食品及食品接觸材料中烴類礦物油分析技術(shù)進(jìn)展

鄭建國，陳燕芬，鐘懷寧*，李 丹，吳梓潼

(1.廣東省動植物與食品進(jìn)出口技術(shù)措施研究重點實驗室，廣東 廣州 510623；2.廣州海關(guān)技術(shù)中心，廣東 廣州 510623；3.廣州市天河外國語學(xué)校，廣東 廣州 510627)

烴類礦物油(Mineral oil hydrocarbons，MOH)是一類由多種烴類物質(zhì)組成的復(fù)雜混合物，主要由原油經(jīng)蒸餾、萃取、酸處理、加氫反應(yīng)等過程或是由天然氣、煤及其它生物材料通過合成反應(yīng)制成。MOH主要包括環(huán)烷烴、直鏈及支鏈的飽和烴類礦物油(Mineral oil saturated hydrocarbons，MOSH)及由烷基化合物組成的芳香烴類礦物油(Mineral oil aromatic hydrocarbons，MOAH)。由于碳原子數(shù)小于10的烴類礦物油具有揮發(fā)性，殘留并污染食品的可能性小；而碳原子數(shù)大于50的烴類礦物油分子量大，不易被人體吸收。因此，現(xiàn)階段的風(fēng)險評估主要關(guān)注碳原子數(shù)范圍為C10～C50的礦物油。對于礦物油的毒性，國外已有諸多研究，但仍然存在較大爭議。研究表明,烷烴類礦物油具有生物蓄積效應(yīng)，目前普遍認(rèn)為C16～C35具有最高風(fēng)險，主要蓄積在脂肪組織、淋巴結(jié)、脾臟和肝臟等器官中[1]；而芳香烴類礦物油具有致突變性,高度烷基化的芳烴可能會誘發(fā)腫瘤,一些結(jié)構(gòu)簡單的芳烴有細(xì)胞毒性[1]，含有3個以上苯環(huán)的芳烴有遺傳致癌性[2]。因此,礦物油的污染不容忽視。調(diào)查研究表明，礦物油大多存在于有印刷的食品包裝紙和回收紙包裝材料中，通常以氣態(tài)擴散或直接接觸的方式遷移到食品中,是目前食品中礦物油污染的主要來源[3]。

烴類礦物油成分復(fù)雜，且干擾物質(zhì)較多，采用現(xiàn)有技術(shù)檢測存在較大的局限性。多年來，研究者在前處理技術(shù)的簡化、干擾物質(zhì)的排除、MOSH和MOAH的有效分離及定性和定量分析、儀器配置的開發(fā)和應(yīng)用等方面進(jìn)行了不斷探索和優(yōu)化。本文綜述了國內(nèi)外近十年來礦物油檢測技術(shù)的研究進(jìn)展,及其在食品及食品包裝材料中的應(yīng)用，旨在為相關(guān)企業(yè)和機構(gòu)的檢測工作提供方法與技術(shù)參考。

礦物油測定時需要對MOSH和MOAH的總量進(jìn)行定量分析，其一般檢測流程如圖1所示：提取凈化后，對MOSH和MOAH進(jìn)行分離，采用GC/FID定量(必要時采用GC-MS進(jìn)行定性分析)。

圖1 礦物油的常規(guī)檢測流程Fig.1 Routine detection process of mineral oil

1 樣品前處理技術(shù)

食品中的很多物質(zhì)與礦物油結(jié)構(gòu)相近，在色譜上難以與礦物油實現(xiàn)分離，從而對檢測產(chǎn)生較大干擾。因此要得到準(zhǔn)確的定量結(jié)果，必須實現(xiàn)礦物油的有效提取、凈化和分離。

圖2 MOSH的色譜圖Fig.2 Chromatogram of MOSH

1.1 提取及濃縮方法

食品及食品接觸材料的傳統(tǒng)提取方法是采取正己烷或正己烷-乙醇提取，根據(jù)測試對象種類選擇不同的提取時間，如奶粉為靜置過夜提取，而紙制品中礦物油含量的提取時間為2 h[4-5]。而針對含油脂的食品，通常需要皂化去除甘油三酯等，導(dǎo)致分析凈化步驟繁瑣、費時，且消耗大量的試劑。為了提高效率，Moret等[6]采用微波皂化萃取法將提取、皂化在高溫高壓微波下同步完成，節(jié)約了試劑，簡化了濃縮步驟，實現(xiàn)了快速提取。也有研究通過快速溶劑萃取法[7]大大縮短了礦物油的提取時間。

礦物油為一大類同系物質(zhì)，在色譜上通常以“駝峰”的形態(tài)出現(xiàn)，如圖2。為避免前處理過程中低碳鏈礦物油的損失，需選用合適的方式對提取液進(jìn)行濃縮。Fiorini等[8]建立了植物油和干性水果食品中礦物油的檢測方法，研究了不同濃縮方式對檢測結(jié)果的影響，發(fā)現(xiàn)相比氮吹濃縮法，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮法(40 ℃)造成的目標(biāo)物損失更少，效果更優(yōu)。

1.2 凈化方法

植物油中的甘油三酯、原生烴類和烯烴物質(zhì)是在對植物油中的礦物油進(jìn)行測定時的主要干擾物質(zhì)。

1.2.1 皂化法——去除甘油三酯的干擾甘油三酯作為植物油的主要成分，能與礦物油成分共存于有機溶劑中，且沸點較礦物油高，在FID色譜上的出峰相對靠后，既可能掩蓋目標(biāo)物，也容易造成色譜柱和檢測器的污染，無法實現(xiàn)樣品的準(zhǔn)確分析，如圖3。因此，對于植物油類或含油脂成分較高的樣品，需采用皂化法去除油脂的干擾[6,9]。

1.2.2 氧化鋁法——去除原生烴類物質(zhì)的干擾原生烴類物質(zhì)主要為奇數(shù)碳的正構(gòu)烷烴(C23～C33)，其性質(zhì)與MOSH相同，常規(guī)的前處理步驟無法將兩者有效分離。樣品中存在該類物質(zhì)時，其色譜峰往往豎立于MOSH之上，對MOSH的定性和定量造成干擾，或?qū)е录訇栃越Y(jié)果?；钚匝趸X對正構(gòu)烷烴具有一定的滯留作用，可去除該類物質(zhì)對礦物油檢測的干擾，已廣泛應(yīng)用于油脂類食品的檢測[10-11]。但也有研究表明，氧化鋁法在有效降低干擾的同時，會造成一定程度的礦物油目標(biāo)物的損失[12-14]。實際應(yīng)用時是否使用活性氧化鋁應(yīng)視具體情況而定：當(dāng)原生烴類物質(zhì)的出峰對MOSH干擾較小時，可不進(jìn)行氧化鋁的凈化步驟，直接通過手動積分扣除“駝峰”輪廓以上的原生烴類物質(zhì)(尖峰)；而當(dāng)原生烴類物質(zhì)含量過高，會對MOSH所產(chǎn)生的“駝峰”造成“壓迫”，導(dǎo)致定量不準(zhǔn)確時，則需選擇氧化鋁去除原生烴的干擾。

1.2.3 環(huán)氧化法——去除烯烴類物質(zhì)的干擾植物油中含有的角鯊烯、胡蘿卜素、萜烯、植物甾烯等烯烴類物質(zhì)的干擾是礦物油分析時需解決的難題之一。目前一般通過環(huán)氧化反應(yīng)和溴醇反應(yīng)等方法將烯烴物質(zhì)氧化除去。其中，環(huán)氧化反應(yīng)的應(yīng)用較為普遍，其原理是采用過氧化物，如間氯過氧化苯甲酸(M-chloroperoxide benzoic acid,mCPBA)[14]與烯烴反應(yīng)使雙鍵環(huán)氧化，環(huán)氧化物極性強于MOAH，可更好地滯留在銀硅膠柱上，洗脫過程中不再與MOAH共流出，從而實現(xiàn)兩者分離。同樣，環(huán)氧化也會因樣品基質(zhì)的不同，造成不同程度的目標(biāo)物損失[14-16]。目前采用此方法對樣品凈化的報道不多，其適用范圍、精密度、回收率等尚處在探索之中。

1.3 MOSH與MOAH的分離方法

由于硝酸銀具有保留烯烴和MOAH的能力，因此，目前主要采用硝酸銀硅膠填料進(jìn)行凈化。先通過正己烷對MOSH進(jìn)行洗脫，收集MOSH組分后，再以一定比例的正己烷和二氯甲烷混合溶劑解除固相萃取柱對MOAH的吸附，從而實現(xiàn)兩者的分離。目前該方法已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用[4-5,12,17-21]。在LC-GC分析中，有研究采用含銀的液相色譜柱，實現(xiàn)了在線分離，有效提高了凈化效率[22]。

2 礦物油檢測方法

2.1 氣相色譜法(GC)

GC/FID是目前公認(rèn)的礦物油檢測方法。根據(jù)FID檢測原理，F(xiàn)ID幾乎對所有烴類化合物有一致的響應(yīng)，無明顯的歧視效應(yīng)。礦物油的烴類化合物在色譜圖上表現(xiàn)為一定沸程的連續(xù)“駝峰”。礦物油來源和提煉手段的不同，導(dǎo)致其種類繁多，由于缺乏標(biāo)準(zhǔn)對照物進(jìn)行一一定量，只能采用與礦物油性質(zhì)相似的特定物質(zhì)作為參照，依據(jù)保留時間對連續(xù)的“駝峰”進(jìn)行分段和半定量(如采用雙環(huán)己烷對MOSH進(jìn)行定量)。目標(biāo)峰的積分面積為水平基線及“駝峰”上端輪廓之間的面積(如圖2的陰影部分)，輪廓以上的尖峰不屬于礦物油成分。

采用硝酸銀硅膠柱分離MOSH和MOAH,GC/FID進(jìn)行定量的方法在食品及食品接觸材料的礦物油分析中得到了廣泛應(yīng)用[4-5,11-12,17-21,23]。李克亞等[18]建立起了紙制品包裝材料中礦物油的SPE/GC方法，并將其應(yīng)用到6類食品包裝材料的檢測中，SN/T 4895-2017[24]方法即是在該方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化和改善而建立的。

GC/FID結(jié)合大體積進(jìn)樣技術(shù)，能有效提高檢測靈敏度和降低檢出限，相比于LC-GC聯(lián)用技術(shù)，該方法可操作性強，成本低，實用性更強[21,25]。

2.2 氣相色譜-質(zhì)譜法(GC-MS)

質(zhì)譜技術(shù)通過測量離子質(zhì)荷比對目標(biāo)物質(zhì)進(jìn)行定量。質(zhì)量相同，結(jié)構(gòu)不同的烴類物質(zhì)，在色譜圖上的響應(yīng)不同，使得GC-MS在礦物油的檢測中往往只能作為MOSH和MOAH定性的輔助方法，目前應(yīng)用GC-MS 法對礦物油進(jìn)行定量的報道較為少見,僅有Lionel等[9]采用GC-MS方法對巧克力和谷物類食品中的礦物油進(jìn)行了同時鑒定和定量，并將測定結(jié)果與LC-GC/FID進(jìn)行了對比，證明了該方法具有一定的可行性。

2.3 液相-氣相色譜聯(lián)用法(LC-GC)

LC-GC采用液相色譜柱，成功實現(xiàn)了對MOSH和MOAH的在線分離，在近幾十年來，該方法得到廣泛使用和完善[7,16,26-33]。液相色譜柱一般采用硅膠正相柱，如 LiChrospher Si60 和 Supercosil LC-Si，分離原理與SPE小柱相同。另外，溶劑蒸發(fā)濃縮技術(shù)及Y接口技術(shù)[34]的開發(fā)和運用，實現(xiàn)了不同檢測器的連接組合，LC-GC儀并聯(lián)兩根氣相色譜柱及雙檢測器，可實現(xiàn)多種組合，如LC-GC/FID/FID、LC-GC/FID/MS或LC-GC/FID/FID/MS等，使得從液相色譜柱流出的MOSH 和 MOAH組分分別流入兩根氣相色譜柱中，進(jìn)行同步的定性定量分析，滿足了不同實驗室的檢測需求，并大大提高了分析效率。

LC-GC 聯(lián)用儀具有明顯的優(yōu)勢。首先，其靈敏度高：經(jīng)液相色譜柱的分離凈化后，MOSH和MOAH 依次流出，通過LC-GC的接口技術(shù)將全部礦物油餾分送入GC后，進(jìn)入大體積進(jìn)樣系統(tǒng)，揮發(fā)除去大部分的溶劑即可使MOSH和MOAH得到在線的濃縮，提高檢測靈敏度，降低檢出限。其次，LC-GC實現(xiàn)了在線的全樣品分析，自動化程度高，節(jié)省了人工操作和成本，降低了樣品損失和引入外來污染的風(fēng)險，提高了方法的可靠性。再者，LC-GC可有效減少樣品和溶劑的用量，具有環(huán)境友好的優(yōu)點。然而LC-GC成本高，儀器維護(hù)及運行成本較高，對操作人員的技術(shù)要求較高，目前國內(nèi)僅有極少數(shù)的檢測機構(gòu)擁有該技術(shù)。

2.4 其他技術(shù)

2.4.1 二維氣相色譜法(GC×GC)在GC×GC檢測中，試樣進(jìn)入第一根色譜柱后，化合物根據(jù)沸點不同進(jìn)行分離，因沸點相近而未充分分離的化合物在第二根色譜柱中根據(jù)極性大小進(jìn)行縱向的分離，檢測器采集到的信號形成三維立體圖或二維輪廓圖。根據(jù)化合物所屬類型，GC×GC譜圖被分割成不同的區(qū)帶，每一區(qū)帶代表特定的族，同族化合物在其區(qū)帶內(nèi)按照沸點不同進(jìn)行分離，如烷烴、環(huán)烷烴、單環(huán)芳烴和多環(huán)芳烴等，這為食品中礦物油來源的分析提供了方法。近年來，該技術(shù)被用于植物油[35]、回收紙[36]、食品和化妝品[4,32,37]和人體器官中礦物油的污染來源分析[2,38]，為礦物油的溯源和管控提供了有力的依據(jù)。

2.4.2 核磁共振技術(shù)烴類樹脂和裂解汽油中的礦物油由于結(jié)構(gòu)中含有苯環(huán)，使用核磁共振分析時具有更好的選擇性。目前已有研究使用核磁共振方法實現(xiàn)了不同類型礦物油的定量分析[39]及食品中熱熔膠遷移量的研究[40]。而二維氣相色譜結(jié)合核磁共振技術(shù)，也為礦物油的來源分析開辟了新的路徑[40]。

3 食品及食品接觸材料中礦物油的研究

3.1 食品中礦物油的檢測

目前，礦物油的檢測技術(shù)已經(jīng)廣泛地用于食品中。歐洲食品安全局(European Food Safety Authority,EFSA)在2012年發(fā)布的評估報告[41]中指出，MOSH幾乎存在于所有食品中，在收集的1 000多份食品的檢測數(shù)據(jù)中，不同類別食品中MOSH的平均含量依次為：面包>谷物>非巧克力類糕點>植物油>魚類罐頭>油籽>動物油脂，原因可能是，面包和谷物在加工過程中使用了含有高濃度烴類礦物油的脫模劑和拋光劑。

Van Heyst等[42]對比利時市場上的198種食品進(jìn)行調(diào)查，其中142種食品中檢出MOSH，糖果的最大檢出值為85 mg/kg；23種食品中檢出MOAH，含量為0.6～2.24 mg/kg，其中咖啡、可可、茶等干性食品中的MOAH含量最高。 Canavar等[43]對20種干性食品和食品包裝紙中的礦物油進(jìn)行計算和分析，發(fā)現(xiàn)回收紙中的礦物油是食品中MOAH的主要貢獻(xiàn)來源,29%的食品中MOAH的含量大于1 mg/kg；MOSH(

3.2 食品接觸材料中礦物油的檢測

3.2.1 含量的研究食品接觸材料是食品礦物油污染的一個非常重要的來源，包括：食品包裝油墨中的連接料和脫模劑、食品包裝用的紙和紙板、大宗商品包裝用的黃麻袋、食品包裝生產(chǎn)上用的潤滑劑、加工助劑等。從食品生產(chǎn)到消費的各個環(huán)節(jié)，礦物油可以通過包裝材料與食品直接接觸而發(fā)生遷移，也可以通過氣相傳質(zhì)方式(揮發(fā)、擴散)進(jìn)入到干性食品中。研究表明，含有回收紙纖維的紙和紙板是食品中礦物油污染的重要來源[44-45,47,49]，回收紙制品所用的紙纖維往往為舊報紙和刊物等用紙，盡管使用前已經(jīng)過化學(xué)消解，但仍無法完全去除回收紙制品中的油墨、粘合劑等含烴類礦物油的物質(zhì)或材料。Biedermann和Vollmer等[44-45]發(fā)現(xiàn)采用回收紙制成的食品包裝中礦物油含量最高可達(dá)3 800 mg/kg，遠(yuǎn)超由糧農(nóng)組織/世界衛(wèi)生組織食品添加劑聯(lián)合專家委員會(Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives,JECFA)給出的臨時每日允許攝入量(Acceptable daily intake，ADI)值所推導(dǎo)的0.6 mg/kg安全限值，而回收紙直接接觸的食品中礦物油的含量明顯高于該類食品本身礦物油的含量，說明回收紙的使用存在加大礦物油遷移污染的可能性。

3.2.2 遷移行為的研究烴類礦物油向食品發(fā)生的遷移受組分特性、環(huán)境和材料阻隔性等多種因素的影響。研究表明[45-47]，在缺乏功能阻隔層的情況下，礦物油可從食品接觸材料向干性食品中遷移，經(jīng)過漫長貨架期之后，外層包裝材料中的礦物油也能夠透過內(nèi)層包裝袋進(jìn)入內(nèi)容物中，因此在對食品進(jìn)行檢測時，應(yīng)取貨架期最后階段樣品的測試結(jié)果進(jìn)行合規(guī)判定。

采用干性模擬物對包裝材料中礦物油的遷移行為進(jìn)行研究[28]時發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的升高，聚丙烯層阻隔效果逐漸下降。Lorenzini等[46]研究了紙包裝中礦物油遷移至干性食品的規(guī)律，結(jié)果發(fā)現(xiàn),長期貯存下，60%～80%的低沸點礦物油(

4 存在的問題及挑戰(zhàn)

4.1 礦物油的定義與毒理評估

目前，行業(yè)對礦物油的定義存在分歧，如法典委將礦物油按粘度大小來劃分，認(rèn)為安全風(fēng)險集中在中低黏度的礦物油中，主要關(guān)注的碳鏈范圍為C10～C50，認(rèn)為該范圍的礦物油會對人體健康造成危害[1,48]。而EFSA將其劃分為MOSH和MOAH，關(guān)注的是C16～C35。我國GB 2760-2014中則規(guī)定白油可以用作油脂加工工藝的助劑，包括消泡劑、潤滑劑和脫模劑等。對于該類物質(zhì)是否應(yīng)歸屬于礦物油的管控范圍，在檢測過程中是否需進(jìn)行區(qū)分，目前仍存在爭議。因此行業(yè)呼吁權(quán)威機構(gòu)進(jìn)一步明晰礦物油的定義，以便更好地區(qū)分污染來源與天然來源的烴類物質(zhì)，進(jìn)行必要的管控。

現(xiàn)階段，針對烴類礦物油毒理學(xué)評估的數(shù)據(jù)較為缺乏，來自動物實驗的毒理學(xué)數(shù)據(jù)能否外推至人體也存在較大爭議。此外，已有研究多集中于MOSH，對于MOAH的毒理評估報道較少。EFSA使用暴露邊界閾值評價方法對不同人群的膳食暴露量進(jìn)行評估，考慮到部分MOAH具有致癌性，認(rèn)為人群暴露于礦物油的健康風(fēng)險值得關(guān)注。

鑒于以上情況，筆者認(rèn)為，開發(fā)能夠定性定量分析不同組分烴類礦物油的技術(shù)，并對混合以及特定組分礦物油的毒理學(xué)研究和暴露進(jìn)行評估[41]，完善對礦物油的科學(xué)評估和立法尤為重要。

圖4 不同紙制品中礦物油的色譜圖Fig.4 Chromatograms of mineral oil for different food packaging paper1.printed corrugated paper(印刷瓦楞紙);2.brown wrapping paper(牛皮外包裝紙);3.gray wrapping paper(灰色外包裝紙)

4.2 礦物油的分析方法

盡管礦物油的檢測技術(shù)多種多樣，但其檢測仍存在較大的局限性和挑戰(zhàn)。首先，由于礦物油本身成分復(fù)雜，干擾物質(zhì)多，除來自于食品或包裝材料的基質(zhì)干擾之外，不同來源的礦物油會在色譜圖上呈現(xiàn)不同的形態(tài)，峰形各異[7,49-50]。如圖4，不同紙制品中礦物油成分不同，需要對樣品進(jìn)行逐一分析。而對礦物油進(jìn)行準(zhǔn)確的定量和污染源的分析，需要掌握不同生產(chǎn)工藝下礦物油副產(chǎn)物的碳鏈范圍、性質(zhì)特征等情況，并針對全供應(yīng)鏈上可能存在的風(fēng)險點進(jìn)行排查和分析，這對研究機構(gòu)提出了極高的要求。

其次，盡管使用了凈化手段，但礦物油中仍然存在很多無法去除的干擾物，如食品植物油中的不可皂化物(高級脂肪醇、甾醇、蠟酯、色素、維生素等)，來自于包裝材料的添加劑和原料(如油墨使用的松香、色料、濕潤劑、干燥劑、穩(wěn)定劑等)，均屬于烴類有機化合物，無法與目標(biāo)成分進(jìn)行有效分離，也無法通過質(zhì)譜識別一一剔除。另外，采用手動積分的方法進(jìn)行定量時，無法避免由主觀因素所帶來的誤差和結(jié)果差異。

最后，目前除SN/T 3495-2017針對紙制品的遷移量建立了檢測標(biāo)準(zhǔn)外，國內(nèi)對于不同基質(zhì)中礦物油的檢測方法尚缺乏統(tǒng)一的操作標(biāo)準(zhǔn)，如定量內(nèi)標(biāo)物質(zhì)的選擇、加入量、碳鏈的分段等。目前大部分檢測機構(gòu)的檢測方法是依據(jù)德國聯(lián)邦風(fēng)險評估研究所(Bundesinstitut fur Risikobewertung,BfR)推薦的方法及已報道的測試方法[11,17]而建立，因此對于樣品的測試結(jié)果，實驗室間存在較大的差異和爭議。

5 總結(jié)與展望

食品和食品接觸材料是消費者烴類礦物油暴露的重要來源，烴類礦物油能夠通過直接接觸或間接傳質(zhì)方式污染食品，其引發(fā)的食品安全問題亟需關(guān)注。烴類礦物油成分復(fù)雜，分析難度較大，對現(xiàn)有檢測技術(shù)仍然存在較大的挑戰(zhàn)。針對烴類礦物油分析的分離和凈化技術(shù)，色譜峰的積分定量技術(shù)，礦物油來源鑒定技術(shù)等還需進(jìn)一步的優(yōu)化和完善。為完善對烴類礦物油的科學(xué)風(fēng)險評估和風(fēng)險管理，需進(jìn)一步改進(jìn)和規(guī)范烴類礦物油的檢測技術(shù)。這將為我國食品和食品接觸材料中烴類礦物油的安全標(biāo)準(zhǔn)制定和行業(yè)風(fēng)險管理工作提供科學(xué)依據(jù)。