氣-質(zhì)聯(lián)用測定食品接觸用紙制品中氯丙醇的遷移量

曾瑩，陳燕芬，黃巧，吳澤春，李丹，鐘懷寧，，莫測輝

（1.廣州海關技術中心，廣東廣州 510623）（2.暨南大學環(huán)境學院，廣東廣州 510632）

氯丙醇是甘油分子中有一個或者兩個羥基被氯取代得到的一類物質(zhì)的統(tǒng)稱，包括1,3-二氯-2-丙醇（1,3-DCP），2,3-二氯-1-丙醇（2,3-DCP），3-氯-1,2-丙二醇（3-MCPD），2-氯-1,3-丙二醇（2-MCPD），是造紙過程中產(chǎn)生污染物，主要來源于紙張中廣泛使用的聚酰胺環(huán)氧氯丙烷樹脂類濕強劑的水解[1,2]。歐洲食品安全局的專家評估后證實3-MCPD對腎臟和男性生育能力可能產(chǎn)生的長期不良影響[3-5]。1,3-DCP證實具有基因毒性，能誘導小鼠細胞發(fā)生惡性轉(zhuǎn)化[6]，另外有研究證實1,3-DCP與2,3-DCP均對肝細胞有毒性[7]。

基于3-MCPD與1,3-DCP的毒性與風險，德國聯(lián)邦食品與農(nóng)業(yè)局對食品接觸用紙與紙板材料中的這兩種物質(zhì)提出了明確的限值要求。紙制品的熱水萃取物[8]或冷水萃取物中[9]，1,3-DCP含量為不得檢出（檢出限為2 μg/L），3-MCPD含量不得超過12 μg/L[10]。水萃取物含量反映是紙制品中氯丙醇含量，無法評估其在接觸食品時遷移到食品中的量。食品接觸材料遷移實驗能真實地反映食品接觸材料及制品的組分向與之接觸的食品的遷移，是評價食品接觸材料合規(guī)性最直接最重要的手段[11]。獲得氯丙醇的遷移水平，能夠有效地評估食品接觸材料中氯丙醇的安全風險。

目前食品接觸材料的氯丙醇的檢測研究常用的方法包括氣相色譜-電子捕獲檢測器（GC-ECD）[12]、氣相色譜-氫離子火焰檢測器（GC-FID）[13]與氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS）[14-16]。氣相色譜法檢出限高（0.05~0.1 mg/kg），氣質(zhì)法的研究都集中在紙制品水萃取物中1,3-DCP與3-MCPD的含量，氯丙醇遷移量檢測的報道較少。白榮漢[16]報道了紙制品中3-MCPD在4%乙酸、10%乙醇與異辛烷中的遷移量檢測方法。但是對于其他三種氯丙醇，包括德標中有限值要求的1,3-DCP在其他模擬物（50%乙醇與橄欖油）中的遷移量檢測未見報道。而且異辛烷作為油脂性模擬物的替代物，數(shù)值僅供參考，不能真實反映油脂性模擬物中的遷移水平?；谏鲜鰞蓚€原因，為了調(diào)查氯丙醇遷移水平，本研究擬建立了同時檢測紙制品中四種氯丙醇在不同模擬物中遷移量的檢測方法，以滿足了氯丙醇遷移測試的檢測要求，為紙制品國家標準關于氯丙醇的安全性要求的制定提供技術支持與數(shù)據(jù)參考。

1 材料與方法

1.1 試劑與材料

標準品：2,3-二氯-1-丙醇（97%）、2-氯-1,3-丙二醇（98%），百靈威公司；2,3-二氯-1-丙醇-d5（2,3-DCP-d5，95%）、2-氯-1,3-丙二醇-d5（2-MCPD-d5，96%)，多倫多化學品研究品公司；1,3-二氯-2-丙醇（98%）、3-氯-1,2-丙二醇（99.35%）、1,3-二氯-2-丙醇-d5（1,3-DCP-d5，98.2%）、3-氯-1,2-丙二醇-d5（3-MCPD-d5，98%)、N-七氟丁?；溥颍℉FBI，97%），上海安譜公司。

試劑：乙醇（色譜純），美國賽默飛世爾公司；乙酸乙酯、乙酸、乙醇、氫氧化鉀、氯化鈉與無水硫酸鈉（分析純），廣州化學試劑廠；硅藻土固相萃取小柱（5 g/20 mL），Copure?公司，實驗用水為一級水。

樣品：本研究檢測的15批次食品接觸用紙制品全部購于中國市場，包括烤盤紙、吸油紙、紙桶、紙杯、紙盒和紙碟各2批次，蛋糕紙托、紙碗、紙盤各1批次。

1.2 儀器與設備

氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀（9000 GC/5975C），Agilent公司；Turbo Vap LV氮吹濃縮儀，美國Caliper公司；ME204電子天平，瑞士梅特勒-托利儀器公司；Milli-Q超純水系統(tǒng)，美國MILLIPORE公司；QL-866渦旋振蕩器，其林貝爾儀器公司；鼓風干燥箱，三騰儀器公司。

1.3 溶液配制

食品模擬物配制根據(jù)GB 5009.156[17]。

20%氯化鈉溶液：稱取20 g氯化鈉，加入80 mL水并使氯化鈉充分溶解。

氫氧化鉀溶液（78.4 g/L）：稱取39.2 g氯化鈉于500 mL水中，完全溶解。

氯丙醇混合標準儲備液（1000 mg/L）：準確稱取1,3-DCP、2,3-DCP、2-MCPD、3-MCPD標準物質(zhì)各100 mg，用乙酸乙酯溶解，轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶中，并定容至刻度，搖勻。

氯丙醇混合標準中間液（10 mg/L）：取1 mL氯丙醇混合標準儲備液于10 mL容量瓶，用乙酸乙酯定容，搖勻。

氯丙醇混合標準工作液（1 mg/L）：取1 mL氯丙醇混合標準中間液于10 mL容量瓶，用乙酸乙酯定容，搖勻。

混合內(nèi)標標準儲備液（1000 mg/L）：準確稱取1,3-DCP-D5、2,3-DCP-D5、2-MCPD-D5、3-MCPD-D5標準物質(zhì)各100 mg，用乙酸乙酯溶解，轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶中，用乙酸乙酯定容至刻度，搖勻。

氯丙醇混合內(nèi)標標準工作溶液（10 mg/L）：取0.1 mL內(nèi)標標準儲備液于10 mL容量瓶，用乙酸乙酯定容，搖勻。

氯丙醇系列標準工作液：4%乙酸，10%乙醇，50%乙醇模擬物：取5.00 mL模擬物準確加入50 μL氯丙醇標準工作溶液（1.0 mg/L）及10、25、50、100 μL氯丙醇標準中間液（10 mg/L），得到氯丙醇濃度分別為10.0、20.0、50.0、100、200 μg/L的標準工作曲線；橄欖油模擬物：取20.0 g橄欖油準確加入20、40、100、200、400 μL氯丙醇標準工作溶液（10 mg/L），得到氯丙醇濃度分別為10.0、20.0、50.0、100、200 μg/kg的標準工作曲線。標準工作液按照1.5進行處理。

1.4 遷移試驗

遷移試驗根據(jù)GB 31604.1[18]進行，依據(jù)樣品預期可能接觸的食品類型、時間與溫度選擇對應的遷移條件。本次實驗的樣品中7#與8#的紙杯選擇4%乙酸，10%乙醇，50%乙醇與橄欖油為模擬物，其余樣品的模擬物為4%乙酸，10%乙醇和橄欖油。

1.5 樣品前處理

1.5.1 試樣提取

10%乙醇：準確移取5.00 mL溶液加入1 g氯化鈉與50 μL混合內(nèi)標標準工作溶液，渦旋振蕩至完全溶解，待上柱；4%乙酸：準確移取5.00 mL溶液加入50 μL混合內(nèi)標標準工作溶液后，加入一定量氫氧化鉀溶液調(diào)整溶液pH=7，加入1.4 g氯化鈉渦旋振蕩至完全溶解，待上柱；50%乙醇：準確5.00 mL溶液加入0.4 g氯化鈉與50 μL混合內(nèi)標標準工作溶液，渦旋振蕩至完全溶解，60 ℃下氮吹至約2 mL，待上柱；橄欖油：稱量20.0 g模擬物于離心管中，加入200 μL混合內(nèi)標標準工作溶液，渦旋溶解后加入7 mL 20%氯化鈉溶液，渦旋振蕩1 min，超聲10 min，7000 r/min離心4 min，取上層清液待上柱。

1.5.2 試樣凈化

將上述試液完全轉(zhuǎn)移到硅藻土小柱平衡10 min，用乙酸乙酯洗脫，洗脫液加入4 g無水硫酸鈉后靜置10 min，過濾后的洗脫液氮吹濃縮至近干（約0.5 mL）后加入2 mL正己烷，快速加入40 μL HFBI，渦旋混合，70 ℃衍生30 min，衍生后加入2 mL 20%氯化鈉溶液渦旋震蕩后靜置，取上清液經(jīng)無水硫酸鈉干燥后待測。

1.6 色譜與質(zhì)譜條件

色譜柱：HP-5MS（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；升溫程序：50 ℃保持1 min，2 ℃/min升至90 ℃保持1 min，30 ℃/min升至300 ℃保持5 min；進樣量：2 μL；進樣模式：不分流進樣，進樣口溫度：250 ℃。

離子源：電子轟擊（EI）源；電離能量：70 eV；質(zhì)譜接口溫度：280 ℃；離子源溫度：230 ℃；四極桿溫度：150 ℃；溶劑延遲：5 min；監(jiān)測離子見表1。

表1 氯丙醇衍生物及其內(nèi)標衍生物特征離子Table 1 Mass spectrum parameters for chloropropanol derivatives and the internal standard derivatives

1.7 數(shù)據(jù)處理

得到食品模擬物中氯丙醇的濃度后，根據(jù)GB 5009.156[19]對氯丙醇遷移量進行計算，得到食品接觸紙制品中氯丙醇的遷移量，具體公式如下：

式中：Y：紙制品中氯丙醇向食品模擬物的遷移量（μg/kg）；C：由標準工作曲線所得的樣品溶液中氯丙醇的濃度（μg/L或μg/kg）；C0：由標準工作曲線求得的方法空白溶液中氯丙醇的濃度（μg/L或μg/kg）；V1：浸泡體積（L或kg）；V2：測試用體積（L或kg）；V3：定容體積（L或kg）；V4：試樣預期實際接觸食品的體積（L或kg）；S1：遷移實驗中試樣的浸泡接觸面積（dm2）；S2：試樣實際接觸面積（dm2）。如樣品的試劑接觸面積/體積比未知，則按照每6 dm2的試樣面積與1 kg的食品接觸進行遷移實驗及計算。

2 結果與討論

2.1 前處理的優(yōu)化

模擬物的前處理參考食品中氯丙醇含量的檢測標準GB 5009.191-2016[19]第二法進行。其中10%乙醇與橄欖油兩種模擬物可視為兩種典型的食品，參考標準進行前處理，檢出限能達到2 μg/kg。

4%乙酸模擬物參考標準進行前處理得到目標物響應低（圖1b），檢出限不能達到2 μg/kg。試樣凈化過程中，乙酸與目標物同時被洗脫，酸性條件下衍生化試劑HFBI不穩(wěn)定，導致衍生效率低。因此本研究組將遷移試驗所得的4%乙酸模擬物先用氫氧化鉀中和后再按照10%乙醇模擬液處理。試驗表明，中和處理后的得到衍生物響應提高了近10倍（圖1），檢出限達到2 μg/kg。

圖1 4%乙酸模擬物中中和后（a）與未中和（b）得到的氯丙醇及其內(nèi)標衍生物響應對比圖Fig.1 The chromatograms of chloropropanols derivatives and their internal standard derivatives in 4% acetic acid before and after neutralization

圖2 b展示了50%乙醇模擬液直接按照10%乙醇模擬液處理時的譜圖，目標物與內(nèi)標均沒有出峰，表示衍生失敗。50%乙醇模擬物參考標準進行前處理時，在實驗的洗脫環(huán)節(jié)加入用于吸水的無水硫酸鈉發(fā)生明顯結塊，表明洗脫液含有一定的水分。衍生化試劑HFBI中對水分比較敏感，遇水可能失效導致衍生化不完全[20]。因此洗脫液有水存在時衍生反應可能會失敗。推測洗脫液含水的原因可能是模擬液中乙醇的含量較高。50%乙醇與乙酸乙酯是相溶的。洗脫時，50%乙醇中的水與乙醇以及目標物因為良好的相容性同時被乙酸乙酯洗脫，進入洗脫液。因此50%乙醇模擬物需要除去乙醇避免水進入洗脫液。所以本文采用氮氣吹掃的方式除去乙醇后，按照10%乙醇模擬液進行處理。圖2a展示了除去乙醇后再進行前處理的譜圖，目標物與內(nèi)標物的出峰表明衍生成功。

圖2 50%乙醇模擬物中除去乙醇（a）與未除去乙醇（b）得到的氯丙醇及其內(nèi)標衍生物響應對比圖Fig.2 The chromatograms of chloropropanols derivatives and their internal standard derivatives in 50% ethanol removing ethanol and without removing ethanol

2.2 方法的線性范圍，檢出限與定量限

經(jīng)過方法優(yōu)化后，四種模擬物中目標物及內(nèi)標物質(zhì)的衍生效率提高，得到的衍生物在色譜中得到了很好的分離，氯丙醇及其內(nèi)標衍生物選擇離子色譜圖如圖3。四種氯丙醇線性關系良好，相關系數(shù)R2均大于0.996，線性方程與相關系數(shù)如表2。分別以3倍信噪比（S/N=3）時標準溶液的濃度和10倍信噪比（S/N=10）時標準溶液的濃度確定檢出限與定量限，四種氯丙醇的方法檢出限與定量限分別為2 μg/kg與10 μg/kg。目前已有文獻中的3-MCPD遷移量檢測方法[17]的檢出限為5 μg/kg，本文的方法更加靈敏，而且可以同時分析四種氯丙醇的遷移量，效率更高。

圖3 氯丙醇及其內(nèi)標衍生物選擇離子色譜圖Fig.3 The chromatograms of chloropropanols derivatives and the internal standard derivatives

表2 四種氯丙醇的線性方程與相關系數(shù)R2Table 2 The standard curves and correlation coefficients (R2) of chloropropanols

2.3 方法回收率與精密度（n=6）

在不含氯丙醇的紙制品模擬物中分別添加10、50、100 μg/kg三個濃度水平的氯丙醇混合標準溶液，按1.5的前處理后測定，結果見表3。氯丙醇的加標回收率為87.3%~109%，方法的RSD為1.1%~9.5%。結果表明方法回收率高，精密度好，滿足氯丙醇的檢測要求。

表3 方法的加標回收率與相對標準偏差Table 3 The recoveries and RSD of chloropropanols at different concentrations (n=6)

2.4 質(zhì)譜的確證

實驗中的目標物及其內(nèi)標衍生物的質(zhì)譜圖如圖4所示。從質(zhì)譜圖中，可以從質(zhì)譜碎片中推斷衍生反應是否成功。所有氯丙醇衍生物均含有m/z169的離子碎片對應衍生物中的碎片[C3F7]-。另外1,3-DCP衍生物中離子碎片m/z75，275分別對應[C3H4Cl]-與[C(CHCl)CH2-OOC-C3F7]-；2,3-DCP衍生物中m/z75，111分別對應[C3H4Cl]-與[C3H4Cl2]-；3-MCPD衍生物中m/z253，275分別對應[C(CH2)2-OOC-C3F7]-與[C(CHCl)CH2-OOC-C3F7]-；2-MCPD衍生物中m/z253，75分別對應[C(CH2)2-OOC-C3F7]-與[C3H4Cl]-。氯丙醇衍生物的斷裂位置已在圖4中標注。內(nèi)標物碎片離子為目標物對應氘代物的衍生化產(chǎn)物離子。從譜圖的離子碎片可以證實衍生化成功。

圖4 10%乙醇模擬物中氯丙醇衍生物及其內(nèi)標衍生物質(zhì)譜圖Fig.4 Mass spectra of chloropropanols derivatives and their internal standard derivatives in 10% ethanol

2.5 樣品測試結果與分析

采用本方法對15批次食品接觸用紙制品中氯丙醇的遷移量進行檢測，陽性樣品的結果如表4所示。對比9批次陽性樣品的水基模擬物與橄欖油模擬物數(shù)值，橄欖油遷移量僅有8#紙盒中檢出3-MCPD，數(shù)值為3.04 μg/kg，遠遠小于樣品在4%乙酸、10%乙醇中的遷移量數(shù)值（127.86 μg/kg與147.49 μg/kg）。其他陽性樣品中，橄欖油模擬液均為未檢出。由此可見，水基模擬物比油脂性模擬物更加嚴苛。這與氯丙醇是極性化合物有關，根據(jù)相似相溶原理，氯丙醇在極性較大的水基模擬物中更容易發(fā)生遷移。

表4 陽性樣品中氯丙醇的遷移量檢測結果Table 4 Chloropropanols migration of positive samples

15批次紙制品中，1,3-DCP檢出率為33.3%，遷移量為2.27~12.04 μg/kg，3-MCPD檢出率為53.3%，遷移量為2.51~183.32 μg/kg，2,3-DCP與2-MCPD遷移量均為未檢出。四種氯丙醇遷移量中，3-MCPD檢出率與檢出水平最高，1,3-DCP次之。鑒于3-MCPD與1,3-DCP的毒性，兩者的風險較高，應受到更多的關注。

對比現(xiàn)有的氯丙醇遷移量的檢測研究[17]，文獻中5款餐用紙制品的3-MCPD遷移量均為未檢出。本文的檢出率較高原因有兩個方面：一是本文選取的種類與樣品數(shù)較多，一共9種類型共15批次；二是不同樣品中的氯丙醇含量差異較大，本文實驗的樣品中最高值為183.32 μg/kg，有6批次的遷移量為小于檢出限（2 μg/kg），不同紙制品的遷移量相差90倍以上。紙制品中的氯丙醇主要來源于濕強劑中環(huán)氧氯丙烷的水解，根據(jù)文獻報道，不同類型濕強劑中氯丙醇含量相差可達1000倍或以上[1]，因此使用不同類型濕強劑的紙制品中殘留的氯丙醇含量相差較大，導致遷移量有較大差異。

3 結論

本文建立了同時測定紙制品中四種氯丙醇在不同模擬物中遷移量的氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析方法，并將方法應用于15批次食品接觸用紙制品的遷移量測定。經(jīng)過驗證，四種氯丙醇的檢出限與定量限分別為2 μg/kg與10 μg/kg，加標回收率為87.3%~109%，相對標準偏差為1.1%~9.5%。該方法回收率高，精密度好，能滿足紙制品中氯丙醇遷移量的檢測要求。實際樣品檢測結果表明，氯丙醇在水基模擬物的遷移水平比油脂性模擬物的遷移水平高。其中，3-MCPD檢出率與檢出水平最高，1,3-DCP次之，因此3-MCPD與1,3-DCP遷移污染食品的風險需引起更多的關注。