硅橡膠模具中三種環(huán)硅氧烷遷移到蛋糕中的檢測(cè)方法及安全評(píng)估

劉宜奇，胡長(zhǎng)鷹*，商貴芹，張泓，曾瑩，朱蕾，鐘懷寧

1(暨南大學(xué) 食品科學(xué)與工程系，廣東 廣州， 510632) 2(常州進(jìn)出口工業(yè)及消費(fèi)品安全檢測(cè)中心，江蘇 常州，213000) 3(國(guó)家食品安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中心，北京，100022) 4(廣州海關(guān)技術(shù)中心,國(guó)家食品接觸材料檢測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州，510070)

硅橡膠(silicon rubber)是由聚硅氧烷、白炭黑以及各種補(bǔ)強(qiáng)填料在加熱和加壓條件下硫化生成的有機(jī)硅彈性體，其主鏈?zhǔn)怯晒柙雍脱踉咏惶娼M成的(—Si—O—Si—)，側(cè)鏈則是以Si—C鍵連接的各種有機(jī)取代基，如甲基、乙基和苯基等，其相對(duì)分子質(zhì)量較大(一般超過1.5×105)[1-2]。硅橡膠制品既具有無機(jī)高分子物的耐熱性，又具有普通有機(jī)高分子的柔順性，故廣泛應(yīng)用于食品接觸材料，如高壓鍋密封圈，烤盤，蛋糕模具，蒸墊以及嬰兒奶嘴等。硅橡膠焙烤模因具有各種各樣的模型，如小動(dòng)物模型、花型、心型、和字母型等，因價(jià)廉易得，被廣泛用于家庭焙烤中使用，深受人們的喜愛。有研究[3]通過吹掃捕集-氣質(zhì)聯(lián)用法，發(fā)現(xiàn)72種食品接觸硅橡膠焙烤制品中D4～D6的檢出率均為92%。硅橡膠焙烤模具在使用過程中經(jīng)受著高溫惡劣環(huán)境，長(zhǎng)時(shí)間的使用會(huì)促進(jìn)硅橡膠的熱降解反應(yīng)，而硅橡膠在熱氧老化過程中會(huì)發(fā)生側(cè)鏈甲基的氧化反應(yīng)和主鏈的降解斷裂反應(yīng)，這進(jìn)而生成小分子環(huán)硅氧烷，如D4和D5等[4-7]。D4～D6等小分子環(huán)硅氧烷可能具有致癌性和生物富集毒性[8-11]。環(huán)硅氧烷D4～D6具有親脂性[12-13]，而焙烤蛋糕是高脂性食品，在加工過程中硅橡膠焙烤模具中的D4～D6可能遷移至食品中。

目前，F(xiàn)ENG等[14]建立了吹掃捕集-氣質(zhì)聯(lián)用法、固相微萃取-氣質(zhì)聯(lián)用法和溶劑提取-氣質(zhì)聯(lián)用法3種方法對(duì)硅橡膠制品中D4～D6含量的測(cè)定。ZHANG等[15]發(fā)現(xiàn)硅橡膠烤盤模具在40 ℃牛奶中浸泡6 h，D4～D6基本不發(fā)生遷移，而在40 ℃條件下浸泡在50%乙醇72 h和95%乙醇2 h后D4～D6有檢出，D4～D6的最大遷出量分別為42、36和155 ng/mL，該遷移量少可能由于硅橡膠模具中D4～D6的初始含量較少所導(dǎo)致。而關(guān)于食品接觸材料硅橡膠中環(huán)硅氧烷向食品模擬物的遷移，《T/GDAQI 003—2018 食品接觸用硅橡膠中揮發(fā)性甲基環(huán)硅氧烷遷移量的測(cè)定》[16]規(guī)定，D4～D6每種環(huán)硅氧烷的遷移量的定量限為0.2 mg/kg， 但對(duì)于硅橡膠焙烤模具中環(huán)硅氧烷在真實(shí)高溫加工下遷移到食品中的檢測(cè)方法尚未建立。因此，建立對(duì)硅橡膠模具烘培后蛋糕中D4～D6含量的簡(jiǎn)便檢測(cè)方法以及對(duì)蛋糕中D4～D6的遷移量進(jìn)行閾值評(píng)估(TTC)法安全評(píng)估具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 樣品與試劑

硅橡膠焙烤模具(長(zhǎng)28.00 cm，寬24.00 cm，高3.50 cm) 為某品牌焙烤模具產(chǎn)品，購(gòu)買于淘寶；雞蛋、小麥粉、玉米油、食鹽和泡打粉，購(gòu)買于本地超市；八甲基環(huán)四硅氧烷(GC≥98.0%)、十甲基環(huán)五硅氧烷(GC≥99.0%),上海阿拉丁有限公司；十二甲基環(huán)六硅氧烷(純度≥97%)，上海源葉生物科技有限公司；乙腈(色譜純)，美國(guó)Fisher公司；無水硫酸鈉(AR)，廣州化學(xué)試劑廠；高純氦氣(純度≥99.999%)，空氣化工氣體(東莞)有限公司。

1.2 儀器

7890A-5975C氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，美國(guó)Agilent公司；EL104電子分析天平(0～120 g，精度0.000 1 g)，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；YP10KN電子天平(1～10 000 g，精度1 g)，上海精密科學(xué)儀器有限公司；KB3漩渦儀，海門市其林貝爾儀器制造有限公司；SK250LH超聲波清洗器，上海導(dǎo)超聲儀器有限公司；VH-24遠(yuǎn)紅外線食品烘箱，太原創(chuàng)旭食品機(jī)械設(shè)備有限公司；CX-6627打蛋器，廣東志高空調(diào)有限公司；料理機(jī)，九陽(yáng)股份有限公司；尼龍濾膜(孔徑0.22 μm)，天津津騰實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；移液器(20～200 μL，100～1 000 μL，5 mL)，德國(guó)Brand Transferpette公司。

1.3 試驗(yàn)方法

將200 g雞蛋和200 g玉米油攪拌混勻后，加入200 g白砂糖和4.000 0 g食鹽快速攪拌均勻，形成勻漿；將200 g小麥粉與2.400 0 g泡打粉混合，分3次篩入上述勻漿中，每次篩入后都要充分?jǐn)嚢?。將混勻的蛋糕糊分別快速注入硅橡膠模具和鋁合金焙烤模具中，模具中不能抹油[17]。注模后要在操作臺(tái)上輕輕摔打模具，使混入的大氣泡振出[18]，用牙簽把氣泡戳破。調(diào)整烤箱的溫度至上火溫度為180 ℃，下火溫度為175 ℃， 開啟烤箱恒溫一段時(shí)間后，焙烤蛋糕30 min，蛋糕表面形成淡淡的焦黃色。以鋁合金焙烤模具作為焙烤對(duì)照，硅橡膠模具作為試驗(yàn)組，均焙烤3份。

用刀具將離蛋糕邊緣1.00 cm寬的部分切下來作為邊緣的蛋糕；把蛋糕中間位置的底部高1.00 cm的蛋糕切取下來作為底部的蛋糕；取蛋糕中間長(zhǎng)24.00 cm、寬1.00 cm位置作為整體的蛋糕，分別使用料理機(jī)快速粉碎，存放離心管中，擰緊蓋子，待用。

1.3.2 氣質(zhì)聯(lián)用色譜條件

GC-MS條件：HP-5MS色譜柱(30 m×250 μm×0.25 μm，美國(guó)Agilent公司)；載氣為高純He，純度≥99.999%；載氣流速為1 mL/min，進(jìn)樣口溫度為230 ℃；分流比(2∶1)；升溫程序?yàn)?0 ℃保持1 min，以20 ℃/min升溫至220 ℃，再以40 ℃/min升溫至315 ℃保持4 min。離子源為電子轟擊(EI)；電子能量為70 ev；四極桿溫度為150 ℃；離子源溫度為230 ℃，傳輸線溫度為230 ℃；采用離子檢測(cè)(SIM)模式，其中D4的m/z為281.00，282.00，133.00；D5的m/z為355.0，267.00，73.00；D6的m/z為341.00，429.00，325.00，73.00；溶劑延遲4.5 min。

1.3.3 樣品前處理

焙烤蛋糕屬于高脂類食品，在預(yù)試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)正己烷對(duì)D4～D6的提取能力比乙腈好，但油脂能溶于正己烷，故若使用正己烷提取蛋糕中的D4～D6，蛋糕中大部分的油脂也會(huì)被提取出來，高含油量的正己烷不適宜直接使用GC-MS檢測(cè)，因?yàn)檫@會(huì)污染儀器，滯留在襯管中的油脂也會(huì)對(duì)下次進(jìn)樣的D4～D6有一定的吸附作用，進(jìn)而降低儀器的準(zhǔn)確度。由于乙腈與油脂不相溶，且乙腈對(duì)蛋糕的D4～D6也具有較好的提取能力，可通過優(yōu)化提取條件，盡可能地將蛋糕的D4～D6提取出來。

超聲時(shí)間的優(yōu)化：取2.000 0 g蛋糕于試管底部，加入1.000 0 g無水硫酸鈉和4 mL乙腈，渦旋混勻30 s后，分別在(16±2)℃下超聲10、20、30、40、50和60 min，再渦旋1 min，將提取液定容至10 mL，過0.22 μm 有機(jī)濾膜后，待上GC-MS。

判斷走棋規(guī)則是否合法。如果非法，輸出結(jié)果；如果合法，則判斷落點(diǎn)是否有子。如果落點(diǎn)沒有棋子，更新棋盤。如果落點(diǎn)有子，首先判斷是否為本方棋子，如果是本方棋子，輸出結(jié)果；否則，更新棋盤。如果吃掉的棋子為敵方將帥，則輸出結(jié)果勝利。執(zhí)行步驟4行棋結(jié)束后，判斷兩帥是否相對(duì)，如果相對(duì)執(zhí)行步驟4。

提取次數(shù)的優(yōu)化：在以上優(yōu)化的超聲時(shí)間下，分別重復(fù)提取1、2、3和4次，將提取液定容至10 mL，過0.22 μm有機(jī)濾膜后，待上GC-MS。

1.3.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線及檢出限

準(zhǔn)確稱取一定質(zhì)量的D4～D6標(biāo)準(zhǔn)品，用乙腈配制和稀釋成30 μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，保藏于4 ℃的冰箱中。經(jīng)過稀釋后，配置成120、300、600、1 200和3 000 ng/mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液。

1.3.5 回收率及精確度

取D4～D6陰性蛋糕樣品2.000 0 g，分別加入200、600和2 000 ng/mL 3個(gè)不同濃度的D4～D6標(biāo)準(zhǔn)溶液，以優(yōu)化的條件進(jìn)行前處理，平行測(cè)定6次，計(jì)算其回收率和精密度。

1.3.6 不同位置的蛋糕中D4～D6的含量

對(duì)不同位置的蛋糕按照以上優(yōu)化后的方法進(jìn)行檢測(cè)，平行3次。

1.3.7 D4～D6含量的計(jì)算

(1)

式中:X為樣品中D4～D6的含量，mg/kg；C為標(biāo)準(zhǔn)曲線定量的樣品D4～D6質(zhì)量濃度，ng/mL；C0為空白的D4～D6質(zhì)量濃度，ng/mL；V為定容體積，mL；m為樣品質(zhì)量，g；1 000為單位換算倍數(shù)。

1.3.8 D4～D6的結(jié)構(gòu)分類

利用歐洲化學(xué)品局建立的Toxtree軟件對(duì)化學(xué)物進(jìn)行Cramer結(jié)構(gòu)分類。

1.3.9 EDI的計(jì)算

針對(duì)無暴露量數(shù)據(jù)或新發(fā)現(xiàn)的物質(zhì)，需對(duì)其暴露量進(jìn)行估算，才能進(jìn)一步的與法規(guī)的TTC閾值進(jìn)行比較，從而進(jìn)行安全評(píng)估[19-21]。EDI的計(jì)算如式(2)：

EDI=Q×0.007 4 kg×CF×1 000

(2)

式中：EDI為D4～D6估算的每日膳食量，μg/d；Q為D4～D6的遷移量，mg/kg；0.007 4 kg為2010年～2012年中國(guó)城鄉(xiāng)居民的每人每日平均的糕點(diǎn)膳食量[22]，假設(shè)中國(guó)城鄉(xiāng)居民膳食的糕點(diǎn)均由硅橡膠模具烘培；CF為校正因子；1 000為單位換算倍數(shù)。

CF是指與特定包裝材料相接觸的食品占食品總攝入量的百分?jǐn)?shù)，由于目前僅有部分接觸材料的CF值，基于安全評(píng)估，對(duì)于其他暫無該值的包裝材料，取CF的值為1，故本文CF值取1。

1.3.10 結(jié)果判斷

當(dāng)化學(xué)物的暴露水平低于TTC閾值時(shí)，不需要引起健康關(guān)注；反之，則需要對(duì)該化學(xué)物進(jìn)行進(jìn)一步毒理學(xué)評(píng)價(jià)或個(gè)案評(píng)估[19]。

2 結(jié)果與分析

2.1 超聲時(shí)間的優(yōu)化

由圖1可見，在超聲時(shí)間為0～20 min時(shí)，乙腈對(duì)蛋糕中的D4～D6的提取能力是逐漸增大，但在超聲時(shí)間為20～60 min時(shí)，乙腈對(duì)蛋糕中的D4～D6的提取能力達(dá)到最大，基本飽和，故選擇超聲時(shí)間20 min 為最優(yōu)提取時(shí)間。

圖1 超聲時(shí)間對(duì)蛋糕中D4～D6提取能力的影響Fig.1 Influence of ultrasonic time on extraction of D4-D6 from cake

2.2 提取次數(shù)的優(yōu)化

由圖2可知，隨著重復(fù)提取次數(shù)的增加，乙腈對(duì)蛋糕中的D4～D6的提取效果會(huì)增強(qiáng)，但在第3次和第4次提取時(shí)，乙腈對(duì)D4～D6的提取效果基本不變，這滿足一般提取規(guī)律。本文選擇重復(fù)超聲提取3次為最優(yōu)提取次數(shù)。

圖2 超聲提取次數(shù)對(duì)蛋糕中D4～D6提取效果的影響Fig.2 Influence of ultrasonic extraction times on extraction of D4-D6 from cake

2.3 方法驗(yàn)證

D4～D6在0.12～3.00 μg/mL線性良好，回歸方程分別為:Y=26.663X-722.55、Y=26.663X-722.55和Y=26.663X-722.55，相關(guān)系數(shù)R2≥0.996 9， 扣除空白背景后，其檢出限(信噪比為3)分別為3.10、3.29和6.96 ng/mL，定量限(信噪比為10)分別為10.33、10.97和23.20 ng/mL。

在加標(biāo)回收試驗(yàn)中，D4～D6的回收率為86.10%～104.62%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為3.16%～7.53%，這表明該方法對(duì)硅橡膠中D4～D6的定量具有較好的可信度。

2.4 蛋糕中D4～D6的含量

經(jīng)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)鋁合金模具烘培的蛋糕中未檢出D4～D6，而由硅橡膠模具烘培的蛋糕檢出D4～D6，這說明了蛋糕中D4～D6來自硅橡膠模具，這可能由于D4～D6具有親脂性，在高溫條件下硅橡膠中D4～D6容易遷移至蛋糕中。由表1看出，底部的蛋糕中D4～D6的含量分別為2.04、7.32和6.20 mg/kg，而邊緣的蛋糕中D4～D6含量分別為0.67、3.23和3.62 mg/kg?？梢?，邊緣的蛋糕與硅橡膠模具的接觸面積(側(cè)面和底面)比底部的蛋糕的接觸面積大，但其D4～D6的含量卻低于底部的蛋糕，其含量分別是底部的蛋糕的0.33、0.44和0.58倍。這可能是由于蛋糕在烘培過程中會(huì)膨脹，內(nèi)部形成大小不一的氣孔，對(duì)遷移出來的D4～D6具有一定的滯留作用，進(jìn)而在蛋糕底部積累較多的D4～D6，而邊緣的蛋糕在烘培過程中直接承受的溫度比蛋糕底部的溫度高，這會(huì)加速邊緣的蛋糕中油脂的揮發(fā)和抑制邊緣的蛋糕的膨脹，進(jìn)而降低了蛋糕對(duì)D4～D6的吸附能力，同時(shí)高溫也會(huì)促進(jìn)D4～D6的揮發(fā)，從而降低了邊緣的蛋糕中D4～D6含量。低分子質(zhì)量環(huán)硅氧烷具有揮發(fā)性，高溫下會(huì)促進(jìn)D4～D6的揮發(fā)，其中D4的沸點(diǎn)最低為175 ℃與焙烤溫度相近，所以在烘培過程中邊緣的蛋糕中的D4更容易逃逸，D5次之。整體的蛋糕中D4～D6的含量分別為1.16、4.10和3.30 mg/kg， 此含量低于底部的蛋糕，高于邊緣的蛋糕，符合一般規(guī)律。由硅橡膠模具焙烤的蛋糕中D4～D6的總含量為8.56 mg/kg。相關(guān)研究[22]也表明，使用硅橡膠烘烤面包過程中，環(huán)硅氧烷會(huì)遷移到面包中。由此可測(cè)，在食品加工過程中，烤盤類硅橡膠中D4～D6會(huì)向食品中發(fā)生遷移，這可能對(duì)人體健康存在一定的健康風(fēng)險(xiǎn)，不可忽視。

表1 不同位置的蛋糕中D4～D6的含量Table 1 The contents of D4-D6 in cakes at different locations

2.5 D4～D6的TTC安全評(píng)估

由表2可知，經(jīng)TTC法判斷D4～D6均為Cramer Ⅲ類結(jié)構(gòu)。由MUNRO[23-24]建立的閾值作為TTC閾值標(biāo)準(zhǔn)，故D4～D6的閾值為90 μg/d，見表3。

表2 D4～D6的TTC安全評(píng)估Table 2 The TTC security evaluation of D4-D6

表3 不同分類化合物的TTC閾值Table 3 The TTC thresholds of different compounds

注：*表示TTC閾值設(shè)定以60 kg體重進(jìn)行計(jì)算的。b.w.表示體重。

以由硅橡膠焙烤模具烘焙的蛋糕中D4～D6的總遷移量來計(jì)算EDI值，可得邊緣蛋糕中D4～D6的總EDI值、底部蛋糕中D4～D6的總EDI值和整體蛋糕中D4～D6的總EDI值分別為55.65，115.14和63.34 μg/d。該結(jié)果與TTC閾值作比較，發(fā)現(xiàn)邊緣蛋糕中D4～D6的總EDI值和整體蛋糕中D4～D6的總EDI值

3 結(jié)論

本文通過用硅橡膠模具和鋁合金模具烘培蛋糕；采用溶劑提取-氣質(zhì)聯(lián)用法，以乙腈為提取溶劑在優(yōu)化超聲提取時(shí)間為20 min和提取次數(shù)3次下對(duì)蛋糕進(jìn)行前處理，建立對(duì)硅橡膠模具烘培的蛋糕中D4～D6含量的簡(jiǎn)便快速檢測(cè)方法。采用本文建立的方法檢測(cè)的蛋糕中D4～D6的含量，發(fā)現(xiàn)由鋁合金模具焙烤的蛋糕中未檢測(cè)出D4～D6，而由硅橡膠模具焙烤的蛋糕中D4～D6含量分別為1.16、4.10和3.30 mg/kg。TTC法認(rèn)為D4～D6屬于Cramer Ⅲ類物質(zhì)，蛋糕中D4～D6的總EDI值低于TTC閾值。這表明該方法可有效簡(jiǎn)捷檢測(cè)蛋糕中D4～D6的含量，同時(shí)食品接觸材料硅橡膠焙烤模具中D4～D6在加工過程中遷移到食品中的安全性不可忽視，需進(jìn)一步研究硅橡膠中D4～D6遷移到蛋糕中各個(gè)位置的具體狀況和焙烤用油量對(duì)硅橡膠中D4～D6遷移的影響以及D4～D6的相關(guān)毒理學(xué)。