炸雞和油炸薯條中甲基硅氧烷低聚物的殘留分析及其暴露評估

都艷群，張京偉，郭一凡，張喜榮，蘭社益，封 棣

（北京工商大學輕工科學技術學院，北京 100048）

甲基硅氧烷依據主鏈結構可分為線型甲基硅氧烷（Linear methylsiloxane，LMS）和環型甲基硅氧烷（Cyclic methylsiloxane，CMS）兩大類，通常分別用Ln 和Dn 表示（n 為硅原子數），其結構通式見圖1[1-2]。揮發性甲基硅氧烷（Volatile methylsiloxanes，VMS）為一些小分子易揮發的甲基硅氧烷，如六甲基環三硅氧烷（Hexamethylcyclotrisiloxane，D3）～D6，L4～L6。近代毒理學研究表明，一些VMS 對水生生物及哺乳動物的多種生理過程有直接或間接的毒性作用[3-5]，且具有生物體富集性[6-9]和雌激素效應[10]，在食品中的安全性也已引起關注[11]。

圖1 CMS 和LMS 的化學結構式Fig.1 Chemical structural formula of CMS and LMS

聚二甲基硅氧烷（Polydimethylsiloxane，PDMS）常用在炸油中，它具有抗氧化性、穩定性、減少脂肪的熱劣化作用，并可作用消泡劑。據《中國食品添加劑使用衛生標準》（GB2760-2014）[12]規定，PDMS最大允許添加量為0.1～0.3 g·kg-1。PDMS 的暫行每日允許攝入量（Acceptable daily intake，ADI）為0～0.8 mg·kg-1·d-1[13]。PDMS 在食品中被檢出的研究已有報道。如研究人員用原子吸收光譜法[14-15]、電感耦合等離子體發射光譜儀（Inductively coupled plasma optical emission spectrometer，IPC-OES）[16-17]分析了食用油及炸油樣品中PDMS；吳惠勤等[18]采用裂解氣相色譜-質譜法（Pyrolysis gas chromatographymass spectrometry，PGC-MS）對不同品牌炸雞翅中PDMS 的裂解產物進行了定性和定量分析，結果表明食用油及炸制食品中PDMS 均有檢出。我國也已出臺《動植物油脂中聚二甲基硅氧烷的測定》[19]，其測試方法為，試樣中的聚二甲基硅氧烷經航空煤油提取，采用IPC-OES 外標法測定試樣提取液中的總硅含量。

快餐中的油炸食品深受廣大消費者喜愛，但隨著全球對甲基硅氧烷（尤其是VMS）安全性的日益關注，PDMS 作為炸油中常用的消泡劑，在高溫使用后，其小分子的低聚物單體如D4、D5、D6（分子量＜1000），在生物進程中具有毒性作用，具有潛在的致癌風險[20]，其在油炸食品中的分析研究及暴露風險也亟需審視，而已有的國家標準（測總硅含量）并不能滿足低聚物單體的研究需要，且炸制快餐中甲基硅氧烷低聚物單體殘留的相關研究欠缺。因此，本研究建立并利用QuEChERS-GC-MS/MS 方法對市售33 種炸雞和30種炸薯條中甲基硅氧烷低聚物單體殘留進行了檢測分析和初步的暴露評估，以期為快餐店油炸食品中甲基硅氧烷的安全風險研究提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

樣品采集 在北京市60 家快餐店購買了30 種炸薯條和33 種炸雞制品（包括11 種雞塊、10 種雞排、4 種雞腿、3 種雞翅、3 種雞米花和2 種雞條）；標準品：八甲基環四硅氧烷（D4，＞98.0%）、十甲基四硅氧烷（L4，＞97.0%）、十甲基環五硅氧烷（D5，＞99.0%）、四（三甲硅烷氧基）硅（M4Q，97%）、十二甲基五硅氧烷（L5，97%）、十二甲基環六硅氧烷（D6，＞98.0%）日本梯希愛公司；聚二甲基硅氧烷（PDMS）西格瑪奧德里奇（上海）貿易有限公司；正己烷、乙腈、乙酸乙酯 色譜級，賽默飛世爾科技（中國）有限公司；PSA（粒徑50 μm，孔徑60 ?）、C18（粒徑50 μm，孔徑60 ?）北京迪科馬科技有限公司；氯化鈉、無水硫酸鎂 分析純，北京化工廠；高純氦氣、高純氮氣北京氧利來科技發展有限公司。

7890B-7000C 氣相色譜串聯質譜儀、HP-5MS色譜柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）美國Agilent 公司；KQ 5200E 超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司；SC-3610 低速離心機 安徽中科中佳科學儀器有限公司；ME104E 電子分析天平 瑞士梅特勒-托利多公司；移液槍（2.5 μL，25 μL，100 μL，1000 μL，5 mL）德國Eppendorf 公司；有機系濾膜（0.22 μm）

天津市科億隆實驗設備有限公司；ME104E 電子分析天平 瑞士梅特勒-托利多公司；S2-A81 絞肉機九陽股份有限公司；2 mL 樣品小瓶 上海安譜公司；一次性無菌注射器（2 mL）上海治宇醫療器械有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 混合標準液的配制 甲基硅氧烷標準工作液的配制：將VMS 混標母液（D4～D6、L4、L5）10 μg/mL以及PDMS 混標母液10 μg/mL 逐級稀釋，配制濃度為一系列濃度為0.5、1、10、50、100、200、500 ng/mL的混標溶液，內標為M4Q（終濃度為100 ng/mL），置于4 ℃冰箱中儲存。

1.2.2 QuEChERS 樣品前處理方法 準確稱取均質后的樣品3.000 g（±0.001 g）于50 mL 具塞離心管中，加入5 mL 正己烷，劇烈渦旋10 s 后，在30 ℃ 超聲5 min，靜置至室溫。取上清液2 mL，加入200 mg MgSO4、炸雞樣品處理加入20 mg PSA（炸薯條樣品處理加入10 mg PSA）、30 mg C18，劇烈渦旋1 min，4500 r/min 下離心3 min，取1 mL 上清液過0.22 μm有機濾膜至GC 樣品小瓶，待GC-MS/MS 檢測。

1.2.3 GC-MS/MS 條件 GC 條件[20]：HP-5MS 色譜柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；載氣為高純氦氣，流速1.5 mL/min；進樣口溫度280 ℃；升溫程序為初始溫度50 ℃，先以25 ℃/min 升到180 ℃，再以10 ℃/min升至300 ℃（保持10 min），自動進樣，進樣量1 μL。MS 條件：離子源溫度250 ℃；四級桿溫度150 ℃；電子轟擊離子源（EI 源）；電子能量70 eV；采用多重反應監測（MRM）模式采集數據，15 種硅氧烷的保留時間、離子對及碰撞電壓見表1。

表1 15 種甲基硅氧烷的保留時間、離子對及碰撞電壓Table 1 Retention time,ion pairs and collision voltage of 15 methylsiloxanes

1.2.4 炸雞、炸薯條中甲基硅氧烷的膳食暴露評估參考文獻[21-22]，采用點評估方法對炸雞中甲基硅氧烷進行暴露量的初步評估。

式中：EDI：估計日攝入量（Estimated daily intake，EDI）（ng·kg-1·day-1）；C炸雞或薯條：炸雞或薯條中VMS 及PDMS 的濃度（ng·g-1）；W炸雞或薯條：每天炸雞或薯條的攝入量（g·day-1）[23]，20～60 周歲男子平均每日攝入量為5 g·day-1；20～60 周歲女子平均每日攝入量為4 g·day-1；BIO：生物利用率，此處為1[24]；BW：體重（kg）[25]，20～60 周歲男子，平均體重70 kg；20～60周歲女子，平均體重55 kg。

1.3 數據處理

所有實驗均重復3 次，結果用平均值±標準差表示。本實驗運用Microsoft Excel 2016 進行數據處理，采用Origin 8.0 繪圖軟件繪制圖形。

2 結果與分析

2.1 QuEChERS 方法的條件優化

甲基硅氧烷為親脂性化合物，在正己烷和二氯甲烷等有機溶劑中均有較好的溶解能力，并能與水相形成明顯的分層。使用正己烷進行液液萃取和離心后，有機相在溶液上層，易于分液操作，因此最終選擇正己烷作為萃取溶劑。采用單因素實驗，在炸雞和炸薯條樣品的QuEChERS 前處理方法中分別考察了樣品量、超聲時間、超聲溫度、PSA 用量和C18用量對甲基硅氧烷總峰面積大小的影響（圖2 和圖3）。

圖2 炸雞中甲基硅氧烷的QuEChERS 方法優化Fig.2 Optimization of QuEChERS method for methylsiloxanes in fried chicken

圖3 炸薯條中甲基硅氧烷的QuEChERS 方法優化Fig.3 Optimization of QuEChERS method for methylsiloxanes in French fries

由于兩種樣品均為油炸食品，且炸雞中油脂含量高于薯條，因此直接考察炸雞的樣品量。如圖2A所示，炸雞樣品量在2～3 g 內，甲基硅氧烷總峰面積升高，在超過3 g 后，峰面積逐漸下降，推測隨著料液比的增加，正己烷中硅氧烷的濃度趨于飽和，導致正己烷溶液的萃取能力下降。圖2B、圖3A 顯示，無論是炸雞還是炸薯條樣品，當超聲溫度低于30 ℃時，峰面積隨著超聲溫度升高而增高，當溫度大于30 ℃時，隨著超聲溫度的升高，正己烷的萃取能力下降。由圖2C、圖3B 可知，無論是炸雞還是炸薯條樣品，5 min 后隨著超聲時間的延長，硅氧烷峰面積降低。這可能是由于在超聲萃取前期，樣品內外存在著較大的濃度差，硅氧烷迅速從樣品中溶出，而硅氧烷揮發性強且在正己烷中溶解性好，在較低溫度或短時間內就能達到較高的提取效果，但隨著溫度或時間延長，超聲波產生熱量和空化效應加大了對硅氧烷的揮發及結構破壞，從而導致提取率下降。

在炸雞樣品中，PSA 在10～20 mg 范圍內，硅氧烷峰面積有所增加；但當PSA 用量大于20 mg 時，隨著PSA 用量的增加，總硅氧烷的峰面積逐漸下降，這可能是由于PSA 可通過極性相互作用和弱陰離子相互作用優先吸附色素、脂肪酸類干擾物，但隨著PSA 量的增加可能吸附一部分甲基硅氧烷（圖2D）。與炸雞不同，薯條成分主要為淀粉類物質，且油脂成分含量較少，所以PAS 的用量在10 mg 時最佳（圖3C），少于炸雞樣品中PSA 的用量。由圖2E 和圖3D 可知，無論是炸雞還是炸薯條樣品，隨著C18用量的增加，總甲基硅氧烷的峰面積先增大后減小，在30 mg出現拐點。C18可通過非極性相互作用保留弱極性的脂肪酸類、烯烴類、維生素E、甾類、色素及油脂等大分子基質干擾物，從而將吸附在基質中的目標物質釋放，但隨著C18用量的不斷增加，C18開始吸附非極性的小分子硅氧烷，從而使得總甲基硅氧烷的峰面積降低。

最終，炸雞和炸薯條樣品的QuEChERS 方法的最優條件為：樣品量3 g，超聲溫度30 ℃，超聲時間5 min，PSA 炸雞20 mg、炸薯條10 mg，C18用量30 mg。

2.2 甲基硅氧烷的定量方法及評價

在全掃描模式下，確定甲基硅氧烷的保留時間，并得到各物質的一級質譜圖，再根據一級質譜圖選擇相對強度較大且具有特征性的離子作為母離子[26]，分別對目標物的離子對、碰撞能量（5～50 eV）、掃描時間、駐留時間等一系列參數進行了優化。采用標準品對照進行定性，VMS 混標和PDMS 混標的色譜圖見圖4。其中D4～D6、L4、L5 用VMS 混標（內標M4Q）進行定量。但由于無法獲得L6～L14 的單一標準品，而僅能購得PDMS 混標，因此，參考已有文獻[27-28]，先利用歸一化法確定PDMS 混標中的LMSs（L5～L14）的百分含量（%）（表2），然后同樣采用內標（M4Q）標準曲線法對L6～L14 進行定量。

表2 PDMS 混合標準中L5～L14 的百分含量Table 2 Percentage of L5～L14 in the PDMS mixture standard

圖4 VMS 及PDMS 混標的總離子流色譜圖Fig.4 Total ion chromatograms of VMS mixed standards and PDMS mixed standards

對QuEChERS-GC-MS/MS 法檢測炸雞、炸薯條中甲基硅氧烷進行儀器性能及方法學評價，如表3 所示。以目標物與內標M4Q 的峰面積之比為縱坐標，以相應的目標物與內標M4Q 的質量濃度之比為橫坐標，繪制各目標物的內標標準工作曲線。以不低于3 倍信噪比（S/N≥3）確定目標物檢出限（LOD），以S/N≥10 確定定量下限（LOQ），結果如表3 所示。D4～L14 的線性范圍為0.64～1405.95 ng/mL，決定系數（R2）不低于0.9918。D4～L14 的檢出限為0.17～0.54 ng/mL，定量限為0.57～1.78 ng/mL，日內精密度小于6.0%，表明儀器檢測甲基硅氧烷的靈敏度及穩定性良好，所建方法能夠滿足定量要求。分別對炸雞、炸薯條中14 種甲基硅氧烷進行加標回收率檢測及RSD 計算，3 個加標水平，每個水平平行3 次，按1.2 進行處理并測定。14 種甲基硅氧烷在炸雞中的加標回收率為75.02%～109.86%，RSD 值均小于15%（除L6 為20.8%）；在炸薯條中的方法回收率為75.28%～102.31%（L12～L14 除外），RSD 值均小于15%。該檢測方法具有良好的準確度和精密度。

表3 炸雞和炸薯條中VMS 及PDMS 檢測方法評價Table 3 Evaluation of detection method for VMS and PDMS in fried chicken and French fries

2.3 樣品中甲基硅氧烷的檢出結果

炸雞樣品中VMS（D4～D6、L4 和L5）的檢出率為6%（D4）～100%（L4），L6～L14 的檢出率為27%（L7）～79%（L10）。14 種甲基硅氧烷的平均含量在5.68（D4）～262.90（D6）ng·g-1之間。炸雞中 D6 含量最高，平均值為262.9 ng·g-1。炸薯條中14 種甲基硅氧烷檢出率為3%（L8）～100%（L4～L7），L8～L14 幾乎無檢出，L4～L7 檢出率均為100%，D6、D5 檢出率＞80%，平均含量在0.02（L10）～23.57（D6）ng·g-1之間。14 種甲基硅氧烷中的D6 在炸薯條中含量最高，平均值為23.57 ng·g-1。炸雞、炸薯條中14 種甲基硅氧烷檢出率及含量檢測結果如圖5 所示。

圖5 炸雞和炸薯條中VMS（L4，L5，D4～D6）和PDMS（L6～L14）含量及檢出率Fig.5 Content and detection rate of VMS (L4,L5,D4～D6) and PDMS (L6～L14) in fried chicken and French fries

此外，還在炸雞（薯條）中檢出CMS（D7～D18），由于缺乏相應的標準品，無法準確定量，采用D6（M4Q 做內標）的標準曲線對D7～D18 進行了半定量分析[27]。炸雞中CMS（D7～D18）的檢出率為96.97%（D7）～100%（D11）；∑CMS（D7～D18）的平均含量為438.63 ng·g-1，最大含量為1047.59 ng·g-1。炸薯條中CMS（D7～D18）的檢出率為47%（D15）～100%（D7）；∑CMS（D7～D18）的平均含量為238.07 ng·g-1，最大含量為1570.49 ng·g-1。炸制食品中檢出聚二甲基硅氧烷早已有報道，如吳慧勤等[18]利用裂解氣相色譜-質譜（PGC-MS）分析了不同品牌炸雞翅,結果發現炸雞翅樣品均含有聚二甲基硅氧烷，含量在23～42 mg·kg-1之間，高于本研究的檢測結果。這說明，炸制食品中的聚二甲基硅氧烷的檢出可能具有普遍性，但導致其含量差異的原因還需進一步研究。

使用Levene 法的F檢驗，對∑CMS（MW＜1000）和∑LMS（MW＜1000）在33 種炸雞和30 種薯條這兩類樣品中的含量的差異性進行分析。在置信度為95%水平下，得出：P∑CMS（MW＜1000）=0.006、P∑LMS（MW＜1000）=0.000，P值均＜0.05，表明在炸雞和薯條中的∑LMS 和∑CMS 差異顯著；且炸雞中∑LMS 和∑CMS 含量均高于薯條，可能的原因是，根據相似相溶原理，較高脂肪含量的炸雞更易吸附脂溶性的甲基硅氧烷[11]。

2.4 炸雞、炸薯條中甲基硅氧烷暴露評估

根據1.2.4 所述公式，計算得到炸雞、炸薯條中14種甲基硅氧烷的初步的估計每日攝入量（Estimated daily intake，EDI），結果如圖6 所示。炸雞中男性與女性ΣVMS（D4～D6、L4 和L5）總體暴露量為2.88～65.38 ng·kg-1·d-1。炸雞中男性與女性ΣMS（L4～L14，D4～D6）的總體暴露量為5.62～164.94 ng·kg-1·d-1。薯條中每日攝入量未見報道，因此采用炸雞的數據進行暴露評估。炸薯條中∑MS（L4～L14，D4～D6）的最高暴露量為13.09 ng·kg-1·d-1。整體來看，炸雞中甲基硅氧烷暴露量均高于炸薯條。炸雞中男性與女性∑MS（L4～L14，D4～D6）的總體暴露量（中位數）為36.76 和37.43 ng·kg-1·d-1，高于炸薯條中男性與女性∑MS（L4～L14，D4～D6）的總體暴露量（中位數）5.96和 6.07 ng·kg-1·d-1。女性對炸雞與炸薯條中∑MS（L4～L14，D4～D6）的暴露量與男性基本相當。

圖6 炸雞、炸薯條中VMS 及PDMS 的每日攝入暴露量Fig.6 EDI of VMS and PDMS exposure assessment in fried chicken and French chips

目前對于食用油脂、水果、雞翅等食品中PDMS的檢出已有報道，此外，我國也已出臺國標GB 5009.254-2016《動植物油脂中聚二甲基硅氧烷的測定》，是以測定試樣提取液中的總硅進行定量。動物學實驗表明，高聚合度的PDMS 基本不被消化道吸收，對人體影響不大，只有低分子量（如分子量＜1000）的甲基硅氧烷可能會被消化道吸收[29]。但目前，對于更易于被人體吸收的小分子（分子量＜1000）的甲基硅氧烷低聚物的檢測和暴露評估還較缺乏。炸雞（薯條）中的甲基硅氧烷殘留可能來源于消泡劑PDMS中的甲基硅氧烷的低聚物。已有研究顯示，在高溫下，高聚合的PDMS 可降解成甲基硅氧烷的低聚物[30]。

如果僅考慮易于被人體吸收的分子量小于1000的甲基硅氧烷，并忽略D7～D18 半定量的檢測誤差，則炸雞中ΣMS（L4～L14，D4～D18）（MW＜1000）暴露量為10.31～241.13 ng·kg-1·d-1，炸薯條中ΣMS（L4～L14，D4～D18）（MW＜1000）暴露量為4.77～127.31 ng·kg-1·d-1。炸雞中的ΣMS（L4～L14，D4～D18）暴露量高于薯條。女性對炸雞中∑MS（L4～L14，D4～D18）的平均暴露量（93.34 ng·kg-1·d-1）與男性對炸雞中∑MS（L4～L14，D4～D18）（91.67 ng·kg-1·d-1）的平均暴露量較接近。炸雞和炸薯條中∑MS 的暴露量均低于PDMS 暫行ADI 標準0.8 mg·kg-1·d-1[13]。由于缺乏標準品，油炸食品中甲基硅氧烷低聚物殘留的研究受到限制，但小分子甲基硅氧烷的殘留所導致的安全性應引起關注，尤其是已經在環境領域被普遍關注的VMS。

3 結論

PDMS 常用做炸油中的消泡劑，在炸制食品的過程中，其中的甲基硅氧烷的低聚物可能殘留至炸食中。本文建立了用QuEChERS-GC-MS/MS 檢測炸雞、炸薯條中甲基硅氧烷低聚物殘留的新方法，方法靈敏可靠。通過對市場上33 種炸雞和30 種炸薯條樣品的檢測發現，檢出D4～D18，L4～L14，L4 在炸雞樣品中100%檢出，L4～L7 在薯條樣品100%檢出。炸雞中ΣMS（L4～L14，D4～D6）男性與女性的總體暴露 量 為5.62～164.94 ng·kg-1·d-1，炸 薯 條 中∑MS（L4～L14，D4～D6）男性與女性的總體暴露量0.25～13.09 ng·kg-1·d-1。根據PDMS 的ADI 建議量，在僅考慮通過炸雞、炸薯條攝入而造成的甲基硅氧烷（總量）的暴露風險處于可接受范圍，但對小分子（分子量＜1000）甲基硅氧烷低聚物的長期低劑量攝入是否存在累積或潛在毒性還需深入研究。