食品及紙質(zhì)食品包裝材料中氯丙醇危害與檢測方法

趙晉蔚 楊夢寧 梁 辰 ，* 姚雙全 覃程榮 孫廣航

（1. 廣西大學(xué)輕工與食品工程學(xué)院，廣西南寧，530004；2. 廣西清潔化制漿造紙與污染控制重點實驗室，廣西南寧，530004）

氯丙醇是生活中常見的一類污染物，通常指丙三醇上羥基被氯取代而產(chǎn)生的化合物［1］，為無色透明液體，無味，密度比水大，可溶于水及乙醚、四氯化碳等有機(jī)溶劑。單氯取代和雙氯取代是氯丙醇較為常見的取代形式（如圖1 所示），其中3-氯-1，2-丙二醇（3-MCPD）和1，3-二氯-2-丙醇（1，3-DCP）是各類食品標(biāo)準(zhǔn)中限制最嚴(yán)格、檢出量最大的氯丙醇類物質(zhì)；而 2-氯-1，3-丙二醇 （2-MCPD） 和 2，3-二氯-1-丙醇（2，3-DCP）在生活中也較為常見。

圖1 4種氯丙醇的分子結(jié)構(gòu)Fig.1 Molecular structures of four kinds of chloropropanol

氯丙醇主要存在于水解植物蛋白（HVP）類物質(zhì)中，如調(diào)味品（如雞精和醬油）、麥芽提取物、變性淀粉、肉類提取物等。這些采用鹽酸水解工藝生產(chǎn)的HVP 通常會產(chǎn)生 3-MCPD 和 1，3-DCP 等氯丙醇類物質(zhì)［2］。也有研究人員在以漂白漿生產(chǎn)的紙質(zhì)食品包裝材料中發(fā)現(xiàn)了3-MCPD 和1，3-DCP 等氯丙醇污染物［3-4］，它們來源于濕強(qiáng)劑聚酰胺環(huán)氧氯丙烷樹脂（PAE）。PAE是紙產(chǎn)品中用于提高濕強(qiáng)度的主要添加劑，這種以環(huán)氧氯丙烷為原料的聚合物在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生 3-MCPD 和 1，3-DCP 等副產(chǎn)物［3］。在上述 4 種氯丙醇類物質(zhì)中，3-MCPD 是國際公認(rèn)的食品及食品添加劑中含量最高、毒性最大、污染最嚴(yán)重的氯丙醇類食品污染物。而高濃度的3-MCPD 會伴隨著1，3-DCP和2，3-DCP的生成，因此常將它們一起進(jìn)行對比和研究。

1 食品中氯丙醇類的危害

現(xiàn)代毒理學(xué)研究表明，氯丙醇類物質(zhì)對生物體具有多種毒性，其會攻擊生物體的多種器官，引起生物體內(nèi)多種組織的病變，影響生物體的正常功能。各種毒理研究也證實，3-MCPD 在生物體的腎臟、生殖系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)上均表現(xiàn)出毒性。近年來有關(guān)氯丙醇毒性的研究見表1。

表1 近年來有關(guān)氯丙醇毒性的研究Table 1 Toxicity research progress of chloropropanol in recent years

1.1 腎臟毒性

在氯丙醇的眾多毒性中，最明確的是腎臟毒性，其標(biāo)志物質(zhì)是1，3-DCP。1，3-DCP 會把生物體內(nèi)的腎臟作為靶器官，誘發(fā)腎臟細(xì)胞病變，引發(fā)諸如腎小管癌、腎小管腺癌、腎臟的良性腫瘤等病癥［7-8］。有研究表明，1，3-DCP也會引起慢性腎損傷。錢國慶等［7］使用大鼠作為活體實驗對象進(jìn)行大量的毒理實驗；結(jié)果表明，腎小管增生是3-MCDP 最敏感的毒性終點。JECFA第57次會議（2001年）全面地評價了1，3-DCP的腎臟毒性，并提出成年人每天攝入3-MCDP 的最大耐受量為2 μg/（kg·bw）［6］。有研究表明，3-MCPD 和2-MCPD 可以誘導(dǎo)人體內(nèi)DJ-1蛋白氧化，而90%的氧化DJ-1 蛋白存在于腎臟和肝臟中；過量的DJ-1 蛋白氧化和DJ-1 蛋白功能喪失與一些應(yīng)激疾病相關(guān)，如DJ-1 蛋白的失活主要與帕金森病等神經(jīng)性疾病有關(guān)［9，17］。

1.2 生殖毒性

氯丙醇類物質(zhì)還具有一定的生殖毒性。當(dāng)成熟的精子遇到1，3-DCP后，精子會立即與其結(jié)合，精子活性受到抑制［5］。用1，3-DCP對大鼠進(jìn)行灌胃實驗，大鼠的睪丸會受到不同程度的損傷［8］。實驗證明，大鼠睪丸細(xì)胞的增殖會被1，3-DCP 所抑制，隨著1，3-DCP濃度的提高，細(xì)胞抑制率隨之提高；睪丸間質(zhì)細(xì)胞的活性也會被1，3-DCP所抑制，造成大鼠生殖系統(tǒng)的紊亂，從而影響大鼠的生殖功能［13，27］。一些研究人員利用不同濃度的1，3-DCP 對大鼠灌胃，用劑量達(dá)到8 mg（/kg·d）時，大鼠的精子存活率顯著下降，大鼠睪丸中乳酸脫氫酶的活性受到明顯抑制，說明其睪丸和附睪出現(xiàn)病理改變［10，28］。

氯丙醇的生殖毒性不僅表現(xiàn)在傷害大鼠睪丸［12］，還會影響精子與卵子的結(jié)合以及胚胎的早期發(fā)育。白順等研究證明［13］，小鼠早期胚胎發(fā)育以及小鼠卵母細(xì)胞體外受精會受到3-MCPD的抑制和影響。3-MCPD和1，3-DCP也會在不同程度上抑制雌性大鼠體內(nèi)孕酮的合成。

1.3 神經(jīng)毒性

氯丙醇類物質(zhì)對生物體神經(jīng)有破壞作用，即具有一定的神經(jīng)毒性。Zhou 等［28］通過給大鼠喂食3-MCPD，觀察一氧化氮合酶在大鼠神經(jīng)系統(tǒng)中表達(dá)的改變；實驗結(jié)果表明，3-MCPD 可通過控制新皮質(zhì)和紋狀體處的nNOS 和iNOS 表達(dá)來引發(fā)神經(jīng)毒性。Kim等［16］通過對大鼠做攝入3-MCPD 的病理實驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)大鼠攝入3-MCPD的量超過90 mg/（kg·d）時，大鼠四肢麻木，數(shù)周后出現(xiàn)嚴(yán)重的后肢癱瘓，一定程度上對神經(jīng)元細(xì)胞造成了傷害。也有實驗證明，3-MCPD會引起小鼠中樞神經(jīng)系統(tǒng)乙酰膽堿脂酶和腺苷三磷酸酶的變化［19-20］。

1.4 免疫毒性

氯丙醇類物質(zhì)還具有免疫毒性。有研究顯示，給小鼠喂食3-MCPD 后，胸腺和脾中的細(xì)胞組成明顯減少，胸腺質(zhì)量大幅度下降［21-22］。Lee等［18］通過小鼠活體實驗證明，3-MCPD 會抑制小鼠淋巴細(xì)胞和腹腔巨噬細(xì)胞的活性［23］。3-MCPD也會導(dǎo)致機(jī)體產(chǎn)生氧化應(yīng)激狀態(tài)和脂質(zhì)過氧化，使機(jī)體分解氧化物能力降低，脂質(zhì)過氧化物積累，從而使得組織細(xì)胞損傷、免疫力下降。Lee和Sun等［18，25］的實驗證明，3-MCPD是通過抑制小鼠淋巴細(xì)胞中NF-KB、AP-1、NFAT 及Ca2+的信號通路，從而抑制小鼠淋巴細(xì)胞的免疫活性，紊亂小鼠的免疫系統(tǒng)。但這只是對小鼠的實驗，而3-MCPD是否會降低人體內(nèi)淋巴細(xì)胞和腹腔巨噬細(xì)胞的活性，還有待驗證。

1.5 致突變性

氯丙醇類物質(zhì)具有致突變性，其通過改變生物體DNA 堿基序列來表現(xiàn)其致突變性［19-20］。其中，1，3-DCP 不僅具有致突變性，更具有遺傳毒性，而3-MCPD在達(dá)到一定劑量時也能顯出致突變作用。劉艷群等［22］實驗證明，高劑量的3-MCPD 對小鼠傷寒沙門氏菌的TA100菌株影響結(jié)果為陽性，對小鼠傷寒沙門氏菌的染色體也會產(chǎn)生影響。且有研究表明，睪丸是3-MCPD 的攻擊目標(biāo)，會誘發(fā)睪丸癌變，特別是在誘導(dǎo)雄性鼠不孕癥和睪丸間質(zhì)細(xì)胞腫瘤方面［8，13，18］。2-MCPD 已被證實對細(xì)菌具有致突變性，但對于體外培養(yǎng)的動物細(xì)胞的致突變性還未被證實［25］。

1.6 致癌性

氯丙醇類物質(zhì)具有致癌性。但不同生物體對于氯丙醇致癌性的敏感度不同，3-MCPD 對Fisher 小鼠的致癌性不明顯，只會使小鼠的一些器官產(chǎn)生良性腫瘤；而對F344 小鼠和SD 小鼠的致癌性比較明顯。Lee 等［18］研究發(fā)現(xiàn)，在高劑量 3-MCPD 下，F(xiàn)344 和SD 這兩類小鼠的雄鼠均會產(chǎn)生睪丸間質(zhì)細(xì)胞瘤，而且F344 小鼠還會產(chǎn)生乳腺腫瘤和腎臟良性腫瘤。由于1，3-DCP 顯著的致突變性，其致癌性也高于3-MCPD［19］。致突變性會導(dǎo)致細(xì)胞DNA突變，從而增加癌變的概率。一些研究人員通過小鼠實驗對比3-MCPD 和 1，3-DCP 的致癌性，發(fā)現(xiàn) 1，3-DCP 會破壞雄性小鼠淋巴細(xì)胞的染色體，而3-MCPD 對雄性小鼠淋巴細(xì)胞的染色體沒有影響［21］。還有研究表明，1，3-DCP主要攻擊生物體甲狀腺、腎臟、肝臟等部位，在高劑量下，這幾個部位首先發(fā)生病變，表現(xiàn)其致癌性［11，18，23］。

但是目前主流的突變學(xué)說認(rèn)為，細(xì)胞癌變的標(biāo)志是細(xì)胞DNA 的突變，細(xì)胞DNA 沒有發(fā)生突變的病變不屬于癌變。1，3-DCP會對小鼠細(xì)胞染色體堿基序列造成損傷，但3-MCPD 對小鼠細(xì)胞染色體堿基序列未造成明顯損傷。所以有些學(xué)者認(rèn)為，3-MCPD 屬于非遺傳毒性致癌物［29］。因此，對于氯丙醇的致癌性還有待證實。

參考大量文獻(xiàn)后可歸納3-MCPD 和1，3-DCP 的毒性表現(xiàn)強(qiáng)弱，結(jié)果見表2。從表2 可以看出，同種類氯丙醇具有不同的毒性，不同種類氯丙醇在同種毒性上表現(xiàn)的強(qiáng)弱也不同。關(guān)于氯丙醇的病理學(xué)研究多是針對1，3-DCP 和3-MCPD 在腎臟、生殖系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)以及致突變性和致癌性方面。3-MCPD對腎臟、生殖系統(tǒng)的影響最為顯著，只有當(dāng)其劑量足夠多時才會表現(xiàn)出神經(jīng)毒性、致突變性和致癌性。1，3-DCP的免疫毒性、致突變性和致癌性很強(qiáng)。但1，3-DCP 是否具有顯著的腎臟毒性、神經(jīng)毒性還有待證實。雖然研究是通過活體鼠類進(jìn)行實驗，但人類長時間接觸氯丙醇同樣存在這種安全風(fēng)險，尤其若食品包裝紙中含有氯丙醇，引起的食品安全等潛在風(fēng)險也不容忽視。

表2 氯丙醇在6種毒性上的表現(xiàn)強(qiáng)弱Table 2 Performance of chloropropanol in six kinds of toxicity

2 食品及紙質(zhì)食品包裝材料中氯丙醇類物質(zhì)限值要求

鑒于氯丙醇類的生物毒性問題，世界各國對食品中氯丙醇類的含量進(jìn)行了嚴(yán)格限制。1995年，歐洲食品科學(xué)委員會將3-MCPD 歸類為遺傳毒性致癌物；歐洲共同體2001委員會法規(guī)第466號規(guī)定，醬油和HVP中3-MCPD 的報告限量為0.02 mg/kg（見表3）；2001年食品科學(xué)委員會規(guī)定人體每日容許攝入3-MCPD 的量為0.2 μg（/kg·bw）［30］。在荷蘭，食品則直接被要求不能檢測出氯丙醇。中國也對此做出嚴(yán)格要求，如酸水解植物蛋白調(diào)味液中氯丙醇的含量不能高于1 mg/kg。

表3 國內(nèi)外對氯丙醇類含量的規(guī)定Table 3 Regulations on the content of chloropropanols at home and abroad

目前，大部分關(guān)于氯丙醇的研究都是圍繞如何解決食品中氯丙醇的污染問題，而對于紙質(zhì)材料中氯丙醇的研究較為匱乏。同時由于紙質(zhì)材料中微量的氯丙醇類物質(zhì)檢測較為困難，因此國際上對紙質(zhì)材料中氯丙醇含量的標(biāo)準(zhǔn)，僅是對紙質(zhì)材料的生產(chǎn)原料或污染物的遷移量方面做了規(guī)定。美國食品和藥物管理局（2006 年）、歐盟委員會（2001 年）對食品包裝紙中氯丙醇遷移量提出標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定食品包裝所采用的漂白紙質(zhì)材料中氯丙醇，特別是3-MCPD 和1，3-DCP，遷移到包裝食品中的量不能超過既定安全水平值。

我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 36420—2018《生活用紙和紙制品化學(xué)品及原料安全評價管理體系》中雖然也對氯丙醇含量提出要求，但僅是限制添加進(jìn)漿料中的化學(xué)品成分，該標(biāo)準(zhǔn)中只要求環(huán)氧氯丙烷（ECH）、1，3-DCP 和甲基環(huán)戊二烯（MCPD）三者用量之和與總濕強(qiáng)劑用量之比不得超過0.7%。該評價管理體系中，明令限制生活用紙檢出的化學(xué)物質(zhì)中，涉及的有機(jī)氯化物僅是多氯聯(lián)苯和五氯苯酚。多氯聯(lián)苯檢測量不超過2.0 mg/kg，五氯苯酚檢測量不超過0.15 mg/kg。而其他被限制的化學(xué)物質(zhì)有：丙烯酰胺（不超過0.5 mg/kg）、鉛（不超過0.003 mg/dm2）、鎘（不超過0.002 mg/dm2）、甲醛 （不超過 1 mg/dm2）、乙二醛（不超過1.5 mg/dm2）、可吸附有機(jī)鹵素（AOX，不超過5.0 mg/kg），但未對氯丙醇類物質(zhì)提出明確限量。

紙質(zhì)材料與人們的日常生活密不可分，生活用紙及一些紙制品，如紙巾紙、餐巾紙、廚房用紙、一次性餐具等會與人體接觸，其中的有害物質(zhì)應(yīng)引起重點關(guān)注。除紙質(zhì)食品包裝材料外，其他紙類材料中也發(fā)現(xiàn)存在氯丙醇類物質(zhì)，如生活用紙、餐巾紙等。對多數(shù)紙餐具濕強(qiáng)劑PAE［8］及其殘留的檢測結(jié)果表明，ECH、1，3-DCP、MCPD 三者含量之和，不僅超過了歐盟生活用紙標(biāo)簽法令規(guī)定的要求，也超出中國國家標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的0.7%。近期，歐盟和美國等提高了對紙質(zhì)材料中氯丙醇含量的標(biāo)準(zhǔn)，但我國紙質(zhì)材料的管理體系對氯丙醇的管控還未成熟。近年來，禁塑令的頒布和施行，紙質(zhì)食品包裝材料以及紙包裝盒也成為食品包裝的重要原料，所以紙質(zhì)食品包裝材料中氯丙醇類含氯有機(jī)物含量的檢測應(yīng)受到重視。

3 氯丙醇檢測方法

國內(nèi)外對食品中氯丙醇的檢測已經(jīng)有大量的研究，包括固態(tài)食品添加劑及液態(tài)調(diào)味品［31］。表4中對比了一些典型的氯丙醇檢測方法，分別從樣品處理、衍生化試劑、目標(biāo)物、檢測儀器、檢出限等方面分析它們的區(qū)別與共同點。

3.1 萃取方式

目前世界上對于氯丙醇的檢測方法最為標(biāo)準(zhǔn)、運(yùn)用最廣的是美國AOAC 法，該方法通過添加內(nèi)標(biāo)物、吸附及洗脫來處理樣品。我國對于氯丙醇的檢測也有國家標(biāo)準(zhǔn)。國家標(biāo)準(zhǔn)檢測法的樣品前處理是以硅藻土為吸附劑，后進(jìn)行固相萃取，為了達(dá)到除去非極性雜質(zhì)的目的，用正己烷和無水乙醚（體積比9∶1）的混合溶液淋洗，最后用無水乙醚進(jìn)行洗脫。

由表4可知，對于固體樣品，通常需將固體樣碾碎［32］，用甲醇、乙醚等有機(jī)溶劑進(jìn)行索式抽提，然后通過氮?dú)獍盐叫≈械挠袡C(jī)溶劑吹干，隨后通過甲醇、乙醇等有機(jī)溶劑進(jìn)行萃取，最后用乙酸乙酯洗脫［33-35］。對于液體樣品處理，大部分研究員采用固相萃取的方式，以硅藻土作為萃取小柱的填料［36-38］，采用正己烷和乙醚（體積比9∶1）的混合液作為淋洗液，然后使用乙酸乙酯洗脫［39-41］。關(guān)于紙張中氯丙醇檢測的文獻(xiàn)較少，目前現(xiàn)有的方法是將紙張剪碎浸泡，然后通過固相萃取的方式，以硅藻土填料的萃取小柱進(jìn)行萃取，通過乙醚淋洗［42-43］。

表4 不同樣品檢測氯丙醇的方法Table 4 Detection methods of chloropropanol in different samples

3.2 衍生化試劑

由于氯丙醇自身的不穩(wěn)定性，樣品處理后使用氣相色譜-質(zhì)譜（GC-MS）聯(lián)用法檢測前，需要對其進(jìn)行衍生化反應(yīng)。衍生化反應(yīng)是指樣品與某種化學(xué)試劑反應(yīng)，生成有助于色譜檢測或分離的化合物。衍生化反應(yīng)后，檢測的靈敏度顯著提高，檢測目標(biāo)物的揮發(fā)度明顯提高。有研究表明［36-37，43］，采用GC-MS聯(lián)用法檢測氯丙醇時，一般采用七氟丁酰基咪唑或三氟乙酸酐作為衍生化試劑，因為其具有較強(qiáng)的電負(fù)性，能提供較高的檢測靈敏度。

3.3 檢測儀器

常用于檢測氯丙醇的儀器為GC-MS聯(lián)用儀。采用GC-MS 檢測法定性分析氯丙醇時常用階梯升溫的方式，最高溫度為240～280℃，常用色譜柱DB-5MS 為半揮發(fā)性有機(jī)物（SVOCs）色譜柱，對氯丙醇的檢測效果良好。固體樣品和液體樣品中氯丙醇的檢出限分別為2.0～15.0 μg/kg和2.0～5.0 μg/L［40，42］。

氣相色譜火焰離子化檢測器（GC-FID）可用于變性淀粉中氯丙醇類物質(zhì)的檢測，這是氯丙醇類物質(zhì)為數(shù)不多的檢測方法之一。變性淀粉中主要的氯丙醇物質(zhì)是1-氯-2-丙醇和2-氯-1-丙醇，它們是淀粉中的交聯(lián)劑，用來提高淀粉黏度的穩(wěn)定性。但GC-FID 檢出限較高，若要測出不超過1 mg/kg 的標(biāo)準(zhǔn)要求比較難實現(xiàn)，難以滿足檢出要求，且容易出現(xiàn)樣品基體干擾，定量變得不精確。除了FID，氣相色譜串聯(lián)電子捕獲檢測器（ECD） 也可用于檢測淀粉中的氯丙醇［44］。

3.4 其他檢測方法

刑曉平等［45］采用毛細(xì)管電泳法，并運(yùn)用電化學(xué)的方法，測定HVP 中的3-MCPD，該方法的檢測限為0.22 mg/L。申中蘭等［46］通過固相萃取-氣相色譜-穩(wěn)定性同位素稀釋質(zhì)譜法測定醬油中的3-MCPD，其檢出限為5.0μg/kg。易青等［47］將氘代同位素作為內(nèi)標(biāo)，以正己烷淋洗除雜質(zhì)、以乙酸乙酯萃取，然后通過濃縮后進(jìn)行檢測，該方法的特點是無需衍生化反應(yīng)，實驗流程縮短，檢出限為2.0～5.0μg/kg。

4 結(jié)語及展望

大部分關(guān)于氯丙醇的病理學(xué)研究表明，氯丙醇類物質(zhì)在腎臟、生殖系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、致突變性、致癌性上均表現(xiàn)出毒性，其中，腎臟毒性、生殖毒性和免疫毒性的表現(xiàn)最為顯著。

通過對比國內(nèi)外機(jī)構(gòu)對氯丙醇的限制發(fā)現(xiàn)，大部分限制的還是食品中的氯丙醇，對于紙張中氯丙醇含量的限制標(biāo)準(zhǔn)還不是很成熟，僅僅是限制紙漿中化學(xué)物的添加量，而成品紙質(zhì)材料的氯丙醇檢出量卻鮮有涉及。

對于氯丙醇含量的測定，大部分集中在食品樣品的檢測，常用測定氯丙醇的方法是基于氣相色譜-質(zhì)譜（GC-MS）聯(lián)用檢測法，其定性分析氯丙醇常用階梯升溫的方式，最高溫度為240～280℃，色譜柱常用DB-5MS。

隨著我國禁塑令的頒布與實施，紙質(zhì)食品包裝材料以及紙質(zhì)餐盒的需求巨大，生活用紙的需求量也日益提高，對于紙張中氯丙醇這類有毒物質(zhì)的關(guān)注也會越來越多，國家對于紙張中氯丙醇的含量要求也會越來越嚴(yán)格。因此，建立紙質(zhì)材料中氯丙醇的檢測方法、研究紙質(zhì)材料中氯丙醇類的來源與遷移迫在眉睫。