氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法測定食品用紙制品中3種抗氧化劑

張智力 高翠玲 付金貝 孔祥坤 梁金海 王微山，*

（1.山東省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗研究院，山東省材料化學(xué)安全檢測技術(shù)重點實驗室，國家包裝產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心（濟南），山東省體育用品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，國家體育用品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心（山東），山東濟南，250102；2.齊魯工業(yè)大學(xué)（山東省科學(xué)院），山東省微生物工程重點實驗室，山東濟南，250353）

紙包裝材料是一種價格較低、衛(wèi)生安全性好、易降解、可回收的綠色包裝材料，被廣泛應(yīng)用于食品行業(yè)，特別是在餐飲業(yè)。但紙包裝材料強度和剛度較低且易吸濕滲漏和滋生微生物等，作為食品包裝材料時易對食品的安全造成影響。紙包裝材料包括原紙、聚乙烯（PE）膜、油墨和黏合劑等；此外，紙包裝材料中可能會添加抗氧化劑和催化劑等，但添加這些物質(zhì)，可能會影響最終紙制品的質(zhì)量和安全性。最常用的抗氧化劑主要有叔丁基對羥基苯甲醚（BHA）、2，6-二叔丁基對甲酚（BHT）和叔丁基對苯二酚（TBHQ），這3種抗氧化劑是受阻酚類抗氧劑中重要的主抗氧劑［1］，通常可作為塑料、油品、油脂和橡膠等材料的防老劑［2］，能有效降低材料自氧化反應(yīng)速度、延緩材料老化降解。

近年來，食品包裝材料中抗氧化劑的安全環(huán)保問題引起廣泛關(guān)注。GB 4806.8—2016［3］標(biāo)準(zhǔn)中，對食品接觸用紙制品提出了更嚴(yán)格的要求；GB 31603—2015［4］標(biāo)準(zhǔn)提出，生產(chǎn)企業(yè)需從原料、生產(chǎn)工藝、儲存、檢驗等關(guān)鍵環(huán)節(jié)出發(fā)，全流程管理產(chǎn)品質(zhì)量安全。但在實際使用過程中，由于監(jiān)管部門和消費者對紙制品安全風(fēng)險的識別不清［5-6］導(dǎo)致紙制品的有效識別被忽略而被直接用于生產(chǎn)包裝材料。造紙企業(yè)為了降低生產(chǎn)成本或采用不合格生產(chǎn)工藝時，會導(dǎo)致最終紙產(chǎn)品中可能含有如熒光增白劑、抗氧化劑和重金屬離子等［7-8］有害物質(zhì)；如果這些紙產(chǎn)品用于包裝食品，會污染食品進而影響消費者身體健康。其中，抗氧化劑BHA、BHT、TBHQ主要是人工合成的抗氧化劑，其毒性大于天然抗氧化劑的毒性。GB 9685—2016［9］標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，食品接觸用紙和紙板材料及制品中，抗氧化劑BHA、BHT的特定遷移限量（SML）分別為30和3 mg/kg。

目前，已有研究［10-12］利用氣相色譜法、液相色譜法檢測紙制品中抗氧化劑的含量，但存在檢出限高、假陽性等問題。本實驗利用氣相色譜-質(zhì)譜（GCMS）聯(lián)用法測定食品用紙制品中3種抗氧化劑的含量，以期為食品用紙制品的安全生產(chǎn)和使用提供思路。

1 實驗

1.1 試劑與儀器

BHA，CAS：25013-16-5，純 度≥99%；BHT，CAS：128-37-0，純度≥99%；TBHQ，CAS：1948-33-0，純度≥99%，美國o2si公司；乙腈、乙酸乙酯、丙酮、環(huán)己烷均為色譜純，默克公司；實驗室用水為二級去離子超純水。7890B-5977B型安捷倫氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，安捷倫科技（中國）有限公司；KQ-500DE型數(shù)控超聲波萃取儀，昆山市超聲儀器有限公司；ME204電子分析天平（感量：0.1 mg），METTLER TOLEDO公司。

1.2 溶液配制

標(biāo)準(zhǔn)儲備液配制：將環(huán)己烷配制成濃度為500 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)儲備液。

標(biāo)準(zhǔn)使用液配制：準(zhǔn)確移取一定體積的標(biāo)準(zhǔn)儲備液于容量瓶中，加入環(huán)己烷定容至100 mL，濃度為10 mg/L，置于4℃冰箱中避光保存。

標(biāo)準(zhǔn)工作溶液配制：在標(biāo)準(zhǔn)使用液中加入環(huán)己烷制得一系列的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液（0.01、0.02、0.05、0.1、0.25、0.5 mg/L），置于4℃冰箱中避光保存。

1.3 色譜條件

氣相色譜條件：毛細(xì)管色譜柱DB-5MS（30 m×0.25 mm×0.25μm），進樣口溫度280℃，選擇不分流的進樣模式，進樣量1μL。升溫程序：初始柱溫60℃，保持1 min，以10℃/min升溫至220℃，保持4 min；再以15℃/min升溫至280℃，保持5 min；載氣（He）純度≥99.999%，載氣流速1 mL/min。

質(zhì)譜條件：離子源溫度230℃，傳輸線溫度280℃，四級桿溫度150℃，溶劑延遲6 min，采用電子轟擊（EI）離子源、電子能量70 eV，采用選擇離子監(jiān)測模式（SIM）。監(jiān)測范圍（m/z）：30～600 amu，BHA、BHT和TBHQ的保留時間、特征離子和定量離子信息見表1。

表1 BHA、BHT和TBHQ的保留時間、特征離子和定量離子Table 1 Retention time,characteristic ions,and quantitative ions of BHA,BHT,and TBHQ

1.4 樣品處理

實驗樣品來自市場上銷售的產(chǎn)品，共計10批次。對市售的10批次食品用紙制品樣品中含有的BHA、BHT和TBHQ進行測定，并進行加標(biāo)回收率實驗。

首先稱取5.0 g樣品，將樣品剪碎或粉碎至單個碎片質(zhì)量≤0.02 g，然后將樣品混合均勻；再準(zhǔn)確稱量1.0000 g（精確至0.0001 g）上述樣品，將樣品放置于螺紋刻度試管（帶密封蓋）中，加入10 mL環(huán)己烷，于常溫下超聲萃取30 min；用10 mL環(huán)己烷再萃取1次，然后將萃取液置于25 mL棕色容量瓶中，用環(huán)己烷定容至刻度，萃取液經(jīng)0.45μm有機濾膜過濾后，用于GC-MS測定。實驗中，可根據(jù)萃取液中BHA、BHT、TBHQ的含量對其進行稀釋。

2 結(jié)果與討論

2.1 萃取溶劑的選擇

本實驗分別采用乙腈、乙酸乙酯、丙酮、環(huán)己烷4種萃取溶劑進行樣品萃取發(fā)現(xiàn)，環(huán)己烷的萃取效果最佳。BHA、BHT和TBHQ的分子結(jié)構(gòu)中均含有羥基，但受分子整體共軛效應(yīng)影響，3種抗氧化劑均是弱極性物質(zhì)。根據(jù)“相似相溶”原理，BHA、BHT和TBHQ均可溶于環(huán)己烷；而乙腈作為溶劑時，TBHQ的損失較大；丙酮毒性較大；乙酸乙酯極性較大；因此，選擇環(huán)己烷作為萃取溶劑。

2.2 超聲萃取條件的優(yōu)化

材料中抗氧化劑常用的萃取方法有超聲萃取法、索式抽提法、振蕩萃取法、加熱浸提法和微波萃取法等。而包裝材料中抗氧化劑最常用的提取方法為超聲萃取，其具有處理過程簡單、易操作、污染小的優(yōu)點，該方法可以滿足國內(nèi)大部分實驗室的檢測要求。以環(huán)己烷為萃取劑進行超聲萃取實驗，重點考察超聲萃取時間及溫度對提取BHA、BHT和TBHQ的影響。結(jié)果表明，當(dāng)超聲萃取時間超過30 min，隨提取時間的延長，萃取液中BHA、BHT和TBHQ的含量不再變化。分別在室溫、40℃、50℃、60℃4個溫度下進行抗氧化劑超聲萃取實驗發(fā)現(xiàn)，樣品中BHA、BHT和TBHQ的萃取效率差別不大。綜上，以環(huán)己烷為萃取劑的超聲萃取條件為：萃取時間30 min，萃取溫度為室溫。

2.3 GC-MS條件的優(yōu)化

采用GC-MS液體自動進樣、選擇不分流進樣模式。BHA、BHT和TBHQ均為弱極性物質(zhì)，而DB-5MS毛細(xì)管柱（30 m×0.25 mm×0.25μm）為通用型弱極性色譜柱，最高耐溫350℃，柱流失低、靈敏度高，因此，選用DB-5MS色譜柱。BHA、BHT和TBHQ混合標(biāo)準(zhǔn)溶液在DB-5MS色譜柱上的總離子流圖如圖1所示。由圖1可知，3種抗氧化劑的峰形尖銳，說明DB-5MS色譜柱的分離度好。BHA、BHT和TBHQ的保留時間分別為12.701、12.968和13.457 min，BHA、BHT和TBHQ在15 min內(nèi)的分離效果好。

圖1 BHA、BHT和TBHQ混合標(biāo)準(zhǔn)溶液在DB-5MS色譜柱上的總離子流圖Fig.1 Total ion flow diagram of mixed standard solution(BHA,BHT,and TBHQ)on DB-5MS column

BHA、BHT和TBHQ的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖如圖2～圖4所示。質(zhì)譜條件優(yōu)化為：質(zhì)譜掃描范圍（m/z）30～600 amu，采用高靈敏度、可有效消除基質(zhì)背景干擾的選擇離子監(jiān)測模式。由圖2～圖4可知，在全掃描監(jiān)測模式（SCAN）下，BHA的特征離子（m/z）為165、137、180、77；BHT的特征離子（m/z）為205、220、57、145；TBHQ的特征離子（m/z）為151、123、166、77。

2.4 線性回歸方程和檢出限

圖2 BHA標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖Fig.2 The standard mass spectrum of BHA

圖3 BHT標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖Fig.3 The standard mass spectrum of BHT

圖4 TBHQ標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖Fig.4 The standard mass spectrum of TBHQ

表2 BHA、BHT和TBHQ的保留時間、線性范圍和線性回歸方程Table 2 The retention time,linear ranges,and linear equations of BHA,BHT,and TBHQ

按照GC-MS的優(yōu)化條件對不同質(zhì)量濃度（0.01～0.50 mg/L）的BHA、BHT和TBHQ的標(biāo)準(zhǔn)溶液進行檢測。以3種目標(biāo)物的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，峰面積為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，3種目標(biāo)物的線性回歸方程、相關(guān)系數(shù)、儀器檢出限（按3倍空白樣品20次檢測值的標(biāo)準(zhǔn)偏差計算）和方法定量限（MQL，逐級稀釋基質(zhì)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，按信噪比（S/N）≥3計算）如表2所示。由表2可知，3種抗氧化劑的相關(guān)系數(shù)r均大于0.9990，3種目標(biāo)物在各自質(zhì)量濃度范圍內(nèi)線性關(guān)系良好。

2.5 準(zhǔn)確度和精密度

分別利用加標(biāo)回收率實驗和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）實驗驗證GC-MS聯(lián)用法的準(zhǔn)確度和精密度。具體如下：準(zhǔn)確稱量1.0000 g陰性（即不含有待測目標(biāo)物）樣品，分別添加3個不同濃度水平（0.3、3.0、30.0 mg/kg）的標(biāo)準(zhǔn)溶液進行加標(biāo)回收實驗，按照實驗方法處理樣品，每個水平平行測定6次，此方法的加標(biāo)回收率和RSD如表3所示。

表3 GC-MS聯(lián)用法的加標(biāo)回收率和RSDTable 3 Standard recovery rate and RSD of GC-MS method

由表3可知，BHA加標(biāo)回收率為91.0%～97.6%，RSD為2.5%～3.5%；BHT加標(biāo)回收率為92.1%～98.2%，RSD為2.4%～4.2%；TBHQ加標(biāo)回收率為90.7%～95.3%，RSD為3.2%～4.5%；由此可知，GC-MS聯(lián)用法的檢測準(zhǔn)確度和精密度均能達(dá)到較高值，能滿足對3種抗氧化劑的檢測要求。

2.6 GC-MS聯(lián)用法驗證分析

按照本實驗的方法對市售10批次食品用紙制品樣品中的BHA、BHT和TBHQ進行檢測分析發(fā)現(xiàn)，除有1批次淋膜紙杯中的BHT為0.3 mg/kg（遠(yuǎn)低于3 mg/kg（SML））外，其他批次樣品中均未檢測出BHA、BHT和TBHQ 3種抗氧化劑。

3 結(jié)論

本實驗以環(huán)己烷結(jié)合超聲處理為萃取方法，利用氣相色譜-質(zhì)譜（GC-MS）聯(lián)用法檢測食品用紙制品中3種抗氧化劑（叔丁基對羥基苯甲醚（BHA）、2，6-二叔丁基對甲酚（BHT）和叔丁基對苯二酚（TBHQ））的含量。結(jié)果表明，環(huán)己烷結(jié)合超聲的前處理方法簡單、易操作、試劑消耗少；3種抗氧化劑的GC-MS譜圖出峰峰型對稱性好、在0.01～0.50 mg/L濃度范圍內(nèi)的線性關(guān)系良好（相關(guān)系數(shù)r＞0.9990）；在3個不同濃度水平（0.3、3.0、30.0 mg/kg）下，利用GC-MS聯(lián)用法檢測3種抗氧化劑的加標(biāo)回收率高（90.7%～98.2%）、精密度高（相對標(biāo)準(zhǔn)偏差2.4%～4.5%），表明GC-MS聯(lián)用法適用于食品用紙制品中BHA、BHT和TBHQ的定量分析。