包裝材料中三種抗氧化劑的快速檢測

李浩峰 李忠海 王利兵 黎繼烈 張 慧

（1.中南林業科技大學食品科學與工程學院，湖南 長沙 410004；2.湖南出入境檢驗檢疫局技術中心，湖南 長沙 410004；3.食品安全科學技術湖南省重點實驗室，湖南 長沙 410004）

抗氧化劑2，6－二叔丁基對甲基苯酚（BHT）、丁基羥基茴香醚（BHA）、特丁基對苯二酚（TBHQ）是重要的通用型酚類抗氧化劑，可作為塑料、橡膠等多種材料的優良防老劑，其作用是延緩聚合物材料因氧化而造成的褪色、硬化、喪失光澤或透明［1，2］。然而，此類化學合成抗氧化劑在食品和藥品包裝材料中的使用，對人體的健康會產生潛在的危害。近年來，美國食品與藥品管理局（FDA）、歐盟委員會（EC）和中國開展的包裝材料化學物遷移理論與試驗的大量研究結果［3，4］表明，塑料包裝材料中的加工助劑有可能遷移入食品和藥品中。而酚類抗氧化劑作為環境雌激素的一類，可以在人體內蓄積。已有研究［5－7］表明，大劑量的BHA可致癌，BHT有抑制人體呼吸酶活性的嫌疑，而TBHQ對人體的肝、脾、胃均有不利影響，因而此類抗氧化劑在食品和藥品包裝材料中的添加量日益引起關注并受到嚴格的控制。中國國標［8］規定，抗氧化劑BHA、BHT和TBHQ在包裝材料中的最大添加量不得超過0.5%；歐洲藥典［9］規定，抗氧化劑在聚合物中的添加量不得超過0.3%。

目前針對包裝材料中抗氧化劑的檢測方法主要有氣相色譜法、液相色譜法和薄層色譜法3種。如姜曉輝［10］采用GC－MS法測定了塑膠食品與藥品包裝材料中的BHT，方法的檢出限為0.1mg／kg，回收率為90.0%～96.6%；李小梅等［11］采用高效液相色譜法測定了塑料包裝材料中的BHA、BHT和Irganox1076，檢出限在0.3～0.4mg／kg，平均回收率分別為75.8%～108.7%；Soheila Honary等［12］采用薄層色譜法測定了聚合物容器中的BHT和Irganox 1010，回收率在77.2%～97.9%。通過對以上3個研究進行對比可以得出，氣相色譜法在低分子量抗氧化劑（如BHT）的檢測中比其它兩種方法有著操作便捷、分離效果好、靈敏度高的優勢。盡管中國對食品中抗氧化劑有著明確的檢測標準，但目前還沒有專門針對包裝材料中抗氧化劑測定的相關標準法規。而在之前對包裝材料中抗氧化劑檢測的研究中，前處理方法大多采用的是傳統的回流提取法、索氏提取法或超聲萃取法，提取時間長，回收率較低，且研究對象主要針對的是食品包裝材料，而且對食品和藥品包裝材料中BHA、BHT和TBHQ 3種抗氧化劑快速提取與檢測的研究目前還處于空白。本試驗以微波輔助萃取法（MAE）為前處理方法，采用氣相色譜檢測法（GC－FID），通過對MAE和色譜條件的優化同時測定了食品和藥品包裝材料中的BHA、BHT和TBHQ，為食品和藥品包裝材料中抗氧化劑含量的控制提供了一種靈敏、快速、準確的檢測方法。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

二丁基羥基甲苯（BHT）、丁基羥基茴香醚（BHA）、特丁基對苯二酚（TBHQ）：純度均≥99%，美國Sigma－Aldrich公司；

聚丙烯膜（PP）：厚度0.5mm，3種抗氧化劑含量均為0.5%，湖南工業大學；

輸液瓶、輸液袋、塑料碗、塑料杯：材質聚丙烯PP，市售；

保鮮膜：材質聚乙烯PE，市售；

環己烷、異丙醇：分析純，國藥集團化學試劑有限公司；

甲醇：色譜純，德國Merck公司。

1.1.2 主要儀器設備

氣相色譜儀：GC－2010plus型，日本島津公司；

微波萃取儀：cw－2008型，上海科哲生化科技有限公司。

1.2 方法

1.2.1 抗氧化劑的提取（微波輔助萃取）樣品經溫水洗滌晾干后，剪成約0.5cm×0.5cm的碎片，稱取2g于125mL微波萃取瓶中，加入環己烷和異丙醇的混合液（1∶3，V／V）共50mL。在室溫的條件下（約25℃），首先在13W的微波功率下35s內升溫到80℃，然后在80℃的條件下恒溫萃取15min，磁力攪拌轉速為100r／min。提取完畢待萃取瓶冷卻，收集提取液，進氣相色譜分析。MAE條件的優化采用單因素分析法，分別考察溶脹劑比例（10%～40%，固定參數為溫度80℃，時間15min）、提取溫度（50～120℃，固定參數為溶脹劑25%，時間15min）和提取時間（5～30min，固定參數為溫度80℃，溶脹劑25%）3個參數對回收率的影響。

1.2.2 抗氧化劑的分離和測定（GC－FID條件）色譜柱Rtx?－5毛細管柱（30m×0.25mm，0.25μm）；柱溫升溫程序：初始溫度60℃，保持1min，以20℃／min速率升至180℃，保持1min，以5℃／min速率升至200℃，保持3min；進樣口溫度：250℃；檢測器溫度：250℃；進樣量1μL，分流比20∶1；載氣（高純氮氣）流速1.0mL／min。

2 結果與討論

2.1 樣品前處理方法的優化

以聚烯烴為原材料的食品和藥品包裝材料，其分子鏈堆砌比較緊密，分子間相互作用力較強，所以溶劑分子不易滲入聚合物內部將目標物提取出來。因此在選擇抗氧化劑提取劑時，除了要充分考慮溶劑對抗氧化劑的溶解能力外，還要選擇能溶脹高分子材料的溶脹劑。根據文獻［13～15］和預試驗證明，環己烷為聚合物溶脹劑，可以使聚烯烴的分子鏈溶脹，打開溶劑的萃取通道，而異丙醇等溶劑則對目標物質有著較好的溶解度。所以本試驗以環己烷和異丙醇的混合溶劑為提取劑，采用微波萃取法提取了食品和藥品包裝材料中的抗氧化劑。

在微波萃取中，溶脹劑的比例、提取溫度和提取時間對試驗結果有著顯著的影響。本試驗以抗氧化劑含量已知的聚丙烯膜為標準樣品，研究不同提取條件對抗氧化劑回收率的影響。由圖1可知，當溶脹劑比例為25%時，4種抗氧化劑的回收率均達到最大。當溶脹劑比例大于25%時，會造成部分聚合物在提取的過程中溶解，結晶結構塌陷，從而將目標物包裹其中而不易被提取出來［16］；由圖2和3可知，當溫度大于80℃或是時間長于15min時，抗氧化劑因氧化分解而造成的損失增大，導致回收率下降。

圖1 溶脹劑比例對抗氧化劑回收率的影響Figure 1 The effect of ratio of swelling agent on the recoveries of antioxidants

2.2 抗氧化劑的分離

由于待測的3種抗氧化劑極性較強，使用弱極性柱（Rtx?－5）可以在較短的時間內出峰。同時為了提高極性相似化合物的分離度，改善化合物的峰形，需要采用程序升溫的方法。圖4和圖5分別為抗氧化劑混合標樣的色譜圖和空白樣品加標的色譜圖。由圖4可知，在本試驗所確定的程序升溫條件下，3種抗氧化劑響應值、分離度和峰對稱性均較好。

2.3 線性關系與檢測限

用甲醇將抗氧化劑的單標溶液稀釋成不同質量濃度（5，10，20，50，100mg／L）的混合標準溶液并分別進行色譜分析。以標準溶液的質量濃度對各組分的色譜峰面積作圖得到標準曲線，以3倍信噪比（S／N＝3）計算各種抗氧化劑的最低檢測限（LOD）。由表1可知，在所測定的范圍內，3種抗氧化劑峰面積與質量濃度呈現良好的線性關系，能準確定量。

圖2 提取溫度對抗氧化劑回收率的影響Figure 2 The effect of extraction temperature on the recoveries of antioxidants

圖3 提取時間對抗氧化劑回收率的影響Figure 3 The effect of extraction time on the recoveries of antioxidants

圖4 3種抗氧化劑混合標樣色譜圖Figure 4 Chromatogram of standard antioxidants solution

圖5 空白樣品加標色譜圖Figure 5 Chromatogram of standard antioxidants added in blank samples

表1 3種抗氧化劑的線性關系及其檢出限?Table 1 Linear relationships and limits of detection for three antioxidants

2.4 回收率與精密度

準確稱取2g不含抗氧化劑的空白樣品，添加標準工作液，添加水平分別為125，250，500mg／kg，經微波萃取后進氣相色譜分析，每個添加水平平行測定6份樣品，計算回收率，結果見表2。3種抗氧化劑的平均回收率在81.0%～95.2%，相對標準偏差在3.1%～6.5%，該結果能滿足食品和藥品包裝材料中抗氧化劑的檢測要求。

表2 空白樣品中抗氧化劑的添加回收率和精密度Table 2 Recoveries and relative standard deviations（RSDs）of antioxidants spiked in a blank sample

2.5 實際樣品檢測

應用所建立的方法對常見食品和藥品包裝材料中的抗氧化劑含量進行檢測分析，所有實際樣品均隨機采購于超市和藥房。由表3可知，其中塑料杯中檢出含有BHT，含量為6.1mg／kg；保鮮膜中檢出含有BHA，含量為8.5mg／kg；輸液瓶中檢出含有BHT，含量為7.8mg／kg。而TBHQ在5種樣品中均未檢出。檢出樣品中均只含有1種抗氧化劑，且含量遠低于中國（0.5%）和歐盟（0.3%）的限量標準，符合國內外包裝材料中抗氧化劑使用的安全要求。

表3 不同食品和藥品包裝材料中3種抗氧化劑的添加量?Table 3 Contents of the 3antioxidants in different food and drug packaging materials ／（mg·kg－1）

3 結論

通過對樣品前處理方法和色譜條件的優化和改進，建立了食品和藥品包裝材料中3種抗氧化劑的GC－FID測定方法。該方法簡單、快速、靈敏度高，測定結果可靠，重復性好。其中MAE法在80℃的條件下，只需15min即可實現對包裝材料中3種抗氧化劑的提取，與傳統提取方法（回流提取或索氏提取）相比提取時間快，回收率高，易于實現對大量樣品的快速分析。在氣相色譜對抗氧化劑的檢測中，本試驗采用了2段速率不同的程序升溫模式，與之前研究［2，6－8］中所采用的恒溫或是單一速率的升溫模式相比，此種升溫模式對極性相似抗氧化劑的分離效果更佳，不僅可以實現對樣品中3種抗氧化劑的同時檢測，且不易受其它雜質的干擾，測定結果更加可靠。因此，該方法能滿足食品和藥品包裝材料中抗氧化劑檢測的分析要求，同時也為其它聚合物包裝材料添加助劑的檢測提供了有利的參考。

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