食品接觸塑料容器中限用熒光增白劑184和393的遷移行為研究

冼燕萍，郭新東，穆同娜，董 浩，盧宇靖，吳玉鑾，羅海英，羅東輝

(1. 廣州質(zhì)量監(jiān)督檢測研究院，廣東 廣州 510110；2. 北京市海淀區(qū)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所，北京 100094；3.廣東工業(yè)大學(xué)輕工化工學(xué)院，廣東 廣州 510006)

熒光增白劑(fluorescent whitening agents，F(xiàn)WA)常被用于塑料制品、紙張、涂料、洗滌用品和紡織品中，以提高基體的白度，保證基體的亮度[1]。自2011年媒體曝光爆米花桶含有熒光增白劑的事件后，人們對(duì)食品接觸性制品的安全性問題的關(guān)注度不斷提高。歐盟[2]、美國[3]和中國[4]都將熒光增白劑作為食品接觸性塑料制品的添加劑(塑料著色劑)進(jìn)行監(jiān)管，制訂了允許用于生產(chǎn)塑料食品接觸材料和制品的添加劑清單，清單中規(guī)定了相關(guān)的限用量和/或特定遷移量，其中FWA184和FWA393的結(jié)構(gòu)及相關(guān)性質(zhì)列于表1。當(dāng)食品接觸塑料制品中的熒光增白劑在存儲(chǔ)過程中遷移至食品時(shí)，會(huì)通過食物鏈進(jìn)入人體，一旦熒光增白劑在人體內(nèi)蓄積，就會(huì)存在削弱人體免疫力及傷口愈合能力、危害肝臟等風(fēng)險(xiǎn)，甚至有可能誘發(fā)細(xì)胞癌變[5]。因此，建立食品接觸性塑料容器中限用熒光增白劑遷移量的檢測方法，研究其遷移規(guī)律，可為保障相關(guān)食品接觸性塑料制品的質(zhì)量安全提供技術(shù)支持。

目前，關(guān)于熒光增白劑的檢測方法主要有紫外燈照射觀測法[6]、液相色譜法[5, 7-13]和液相色譜-串聯(lián)三重四極桿質(zhì)譜法(LC-MS/MS)[14-16]。紫外燈照射觀測法只能定性檢測熒光增白劑的總量，不能鑒別熒光增白劑的種類；液相色譜和液相色譜-串聯(lián)三重四極桿質(zhì)譜具有色譜的分離能力，可以定性定量測定熒光增白劑的種類，檢測基質(zhì)主要為食品接觸塑料材料[7,15]、紙塑包裝[8-9]、食品[10]、環(huán)境水、紙張和嬰兒紡織品[14,16]等，但尚未見關(guān)于塑料制品中熒光增白劑的遷移檢測報(bào)道。本研究根據(jù)歐盟法規(guī)對(duì)食品接觸材料的前處理要求，以及基于FWA184和FWA393在GB 9685—2008中的特定遷移量(SML)，考察了食品接觸塑料容器中限用的雙苯并噁唑類熒光增白劑FWA184和FWA393在分別代表水性、酸性、酒類與脂類的4種食品模擬物中的遷移特性。

表1 FWA184和FWA393的分子結(jié)構(gòu)式及其正辛醇/水分配系數(shù)(log Kow)

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與裝置

Qtrap 4000三重四極桿串聯(lián)質(zhì)譜儀：美國AB Sciex公司產(chǎn)品，配有電噴霧離子源(ESI)；Shimadzu-20AT高效液相色譜儀：日本Shimadzu公司產(chǎn)品，配有二元高壓泵、自動(dòng)進(jìn)樣器、柱溫箱；Milli-Q去離子水發(fā)生器：美國Millipore公司產(chǎn)品。

1.2 主要材料與試劑

FWA 184和FWA 393標(biāo)準(zhǔn)品：梯希愛(上海)化成工業(yè)發(fā)展有限公司產(chǎn)品；甲醇、乙酸、無水乙醇(均為色譜純)：美國J.T.Baker公司產(chǎn)品；實(shí)驗(yàn)用水為自制超純水；20個(gè)塑料盒/杯樣品(其中10個(gè)樣品用于盛裝低溫冷藏食品，10個(gè)樣品用于盛裝常溫貯存食品)：購自廣州食品包裝生產(chǎn)企業(yè)。樣品檢測之前在恒溫恒濕環(huán)境中靜置24 h。

標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制：準(zhǔn)確稱取各標(biāo)準(zhǔn)品，用三氯甲烷配成濃度為100 mg/L的單標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)貯備液，再用乙醇配成2種熒光增白劑的混合標(biāo)準(zhǔn)貯備液和所需濃度的標(biāo)準(zhǔn)工作液，于-20 ℃冰箱保存。

1.3 樣品處理

參考文獻(xiàn)[17-18]，選取95%乙醇作為脂類食品模擬物，在恒溫箱中進(jìn)行樣品灌注單面暴露的遷移實(shí)驗(yàn)。對(duì)于包裝低溫冷藏食品的塑料盒/杯，在5 ℃下遷移實(shí)驗(yàn)240 h；而包裝常溫貯存食品的塑料盒/杯，則在40 ℃下遷移實(shí)驗(yàn)240 h。浸泡液經(jīng)0.22 μm濾膜過濾后，待LC-MS/MS測定。

1.4 實(shí)驗(yàn)條件

1.4.1 色譜條件 色譜柱：Phenomenex Kinetex C18柱(2.1 mm×100 mm×2.6 μm)；流動(dòng)相為甲醇(A)和0.1%甲酸水(B)；梯度洗脫程序：0～4.0 min、60%～100%A，4.0～10.0 min、100%A，10.0～10.1 min、100%～60%A，10.1～14.0 min、60%A；流速0.4 mL/min；柱溫40 ℃；進(jìn)樣量20 μL。

1.4.2 質(zhì)譜條件 ESI+正模式，電離電壓(IS)5 500 V，霧化氣(GAS 1)壓力3.79×105Pa，輔助加熱氣(GAS 2)壓力3.79×105Pa，輔助加熱氣溫度550 ℃，多反應(yīng)監(jiān)測(MRM)模式。2種熒光增白劑的質(zhì)譜條件列于表2。

表2 2種待測物的質(zhì)譜分析條件

注：*為定量離子

2 結(jié)果與討論

2.1 LC-MS/MS條件的優(yōu)化

2種目標(biāo)物的結(jié)構(gòu)中均含有叔氮原子，可在ESI+模式下產(chǎn)生較強(qiáng)的[M+H]+信號(hào)。經(jīng)質(zhì)譜優(yōu)化獲得化合物的分子離子和二級(jí)碎片離子，以及去簇電壓、碰撞能量等質(zhì)譜參數(shù)，使每種化合物的分子離子和特征碎片離子對(duì)的強(qiáng)度達(dá)到最大。

在ESI+模式下，流動(dòng)相中加入甲酸可以提供電離所需的H+，以提高響應(yīng)值。比較了在乙腈-0.1%甲酸水和甲醇-0.1%甲酸水流動(dòng)相體系下2種目標(biāo)化合物的色譜行為，發(fā)現(xiàn)采用甲醇為有機(jī)相時(shí)，2種目標(biāo)化合物的檢測靈敏度明顯高于乙腈作為有機(jī)相，其中FWA184的響應(yīng)值提高了30多倍。故本實(shí)驗(yàn)選擇甲醇-0.1%甲酸水作為流動(dòng)相，并對(duì)洗脫梯度進(jìn)行了優(yōu)化。在最初4 min，有機(jī)相從60%逐步升至100%，使極性大的干擾物先流出，以減少基質(zhì)干擾，然后使2種化合物在100%有機(jī)相下流出，同時(shí)獲得良好的分離效果，保持100%有機(jī)相至10 min，有利于充分洗脫殘留在色譜柱上極性小的雜質(zhì)，可延長色譜柱的使用壽命。在優(yōu)化好的儀器條件下，2種熒光增白劑標(biāo)準(zhǔn)溶液(10 μg/L)的提取離子色譜圖示于圖1。以S/N=3考察FWA393和FWA184的儀器檢出限(LOD)，均為0.01 μg/L，表明經(jīng)優(yōu)化后，待測物可獲得較低的檢出限。

圖1 2種熒光增白劑標(biāo)準(zhǔn)溶液(10 μg/L)MRM色譜圖Fig.1 Selected ion chromatogramsof 2 fluorescent whitening agents standards (10 μg/L)

2.2 遷移條件的選擇

根據(jù)文獻(xiàn)[17-18]，選擇分別代表水性、酸性、酒類和脂類食品的模擬物蒸餾水、3%乙酸、10%乙醇和橄欖油進(jìn)行遷移實(shí)驗(yàn)，對(duì)于脂類食品模擬物，也可以采用異辛烷、95%乙醇等作為替代試驗(yàn)用介質(zhì)。由于本實(shí)驗(yàn)采用LC-MS/MS檢測，待測物檢出限低，基于SML值，遷移實(shí)驗(yàn)后的浸泡液可以直接檢測，故根據(jù)儀器的適用性，以95%乙醇代替橄欖油作為脂類食品模擬物。此外，遷移行為的發(fā)生必須經(jīng)過以下過程：遷移物質(zhì)和模擬物沖破阻隔層接觸；濃度差促使互溶的物質(zhì)擴(kuò)散、溶解、混勻[9]。所以，模擬物對(duì)遷移物質(zhì)的溶解性是遷移發(fā)生的條件之一。在實(shí)驗(yàn)前期配制標(biāo)準(zhǔn)溶液時(shí)，發(fā)現(xiàn)FWA184可溶于甲醇、乙醇、95%乙醇和氯仿；FWA393難溶于甲醇、乙醇、95%乙醇等溶劑，可溶于氯仿；兩者均不溶于蒸餾水、3%乙酸和10%乙醇。分別用4種選定的食品模擬物稀釋標(biāo)準(zhǔn)工作液(濃度為10 μg/L)，采用LC-MS/MS檢測。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：以水、3%乙酸和10%乙醇稀釋的標(biāo)準(zhǔn)溶液響應(yīng)值分別下降了約70%、70%和50%；以95%乙醇稀釋的標(biāo)準(zhǔn)溶液響應(yīng)值沒有發(fā)生變化。這些現(xiàn)象都表明了由于兩者的logKow較大，在水基模擬物中的溶解度很低，難以發(fā)生遷移行為。對(duì)后續(xù)的陽性樣品進(jìn)行遷移實(shí)驗(yàn)研究(2.4)，在浸泡了240 h和480 h的這3種食品模擬物中也未檢出2種待測物。綜上，本實(shí)驗(yàn)選擇95%乙醇作為遷移實(shí)驗(yàn)研究的模擬物。

選擇最苛刻的遷移條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，鑒于所考察的樣品為小體積的塑料容器，而且一般用于低溫冷藏食品和常溫儲(chǔ)存食品，根據(jù)GB/T 23296.1—2009[17]規(guī)定的遷移實(shí)驗(yàn)條件，分別選擇遷移溫度為5 ℃和40 ℃，遷移時(shí)間均為240 h。針對(duì)樣品與食品實(shí)際接觸的情況，選擇在恒溫箱中進(jìn)行樣品灌注單面暴露的遷移實(shí)驗(yàn)。

2.3 方法學(xué)評(píng)價(jià)

2.3.1 專屬性 對(duì)20個(gè)陰性樣品按1.3進(jìn)行遷移實(shí)驗(yàn)，檢測浸泡液及其添加待測物的浸泡液。發(fā)現(xiàn)樣液中的共存物質(zhì)對(duì)待測物的定性確證無干擾，方法專屬性強(qiáng)。

2.3.2 線性范圍、檢出限和定量限 應(yīng)用1.4的條件檢測0.03～20 μg/L濃度范圍的系列混合標(biāo)準(zhǔn)溶液。以相應(yīng)化合物的濃度為橫坐標(biāo)(x，μg/L)，各化合物定量離子對(duì)的峰面積為縱坐標(biāo)(y)，作標(biāo)準(zhǔn)曲線；相關(guān)系數(shù)分別為0.999 6和0.999 2，線性關(guān)系良好。檢出限為0.01 μg/L，以S/N=10計(jì)算FWA393和FWA184的定量限(LOQ)，均為0.03 μg/L，可以滿足SML的要求。

2.3.3 準(zhǔn)確度和精密度 選取陰性樣品分別于5 ℃和40 ℃條件下進(jìn)行3個(gè)水平的添加回收率和精密度實(shí)驗(yàn)(n=6)，結(jié)果列于表3。可見，添加回收率為91.1%～105.3%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)在2.7%～6.4%之間。該方法具有較高的回收率，良好的準(zhǔn)確度和精密度。

2.4 遷移規(guī)律的研究

選取一個(gè)陽性的長方形塑料盒(其中FWA393含量為63 mg/kg，F(xiàn)WA184含量為4.5 mg/kg)為試樣進(jìn)行遷移規(guī)律研究，試樣的浸泡面積約為1.95 dm2，所添加的模擬物體積為225 mL。本實(shí)驗(yàn)主要考察FWA393和FWA184在脂類食品模擬物中的遷移規(guī)律，并驗(yàn)證FWA393和FWA184在3種水基食品模擬物中難以發(fā)生遷移的理論觀點(diǎn)，因此將4種食品模擬物分別在5 ℃和40 ℃條件下進(jìn)行0～480 h的遷移實(shí)驗(yàn)研究，其中3種水基食品模擬物只在浸泡240 h和480 h后取樣檢測，而脂類食品模擬物則每隔24 h取0.2 mL樣液進(jìn)行檢測分析。3種水基食品模擬物中均未檢出2種目標(biāo)物。在脂類食品模擬物中，F(xiàn)WA393和FWA184在不同溫度和時(shí)間的遷移百分率示于圖2。結(jié)果顯示：在95%乙醇浸泡條件下，F(xiàn)WA393和FWA184在不同溫度下的遷移率隨著遷移時(shí)間的增加而增加；在前96 h遷移速率較快，在96～216 h遷移緩慢，隨后趨于平穩(wěn)；24 h后，F(xiàn)WA393和FWA184在40 ℃條件下的遷移率明顯高于5 ℃的。對(duì)圖2各數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行擬合，分別得到FWA393和FWA184在5 ℃和40 ℃條件下隨遷移時(shí)間變化的遷移曲線方程，相關(guān)系數(shù)在0.981 7～0.997 3之間，列于表4。

實(shí)驗(yàn)表明，使用含有FWA393和FWA184的食品接觸塑料容器盛裝脂肪類食品存在熒光增白劑物質(zhì)遷移至食品的情況，遷移量及危害風(fēng)險(xiǎn)與塑料容器中熒光增白劑的含量、儲(chǔ)存溫度和時(shí)間有關(guān)。

表3 2種目標(biāo)物的添加回收率和精密度(n=6)

圖2 遷移溫度和遷移時(shí)間與FWA393(a)和FWA184(b)遷移率的關(guān)系Fig.2 The relationship of migration temperature and migration time vs FWA393(a) and FWA184(b) migration rate

化合物5 ℃遷移方程相關(guān)系數(shù)40 ℃遷移方程相關(guān)系數(shù)FWA393y = -10-11x4 +2×10-8x3 -9×10-6x2+0.002x+0.0050.981 7 y = -6×10-11x4 +8×10-8x3 -4×10-5x2+0.009x-0.105 70.997 3FWA184y =7×10-12x4-4×10-9x3-2×10-6x2+0.001 3x+0.066 80.991 2 y = -4×10-11x4+6×10-8x3-3×10-5x2+0.006 5x+0.029 20.994 3

2.5 實(shí)際樣品的檢測

根據(jù)20個(gè)塑料杯/盒樣品的用途，使用本方法分別在5 ℃和40 ℃條件下測定各樣品中熒光增白劑的遷移值。僅有1個(gè)用于常溫盛裝和貯存食品的樣品的脂類食品模擬物浸泡液中檢出含有FWA184，其提取離子色譜圖示于圖3，遷移量為0.05 μg/L，折算成特定遷移量為2.1×10-4mg/kg，未超過限量要求(0.6 mg/kg)[4]；其余19個(gè)樣品的浸泡液中均未檢出2種待測化合物。

圖3 陽性樣品的提取離子色譜圖Fig.3 Selected ion chromatograms of positive sample

3 結(jié)論

本研究建立了食品接觸塑料容器中限用熒光增白劑184和393遷移量的液相色譜-串聯(lián)三重四極桿質(zhì)譜測定方法，初步探討了FWA184和FWA393在5 ℃和40 ℃條件下采用脂類食品模擬物(95%乙醇)進(jìn)行浸泡實(shí)驗(yàn)的遷移行為，并建立了遷移曲線方程。結(jié)果表明：添加了熒光增白劑的食品接觸塑料容器對(duì)內(nèi)裝物有一定的影響；包裝脂肪類食品時(shí)存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，儲(chǔ)存溫度較高和延長保存時(shí)間會(huì)增加FWA184和FWA393的遷移量，從而對(duì)內(nèi)裝食品造成更大的污染；包裝水性、酸性和酒精度較低的食品時(shí)安全性相對(duì)較高。

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