Na2CO3/NaHCO3對雙酚A在水中溶解性的影響

肖 玲，李文娟，朱亮亮*

（安慶師范大學(xué)1.資源環(huán)境學(xué)院，2.生命科學(xué)學(xué)院，安徽安慶246133）

雙酚A（BPA）是一種重要的化工單體，廣泛用于塑料、樹脂、熱敏紙等的生產(chǎn)，據(jù)估計(jì),該化合物每年的產(chǎn)量超過380萬噸[1]。人們?nèi)粘＝佑|到的多種物品，包括水管、水盆、電子器件、玩具、香煙過濾嘴，以及食品用包裝紙、水杯、罐頭內(nèi)涂層等，均含有BPA，人們很難做到在日常生活中完全避開BPA[2]。

研究表明，BPA是一種內(nèi)分泌干擾物質(zhì)，能夠和雌激素受體、雄激素受體、核受體、代謝酶等多種蛋白質(zhì)相互作用[3-6]，增加癌癥、肥胖、糖尿病等疾病的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)[7-9]。BPA可以通過食物、水以及其他途徑進(jìn)入人體[10]，已成為一個(gè)嚴(yán)重的公共衛(wèi)生問題。動物實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)，即使很低的BPA暴露水平（每日攝入10μg/kg體重）也會造成不可忽視的健康問題[11]。隨著BPA毒性研究的不斷深入，人們不斷修訂每日耐受量。當(dāng)前，歐盟建議的每日耐受劑量低至4μg/kg體重[12]。

碳酸鈉（Na2CO3，俗名蘇打、純堿）和碳酸氫鈉（NaHCO3，俗名小蘇打）是兩個(gè)重要的化工產(chǎn)品，在制藥、食品加工以及日常洗滌中有廣泛應(yīng)用。例如，碳酸氫鈉片可當(dāng)作非處方藥物用于治療胃酸過多以及炎癥部位的清洗，碳酸鈉可用于日常餐具、服裝的洗滌，二者同時(shí)還是食品生產(chǎn)中最為重要的膨松劑和酸度調(diào)節(jié)劑，因其具有較高的安全性，在有些食品加工環(huán)節(jié)中是按照生產(chǎn)需要添加，不作限量要求[13]。

人們在日常生活、生產(chǎn)中可能在使用碳酸鈉/碳酸氫鈉時(shí)，也同時(shí)使用了含有BPA的器具。BPA會向水或水基食品轉(zhuǎn)移，這是人體攝入BPA的重要途徑。通常來講，BPA因其結(jié)構(gòu)主體的強(qiáng)疏水性，在純水中的溶解能力較弱，無機(jī)鹽離子的存在會降低其在水中的溶解性[14]，但是其分子結(jié)構(gòu)中存在兩個(gè)酚羥基，在水中具有一定的電離，堿性物質(zhì)（如碳酸鈉/碳酸氫鈉）能夠促進(jìn)酚羥基的電離，從而提高其溶解性能[15]。BPA在碳酸鈉/碳酸氫鈉溶液中的溶解能力究竟如何，并無相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究。本論文分別系統(tǒng)考察了不同溫度下BPA在系列濃度碳酸鈉/碳酸氫鈉溶液中溶解量的變化情況，以期為評價(jià)食源性BPA暴露風(fēng)險(xiǎn)提供關(guān)鍵基礎(chǔ)信息。

1 材料與方法

1.1 試劑

BPA（純度99%）、無水碳酸鈉（純度≥99.5%）、碳酸氫鈉（純度≥99.5%）購自國藥集團(tuán)試劑有限公司。甲醇（色譜純），購自天津市凱通化學(xué)試劑有限公司。乙腈（色譜純），購自默克化工技術(shù)（上海）有限公司。

1.2 平衡時(shí)間的確定

以水為溶劑，加入過量的BPA 粉末，30 ℃下振蕩溶解12 h、24 h、36 h、48 h、60 h，1 000 g 離心5 min后取上清100μL 與甲醇按體積比1∶10 混合，HPLC 分析BPA 含量。結(jié)果表明，24 h 后BPA 已經(jīng)充分溶解，后續(xù)實(shí)驗(yàn)BPA取樣時(shí)間均設(shè)定在48 h之后。

1.3 BPA濃度測定

將水或一定濃度的碳酸鈉（碳酸氫鈉）溶液和過量的BPA放入1.5 mL的帶蓋離心管中，于不同溫度下在恒溫金屬浴中振蕩，開始12 h內(nèi)每隔2 h在渦旋振蕩器上渦旋振蕩30 s，36 h后靜置12 h。取上清液100μL與甲醇按體積比1∶10混合，用0.22μm濾膜對清液過濾，取1μL入HPLC，分析其中BPA含量。

1.4 數(shù)據(jù)擬合

為了更好地預(yù)測在不同濃度的NaCO3/NaHCO3溶液中BPA的溶解能力，構(gòu)建經(jīng)驗(yàn)性公式：

描述BPA 的飽和濃度和NaCO3/NaHCO3濃度（mol·L-1）之間的定量關(guān)系，其中，A 為無機(jī)鹽離子濃度為1 mol·L-1時(shí)BPA的飽和濃度，c為不同鹽溶液中BPA的飽和濃度（μg·mL-1），x為Na2CO3或NaHCO3濃度（mol·L-1），B為BPA飽和濃度隨Na2CO3或NaHCO3濃度對數(shù)值的變化率。

1.5 分析方法

利用Water Acouity UPLC 分析BPA 含量，檢測波長設(shè)定為278 nm，色譜柱為Waters C18 色譜柱，粒徑1.7 μm，尺寸2.1 mm×100 mm，流動相由水（B）和乙腈（C）組成，流速0.3 mL·min-1。梯度洗脫，流動相隨時(shí)間變化：（0～6）min，（42%～75%）B；（6.01～9）min，10%B；（9.01～13）min，75%B。BPA 保留時(shí)間為4.087 min。利用BPA標(biāo)準(zhǔn)曲線確定BPA濃度，日內(nèi)差、日間差均小于2%。

2 結(jié)果與分析

2.1 水中BPA的溶解情況

為了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，首先測定不同溫度水中BPA的飽和濃度。30 ℃時(shí)，水中BPA的飽和濃度可達(dá)369μg·mL-1。這和當(dāng)前接受的濃度一致（https：//pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/6623#section=Solubility）。隨著溫度的升高，水對BPA的溶解能力明顯增強(qiáng)（圖1）。在50 ℃時(shí)，BPA在水中能達(dá)到的飽和濃度是30 ℃條件下的2.2倍。

圖1 不同溫度下BPA在水中的飽和濃度

2.2 Na2CO3溶液中BPA的溶解情況

BPA在Na2CO3溶液中的溶解情況如圖2所示，無論是在30 ℃，還是在50 ℃的情況下，低濃度Na2CO3（小于0.75 mol·L-1）均能促進(jìn)BPA 的溶解，高濃度時(shí)（大于0.75 mol·L-1）對BPA 溶解的促進(jìn)作用變?nèi)?。溶液中BPA 的飽和濃度（μg·mL-1）和Na2CO3的濃度（mol·L-1）在兩個(gè)分區(qū)間（0.01～0.75）mol·L-1和（0.75～2）mol·L-1中均滿足式（1），具體參數(shù)擬合情況如表1所示。

圖2 BPA在不同濃度Na2CO3溶液中的飽和濃度。（a）T=30 ℃；（b）T=50 ℃

表1 BPA飽和濃度和Na2CO3濃度的定量關(guān)系模型參數(shù)

2.3 NaHCO3溶液中BPA的溶解情況

BPA在NaHCO3溶液中的溶解情況如圖3所示。和Na2CO3不同，NaHCO3不能促進(jìn)BPA的溶解。較低濃度時(shí)（小于0.1 mol·L-1），NaHCO3對BPA的溶解沒有影響，但是在高濃度時(shí)[（0.1～1）mol·L-1]，BPA的溶解受到了一定的抑制。抑制作用可用式（1）描述，具體參數(shù)擬合情況如表2所示。

圖3 條件下BPA在不同濃度NaHCO3溶液中的飽和濃度。（a）T=30 ℃；（b）T=40 ℃

表2 BPA飽和濃度和NaHCO3濃度的定量關(guān)系模型參數(shù)

3 討 論

人對BPA的暴露量是公共衛(wèi)生領(lǐng)域很關(guān)注的問題。本論文的研究結(jié)果表明，在利用塑料器具盛裝含有Na2CO3的食物時(shí)，BPA 的溶出會相應(yīng)增加。圖2 表明在0.75 mol·L-1時(shí)，和無Na2CO3的情況相比，BPA的溶出量增加了約4倍。一個(gè)值得注意的事實(shí)是，目前國家標(biāo)準(zhǔn)對Na2CO3的使用量未做明確規(guī)定，很多時(shí)候按照生產(chǎn)需要增加，這無疑會增加BPA流入食品的風(fēng)險(xiǎn)。

雖然NaHCO3和Na2CO3同為弱堿性物質(zhì)，但是其對BPA 的影響并不相同。NaHCO3對BPA 的溶解只表現(xiàn)出了抑制作用，可以認(rèn)為此時(shí)只有電解質(zhì)離子對疏水性物質(zhì)溶解一般意義上的抑制作用。究其原因是NaHCO3造成堿性環(huán)境太弱（25 ℃時(shí)，0.1 mol·L-1水溶液的pH 值為8.3，https：//pubchem.ncbi.nlm.nih.gov），難以促進(jìn)BPA羥基的電離（BPA的pKa值為9.6，https：//pubchem.ncbi.nlm.nih.gov）。和NaHCO3不同，Na2CO3的堿性要強(qiáng)于NaHCO3，通過促進(jìn)酚羥基的電離增強(qiáng)BPA 在水中的溶解作用不能忽略（25℃時(shí)，質(zhì)量濃度為1%水溶液的pH值為11.3，https：//pubchem.ncbi.nlm.nih.gov）。與此同時(shí)，電解質(zhì)對疏水性物質(zhì)在水中溶解的抑制作用依然存在[14-15]。因此，Na2CO3對BPA 在水中的溶解表現(xiàn)出了雙重作用（圖3）?？紤]到NaHCO3和Na2CO3在食品加工中均可用作酸度調(diào)節(jié)劑和膨松劑，如果選用NaHCO3，則導(dǎo)致BPA溶出的風(fēng)險(xiǎn)將會變小。

溫度對BPA的溶解是另一個(gè)值得注意的現(xiàn)象。圖1表明，溫度由30 ℃升高到50 ℃時(shí)，BPA的溶解量增加了不止一倍。同樣的情況見諸于Na2CO3溶液和NaHCO3溶液，較高溫度時(shí)溶解量相對于較低溫度時(shí)均有顯著的提高。實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，為了使用方便，溶液的溫度可能會設(shè)定在較高的水平。本研究表明，食品生產(chǎn)過程中溫度較高時(shí)，BPA溶出風(fēng)險(xiǎn)會變大；Na2CO3對BPA在水中的溶解有顯著促進(jìn)作用；和Na2CO3不同，NaHCO3對BPA在水中的溶解有抑制作用。在食品加工中，Na2CO3的使用將會促進(jìn)BPA從器具轉(zhuǎn)移到食品中，最終可能導(dǎo)致食源性BPA暴露量的增加；在可以同時(shí)使用這兩種堿鹽的場合，選用NaHCO3將會在一定程度上減小BPA的暴露量。

需要注意的是，在眾多的食品添加劑中，有相當(dāng)數(shù)量堿性食品添加劑的存在，包括防腐劑中的苯甲酸鈉、山梨酸鉀，洗滌用的氫氧化鈉，酸度調(diào)節(jié)劑中的碳酸鉀，抗氧化劑中的亞硫酸鈉、硫代硫酸鈉，甚至天然食品添加劑中的魚精蛋白等，這些物質(zhì)的存在對BPA的溶出有何影響，值得進(jìn)一步評估。