紙質吸管中氯丙醇含量檢測及其向飲料遷移情況研究

賀江，SHAO Suqin，鄧愛華，楊祺福，徐文思

1(湖南文理學院 生命與環(huán)境科學學院，湖南 常德，415000)2(Guelph Research and Development Centre, Agriculture and Agri-Food Canada, Guelph Ontario, N1G 5C9)

氯丙醇最早于20世紀70年代在酸性水解植物蛋白(acid-hydrolyzed vegetable protein，acid-HVP)中發(fā)現(xiàn)，其種類包括3-氯-1,2-丙二醇(3-chloro-1,2-propanediol，3-MCPD)、2-氯-1,3-丙二醇、1,3-二氯-2-丙醇(1,3-dichloro-2-propanol，1,3-DCP)、2,3-二氯-2-丙醇等4種。此類物質目前已被國際癌癥研究機構列為潛在的致癌物質(2B類)，其中1,3-DCP還具有遺傳毒性[1-2]；糧農組織/世界衛(wèi)生組織食品添加劑聯(lián)合專家委員會于2016年規(guī)定3-MCPD的暫定每日最大容許攝入量為4 μg/(kg·d)[1,3]。吸管在消費者日常生活中被廣泛用于各類飲料的飲用，為減少塑料對環(huán)境的污染，許多國家和地區(qū)陸續(xù)出臺法律禁止使用塑料吸管，并提倡使用紙質吸管。我國于2020年1月發(fā)布了《關于進一步加強塑料污染控制的意見》，規(guī)定從2021年起在全國范圍餐飲行業(yè)禁止使用不可降解的一次性塑料吸管。然而，紙質產品生產中通常需要用到聚酰胺-環(huán)氧氯丙烷樹脂(polyamide-epichlorohydrin resin，PAE)作為濕強劑，而PAE的制備需要用到環(huán)氧氯丙烷(epichlorohydrin，ECH)作為重要原料，但ECH同時也是生產3-MCPD和1,3-DCP的前體物質，其具體形成途徑如圖1所示[4-5]。因此，吸管等紙質食品接觸材料也可能存在氯丙醇等潛在危害。

圖1 由ECH生成3-MCPD和1,3-DCP的反應途徑[4-5]Fig.1 The reaction pathway for the formation of 3-MCPD and 1,3-DCP from ECH

研究人員已對紙質食品接觸材料中氯丙醇的潛在風險予以關注，研究建立了相關的檢測方法[5-7]，并對紙質食品接觸材料中氯丙醇含量及其在模擬或真實條件下向食品遷移的規(guī)律進行了分析和研究[8-13]。PACE等[8]研究發(fā)現(xiàn)，盛裝飲料的紙盒中1,3-DCP的含量低于0.005 mg/kg，而3-MCPD的含量則高達4.14～9.87 mg/kg；但3-MCPD不會從鍍有聚乙烯(polyethylene，PE)薄膜的紙質材料中向所接觸食物遷移。MEZOUARI等[9]研究發(fā)現(xiàn)，食品包裝用紙中1,3-DCP和3-MCPD的含量分別為0.04～3.44 mg/kg和0.41～23.8 mg/kg。BECALSKI等[10]研究表明，3-MCPD在大多數(shù)紙質食品接觸材料中均有檢出，其含量范圍介于茶包中的ng級至白色咖啡濾紙中的μg級；并且從紙盒所盛裝的牛奶以及紙杯浸出液中也檢測出ng級的3-MCPD。白榮漢[11]對5款 食品接觸紙制品在4%乙酸、10%乙醇和異辛烷中的3-MCPD遷移情況進行研究，結果在3種食品模擬物中均未檢出3-MCPD。曾瑩等[12]對15批次食品接觸紙制品中氯丙醇的遷移情況進行研究，結果表明1,3-DCP和3-MCPD遷移的檢出率分別為33.3%和53.3%，檢出水平分別為2.27～12.04 μg/kg和2.51～183.32 μg/kg。羅序英等[13]對10種食品接觸紙制品中3-MCPD和1,3-DCP在不同模擬食品體系中的遷移量進行測定，其中9種樣品中檢出了3-MCPD，3種樣品中檢出率1,3-DCP。

目前，關于紙質吸管中氯丙醇的含量及其遷移鮮有報道。因此，本研究旨在對市售紙質吸管中3-MCPD和1,3-DCP的含量進行調查分析，并對其向飲料遷移的情況進行研究，以期為系統(tǒng)評估紙質吸管中氯丙醇的潛在風險提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

20種不同品牌的紙質吸管，加拿大安大略圭爾夫當?shù)厥袌鯝mazon或電商平臺；用于遷移試驗的飲料包括普通飲用水、加味水、澄清蘋果汁、瓶裝茶飲料等，加拿大安大略圭爾夫市場。標準品3-MCPD、1,3-DCP 以及內標物質d5-3-MCPD、d5-1,3-DCP，加拿大安大略北約克，Toronto Research Chemicals；用超純水分別配制質量濃度為5 000 μg/mL 的標準品及內標物質母液，4 ℃保存?zhèn)溆?；混合標準物質工作液由母液經適當比例稀釋獲得，現(xiàn)配現(xiàn)用。衍生化試劑N-七氟丁酰基咪唑(N-heptafluorobutyrylimidazole，HFBI)(分析純)，氯仿(色譜純)、乙腈(色譜純)、氯化鈉(分析純)、檸檬酸(分析純)、乙醇(分析純)等，加拿大安大略奧克維爾Sigma-Aldrich。

1.2 儀器與設備

Trace 1310氣相色譜-串聯(lián)ISO LT單四級桿質譜，儀器配套的Xcaliber軟件操作系統(tǒng)，TG-5MS毛細管色譜柱(60 m × 0.25 mm× 0.5 μm)，以及水平振蕩儀、冷凍離心機、超聲清洗儀等，加拿大Thermo Scientific公司；825 RN氣密注射器，美國Hamilton;其他常規(guī)器材，加拿大安大略圭爾夫當?shù)貜S商。

1.3 試驗方法

1.3.1 紙質吸管中3-MCPD和1,3-DCP含量測定

(1)紙質吸管中3-MCPD和1,3-DCP的提取、富集和衍生化：參照歐盟標準(DIN EN 645—1994:Paper and board intended to come into contact with foodstuffs, preparation of cold water extract)，采用冷水浸提法對紙質吸管中的3-MCPD和1,3-DCP進行提取。將紙質吸管剪成0.5 cm×0.5 cm大小的碎片，取10 g碎片樣品裝入三角瓶中，往三角瓶中加入150 mL超純水，旋緊管蓋后室溫下振蕩提取24 h。提取結束后樣品于3 500×g離心5 min，取10 mL上清液加入到15 mL尖底旋蓋玻璃離心管中，進一步參照CARRO等[14]建立的超聲輔助分散液相微萃取方法(ultrasonic assisted dispersive liquid microextraction method, UA-DLLME)對提取液中的3-MCPD和1,3-DCP進行富集和衍生化。往裝有10 mL提取液樣品的玻璃離心管中加入內標物質d5-3-MCPD和d5-1,3-DCP，使其終質量濃度為20 ng/mL；往離心管中再加入1.8 g氯化鈉并使其充分溶解，再快速注入1 010 μL由乙腈、氯仿和HFBI按90∶6∶5體積比現(xiàn)配的混合液并立即振搖15 s；隨后將離心管轉入到超聲清洗儀中，在40 ℃條件下超聲處理5 min，處理后樣品3 500×g離心5 min；最后用氣密注射器將離心管底部的有機相轉移到0.2 mL大小的內插管中，內插管置于色譜進樣瓶中后于24 h內完成3-MCPD和1,3-DCP的分析檢測。每種樣品重復處理3次。

(2)3-MCPD和1,3-DCP的GC-MS分析：參照CARRO等[14]建立的方法對3-MCPD和1,3-DCP進行GC-MS分析。以不分流模式進樣，進樣量為1 μL；以氦氣為載氣，流速設定為1.0 mL/min；柱溫箱升溫程序為50 ℃保持3 min，隨后以10.0 ℃/min升溫至150 ℃并保持10 min，最后以20.0 ℃/min升溫至280 ℃并保持5 min，總運行時間為29.5 min；電子能量設置為70 eV，以選擇離子監(jiān)測模式進行質譜檢測，衍生物化反應后3-MCPD與1,3-DCP以及相應內標物質的保留時間和定性定量離子如表1所示。用超純水配制7個標準工作液，其中3-MCPD與1,3-DCP 的質量濃度依次為5、10、20、40、60、80、100 ng/mL，內標物質d5-3-MCPD和d5-1,3-DCP質量濃度均為20 ng/mL。參照上述UA-DLLME和GC-MS方法進行處理和分析后，分別以3-MCPD和1,3-DCP的濃度為橫坐標，以相應定量離子峰面積比值(3-MCPD/d5-3-MCPD 和1,3-DCP/d5-1,3-DCP)為縱坐標，繪制標準曲線，用于計算樣品中3-MCPD和1,3-DCP的含量。

表1 GC-MS分析時3-MCPD與1,3-DCP的保留時間和定性定量離子Table 1 Retention times, quantitative and qualitative ions for 3-MCPD and 1,3-DCP detection by GC-MS

1.3.2 紙質吸管中3-MCPD和1,3-DCP向飲料遷移研究

參照GB 31604.1—2015《食品安全國家標準食品接觸材料及其制品遷移試驗通則》，在試管中加入15 mL飲料樣品，然后插入紙質吸管(插入深度約為15 cm)，靜置一定時間后，移除紙質吸管，往飲料樣品中加入內標物質，再參照上述UA-DLLME和GC-MS方法進行3-MCPD和1,3-DCP的富集、衍生化和分析測定。

(1)紙質吸管中3-MCPD和1,3-DCP向飲料遷移的影響因素：試驗以超純水為模擬飲料體系研究了時間(30、60、90 min)和溫度(4、25、45 ℃)對遷移量的影響。每種處理重復試驗3次。

(2)紙質吸管中3-MCPD和1,3-DCP向市售飲料中的遷移：試驗研究了紙質吸管在普通飲用水、加味水、澄清蘋果汁、瓶裝茶飲料等4種市售飲料中的遷移情況。每種樣品重復試驗3次。

2 結果與分析

2.1 3-MCPD和1,3-DCP分析檢測方法驗證

本研究所采用的分析檢測方法引用自相關參考文獻[14]，所建立的3-MCPD和1,3-DCP標準曲線分別為：Y=0.036 338 9X+0.086 711 7(R2=0.999 6)和Y=0.073 005 3X-0.022 776 2(R2=0.999 3)。試驗中進一步通過添加回收試驗和靈敏度試驗等對該方法的有效性進行了驗證，結果如表2所示。在不同樣品中該方法的加標回收率為82.5%～108.7%，相對標準偏差為2.6%～7.1%。該方法在紙質吸管基質中3-MCPD 和1,3-DCP的最低檢出限[(limit of detection,LOD)，S/N=3]分別為23.5 ng/g和2.8 ng/g，最低定量限[(limit of quantitation,LOQ)，S/N=10]分別為71.2 ng/g和5.2 ng/g；而在各種飲料基質中3-MCPD的LOD和LOQ分別為2.1～15.4 ng/mL和7.0～48.2 ng/mL，1,3-DCP的LOD和LOQ分別介于0.3～1.0 ng/mL和1.0～3.5 ng/mL。上述結果與CARRO等[14]的報道結果相當，說明該方法準確性、穩(wěn)定性、靈敏度均較好，可滿足后續(xù)研究。

表2 3-MCPD和1,3-DCP分析檢測方法加標回收試驗和靈敏度試驗結果(n=3)Table 2 Recovery test and sensitivity results of the method for 3-MCPD and 1,3-DCP detection (n=3)

2.2 紙質吸管中3-MCPD和1,3-DCP含量測定

對20種市售紙質吸管中3-MCPD和1,3-DCP的含量進行測定，結果如表3所示?？梢姡?5#和17～20#樣品中2種氯丙醇均未檢出；4#樣品只檢出3-MCPD，而6#和14#樣品中只檢出1,3-DCP；其余樣品中2種氯丙醇均有檢出，且3-MCPD含量高于1,3-DCP含量。檢出3-MCPD的13種樣品(65%)，其含量為(79.0±20.2)～(2 289.6±323.5) ng/g；檢出1,3-DCP的14種樣品(70%)，其含量為(5.3±0.2)～(104.9±2.8) ng/g。該結果與PACE等[8]、MEZOUARI等[9]以及BECALSKI等[10]針對其他食品接觸紙質材料的研究結果相當。綜合來看，不同品牌的紙質吸管中3-MCPD和1,3-DCP的含量呈現(xiàn)出較大的差異，這與其原料紙的生產工藝有關，尤其與濕強劑的使用情況有關[15]。目前，我國GB 4806.8—2016《食品安全國家標準食品接觸用紙和紙板材料及制品》中對氯丙醇的含量未做明確要求；而GB/T 36420—2018《生活用紙和紙制品化學品及原料安全評價管理體系》中雖對氯丙醇含量提出了要求，但僅要求ECH、1,3-DCP和甲基環(huán)戊二烯三者用量之和與總濕強劑用量之比不超過0.7%。在“限塑令”的大背景下，加強食品接觸用紙中氯丙醇限量標準的制定勢在必行。

表3 20種市售紙質吸管中3-MCPD和1, 3-DCP含量測定結果 單位：ng/g

2.3 紙質吸管中3-MCPD和1,3-DCP向飲料遷移的影響因素

選取3-MCPD含量最高的3#紙質吸管和1,3-DCP含量最高的11#紙質吸管，以超純水為模擬飲料體系，研究了時間和溫度對紙質吸管中氯丙醇遷移量的影響。室溫條件下，時間對3#和11#紙質吸管中3-MCPD 和1,3-DCP遷移量的影響如圖2所示。3#紙質吸管插入模擬飲料體系30 min后僅有3-MCPD檢出，但當遷移時間延長到60 min以上則3-MCPD和1,3-DCP均可檢出；11#紙質吸管則在遷移時間為30 min 時即可在模擬飲料體系中檢出2種氯丙醇?？傮w來看隨著遷移時間的延長，3-MCPD和1,3-DCP的遷移量均呈增加趨勢，因此縮短紙質吸管在飲料中的使用時間是降低氯丙醇攝入風險的有效措施。

當遷移時間固定為30 min時，溫度對3#和11#紙質吸管中3-MCPD和1,3-DCP遷移量的影響如圖3所示。對于3#紙質吸管，當溫度為4 ℃和25 ℃時，其僅有3-MCPD遷移至模擬飲料體系，但溫度為45 ℃時，3-MCPD和1,3-DCP均在模擬飲料體系中檢出；對于11#紙質吸管，在3個遷移溫度下均檢出2種氯丙醇?？傮w來看隨著遷移溫度的上升，3-MCPD和1,3-DCP的遷移量也均呈增加趨勢，因此避免在過高溫度下使用紙質吸管是降低氯丙醇攝入風險的另一有效措施。

a-3-MCPD；b-1,3-DCP遷移量圖2 時間對2種紙質吸管中3-MCPD和1,3-DCP遷移量的影響Fig.2 Impact of time on the migration of 3-MCPD and 1,3-DCP from two paper straws

a-3-MCPD；b-1,3-DCP遷移量圖3 溫度對2種紙質吸管中3-MCPD和1,3-DCP遷移量的影響Fig.3 Impact of temperature on the migration of 3-MCPD and 1,3-DCP from two paper straws

2.4 紙質吸管中3-MCPD和1,3-DCP向市售飲料中的遷移

設定遷移溫度為室溫，遷移時間為30 min，對15種檢出3-MCPD和(或)1,3-DCP的市售紙質吸管在普通飲用水、加味水、澄清蘋果汁、瓶裝茶飲料等4種典型飲料中的氯丙醇遷移情況進行了研究，結果如表4所示。

表4 市售紙質吸管中3-MCPD和1,3-DCP向飲料遷移情況測定結果 單位：ng/mL

在60個處理中有10個處理檢出3-MCPD的遷移，總體檢出率為16.7%，具體情況為：3#紙質吸管在4種飲料體系中均檢出3-MCPD的遷移，遷移量為(52.0±1.3)～(60.5±1.0) ng/mL；4#紙質吸管在普通飲用水、加味水和瓶裝茶飲料中檢出3-MCPD的遷移，遷移量介于(39.5±1.1)～(41.0±0.6) ng/mL；2#、10#和11#紙質吸管在普通飲用水體系中也檢出3-MCPD的遷移，遷移量為(7.8±0.3)～(9.3±0.4) ng/mL。有8個處理樣品檢出1,3-DCP的遷移，總體檢出率為13.3%，具體情況為：11#和12#紙質吸管在4種飲料體系中均檢出1,3-DCP的遷移，遷移量為(2.9±0.3)～(8.4±0.8) ng/mL。本研究結果中3-MCPD和1,3-DCP遷移的整體檢出率與曾瑩等[12]和羅序英等[13]針對其他紙質食品接觸材料的研究報道結果相比更低低，可能是由于紙質吸管通常在內部進行了鍍膜處理，進而可阻隔氯丙醇向飲料體系遷移[8]。目前，尚未有關于飲料中氯丙醇殘留限量的規(guī)定，但我國GB 2762—2017《食品安全國家標準食品中污染物限量》中規(guī)定3-MCPD在添加有acid-HVP的固態(tài)和液態(tài)調味品中最大殘留限量分別為1.0 mg/kg和0.4 mg/kg，澳大利亞和新西蘭政府則規(guī)定醬油等調味品中1,3-DCP的最大殘留限量為0.005 mg/kg[1]。上述檢出有氯丙醇遷移的飲料樣品中，3-MCPD質量濃度均未超出上述限量標準，但部分樣品的1,3-DCP質量濃度超過了0.005 mg/kg?？紤]到在實際使用過程中紙質吸管與飲料的接觸面積會逐步減少，且一份飲料的體積通常會遠多于本試驗所建遷移體系中的15 mL，可推測在實際條件下紙質吸管接觸的飲料中氯丙醇的遷移量會更低。但由于飲料的攝入量通常也會遠高于調味品，有必要對紙質吸管中氯丙醇的潛在風險做進一步的系統(tǒng)評估。

3 結論

本研究采用冷水提取法對紙質吸管中的氯丙醇進行提取，并參照文獻報道的相關方法對市售紙質吸管中3-MCPD和1,3-DCP的含量以及向飲料遷移的情況進行研究。在檢測的20種紙質吸管中，13種樣品(65%)檢出3-MCPD，其含量為79.0～2 289.6 ng/g，14種樣品(70%)檢出1,3-DCP，其含量為5.3～104.9 ng/g。隨著時間延長和溫度上升，紙質吸管中3-MCPD和1,3-DCP向飲料遷移的量呈增加趨勢；在溫度為室溫、時間為30 min時，3-MCPD遷移的總體檢出率為16.7%，遷移量為7.8～60.5 ng/mL，1,3-DCP的總體檢出率為13.3%，遷移量為2.9～8.4 ng/mL。關于紙質吸管中氯丙醇的潛在風險，有必要開展進一步的系統(tǒng)評估。