PET塑料桶裝大豆油中DEHP遷移的數學模型的建立

白艷紅 許 珂 張相生 趙電波

（鄭州輕工業學院食品與生物工程學院1，鄭州 450002）

（河南大用實業有限公司2，鶴壁 410600）

鄰苯二甲酸二（2－乙基己）酯（Diethylhexyl phthalate，DEHP）常作為增塑劑被廣泛添加到聚對苯二甲酸乙酯（Polyethylene terephthalate，PET）塑料材料中。PET屬于熱塑性工程塑料，具有阻隔性好、質量輕、強度高、耐酸耐堿等特點，廣泛用于飲料、礦泉水、食用油等的包裝［1］。當塑料包裝材料與食品直接接觸時，DEHP將不同程度地向食品中滲透遷移，造成對食品的污染［2］。DEHP是一種環境內分泌干擾物，對心、肝、肺、腎等器官以及生殖系統有毒性損害作用［3］。Safa Abdul－Ghani［4］研究發現孕期婦女暴露于DEHP會導致新生兒在日后生活中缺乏注意力并患有多動障礙（ADHD）。Hokanson R等［5］利用 DNA檢測儀分析了DEHP對人體細胞鏈MCF－7基因表達的破壞作用，發現DEHP主要改變FGD1和PAFAH1B1兩種主要對嬰兒的大腦發育起決定作用的基因。Carlie D．Piche等［6］研究指出DEHP的多種活性代謝產物具有生殖毒性，降低精細胞發育能力，引起男性生殖道畸形。Qiao L等［7］對性早熟女孩的血清進行檢測，結果發現性早熟女孩的血清中DEHP的量高于正常發育的女孩。中國《食品容器、包裝材料用食品添加劑使用衛生標準》（GB 9685—2008）中規定，增塑劑DEHP的使用僅可用于非脂肪性食品的接觸，不得用于嬰幼兒食品接觸材料［8］。王超英等［9］對市售的PET塑料瓶裝純凈水和蒸餾水萃取進樣，均檢出DEHP，但未定量。李荔群等［10］隨機采取49種市售PET塑料瓶裝飲料，采用氣相色譜法檢測，其中DEHP的檢出率為100%，檢出量為0．038～0．071 mg／L。Bosnir等［11］選取克羅地亞市場上的PET塑料瓶裝軟飲料和礦泉水進行檢測，DEHP檢出量為27～136μg／L。

Erika Helmroth等［12］根據低分子質量化合物的遷移規律，利用物理遷移原理及數學建模方法，建立了包裝材料中有毒有害化合物的預測模型。Oi－Wah等［13］建立了塑料包裝中鄰苯二甲酸酯（Butyl benzyl phthalate，BBP）及鄰苯二甲酸二丁酯（Din－butyl phthalate，DBP）遷移到固態食物中的數學模型。本研究采取GC－MS檢測方法，分析了不同儲藏時間、儲藏溫度條件下PET塑料桶中DEHP向大豆油中遷移的規律，建立了遷移規律的數學模型，為塑料包裝食品的安全性研究提供依據。

1 材料與方法

1．1 主要材料

PET塑料桶裝精煉一級大豆油（5 L）：鄭州市食品超市；未使用過的PET塑料桶（500 mL）：鄭州市宏升塑料包裝廠。

1．2 試劑

鄰苯二甲酸二甲酯（DMP，標準物質，純度大于99．5%）、鄰苯二甲酸（2－乙基己基）酯（DEHP，標準物質，純度大于 99．5%）：德國 Dr．Ehrenstorfer公司；乙醚（分析純）：洛陽市化學試劑廠；正己烷（分析純）、無水甲醇（分析純）：天津市凱通化學試劑有限公司；甲醇（一級色譜純）：天津市四友精細化學品有限公司。

1．3 主要儀器設備

AL204電子分析天平：梅特勒－托利多儀器（上海）有限公司；HH－S2數顯恒溫水浴鍋：金壇市醫療儀器廠；6890氣相色譜儀（帶FID檢測器和6890GC／5973MS）：美國安捷倫公司；G1701MSD化學工作站和NIST 02標準譜庫；RE－52AA真空旋轉蒸發儀：上海亞榮生化儀器；XH－C旋渦混合器：金壇市醫療儀器廠；UP2200HE超聲波清洗器：南京壘君達超聲波電子設備有限公司；SHP－250智能生化培養箱：上海鴻都電子科技有限公司。

1．4 方法

1．4．1 標準溶液配制

單標儲備液的制備：用電子分析天平準確稱取DMP、DEHP標準樣品各0．05 g，分別用甲醇稀釋定容至50 mL，將配制成的質量濃度為1 000 mg／L的標準儲備液至于棕色容量瓶中，保存于4℃冰箱中備用。

混合標準液的制備：根據實際試驗需要，混合標準溶液用甲醇逐級稀釋至所需濃度。

1．4．2 氣相色譜質譜條件

色譜柱：HP－5MS彈性石英毛細管柱（30 m×0．25 mm×0．25μm）；載氣：氦氣；流量：1．0 mL／min；進樣方式：分流進樣 4∶1；進樣量：1μL；進樣口溫度：280℃；升溫程序：初溫60℃，保持2 min，以10℃／min升溫到280℃，280℃保持10 min；質譜離子源溫度：230℃；傳輸線溫度：280℃；離子化方式：EI；掃描模式：全掃描；掃描范圍：30～55℃Amn。

1．4．3 樣品前處理方法

1．4．3．1 包裝材料中 DEHP的提取

將桶內大豆油倒出，從空桶上剪取大約重2 g的一塊，依次用脫脂棉沾取去離子水、乙醚擦洗干凈，再剪成約2 mm×2 mm大小的細小碎片，用電子分析天平稱取（2．0±0．1）g樣品，置于50 mL具塞錐形瓶中，用移液管準確加入20．0 mL甲醇飽和正己烷，置于超聲波清洗器中提取（提取溫度為55℃，提取時間為40 min）。提取后靜置，移取上清液1 mL于旋轉心形瓶中，置于旋轉蒸發器上旋轉至蒸干，待冷卻至室溫時加入1 mL正己烷，置于旋渦混合器上使溶液充分混勻，用一次性無菌注射器吸取1 mL，經0．45μm的微孔濾膜后注入色譜瓶中。進樣量1μL，進行GC－MS檢測分析。

1．4．3．2 大豆油中 DEHP的提取

PET塑料桶裝大豆油購回后，分別分裝于500 mL的PET塑料桶中，并分別置于不同溫度（15、20、25、30、35℃）條件下放置不同時間（4、6、8、10、12月）。

準確稱取大豆油（2．0±0．1）g，采用1．4．3．1的方法進行提取。

1．4．4 添加回收率試驗

為了驗證方法的準確度，選取PET塑料桶作為加標回收試驗的樣品，分別加入混合標準溶液，使其在樣品中含量為 25、50、100 mg／kg，按照“1．4．3．1”中方法進行測定，每一水平下分別作3次平行試驗，計算平均回收率和相對標準偏差（RSD）。

1．4．5 空白試驗

試驗所用到的玻璃器皿均用丙酮浸泡48 h以上，蒸餾水反復洗滌后烘干使用，以排除試驗過程中可能出現的污染，保證所用的器械不會污染樣品而影響分析結果。

1．4．6 大豆油中DEHP遷移數學模型的建立

以儲藏溫度、儲藏時間為因素，DEHP的遷移量為指標，采用Box－Behnken試驗設計，其因素水平編碼見表3。

2 結果與討論

2．1 標準氣相色譜圖

采用HP－5MS（30 m）彈性石英毛細管柱分離DMP與DEHP兩種化合物，從圖1可以看出，在30 min內DMP、DEHP的化合物能夠有效的分開，峰型尖銳，具有良好的對稱性，出峰附近無干擾峰，2個峰之間的間隔明顯，可以說明在此條件下，可以有效檢測DMP、DEHP物質。

由表1可知，化合物線性范圍均在0～100之間，有良好的相關性，相關系數均大于0．998 0，按信噪比（S／N）為 3，計算出最低檢出限在 0．001～0．003之間，S／N＝10計算方法的定量下限為0．05，能夠滿足對大豆油中DEHP遷移量的檢測要求。采用外標法定量，進樣體積1μL。根據相應的回歸方程可計算出被測樣品中DEHP的含量。

圖1 標準樣品的GC－MS色譜圖

表1 回歸方程、相關系數、線性范圍、檢出限和定量下限

2．2 PET塑料桶中DEHP的測定

經GC－MS法檢測，PET塑料桶中DEHP的檢出量為4．594 mg／kg，超出《GB／T 21928—2008食品塑料包裝材料中鄰苯二甲酸酯的測定》［14］中規定的0．05 mg／kg的檢出限量。

2．3 添加回收率試驗

由表2可知，DMP與DEHP的加標回收率在94%以上，相對標準偏差在0．89%～1．47%之間。向樣品中添加標準品DEHP的回收率在94%～98%之間，相對標準偏差在1．16～1．46之間。向樣品中添加標準品DMP的回收率在95%上下，相對標準偏差在0．89～1．47之間，說明該試驗所采用檢測方法的重復性好、準確度高，且精密度可以滿足對PET塑料桶中DEHP含量及大豆油中DEHP遷移量測定的要求，認為該檢測方法準確可靠。

表2 添加回收試驗（n＝3）

2．4 大豆油中DEHP遷移模型的建立

采用Design－Expert．V．8．0．5b軟件對表3的數據進行回歸分析，所得模型回歸方程為：Y＝0．77＋0．089A＋0．11B－0．013AB＋0．039A2＋5．072×10－3B2（Y為DEHP的遷移量，A為儲藏溫度，B為儲藏時間）。在儲藏溫度35℃和儲藏時間12月的條件下，大豆油中 DEHP遷移量為 1．292 mg／kg，遷移率28．12%。

表3 儲藏溫度和時間對DEHP遷移量的影響

2．4．1 數學模型的方差分析

對模型進行方差分析，結果見表4。

表4 回歸模型的方差分析

經方差分析，模型的顯著性檢驗P＜0．000 1，表明該模型極顯著；模型的失擬檢驗P＝0．794 8＞0．05，模型的失擬性不顯著，表明該模型可以準確模擬PET塑料桶中DEHP在不同儲藏溫度和時間下向大豆油中的遷移。一次項A（P＜0．000 1）、B（P＜0．000 1）極顯著，二次項A2（P＜0．000 1）極顯著、B2（P＜0．05）顯著，交互項AB（P＜0．05）顯著，儲藏溫度與時間對DEHP的遷移影響顯著。相關系數R2＝0．998 7，表明該回歸方程對試驗結果擬合情況良好，可以描述兩因素與響應值之間的真實關系。

2．4．2 模型的響應面分析

由圖2可知，在同一儲藏時間下，大豆油中DEHP的遷移量隨溫度的升高而增加，在20～26℃儲藏溫度范圍內，大豆油中DEHP的遷移量緩慢上升，在26～30℃儲藏溫度范圍內，大豆油中DEHP的遷移量上升速率增加；同一儲藏溫度下，DEHP的遷移量隨儲藏時間的延長而增加；隨著儲藏溫度和時間的同時增加，大豆油中DEHP的遷移量增加，儲藏溫度和儲藏時間二者的交互作用對DEHP的遷移影響顯著。等高線圖表明，儲藏時間對大豆油中DEHP的遷移影響比儲藏溫度大。由數學模型的方差分析可知，儲藏溫度和儲藏時間對PET塑料桶中DEHP向大豆油中遷移量的影響次序為儲藏溫度＞儲藏時間，可能的原因可根據以下兩個公式進行討論：一是根據通用擴散系數模型Dp＝D0exp［Ap－0．135Mr2／3＋0．003Mr－（C＋10 454）／T］］（式中D0＝104 cm2／s，Mr為DEHP的相對分子質量，T為絕對溫度，Ap＝0．006 3，C取值在0～157 7之間），隨著儲藏溫度的升高，絕對溫度（T）升高，從而使PET塑料桶中DEHP向大豆油中遷移的擴散系數（Dp）增大，大豆油中的DEHP遷移量增大；二是根據麥克斯韋能量分布公式E＝E0－abcRT／2（式中，E為每摩爾分子遷移所需活化能，E0為無轉動和振動的每摩爾分子遷移所需活化能（常數），R為摩爾氣體常數，a、b、c均為常數，T為熱力學溫度），隨儲藏溫度升高，絕對溫度（T）升高，每摩爾DEHP分子遷移所需活化能（E）降低，DEHP從PET塑料桶中向大豆油中遷移的難度降低，大豆油中DEHP的遷移量增加。DEHP從PET塑料桶中向大豆油中遷移的機理有待進一步研究。大豆油成分不單一，其中不同的油脂成分含量、維生素含量的高低可能也會對DEHP遷移量有影響，以及隨著大豆油的儲藏，遷移到其中的DEHP是否會與大豆油的某些成分發生反應，這些問題仍值得進一步研究。

圖2 儲藏溫度和時間的交互作用對DEHP遷移影響的相應面圖

圖3 儲藏溫度和時間的交互作用對DEHP遷移影響的等高線圖

3 結論

3．1 經試驗測得 PET塑料桶中DEHP檢出量為4．594 mg／kg，大豆油中 DEHP遷移最高檢出量為1．292 mg／kg，最大遷移率為 28．12%。

3．2 DEHP遷移的數學模型為：Y＝0．77＋0．089A＋0．11B－0．013AB＋0．039A2＋5．072×10－3B2，（Y為DEHP的遷移量（mg／kg），A為儲藏溫度（℃）、B為貯藏時間（月））。PET塑料桶中DEHP向大豆油中的遷移量與大豆油的儲藏溫度和儲藏時間呈正相關，即隨著儲藏溫度的升高和儲藏時間的延長，大豆油中DEHP的遷移量也升高，且儲藏溫度和儲藏時間的交互作用對DEHP的遷移影響顯著，儲藏時間的影響大于儲藏溫度。表明大豆油宜置于較低室溫條件下進行貯藏，在保質期內應盡早食用。

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