氣相色譜-質譜聯(lián)用法檢測食品復合包裝材料中17種丙烯酸酯類單體的殘留量及遷移量

張勤軍，貝榮華，張 泓，胡長鷹,4,

（1.暨南大學包裝工程學院，廣東省普通高校產品包裝與物流重點實驗室，廣東 珠海 519070；2.廣州海關技術中心，廣東 廣州 510623；3.國家食品安全風險評估中心，北京 100022；4.暨南大學理工學院，廣東 廣州 510632）

丙烯酸酯類化合物因具有良好的耐紫外線、耐酸堿等優(yōu)點，常作為膠黏劑廣泛應用于紙塑、鋁塑等食品復合包裝材料中[1-5]。此類化合物為無色透明液體，易揮發(fā)，對眼睛、皮膚、呼吸道等有強烈刺激性和腐蝕性，高濃度吸入會引起肺水腫，對人的神經系統(tǒng)、中樞系統(tǒng)有損壞作用，嚴重者還有一定致癌性[6-11]。

使用丙烯酸酯類膠黏劑的食品復合材料在與食品接觸時，丙烯酸酯類單體會穿過與食品接觸的內層膜遷移到食品中，從而危害身體健康[12-13]。因此，歐盟EU No.10/2011[14]法規(guī)和GB 9685—2016《食品接觸材料及制品用添加劑使用標準》[15]規(guī)定，食品包裝材料中丙烯酸酯類化合物向食品模擬物中的遷移量總和不得超過6 mg/kg。

目前，檢測丙烯酸酯類化合物的方法主要有氣相色譜法[16]、氣相色譜-質譜法[17]、高效液相色譜法[18]等。如李成發(fā)等[19]采用液相色譜法測定了食品包裝材料中12 種丙烯酸酯類單體向不同食品模擬物中的遷移量。Canellas等[20]采用大氣壓氣相色譜-飛行時間質譜法對3 種丙烯酸酯膠黏劑中16 種成分進行定性分析，并采用氣相色譜-質譜法對3 種丙烯酸酯膠黏劑的定性物質向固體模擬物Tenax中的遷移量進行測定，但這些方法存在前處理繁瑣、檢出限高、檢測周期長等缺陷，難以滿足同時對多種丙烯酸酯類化合物的定量分析要求。本實驗采用氣相色譜-質譜法測定膠黏劑和食品復合包裝材料中丙烯酸酯類單體的殘留量及復合膜中丙烯酸酯類單體向油性食品模擬物異辛烷的遷移量，該方法能在17 min內同時檢測17 種物質，快速高效、操作簡單，可滿足日常檢測需求，同時為丙烯酸酯相關標準的建立提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

表1 35 種樣品信息Table 1 Information about 35 kinds of food composite packaging materials tested in this study

6 種食品復合材料用膠黏劑，由漢高粘合劑有限公司和仙鶴股份有限公司提供；市場上35 種鍍鋁復合、鋁塑復合、紙塑復合及鋁紙塑復合食品包裝膜或包裝袋，詳見表1，由廣州海關國家食品接觸材料檢測重點實驗室和浙江長宇新材料有限公司提供。

17 種丙烯酸酯化合物類物質標準品：丙烯酸甲酯（純度＞99.0%，methyl acrylate，MA）、丙烯酸乙酯（純度＞99.0%，ethyl acrylate，EA）、甲基丙烯酸甲酯（純度＞99.8%，methyl methacrylate，MMA）、丙烯酸叔丁酯（純度＞99.5%，tert-butyl acrylate，tBA）、甲基丙烯酸異丙酯（純度＞98.0%，isopropylmeth acrylate，iPMA）、甲基丙烯酸乙酯（純度＞99.0%，ethylmeth acrylate，EMA）、甲基丙烯酸異丁酯（純度＞98.0%，isobutylmeth acrylate，iBMA）、丙烯酸正丁酯（純度＞ 99.0%，n-butyl acrylate，nBA）、甲基丙烯酸正丁酯（純度＞99.0%，n-butylmeth acrylate，nBMA）、丙烯酸-2-羥乙基酯（純度＞95.0%，2-hydroxyethyl acrylate，HEA）、甲基丙烯酸（純度＞99.0%，methacrylic acid，MAA）、甲基丙烯酸苯酯（純度＞95.0%，phenylmeth acrylate，PHMA） 德國CNW公司；丙烯酸正丙酯（純度＞95.0%，n-propyl acrylate，nPA）、甲基丙烯酸正丙酯（純度＞95.0%，n-propylmeth acrylate，nPMA） 美國 Alfa公司；丙烯酸異丁酯（純度＞99.0%，isobutyl acrylate，iBA）、丙烯酸芐酯（純度＞98.0%，benzyl acrylate，BZA）、甲基丙烯酸芐酯（純度＞98.0%，benzylmeth acrylate，BZMA） 上海百靈威化學技術有限公司。

甲醇、異辛烷、甲基叔丁基醚、無水乙醇、二氯甲烷、乙酸乙酯（均為色譜級） 美國Fisher Chemical公司； 異辛烷（分析純） 天津科密歐化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

7890B-5977B氣相色譜-質譜聯(lián)用儀 美國Agilent Technologies公司；SK250LH超聲波清洗器 上海導超聲儀器有限公司；EL104電子分析天平（0～220 g，精度0.000 1 g） 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司； SS40不銹鋼試驗池 福建出入境檢驗檢疫局；移液槍（20～200、100～1 000 μL） 德國Brand Transferpette公司；針式過濾器（孔徑0.22 μm） 上海安譜科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 標準溶液的配制

分別稱取17 種丙烯酸酯化合物的標準品50.0 mg于10 mL容量瓶中，用甲醇定容，再配制成質量濃度為100 mg/L 的混合標準儲備液，置于-20 ℃冰箱中避光保存。

殘留量分析標準工作液：用甲醇將混合標準儲備液逐級稀釋成質量濃度分別為0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、2.0、5.0 mg/L的混合標準工作溶液。

遷移量分析標準工作液：用甲基叔丁基醚將混合標準儲備液配制成質量濃度為10 mg/L的混合標準中間液，再用異辛烷溶劑逐級稀釋成質量濃度分別為0.05、0.1、0.2、0.5、0.8、1.0、2.0 mg/L的混合標準工作溶液。

1.3.2 色譜條件

色譜柱：HP-INNOWax色譜柱（30 m×250 μm，0.25 μm）；程序升溫：初始溫度33 ℃，保持6 min，以15 ℃/min升溫到125 ℃，再以30 ℃/min升溫到175 ℃，然后以15 ℃/min升溫到250 ℃，保持3 min；載氣（He，純度≥99.999%）流速1.0 mL/min；進樣口溫度250 ℃；分流進樣，分流比20∶1；進樣量1.0 μL。

1.3.3 質譜條件

電子電離源；電子能量70 eV；離子源溫度220 ℃；傳輸線溫度250 ℃；溶劑延遲時間5.4 min；采集方式為選擇離子檢測，17 種丙烯酸酯化合物的檢測參數見表2。

表2 氣相色譜-質譜檢測17 種丙烯酸酯條件Table 2 Analytical conditions for 17 acrylate monomers by GC-MS

1.3.4 樣品殘留量前處理

丙烯酸酯類膠黏劑前處理：6 種膠黏劑分別稱取1.0 g，根據其黏稠度，用甲醇稀釋至不同體積，直至能用0.22 μm針式過濾器過濾，待氣相色譜-質譜測定，每組3 個平行，同時做空白對照，膠黏劑中殘留量按式（1）計算：

式中：M1為膠黏劑中丙烯酸酯殘留量/（mg/kg）；C i1為氣相色譜-質譜測得甲醇中丙烯酸酯質量濃 度/（mg/L）；Vi為膠黏劑稀釋后體積/mL；m1為稱取膠黏劑的質量/g。

復合膜樣品前處理：丙烯酸酯類物質均具有較強的揮發(fā)性，不適合采用溶劑加熱溶解等方法[21-23]對目標物進行提取，本實驗采用甲醇作為提取溶劑，在25 ℃低溫超聲提取。將35 種樣品表面分別用無水乙醇擦凈后剪碎，稱取0.5 g于試管中，加入2 mL甲醇浸沒樣品，超聲提取1 h，再用0.22 μm針式過濾器過濾后，待氣相色譜-質譜測定，每組3 個平行，同時做空白對照，復合膜中丙烯酸酯殘留量按式（2）計算：

式中：M2復合膜中丙烯酸酯殘留量（mg/kg）；Ci2為氣相色譜-質譜測得甲醇中丙烯酸酯質量濃 度/（mg/L）；m2為稱取復合膜質量/g。

1.3.5 遷移實驗

因鍍鋁、鋁塑、紙塑復合膜具有良好阻隔性和遮光性，多用于包裝高脂肪含量等需要高阻隔的食品，但油脂類食品（如植物油）中成分復雜[24-25]，前處理繁瑣，會對儀器分析造成干擾，影響遷移結果。根據歐盟標準EU 10/2011中的規(guī)定，異辛烷可作為食品模擬物替代油脂類食品用于遷移實驗，因此，本實驗選取異辛烷為油性食品模擬物。遷移溫度和時間參考GB 31604.1—2015《食品接觸材料及制品遷移試驗則》[26]和歐盟標準BS EN13130-1:2004[27]中的規(guī)定并結合食品包裝材料的預期使用條件，旨在模擬食品包裝材料在最惡劣條件下的遷移狀況，油類食品模擬物在蒸煮條件下（100 ℃，1 h）相當于異辛烷條件（60 ℃，1 h），在巴氏殺菌條件下（70 ℃，2 h）相當于異辛烷條件（40 ℃，0.5 h）。選取35 種樣品中檢測出含有丙烯酸酯類單體的8 種陽性樣品，用無水乙醇擦拭復合膜表面后，分別安裝在遷移池上，在遷移池中加入10 mL異辛烷溶液，將密封好的遷移池放入預先設置好的電熱鼓風干燥箱中進行單面遷移，每組3 個平行，同時做空白對照。

1.4 數據處理

用SPSS 25和Origin 9.1對數據結果進行統(tǒng)計分析并作圖。

2 結果與分析

2.1 分流比的確定

考察不分流及分流比分別為2∶1、5∶1、10∶1、20∶1、30∶1時對各組分分離的影響。結果表明，采用不分流或者分流比較小進樣時，由于丙烯酸酯化合物的特征離子較小，液體進樣時容易受溶劑的干擾，出現了少數目標峰被掩蓋的現象，分流比越大，實際檢測到的組分量減小，譜圖越清晰，但各組分峰面積逐漸減小，易引起較大誤差[28-29]。綜合實驗結果，選擇的分流比為20∶1。

2.2 色譜柱的選擇

考察非極性色譜柱DB-5MS（30 m×0.25 mm，0.25 μm）、中等極性色譜柱DB-624（60 m×0.25 mm，0.25 μm）、極性色譜柱HP-INNWax（30 m×0.25 mm，0.25 μm）對17 種丙烯酸酯的分離效果，見圖1。結果表明：采用DB-5MS色譜柱時，17 種化合物中只出峰12 個，多個峰有明顯的拖尾現象，不能完全分離；采用DB-624色譜柱時，升溫程序即使調整到色譜柱使用的最高溫度（260 ℃）保持10 min，丙烯酸苯酯等4 種含有苯環(huán)的極性較大物質也無法出峰；而采用HP-INNWax色譜柱時，由于化合物分子質量、極性以及與毛細管柱填料相互作用的共同影響，17 種丙烯酸酯（色譜峰）均得到較好分離，且分析時間短[30]。

圖1 17 種丙烯酸酯的總離子流圖Fig. 1 Total ion current chromatograms of 17 acrylate monomers

2.3 提取溶劑的選擇

考察乙醇、二氯甲烷、乙酸乙酯、甲醇對8 種陽性樣品中丙烯酸酯的提取效果，目的在于選取一種能對8 種樣品中的丙烯酸酯均具有良好提取效果的溶劑。每種樣品以4 種溶劑中提取最大的峰面積為參照，另外3 種溶劑提取的峰面積與最大峰面積的比值為縱坐標。由圖2可知，如在31號樣品中甲醇對PHMA的提取效果與另外3 種溶劑存在極顯著差異（P＜0.01），表明甲醇提取效果明顯優(yōu)于其他3 種溶劑，在另外7 種復合膜中，甲醇對不同種丙烯酸酯的提取峰面積比仍均大于75%，故選擇甲醇為樣品中丙烯酸酯的提取溶劑。

圖2 不同溶劑對樣品中丙烯酸酯的提取峰面積比Fig. 2 Effect of extraction solvents on peak area ratios of acrylate monomers

2.4 線性方程、檢出限及定量限

用甲醇和異辛烷分別配制質量濃度為0.05～5.00 mg/L 和0.05～2.00 mg/L的17 種丙烯酸酯的混合標準工作溶液，以優(yōu)化的儀器條件進樣分析。以定量離子峰面積（y）為縱坐標，對應的質量濃度（x，mg/L）為橫坐標，繪制標準曲線，外標法定量。以信噪比不低于3計算檢出限，以信噪比不低于10計算定量限，由表3可知，17 種丙烯酸酯化合物的定量離子峰面積與其質量濃度在一定范圍內呈良好的線性關系，相關系數（R2）均大于0.995；檢出限為0.02～0.1 mg/L，定量限為0.05～0.5 mg/L， 滿足GB 9685—2016[15]中對丙烯酸及其酯類、甲基丙烯酸及其酯類限量的分析要求。

2.5 加標回收率及精密度結果

實驗選取了經檢測不含17 種丙烯酸酯化合物的空白鍍鋁復合膜（用于超聲提取和異辛烷40 ℃，0.5 h條件下遷移實驗）及空白鋁塑復合膜（用于異辛烷60 ℃，1 h條件下遷移實驗），用甲醇和異辛烷中分別配制成0.1、0.5、1.0、2.0 mg/L 4 個水平質量濃度的17 種物質的空白加標溶液，按照1.3.4節(jié)和1.3.5節(jié)方法分別進行超聲提取和遷移實驗，每個質量濃度做6 個平行實驗，計算加標回收率和精密度。由表4可知，4 個加標水平下的回收率為70.1%～109.2%，相對標準偏差（relative standard deviation，RSD）（n=6）為0.8%～9.2%，滿足分析方法相關要求。

表3 17 種丙烯酸酯的線性參數、檢出限與定量限Table 3 Calibration curve equations, limits of detection and limits of determination for 17 acrylates

表4 17 種丙烯酸酯標準溶液的平均回收率和RSD（n=6）Table 4 Recoveries and relative standard deviations (RSDs, n= 6) of 17 acrylate monomers from spiked samples

續(xù)表4

2.6 樣品殘留量檢測結果

在優(yōu)化實驗條件下對市場上6 種膠黏劑和35 種鍍鋁、鋁塑、鋁紙塑復合膜中的丙烯酸酯殘留量進行檢測。結果如表5、6所示，6 種膠黏劑中均檢測出丙烯酸酯類物質，編號a-2、a-3和a-5膠黏劑樣品中同時檢測出超過1 種丙烯酸酯類單體，其中，a-2號膠黏劑丙烯酸酯的殘留量總和大于100 mg/kg，用于食品復合材料時，存在遷移到食品中的遷移量超出標準限量的風險；35 種不同種類復合膜中，有8 種鋁塑復合膜和紙塑復合膜中檢測到殘留有丙烯酸酯類單體，而19 種鍍鋁復合膜中均未檢測到有丙烯酸酯類單體的殘留，原因可能是鍍鋁復合膜中未使用丙烯酸酯類膠黏劑或使用量少。

表5 6 種膠黏劑中丙烯酸酯的殘留量（n=3）Table 5 Residual amounts of acrylate monomers in six kinds of adhesives (n= 3)mg/kg

表6 35 種樣品檢測結果（n= 3）Table 6 Residual amounts of acrylate monomers in 35 kinds of food composite packaging materials (n= 3)

續(xù)表6

2.7 遷移結果

分別對檢出含有丙烯酸酯類物質的5 種鋁塑復合膜（60 ℃，1 h）、3 種紙塑復合樣品（40 ℃，0.5 h）進行向油性食品模擬物異辛烷中的遷移實驗。結果表明，8 種樣品中均未檢測到遷移量，分析原因可能是由于遷移量低于方法檢出限。說明目前市場上鋁塑復合膜紙塑復合樣品中丙烯酸酯向食品的遷移總體安全。

3 結 論

本研究建立食品復合材料用丙烯酸酯類膠黏劑及復合材料中丙烯酸酯殘留量及其向食品模擬物異辛烷遷移量的氣相色譜-質譜聯(lián)用檢測方法。該方法操作簡單，通用性強，靈敏度高，能在17 min內快速檢測17 種丙烯酸酯類物質，并滿足標準中對丙烯酸酯限量的檢測要求。利用該檢測方法對市場上的6 種食品復合材料用膠黏劑和35 種不同種類食品復合膜進行檢測，結果表明，6 種膠黏劑中均有丙烯酸酯類單體殘留，在檢測出的丙烯酸酯單體中，iBA和HEA的殘留量較大；8 種鋁塑和紙塑食品復合膜檢測到有MA、MAA、HEA和PHMA 4 種丙烯酸酯單體殘留，但遷移量未檢出，19 種鍍鋁食品復合膜均未檢出丙烯酸酯。從黏結劑及其遷移量考察，鍍鋁復合膜較鋁塑、紙塑食品復合膜更為安全。