的檢出限為45 μg/L，甲苯的檢出限為80 μg/L。石海峽等[45]自制的高場不對稱波形離子遷移譜裝置實現了現場環境下水中微量苯的快速檢測，檢出限為 0.89 μg/L，定量下限為 2.96 μg/L，均小于國家飲用水中苯的限值10 μg/L，該方法的優點在于裝置易于微型化，可以實現水中苯含量的現場檢測。De Freitas 等[46]采用與金剛石電極相結合的方波伏安法建立了同時測定水中苯、甲苯和二甲苯的電化學方法，苯、甲苯和總二甲苯的檢出限分別為 3.0×10-7、8.0×10-7、9.1×10-7mol/L，回收率分別為98.9%，99.2%和99.4%，該方法比氣相色譜法簡單、快速。缺點是該方法的檢出限和定量限高于飲用水中苯系物的限量水平。

綜上可以看出目前食品中苯系物測定對象僅局限于簡單食品基質如水、飲料，由于前處理方法的限制，對于復雜食品基質中苯系物的檢測研究較少。儀器方法主要采用氣相色譜法或者氣相色譜質譜聯用法。今后的研究方向在于開發靈敏度回收率更高的穩定的前處理方法，以適應復雜食品基質中苯系物的檢測需求。

3 各國食品中苯系物含量調查

由于苯甲酸脫羧會產生苯的風波不斷，世界各國學者對各國的食品做了大量調研工作，以統計食品中苯含量水平，評估食品中苯含量是否會對人類造成影響。但尚未見有對除苯外的苯系物含量的大規模調查研究。

美國食品藥品監督管理局發現一款名為CLSCO的飲料中苯含量高達 87.9 μg/L[47]。Arisseto 等[48]測定了巴西市場77 種飲料中苯的濃度，苯的濃度范圍0.08 μg/kg～10.84 μg/kg，調查結果表明 72.2%的樣品中苯含量大于1 μg/kg。Vinc 等[35]檢測了比利時市場上455 組不同食品中苯的含量，發現58 %食品中均檢出苯，熏烤食品和罐頭類食品含量較高，最高值達76.21 μg/kg。Van Poucke 等[39]對比利時市場的軟飲料進行調查，10 個樣本高于 1 μg/L，1 個樣本的濃度為10.98 μg/L。Mcneal 等[20]對包括雞蛋在內的 50 多種食物的分析表明，不添加苯甲酸鈉的食物的苯含量低于2 μg/kg，但是在同時含有苯甲酸鹽和抗壞血酸的食物中，苯的濃度為 1 μg/kg～38 μg/kg。Techakriengkrai I等[49]采集泰國市場上48 組非酒精飲料，其中有13 組（27.8%）樣品中苯的含量為 5.47 μg/L～16.91 μg/L，其中有 4 組（8.33%）大于 10 μg/L。Cao 等[50]檢測加拿大市場上124 種軟飲料樣品中的苯含量，6 種產品的平均苯含量超過了加拿大飲用水中苯的最高可接受濃度5 μg/L，其中 2 種產品的苯含量超過了 10 μg/L，一種專門針對兒童銷售的軟飲料中苯含量最高，為23 μg/L。

Gardner 和Lawrence 的研究表明在同時含有苯甲酸和抗壞血酸的食物中會生成一級致癌物苯[19]，此外食品包裝的苯系物遷移也已成為食品安全隱患的重要組成部分。我國尚未對食品中苯系物含量情況做過相關調研，鑒于國外的研究結果，我國也有必要對食品的苯及其他苯系物含量情況調研，評估食品中苯系物含量的安全風險，保障大眾飲食安全。

4 前景及展望

隨著世界人口的不斷增長，如何正確解決食品及其安全性問題已成為各國政府共同關注的問題。食品中苯污染在國外研究較多，國內外均對食品中其他苯系物污染研究較少，由于食品基質的復雜性，對苯系物的研究僅僅停留于簡單基質如水，飲料，對于復雜基質中的苯系物檢測研究甚少，間接影響了對食品中苯系物污染情況的評估，因此今后的發展方向在于開發出適應復雜食品基質中苯系物檢測的方法，為食品中苯系物的調查研究提供技術支撐。