餐盤紙中礦物油的檢測及溯源分析

張宜彩，林勤保,*，陳 勝，鐘懷寧，陳燕芬，曾 瑩，吳澤春，李 忠

（1.暨南大學包裝工程研究所，廣東普通高校產品包裝與物流重點實驗室，廣東 珠海 519070；2.廣州海關技術中心，廣東 廣州 510623；3.拱北海關技術中心化學分析實驗室，廣東 珠海 519015）

礦物油一般是指C10～C50范圍內的碳氫化合物，主要是經過物理分離（如蒸餾或萃?。┖突瘜W轉化（裂化、加氫、烷基化、異構化等）過程，從原油、煤、天然氣或生物質合成產品中得到的烴類混合物[1]。近年來，礦物油因其對人體存在潛在健康危害，在食品或者食品包裝材料中的污染受到廣泛關注[1-3]。礦物油包括由直鏈、支鏈烷烴及環(huán)烷烴組成的飽和烴礦物油（mineral oil saturated hydrocarbons，MOSH）和高度烷基化的聚芳烴化合物（mineral oil aromatic hydrocarbons，MOAH）。礦物油也可能含有少量含氮或含硫化合物[4]。研究表明，礦物油在被人體攝入后具有潛在安全隱患，很難在人體內降解，有可能導致局部腫塊和肉芽腫的形成[2,5]。尤其是C16～C35的MOSH容易在人體的各種組織和器官中蓄積，所以消費者若是長期食用經礦物油污染的食物，會帶來嚴重的安全隱患[6]。此外，礦物油的致突變性主要是由含有3～7 個芳香環(huán)的MOAH（包括烷基化和非烷基化多環(huán)芳烴）引起[1,7]。

礦物油的污染來源主要包括食品工藝過程污染（如潤滑劑、上光劑、燃油等）、食品接觸材料上的印刷油墨遷移以及環(huán)境污染3 個方面[8]。且有研究表明，食品接觸材料中有毒有害物質已經成為食品污染的重要來源之一[9]。餐盤紙作為一種紙質食品材料，表面印刷各種精美圖案，其本身以及所用膠印油墨中含有礦物油[10]。許多人在食用快餐時會直接將食物放在餐盤紙上，使得食物與餐盤紙直接接觸，會造成餐盤紙中的礦物油直接污染食品，可能影響人體健康。

目前，國外研究者大多采用高效液相色譜-氣相色譜-火焰離子化檢測器（high performance liquid chromatography-gas chromatography-flame ionization detector，HPLC-GC-FID）法檢測榛子粉、大米、巧克力粉、咖啡等食品中的礦物油[11-14]和回收紙和紙板中的礦物油[15-18]，最近，劉玲玲等[19]也采用了HPLC-GC-FID檢測稻谷和大米中的飽和烴礦物油。該方法準確可靠、分析方便，但是由于儀器設備昂貴且對周圍環(huán)境要求極高，很多實驗室并不具備這樣的條件。國內研究者對礦物油的研究也陸續(xù)有報道，錢沙沙等[20]采用固相萃取-氣相色譜法和全二維氣相色譜法測定食品接觸用紙制品中飽和烴礦物油的遷移量，孫珊珊等[21]采用GC-MS法篩查乳粉及巧克力中的礦物油成分，Li Bingning等[22]采用離線固相萃取-GC-FID檢測了植物油中的礦物油MOSH含量，李克亞等[23-24]采用固相萃取-GC-FID法檢測食品包裝紙中的礦物油及其遷移。目前為止，國內外對于礦物油的檢測方法和限量仍沒有完善的體系，本實驗利用離線固相萃取-GC-FID檢測餐盤紙中的碳原子數(shù)為C16～C35的礦物油，并進一步分析餐盤紙中礦物油的來源，旨在對餐盤紙中的礦物油進行安全評估，并為礦物油的后續(xù)研究提供一些參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

膠印油墨 廣東珠海某油墨公司；15 種餐盤紙：4 種餐盤紙從淘寶網上的河北石家莊某一餐飲用品商家購得，分別編號為Chicken、B-hei、B-bai、1-yuan（Chicken、B-hei、B-bai有印刷圖案，1-yuan無印刷圖案），本研究中統(tǒng)稱這4 種餐盤紙為網購餐盤紙；11 種餐盤紙由廣東珠海某快餐店廠家提供，編號為CP1～CP9、CP、CP0（經由廠家確定，其中CP、CP1～CP4為常規(guī)餐盤紙，CP5～CP9為新型原生紙餐盤紙，本研究分別統(tǒng)稱為常規(guī)餐盤紙和新型餐盤紙。此外，CP1～CP9均有印刷圖案，CP表面印刷油墨為實驗中所用的膠印油墨，CP0為CP印刷前的原紙）。

硝酸銀、正構烷烴（C7～C40）混合標準溶液（質量濃度1 000 mg/L） 阿拉丁試劑（上海）有限公司；正己烷（色譜純）、二氯甲烷（色譜純）、膽甾烷（5α-cholestane，Cho，CAS：481-21-0，純度＞98%）、雙環(huán)己烷（bicyclohexyl，Cycy，CAS：92-51-3，純度＞99%）、1-甲基萘（1-methylnaphthalene，1-MN，CAS：90-12-0，純度＞98%）、1,3,5-三叔丁基苯（1,3,5-tri-tert-butylbenzene，TBB，CAS：1560-02-2，純度＞98.0%）、石蠟油標準溶液（CAS號：8012-95-1，質量濃度為100 mg/L） 默克化工技術（上海）有限公司；玻璃纖維膜（934-AHTM） 美國Waterman公司；硅膠（0.06～0.20 mm） 北京百靈威科技有限公司，馬弗爐400 ℃烘烤24 h后裝入棕色瓶備用。

1.2 儀器與設備

AG 204分析天平（感量0.001 g） 梅特勒-多利多國際貿易有限公司；氮吹濃縮儀 美國Caliper公司；GC-2010 GC-FID儀 日本島津公司；旋轉蒸發(fā)儀 德國Value公司；DHG-9150A烘箱 培因實驗儀器有限公司；7890A-5975C氣相色譜-質譜儀 美國安捷倫公司；流速調節(jié)閥（尼龍材質） 安譜實驗科技股份有限公司。

1.3 方法

參考SN/T 4895—2017《食品接觸材料 紙和紙板 食品模擬物中礦物油的測定 氣相色譜法》[25]測定樣品中礦物油含量，并在此基礎上進行一定改進，具體實驗過程如下。

1.3.1 標準溶液的制備

內標儲備溶液：準確稱取各內標物Cycy、Cho、TBB、1-MN 0.15 g（精確至0.1 mg）到25 mL容量瓶中，分別用正己烷定容，配成質量濃度為6 000 mg/L的內標儲備液。其中，選取Cycy為MOSH的定量內標，1-MN為MOAH的定量內標。

混合內標中間溶液：準確量取適量的內標儲備液到25 mL容量瓶中，正己烷進行定容，配成質量濃度為100 mg/L的混合內標中間液。

正構烷烴（C7～C40）混合標準溶液：準確量取1 mL正構烷烴（C7～C40）混合標準溶液于100 mL容量瓶中，用正己烷稀釋定容，配成質量濃度為10 mg/L的正構烷烴（C7～C40）混合標準溶液用來確定礦物油保留時間。

質控樣品：溶液質量濃度為1 000 mg/L，其中MOSH和MOAH的比例為76∶24。

以上溶液置于0～4 ℃避光保存，待用。

1.3.2 GC條件

GC-2010 GC-FID；CD-5HT色譜柱（30 m×0.25 mm，0.1 μm）；進樣口溫度：280 ℃；載氣：氮氣；柱流速：1.5 mL/min；進樣體積：2 μL；進樣方式：不分流；升溫程序：初始溫度50 ℃以22 ℃/min的速率升至280 ℃，再以25 ℃/min的速率升至325 ℃（保持11 min）；FID溫度：340 ℃。

1.3.3 GC-MS條件

HP-5MS色譜柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；進樣口溫度：280 ℃；載氣：氦氣；柱流速：1.5 mL/min；進樣體積：1 μL；進樣方式：不分流；離子源溫度：230 ℃；質量掃描范圍：m/z25～1 000；升溫程序：初始溫度40 ℃，以15 ℃/min的速率升至315 ℃（保持8 min）。

1.3.4 餐盤紙中礦物油初始含量的測定

將各種餐盤紙剪碎成規(guī)格小于5 mm×5 mm，分別充分混合均勻，準確稱取1.5 g餐盤紙（精確至0.01 g）至50 mL具塞錐形瓶中，然后分別加入20 mL正己烷-乙醇（1∶1，V/V）混合溶液和60 μL混合中間內標溶液（100 mg/L），超聲萃取30 min（30 ℃、80 Hz），接著將超聲提取液進行過濾，氮吹濃縮至約1 mL，過0.3%硝酸銀硅膠固相萃取柱，選用分離效果最優(yōu)的洗脫液體積，即先加載6.0 mL的正己烷溶液于固相萃取柱上洗脫MOSH，接著用30 mL試管收集洗脫液，再加載15.5 mL的二氯甲烷-正己烷（1∶4，V/V）混合溶液于固相萃取柱上洗脫MOAH，另外選取30 mL試管收集洗脫液，分別進行氮吹濃縮后，定容至1 mL上GC進行測定。每種餐盤紙采用3 個平行，同時做方法空白實驗。

1.3.5 油墨中礦物油含量測定

準確稱量油墨樣品0.1 g（精確至0.01 g）至50 mL比色管中，接著加入60 μL混合中間內標溶液（100 mg/L），用正己烷定容至刻度，超聲萃取30 min后，過濾到50 mL試管中，氮吹濃縮至1 mL左右，過0.3%硝酸銀固相萃取柱，分別用試管收集油墨中MOSH和MOAH，再進行氮吹濃縮后，定容至1 mL進行GC測定。油墨樣品采取3 個平行，同時做方法空白實驗。

1.3.6 礦物油含量計算公式

餐盤紙和油墨中礦物油MOSH和MOAH的初始含量的計算公式如下所示：

式中：C為樣品中礦物油MOSH或MOAH的含量/（mg/kg）；C1為儀器讀數(shù)樣品中礦物油MOSH或MOAH的質量濃度/（mg/L）；A為樣品中MOSH或MOAH色譜峰的面積；Ai為內標峰的面積；內標溶液質量濃度為6 mg/L；V1為樣品浸泡體積/mL；V2為使用體積/mL；V3為定容體積/mL；m為稱取樣品的質量/g。

1.3.7 檢出限（limits of detection，LOD）和定量限（limits of quantification，LOQ）檢測

在0.3%硝酸銀固相萃取柱上加載1 mL質量濃度為100 mg/L的石蠟油標準品，按照1.3.3節(jié)方法進行前處理，經洗脫分離處理，收集MOSH，最后定容至1 mL，進行GC測定，同時做方法空白，平行測定7 份樣品，得到標準偏差。本實驗方法的LOD和LOQ計算如下：

式中：k為置信水平為99%時的置信因子（3.143）；s為標準偏差/（mg/kg）。

2 結果與分析

2.1 洗脫體積的確定

經過實驗發(fā)現(xiàn)，MOSH和MOAH分離效果最優(yōu)的洗脫條件分別為正己烷的洗脫體積6.0 mL、二氯甲烷-正己烷（1∶4，V/V）混合溶液洗脫體積15.5 mL，其對應質控樣品的分離效果譜圖如圖1所示。

圖1 質控樣品中MOSH和MOAH的優(yōu)化分離效果圖Fig.1 Chromatograms of MOSH and MOAH in quality control samples under optimized conditions

2.2 方法驗證

質控樣品（含量為1 000 mg/kg）中MOSH和MOAH的比例為76∶24，分別量取50、100 μL和200 μL于1 mL正己烷中，再向其中加入60 μL混合中間內標溶液（100 mg/L），充分混合均勻后，分別加載到0.3%硝酸銀硅膠固相萃取柱上，由前面確定的正己烷、二氯甲烷-正己烷混合溶液的洗脫體積，分別收集洗脫出的MOSH和MOAH。將收集到的MOSH和MOAH，經氮吹濃縮，接著定容至1 mL上GC進行測定。經過計算，得到MOSH的加標回收率為92.1%～109.4%，MOAH的加標回收率為97.9%～115.1%，相對標準偏差（relative standard deviation，RSD）為3.12%～11.85%。說明0.3%硝酸銀硅膠固相萃取柱的分離結果較好，采用該方法準確可靠。

平行測定7 份石蠟油標準品得到的標準偏差為0.869 mg/kg，按照步驟1.3.7節(jié)計算得到本實驗方法的LOD和LOQ分別為2.73 mg/kg和8.19 mg/kg。

2.3 餐盤紙及油墨中礦物油的初始含量

2.3.1 餐盤紙中礦物油初始含量

由正構烷烴（C7～C40）混合溶液的色譜圖（圖2），得到C16～C35烷烴的保留時間為6.8～13.9 min。

圖2 正構烷烴（C7～C40）混合標準品GC圖Fig.2 Gas chromatogram of n-alkane mixed standard (C7–C40)

由于本實驗所研究餐盤紙來源不同，所以根據(jù)來源，分別挑選出各自具有代表性的色譜圖，其中，網購餐盤紙（B-hei）所得色譜圖如圖3所示，常規(guī)餐盤紙（CP1）所得色譜圖如圖4所示，新型餐盤紙（CP6）如圖5所示。通過GC圖發(fā)現(xiàn)餐盤紙樣品中出現(xiàn)了明顯的“駝峰”，認為樣品中可能含有礦物油，接著采用GC-MS對餐盤紙中的化學成分進行驗證，用NIST庫進行檢索定性，如圖6～8所示，通過檢索發(fā)現(xiàn)，3 類餐盤紙中MOSH出現(xiàn)的尖峰均為正構烷烴類物質，且常規(guī)餐盤紙（CP1）MOSH的后面出峰物質為天然礦物油成分[26]，所以判定3 類樣品中均含有MOSH；網購餐盤紙（B-hei）和快餐店常規(guī)餐盤紙（CP1）的MOAH出現(xiàn)的尖峰都是一些含苯環(huán)結構的物質（圖6和圖7），所以可以確定其中含有MOAH。但是不難看出，新型餐盤紙（CP6）中MOAH的GC圖沒有出現(xiàn)明顯的凸起“駝峰”（圖5），經過GC-MS定性后，未檢索出含有苯環(huán)結構的芳香烴類物質，由此可以認為新型餐盤紙樣品CP6中不含有MOAH。

圖3 網購餐盤紙樣品（B-hei）中MOSH和MOAH的GC圖Fig.3 Gas chromatograms of MOSH and MOAH in online purchased traymate sample (B-hei)

圖4 常規(guī)餐盤紙樣品（CP1）中MOSH和MOAH的GC圖Fig.4 Gas chromatograms of MOSH and MOAH in common traymate sample (CP1)

圖5 新型餐盤紙樣品（CP6）中MOSH和MOAH的GC圖Fig.5 Gas chromatograms of MOSH and MOAH in novel traymate sample (CP6)

圖6 網購餐盤紙樣品（B-hei）中MOSH和MOAH的GC-MS色譜圖Fig.6 GC-MC chromatograms of MOSH and MOAH in online purchased traymate sample (B-hei)

圖7 常規(guī)餐盤紙樣品（CP1）中MOSH和MOAH的GC-MS色譜圖Fig.7 GC-MS chromatograms of MOSH and MOAH in common traymate sample (CP1)

圖8 新型餐盤紙樣品（CP6）中MOSH和MOAH的GC-MS色譜圖Fig.8 GC-MS chromatograms of MOSH and MOAH in novel traymate sample (CP6)

由表1可以看出，網購餐盤紙（Chicken、B-hei、B-bai和1-yuan）以及部分常規(guī)餐盤紙（CP1～CP4）中的礦物油MOSH含量為79.3～3 397.6 mg/kg，RSD為0.4%～15.8%，網購餐盤紙（Chicken、B-hei、B-bai、1-yuan）以及常規(guī)餐盤紙（CP1～CP3）中MOAH含量為16.1～374.6 mg/kg，其值均高于德國消費品條例[27]所提出的限量，2015年修訂后的德國消費品條例提出紙和紙板中C16～C35的MOSH和MOAH最高含量不超過24 mg/kg和6 mg/kg。盡管之前對礦物油的研究主要集中在食品和回收紙及紙板，但是餐盤紙在人們日常的使用中，有很大的幾率被人們用作直接與食品接觸，烴類礦物油進入內裝食品的方式除了接觸遷移，還可通過氣相傳質和外包裝印制時的背面蹭臟進入，其中氣相傳質是主要遷移方式[28-29]，這就存在礦物油被人體直接攝入的風險。

表1 本實驗所用15 種餐盤紙樣品中礦物油的測量結果（n=3）Table 1Quantitative results of MOSH and MOAH in 15 kinds of traymates samples (n= 3)

此外，本實驗所用網購餐盤紙中礦物油含量極高的原因可能是由于回收加工過程中添加的一些助劑及機器本身涂覆的機油污染等。最后，通過對比實驗結果還發(fā)現(xiàn)，新型餐盤紙（CP6～CP9）中礦物油的初始含量明顯低于網購餐盤紙和常規(guī)餐盤紙中的含量，這主要是因為新型餐盤紙（CP6～CP9）所用的原材料為原生紙，避免了回收加工等過程帶來的礦物油污染[15-18]，雖有印刷圖案，但使用油墨為食品級油墨，故礦物油含量普遍較低，MOAH均未檢出。

2.3.2 油墨中初始含量

此外，還發(fā)現(xiàn)帶有印刷圖案的網購餐盤紙Chicken、B-hei和B-bai這3 種餐盤紙中礦物油的初始含量均遠高于未經印刷的網購餐盤紙1-yuan，有研究表明，紙質食品包裝材料中的礦物油一部分來源于膠印油墨的連接料、脫模劑以及回收紙纖維中污染的油墨[30]，為了進一步溯源餐盤紙中礦物油的來源，接著進行常規(guī)餐盤紙（CP）對應的膠印油墨含量檢測，其色譜圖對比如圖9所示，含量結果對比如表2所示。

圖9 膠印油墨（a）和常規(guī)餐盤紙（CP）（b）及所印刷的膠印油墨中礦物油（MOSH和MOAH）的色譜圖對比Fig.9 Gas chromatograms of MOSH and MOAH in offset printing ink (a)and common traymate (CP) (b)

表2 常規(guī)餐盤紙（CP）及所印刷的膠印油墨中礦物油的含量對比（n=3）Table 2MOSH and MOAH contents of com mon traymate (CP) and offset printing ink (n= 3)

由圖9可以看出，常規(guī)餐盤紙（CP）與其所用膠印油墨中的礦物油（MOSH和MOAH）碳原子數(shù)范圍（＜24）一致[31]，由此可以得出結論，餐盤紙中一部分礦物油來源于其所用的油墨。此外，由表2也可以看出，常規(guī)餐盤紙（CP）扣除掉常規(guī)餐盤紙原紙（CP0）的礦物油含量即可認為是來自于其所用膠印油墨中的礦物油含量，但是發(fā)現(xiàn)油墨中MOSH和MOAH的含量高于常規(guī)餐盤紙（CP）中對應的含量，詢問印刷廠家及查閱文獻[32]知，一般情況下1 m2紙或紙板對應2 g油墨，加上油墨在進行印刷餐盤紙等紙制品的過程中，存在稀釋工藝，且在餐盤紙的加工過程中，會遇到高溫加熱等工藝，導致油墨中一部分低碳數(shù)的礦物油揮發(fā)，即實際印刷到餐盤紙上后，餐盤紙中的礦物油含量會有所下降。盡管如此，餐盤紙中的礦物油含量仍然需要引起關注。

3 結 論

本實驗采用離線固相萃取-GC-FID法對收集到的15 種餐盤紙中的礦物油C16～C35段MOSH和MOAH進行檢測分析，發(fā)現(xiàn)帶有印刷圖案的網購餐盤紙（Chicken、B-hei和B-bai）中礦物油含量最高，其MOSH含量為892.01～3 397.65 mg/kg，MOAH含量為76.99～374.69 mg/kg，其次為未經印刷的網購餐盤紙（1-yuan），均超過聯(lián)邦風險評估研究所提出的限量要求，含量最低為新型餐盤紙（CP6～CP9），未超過限量值。通過進一步的溯源分析，證實了餐盤紙中部分礦物油來源于其所用油墨。餐盤紙是一種非食品接觸材料，但在實際使用中，人們往往會忽視這一點，直接將食物放在餐盤紙上，在一定的時間和溫度條件下，餐盤紙上的食品就會造成一定程度的礦物油污染，進而對人體健康造成影響，需引起關注。