食品接觸材料表面印刷油墨中光引發劑的高效液相色譜-串聯質譜法檢測和遷移研究

摘 要 采用食品模擬物進行遷移實驗，結合高效液相色譜-紫外檢測器（UPLC-PDA）和串聯質譜（UPLC-MS/MS）技術，建立了食品接觸材料印刷油墨中光引發劑BP（二苯甲酮）、MBP（4-甲基二苯甲酮）、Irgacure 184（1-羥基環己基苯基丙酮）、ITX（2-異丙基硫雜蒽酮）、EDAB（對二甲氨基苯甲酸乙酯）和EHDAB（對二甲氨基苯甲酸異辛酯）的快速測定方法。以65%乙醇和正己烷為食品模擬物，在5 ℃和40 ℃下遷移240 h。模擬液經濃縮、凈化和過濾后直接進樣分析。本方法的線性范圍為0.1～1000

關鍵詞 液相色譜； 食品接觸材料； 印刷油墨； 光引發劑； 遷移實驗

1 引 言

紫外光固化油墨具有無溶劑殘留、附著力強、固化效果好等優點。在食品接觸材料用印刷油墨領域，有紫外光固化油墨逐漸取代有毒溶劑型油墨的趨勢。然而，2005年在意大利、法國、西班牙和葡萄牙發生的雀巢嬰兒配方奶召回事件， 原因是在包裝配方奶紙盒表面光油墨中檢出光引發劑（PIs）2-異丙基硫雜蒽酮（ITX）和N，N-二甲氨基苯甲酸異辛酯（EHDAB）。盡管后來由歐洲食品安全局（ESFA）提供的毒理學評估報告表明ITX和EHDAB不具有遺傳毒性和生殖毒性，但細胞長時間低含量接觸ITX和EHDAB會引發細胞膜的破裂，并導致某些功能的喪失。為此，德國聯邦風險評估中心（BfR）建議食品接觸材料用印刷油墨中ITX和EHDAB的安全遷移限量為0.5 mg/kg食品。

二苯甲酮（BP）和4-甲基二苯甲酮（MBP）也是較常用的光引發劑，在聚氨酯和聚烯烴型油墨中廣泛應用。然而，毒理學實驗表明，BP和MBP對實驗動物不僅具有致癌作用，而且還有皮膚接觸毒性和生殖毒性。針對這種情況，歐盟委員會食物鏈和動物健康常務委員會（SCFCAH）于2009年5月規定，食品接觸材料用印刷油墨中BP和MBP的遷移限量為0.6 mg/kg。

目前，檢測印刷油墨中PIs的方法主要有氣相色譜法（GC）和液相色譜法（LC），檢測對象主要是液體食品中的ITX。2008年，Sanches-Silva等對包裝液體奶的紙盒中的5種PIs建立了LC-PDA和LC/MS檢測法，根據遷移結果，得出了不同PIs在包裝紙盒中的擴散速率以及PIs在紙盒與液體奶之間的分配系數；同年，Gianni等采用氣相色譜-質譜法（GC/MS）和LC-MS/MS對液體食品及其包裝材料表面印刷油墨中5種PIs的殘留進行了檢測，結果表明，MBP和BP在40份食品和包裝紙盒樣品中均有檢出，其含量為5～217

g/L。生茂強等建立了LC-MS/MS檢測液體飲料中的ITX和EHDAB殘留的方法，定量下限為0.1

g/kg。

本研究采用UPLC/PDA和MS/MS法，對50余種食品接觸材料（包括紙質和塑料包裝等）中的6種PIs（結構見表1）的遷移進行了研究。根據歐盟法規對食品接觸材料的前處理要求，樣品經食品模擬物浸泡后，提取和凈化的模擬液直接用于分析。

2 實驗部分

2.1 儀器與試劑

2.1.1 儀器 Waters ACQUITY UPLC（美國Waters公司），光電二極管陣列檢測器（PDA），配備EmpowerTM（2.0版本）工作站； Thermo TSQ Quantum Access UPLC-MS/MS（美國Thermo Fisher公司），配Accela自動進樣器和四元梯度泵，數據收集及分析利用Xcalibur（2.0.7版本）完成。N-EVAP 112型氮吹儀（美國Organomation Associates公司）。Rotavapor R-215旋轉蒸發儀（瑞士BUCHI公司）。

2.1.2 試劑 BP（99.0%）和EHDAB（98.0%）購自JK公司，MBP（97.0%）和EDAB（＞99.0%）購自Acros公司，ITX（98.9%，AccuStandard公司），Irgacure 184（＞98.0%，東京化成工業株式會社）。甲醇和正己烷（HPLC級，Merck公司），無水乙醇（99.7%，天津市風船化學試劑科技有限公司）。實驗用水由MilliPore Elix 5純水儀系統制備。

2.1.3 實驗樣品 樣品取自天津地區食品包裝生產企業。樣品抽檢集中在表面有油墨的單層塑料包裝、復合塑料包裝、紙塑復合包裝以及紙質包裝。抽檢試樣檢測之前在恒溫恒濕環境中靜置24 h以上。

2.1.4 標準溶液 分別稱取0.01 g的6種PIs于10 mL燒杯中，用少量甲醇溶解后轉移到100 mL容量瓶中，用甲醇定容。6種標準品溶液先經PDA分析，以保留時間定性；分別移取6種標準品溶液1 mL，轉移至同一個10 mL容量瓶中，用甲醇定容。該混合標準母液的濃度為10 mg/L。根據需要，取不同體積的混合標準母液，用甲醇配制不同濃度的混合標準溶液。該混合標準溶液采用MS/MS進行定量分析。

2.2 實驗方法

2.2.1 樣品前處理 樣品前處理采用食品模擬物進行遷移實驗。從6種化合物的logKow得知，PIs在水中溶解度較低，并且根據食品接觸材料預包裝食品類型的不同，選取65%乙醇和正己烷進行遷移實驗。實驗之前，單層或復合塑料樣品先用清水將表面清洗干凈，晾干，然后裁取120 cm2的試樣剪成1 cm2的碎片，模擬液按2 mL/cm2的添加量進行添加。對于欲包裝低溫冷藏食品的包裝，在5 ℃下進行遷移實驗240 h；對于欲包裝常溫貯存食品的包裝，則在40 ℃下進行遷移實驗240 h \\。

65%乙醇浸泡液利用旋轉蒸發儀蒸發至近干，加入少量正己烷-乙酸乙酯（30∶70，V/V）溶解，然后在5 L/min的氮氣流速下除去絕大部分混合溶劑，再加入5 mL甲醇溶解。移取適量甲醇溶液，經0.2

m濾膜過濾后，濾液直接進樣分析。

將正己烷浸泡液旋轉蒸發至近干后，用5 mL甲醇溶解殘渣，取適量甲醇溶液，經0.2

m濾膜過濾后，濾液直接進樣分析。

2.2.2 儀器條件 （1）UPLC-PDA 6種PIs的分離采用BEH C18色譜柱（50 mm×2.1 mm， 1.7

m）完成，柱溫為35 ℃。洗脫溶劑為水（A）和甲醇（B），梯度洗脫程序為0～8 min，80%～10% A；8～8.1 min，10%～80% A；8.1～10 min， 80% A。流動相流速為0.4 mL/min，進樣量為10

L；PDA掃描范圍為190～400 nm，數據采集速率為20點/s，光譜掃描分辨率為1.2 nm。（2）UPLC-MS/MS 6種PIs的分離采用Gold C18柱（50 mm×2.1 mm， 1.9

m），柱溫為35 ℃。洗脫溶劑為水（A）和甲醇（B），梯度洗脫程序為：0～6 min， 80%～10% A；6～6.1 min，10%～80% A；6.1～10 min， 80% A。流動相流速為0.25 mL/min，進樣量為10

L；質譜離子源為電噴霧電離源（ESI），正離子模式，噴霧電壓為4500 V，鞘氣和輔助氣（N2，99.99%）流量分別為1.5和4.5 L/min，離子傳輸桿溫度為320℃，碰撞氣（Ar，99.999%）壓力為23.8 Pa。質譜掃描方式為選擇離子反應監測（SRM）模式，掃描寬度為m/z 0.01，掃描時間為0.2 s。

2.2.3 結果計算 實際試樣、加標回收試樣和精密度試樣在UPLC-MS/MS上采用外標法完成。以PIs的色譜峰面積為縱坐標（y），相應的質量濃度（

g/L）為橫坐標（x）繪制標準曲線。根據擬合方程的斜率和截距，結合試樣的色譜峰面積，確定PIs在模擬液中的含量（

g/L）和遷移水平（

g/dm2）。

3 結果與討論

3.1 遷移條件的選擇

根據食品接觸材料預包裝食品類型的不同，選擇65%乙醇和正己烷作為食品模擬物進行遷移實驗，遷移條件按最苛刻的情況進行，即對于低溫冷藏食品，其包裝的遷移溫度為5 ℃；對于常溫貯存食品， 圖1 MBP遷移量與遷移時間和遷移溫度的關系圖（65%乙醇溶液）

Fig．1 Time-and temperature-dependant migration levels of MBP from milk cartoon in a 240-h migration test with 65% ethanol solution as food simulant其包裝的遷移溫度為40 ℃，兩種溫度下遷移時間均為240 h。遷移溫度和遷移時間對PIs遷移量的影響如圖1所示。以樣品中MBP為例，40 ℃下MBP的遷移速率約是5 ℃下的3倍；40 ℃時，MBP起始的遷移速率較快，而在5 ℃條件下，MBP的遷移較為緩慢。

考察了二氯甲烷、乙腈和乙酸乙酯作為模擬物時，對PIs的萃取能力， 結果如表2所示。相比其它模擬物，正己烷對6種PIs的溶出效果最差，乙腈較好，而乙酸乙酯和二氯甲烷的溶出效果最好。其原因可能是：不同極性的模擬物對食品接觸材料基質的溶解能力有差異；不同極性的模擬物對6種PIs溶解能力的差異。二氯甲烷和乙酸乙酯的極性較高，因此從包裝材料基質中溶出PIs的量較高。盡管二氯甲烷和乙酸乙酯的萃取效果最佳，但是實際食品流通環節中，食品中的脂肪（多為動物源或植物源脂肪，分子中含長鏈烷烴）、水

3.2 優化條件下UPLC-PDA分析結果

PIs在水中的溶解度較低，但從分子結構可見其具有一定的極性，因此采用C18反相柱進行分離。綜合考慮流動相的極性和目標分析物的溶解性，梯度洗脫溶劑選擇甲醇和水。結果如圖2所示，6種PIs能夠實現較好的分離。

圖2 光引發劑混合標準溶液的多通道2D色譜分離圖

Fig．2 Liquid chromatograms of the standard solution obtained in multi-channels scan model

1. 6.88

g/L Irgacure 184；2. BP （4.88 mg/L）；3. DHAB （6.06 mg/L）；4. MBP （5.40 mg/L）; 5. ITX （4.0 mg/L）；6. EHDAB （6.86 mg/L）.

3.3 優化條件下UPLC-MS/MS分析結果

UPLC-MS/MS的條件優化采用注射泵直接進樣的方式進行。優化結果表明，6種PIs均在正離子模式有強的信號，且電離方式均為\\＋。確定化合物的分子離子碎片后，通過優化噴霧電壓、鞘氣和輔助氣流量、離子傳輸桿溫度等參數使其信號強度達到最大；采用SIM對每種化合物尋找兩個豐度最高的子離子，并優化其在二級四極桿中的碰撞能量（表3）。優化完成以后，標準溶液和未知試樣溶液中PIs的監測采用SRM模式掃描以提高分析靈敏度（圖3）。

3.4 方法評價 圖3 光引發劑標準混合溶液的離子流色譜圖（1 mg/L）

Fig．3 Ion chromatograms of the PIs mixed standard solution （1 mg/L）

3.4.1 方法的線性、檢出限、定量限和精密度 UPLC-MS/MS對6種PIs的檢測線性范圍、

線性方程、相關系數、儀器的檢出限和定量限，以及本方法測定食品接觸材料中PIs的方法檢出限和方法定量限見表4。通過在空白模擬物中添加不同水平的標準樣品進行回收實驗，方法的回收率為63.2%～98.8%（表5）。

3.4.2 實際樣品測定 采用PDA初篩和MS/MS確證的方法對2010年5月～10月取自天津地區食品接觸材料生產企業的產品進行了檢測。結果表明（表6），印刷油墨中光引發劑不單獨存在。一般以3～5種光引發劑共存的形式存在，其中，MBP的存在較為普遍，在5個陽性樣品中均有檢出，遷移水平為0.055～3.43

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Determination and Migration Study of Six Photoinitiators in

Printing Inks Used for Food Contact Materials by

High Performance Liquid Chromatography-

Tandem Mass Spectrometry

HAN Wei1， YU Yan-Jun1， LI Ning-Tao1， WANG Li-Bing2

1（Technical Center for Safety of Industrial Products， Tianjin Entry-Exit Inspection and

Quarantine Bureau， Tianjin 300042）

2（Technical Center for Hunan Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau， Changsha 410004）



Abstract A method based on migration tests using food simulants and ultra high performance liquid chromatography-photo diode array detector （UPLC-PDA） coupled with tandem mass spectroscopy （MS/MS） was developed for the detection of migration levels of six photoinitiators， benzophenone （BP）， 4-methyl benzophenone （MBP）， 1-Hydroxycyclohexyl phenyl ketone （Irgacure 184）， 2-isopropylthioxanthone （ITX）， ethyl 4-（N，N-dimethylamino）benzoate （EDAB）， and 2-Ethylhexyl 4-dimethylaminobenzoate （EHDAB） from food contact materials. Approximately 65% ethanol solution and n-hexane were selected as the food simulants. Under optimized conditions （migration at 5 ℃ and 40 ℃ for 240 h）， the linearity of the analytical method ranged from 0.1 to 1000 g/L， method detection limit （MDL） ranged from 0.002 to 0.19

g/dm2， recoveries were in the range from 63.2% to 98.8%. Fifty samples were tested by using the current method. The analytical results demonstrated that MBP was a general additive in printing ink with migration levels of 0.055－3.43 g/dm2; EHDAB was always detectable in company with ITX， while BP was detectable only in one sample with the highest level of 4.02

g/dm2.Keywords Liquid chromatography; Food contact materials; Printing ink; Photoinitiators; Migration test

（Received 21 December 2010; accepted 29 April 2011）