超高效液相色譜－串聯質譜法測定紙制食品接觸材料中丙烯酰胺的遷移量

錢 凱，李偉濤，葛文秀，劉麗娜，陳 明，李金鳳

（1．常州工業及消費品檢驗有限公司，江蘇 常州 213000；2．南京海關危險貨物與包裝檢測中心，江蘇 常州 213000）

丙烯酰胺（AM）是聚合生成聚丙烯酰胺（PAM）的起始化合物。聚丙烯酰胺作為造紙行業最早使用的添加劑，被廣泛用作助留劑、助濾劑等，并能提高紙張強度[1－3]。在自然條件下，聚丙烯酰胺會緩慢降解成丙烯酰胺[3－5]，而殘留的丙烯酰胺單體會隨著聚丙烯酰胺終產物引入紙制品中，在與食品接觸過程中不斷被遷移出來。丙烯酰胺屬于水溶性有機化合物，滲透性較強，可通過消化道、呼吸道、粘膜、皮膚等多種途徑被人體吸收[1,6]，存在慢性中毒的安全隱患。研究顯示，丙烯酰胺具有神經、生殖、遺傳等毒性，已被國際癌癥研究機構列為2類致癌物[2,4,7－8]。因此，我國在GB 9685－2016《食品安全國家標準 食品接觸材料及制品用添加劑使用標準》[9]中明確規定了丙烯酰胺的特定遷移限量為不得檢出（檢出限為0．01 mg/kg）。

目前，公眾對丙烯酰胺的關注主要來自食品、環境、紡織品和化妝品等領域[7,10－15]，而關于紙制食品接觸材料的安全性問題卻鮮有報道。隨著人們對塑料污染的認識及環保意識的提高，紙類食品接觸材料由于易降解、可回收等特點逐漸受到市場青睞，成為人們日常生活用品的“新寵兒”。我國對食品接觸材料及制品中丙烯酰胺遷移量的測定方法主要為高效液相色譜法，其原理是采用離子排斥色譜柱和紫外檢測器進行分離和檢測[16]。由于不同食品模擬物存在不同程度的基質效應，尤其是酒精類食品模擬物含有機成分，會對離子排斥色譜柱的分離性能造成影響，導致方法檢出限無法滿足要求，定性定量結果不準確等問題。除液相色譜法外，國內外對于丙烯酰胺的測定主要采用氣相色譜法、氣相色譜－串聯質譜法和液相色譜－串聯質譜法等[8,17－18]。其中，氣相色譜法、氣相色譜－串聯質譜法普遍需進行衍生化和固相萃取等處理，操作步驟較繁瑣；液相色譜－串聯質譜法具有操作簡便、選擇性好、靈敏度高、結果準確可靠等優點，廣泛應用于食品、環境等領域[1,11－12,19－21]，但鮮見關于紙制食品接觸材料的報道。

本研究采用超高效液相色譜－串聯質譜建立了紙制食品接觸材料中丙烯酰胺遷移量的測定方法。并進行了方法優化，有效解決了基質效應問題，對評估紙及紙制食品接觸材料中丙烯酰胺遷移的合規性和風險性具有重要意義。

1 實驗部分

1.1 試劑與材料

冰乙酸（分析純，國藥集團化學試劑有限公司）；無水乙醇（分析純，江蘇彤晟化學試劑有限公司）；光譜純甲醇、色譜純甲酸（上海安譜實驗科技股份有限公司）；橄欖油（化學純，上海泰坦科技股份有限公司）；丙烯酰胺標準品（1 000μg/mL，北京壇墨質檢科技有限公司）；實驗用水為GB/T 6682規定的一級水。

一次性針式注射器（5 mL）、親水PTFE針式濾器（0．22μm）購于上海安譜實驗科技股份有限公司。

隨機采集具有代表性的不同類型紙制食品接觸材料樣品，共20批次。其中淋膜紙杯5批、淋膜紙碗5批、紙基復合包裝袋5批、紙吸管5批。每個樣品平行采集2份。

1.2 儀器與設備

Agilent 1290高效液相色譜儀及Agilent 6460 QQQ三重四極桿質譜儀（美國安捷倫公司）；XS205DU萬分之一分析天平（瑞士Mettler Toledo公司）；Milli－Q Advantage純水儀（美國Millipore公司）。

1.3 實驗方法

1.3.1 遷移實驗按GB 31604．1－2015[22]和GB 5009．156－2016[23]的要求，分別采用4%（體積分數，下同）乙酸溶液模擬酸性食品，采用水、10%乙醇溶液、20%乙醇溶液、50%乙醇溶液模擬水和酒精類食品（以下稱水溶性食品模擬物），用精制橄欖油模擬油脂類食品（以下稱油性食品模擬物），對紙制食品接觸材料及制品進行遷移實驗。所得模擬物充分混勻，用于以下分析測試。

1.3.2 標準工作溶液配制丙烯酰胺標準中間液（5 mg/L）：準確移取50μL丙烯酰胺標準品（1 000μg/mL）于10 mL容量瓶中，分別用相應水溶性食品模擬物定容至刻度。

水溶性食品模擬物標準工作溶液：分別準確移取丙烯酰胺標準中間液（5 mg/L）0、10、20、60、100、160、200μL于10 mL容量瓶中，分別用相應水溶性食品模擬物定容，得到丙烯酰胺質量濃度分別為0、5、10、30、50、80、100μg/L的標準系列工作溶液。

油性食品模擬物標準工作溶液：分別稱取5 g橄欖油（精確至0．01 g）于6個帶蓋玻璃離心管中，離心管中分別加入丙烯酰胺標準中間液（5 mg/L）0、10、20、50、100、200μL并混勻，加入5 mL水渦旋振蕩1 min，4 000 r/min離心5 min后，取下層水溶液經微孔濾膜過濾至2 mL進樣小瓶，得到丙烯酰胺含量分別為0、10、20、50、100、200μg/kg的標準系列工作溶液。

1.3.3 樣品前處理水溶性食品模擬物試液的制備：取1～2 mL水溶性食品模擬物試液，經微孔濾膜過濾至2 mL進樣小瓶，待測。

油性食品模擬物試液的制備：準確稱取5 g（精確至0．01 g）油性食品模擬物試液至帶蓋玻璃離心管中，加入5 mL水渦旋振蕩1 min進行液液萃取，4 000 r/min離心5 min后，取下層水溶液經微孔濾膜過濾至2 mL進樣小瓶，待測。

1.3.4 液相色譜條件色譜柱為Agilent Poroshell 120 SB－Aq（4．6 mm×100 mm，2．7μm）；流動相：0．1%甲酸水溶液－甲醇（9∶1，體積比）；洗脫方式：等度洗脫；流速：0．6 mL/min；柱溫：30℃；進樣量：1μL。

1.3.5 質譜條件離子源：電噴霧離子源（ESI）；干燥氣溫度：350℃；干燥氣流量：10 L/min；霧化氣壓力：310 264 Pa（45 psi）；鞘氣溫度：350℃；鞘氣流量：10 L/min；毛細管電壓：2 500 V；電噴嘴電壓：1 000 V；碰撞氣為氮氣；檢測方式：多反應監測（MRM），正離子模式。

2 結果與討論

2.1 儀器條件的優化

2.1.1 色譜柱的選擇丙烯酰胺是一種親水的強極性化合物，在普通C18液相色譜柱上難以實現較好的保留，易出現峰形差和拖尾等現象。因此實驗考察了Phenomenex Kinetex C18（2．1 mm×150 mm，2．6μm）和Agilent Poroshell 120 SB－Aq（4．6 mm × 100 mm，2．7μm）2種液相色譜柱的分離效果。結果表明，采用Agilent Poroshell 120 SB－Aq（4．6 mm×100 mm，2．7μm）柱的分析保留時間以及峰高、峰寬等參數均較優，且峰形和拖尾現象也有明顯改善。因此，實驗選擇Agilent Poroshell 120 SB－Aq（4．6 mm ×100 mm，2．7μm）作為液相色譜柱。

2.1.2 流動相的優化分別比較了甲醇和乙腈作為流動相有機相的分離效果，發現采用甲醇和水作為流動相時，丙烯酰胺的響應高于乙腈和水。此外，還考察了水和甲醇（9∶1）、甲酸水溶液和甲醇（9∶1）作為流動相時對響應強度、保留時間、回收率和精密度的影響。結果顯示，采用水和甲醇作為流動相時，4%乙酸基質中丙烯酰胺儀器響應的精密度（n=6）較差。當在水相中加入0．1%甲酸后，精密度得到明顯改善，因此實驗選擇0．1%甲酸水溶液－甲醇（9∶1）為流動相。

2.1.3 質譜條件的優化丙烯酰胺具有氨基與不飽和雙鍵，采用ESI正離子掃描模式的響應優于負離子模式。經過方法參數優化，丙烯酰胺的母離子m/z為72．1，碎裂電壓為40 V，特征子離子的m/z分別為55和44，碰撞能量分別為10 eV和12 eV。優化條件下，10μg/L丙烯酰胺標準溶液在代表性食品模擬物（4%乙酸）中的MRM色譜圖（m/z72．1/55）如圖1所示。

圖1 4%乙酸中丙烯酰胺的MRM色譜圖Fig．1 MRM chromatogram of acrylamide in 4% acetic acid

2.2 基質效應

基質效應是被測樣品中除目標分析物以外的組分對目標物定性、定量分析產生的干擾和影響[24]。為評估本方法的可靠性和準確性，采用基質校準曲線與溶劑校準曲線的線性方程斜率比（Slope ratio，SR）評價基質效應[25]。當SR=1，表明無基質效應；當SR＞1或SR＜1時，說明存在基質干擾和影響。

分別用4%乙酸（AcOH）、10%乙醇（EtOH）、20%乙醇、50%乙醇和橄欖油5種食品模擬物對丙烯酰胺陰性樣品進行遷移試驗，獲得的遷移試驗溶液按照“1．3．2”方法制備基質校準曲線，得到擬合線性方程的斜率K1。同法制備溶劑校準曲線，得到擬合線性方程的斜率K2，則SR=K1/K2。結果顯示，水溶性食品模擬物的SR均接近1（0．983～1．01），表明基質影響較小；油性食品模擬物的SR為0．839，表明存在基質抑制效應。為降低基質效應影響，本研究采用在空白橄欖油中加入不同體積的丙烯酰胺標準溶液，得到一系列質量濃度的油性食品模擬物標準工作溶液。按照油性食品模擬物試液的制備方法對上述標準工作溶液進行液液萃取，得到的水溶液經上機測試，獲得擬合線性方程的斜率K2’，則油性食品模擬物的SR=0．974，說明本方法的基質效應影響較小，測定結果準確可靠。

2.3 方法學驗證

2.3.1 線性關系、檢出限與定量下限在4%乙酸、10%乙醇、20%乙醇、50%乙醇和橄欖油中分別添加不同體積的丙烯酰胺標準中間溶液，按照“1．3．2”制備標準工作溶液上機測試，分別以基線噪音的3倍（3S/N）和10倍（10S/N）儀器響應所對應的丙烯酰胺質量濃度作為儀器檢出限和定量下限，從而計算方法檢出限（LOD）和定量下限（LOQ）。以食品模擬物中丙烯酰胺的質量濃度或含量（x，μg/L或μg/kg）為橫坐標，以對應的峰面積（y）為縱坐標，繪制標準工作曲線。遷移量計算參考GB 5009．156－2016的相關規定，結果如表1所示。數據顯示，不同食品模擬物中丙烯酰胺的含量與響應值均呈良好線性關系，相關系數（r2）均大于0．999。油性食品模擬物中丙烯酰胺的檢出限和定量下限分別為5．0μg/kg和10．0μg/kg，水溶性食品模擬物的檢出限和定量下限分別為1．0μg/L和5．0μg/L，說明該方法靈敏度較高。

表1 本方法的線性方程、線性范圍、相關系數、檢出限與定量下限Table 1 Linear equations，linear ranges，correlation coefficients，LOD and LOQ of the method

2.3.2 回收率與相對標準偏差為進一步驗證方法的準確性，分別在不同空白食品模擬物中添加10、50、100μg/kg 3個水平的丙烯酰胺標準物質，每個濃度分別制備6個平行樣，計算其平均回收率和精密度，精密度以相對標準偏差（RSD）表示（見表2）。由表2可見，在3個加標水平下，丙烯酰胺在不同食品模擬物中的平均回收率為90．0%～113%，RSD為0．40%～4．6%，說明本方法的準確度和精密度較好。

表2 不同食品模擬物中丙烯酰胺的回收率及相對標準偏差（n=6）Table 2 Recoveries and RSDs of acrylamide in different food simulants（n=6）

2.4 實際樣品測定

隨機采集20批紙制食品接觸材料樣品，根據實際使用情況選擇合適的食品模擬物進行遷移試驗（依據GB 31604．1－2015[22]和GB 5009．156－2016[23]），所得溶液采用本方法進行分析。結果顯示，有2批紙吸管檢出丙烯酰胺，其遷移量分別為13．2、80．7μg/kg，其余18批樣品均未檢出。按紙制食品接觸材料的材質類型進行統計可知，單一材質的紙吸管的陽性檢出率高于塑料淋膜類紙制品和紙基復合包裝材料（見表3）。

表3 不同材質中丙烯酰胺遷移量的檢出率分析Table 3 Analysis of the detection rates of acrylamide migration in different paper-based materials

3 結 論

本研究采用超高效液相色譜－串聯質譜建立了紙制食品接觸材料中丙烯酰胺遷移量的測定方法。實驗結果表明，該方法操作簡便、結果準確、靈敏度高、重復性好，在不同食品模擬物中具有良好的準確度和精密度。水溶性食品模擬物中丙烯酰胺的檢出限為1．0μg/L，定量下限為5．0μg/L；油性食品模擬物（橄欖油）的檢出限為5．0μg/kg，定量下限為10．0μg/kg，完全滿足我國法規限量要求。實際樣品測試發現，紙吸管作為單一材質的紙制食品接觸材料存在丙烯酰胺遷移風險和食品安全隱患。本研究所建立的測定方法適用于紙制食品接觸材料中丙烯酰胺遷移量的定性和定量分析，能為檢測機構和相關監管部門評估紙制食品接觸材料中丙烯酰胺遷移的合規性和風險性提供技術支持，為廣大消費者的健康保駕護航。