氣相色譜-質譜聯用法測定食品包裝材料中4種苯酚類抗氧劑遷移量

王繼才，李少飛，熊小婷，佘文勛，陳意光，劉德云，譚建華，李慧勇，席紹峰

(廣州質量監督檢測研究院，國家包裝產品質量監督檢驗中心(廣州)，廣東 廣州 511447)

近年來，產品質量和食品安全問題一直受到消費者的高度關注，其中各種食品、食品包裝材料添加劑的安全性亦成為關注的焦點。2,6-二甲基苯酚、對叔丁基苯酚(PTBP)、2,6-二叔丁基對甲酚(BHT)和叔丁基-4-羥基苯甲醚(BHA)屬于苯酚類抗氧劑，作為食品添加劑，也可用作食品包裝材料添加劑，以減緩高分子材料的老化，延長其使用壽命[1]。但上述4種苯酚類抗氧劑為環境激素，對人體有一定危害，如2,6-二甲基苯酚易揮發，高溫下仍能維持正常化學結構，可能具有致癌或促癌作用[2]，會對人體腎臟造成嚴重傷害[3]。因此，需要控制抗氧劑的使用，以免過量遷移至食品中對人體造成傷害。

GB 9685-2016《食品安全國家標準 食品接觸材料及制品用添加劑使用標準》[4]中，對上述4種苯酚類抗氧劑在塑料、涂料及涂層、油墨、粘合劑、紙制品等食品包裝材料中的特定遷移限量(SML)作出了明確規定：2,6-二甲基苯酚和對叔丁基苯酚的SML均為0.05 mg/kg，2,6-二叔丁基對甲酚的SML為3 mg/kg，叔丁基-4-羥基苯甲醚的SML為30 mg/kg。目前尚無相關標準檢測方法，為促使企業監控產品質量，保障消費者健康，亟需建立食品包裝材料中上述4種苯酚類抗氧劑遷移量的檢測方法。

目前，苯酚類抗氧劑的測定方法包括液相色譜法[5-13]、氣相色譜法[14-18]、液相色譜-質譜聯用法[19-21]、紅外光譜法[22]、氣相色譜-質譜聯用法[23-24]等，尚無對食品包裝材料中多種苯酚類抗氧劑遷移量同時測定的方法。本研究采用氣相色譜-質譜聯用法，模擬食品包裝材料與食品的實際接觸過程，建立了食品包裝材料中4種苯酚類抗氧劑(結構式見圖1)遷移量的測定方法，方法操作簡便、靈敏、準確。

圖1 4種苯酚類抗氧劑的分子結構Fig.1 Molecular structures of four phenolic antioxidants

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

7890B-5977B氣相色譜-質譜聯用儀(美國Agilent公司)，Milli-Q 超純水器(美國Millipore公司)，Allegra 64R centrifuge臺式高速冷凍離心機(美國Beckman Coulter公司)，電子分析天平(精度0.01 mg和0.1 mg)，IKA MS3 digital渦旋混勻器(德國IKA公司)。

2，6-二甲基苯酚(CAS No.576-26-1，純度99.9%)、對叔丁基苯酚(CAS No.98-54-4，純度99.0%)、2,6-二叔丁基對甲酚(CAS No.128-37-0，純度99.5%)、叔丁基-4-羥基苯甲醚(CAS No.25013-16-5，純度99.4%)標準品，均購于德國Dr.Ehrenstorfer GmbH；乙酸乙酯、異辛烷(色譜純，美國Spectrum公司)；乙酸、氯化鈉、無水硫酸鈉(分析純，廣州化學試劑廠)，實驗用水為超純水。

1.2 標準溶液的制備

準確稱取適量的抗氧劑標準品(精確至0.01 mg)，用乙酸乙酯或異辛烷配制成質量濃度為500 mg/L 的標準儲備溶液，逐級稀釋成質量濃度為0.1、0.2、0.5、1、2、5、10 mg/L 的系列標準工作溶液，于0～10 ℃下避光密封儲存，有效期為兩周。

1.3 樣品前處理

按照GB/T 31604.1-2015[25]和GB/T 5009.156-2016[26]，對樣品進行遷移試驗，得到食品模擬物試液，于4 ℃冰箱中避光保存。本文選取水、4%(體積分數)乙酸、50%(體積分數)乙醇和異辛烷作為食品模擬物進行遷移試驗。

遷移試驗完成后將模擬物試液放至室溫，對于異辛烷模擬物試液，直接進樣測定。其他模擬物試液按以下方法處理：移取2 mL模擬物試液于10 mL離心管中，加入1 g氯化鈉和2 mL乙酸乙酯，渦旋萃取1 min，靜置分層后將上層萃取液移至10 mL比色管中，加入0.5 g無水硫酸鈉脫水后，取1 mL上層萃取液至小瓶，待測。

1.4 儀器條件

1.4.1氣相色譜條件色譜柱：DB-1701(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；載氣：氦氣，流速1.2 mL/min；分流比：5∶1；進樣口溫度：280 ℃；程序升溫：起始溫度為100 ℃，以20 ℃/min升至240 ℃，保持1 min；傳輸口溫度280 ℃。

1.4.2質譜條件電子轟擊離子源(EI)；電離能量70 eV；離子源溫度230 ℃；四極桿溫度150 ℃；溶劑延遲3.0 min；增益因子2.0；選擇離子檢測(SIM)模式，目標組分出峰時間及特征離子見表1。

表1 目標組分的出峰時間和特征離子Table 1 Retention times and characteristic ions of target compounds

2 結果與討論

2.1 提取條件的優化

本實驗在水、4%乙酸、50%乙醇3種模擬物的提取液中加入過量氯化鈉，通過降低4種抗氧劑在模擬物中的溶解度提高萃取效率。比較了正己烷、異辛烷、乙酸乙酯對3種模擬物中4種抗氧劑的萃取效率，結果表明：正己烷、異辛烷對水、4%乙酸模擬物中4種抗氧劑的提取回收率可達90%～110%，但對50%乙醇模擬物中2，6-二甲基苯酚、對叔丁基苯酚和叔丁基-4-羥基苯甲醚的提取回收率僅為50%左右，不能滿足分析檢測要求；而乙酸乙酯對3種模擬物中4種抗氧劑的萃取回收率均可達90%～110%，故選擇乙酸乙酯為提取溶劑。

圖2 4種苯酚類抗氧劑標準溶液的總離子流色譜圖(1 mg/L)Fig.2 TIC chromatograms of four phenolic antioxidants standard solution(1 mg/L)1.2,6-xylenol,2.PTBP,3.BHT,4.BHA

2.2 色譜柱的選擇

考察了非極性色譜柱DB-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)、中等極性色譜柱DB-1701(30 m×0.25 mm×0.25 μm)、極性色譜柱DB-WAX(30 m×0.25 mm×0.25 μm)對4種抗氧劑的分離效果(見圖2)。結果表明：采用DB-5MS色譜柱時，2,6-二叔丁基對甲酚和叔丁基-4-羥基苯甲醚不能完全分離；采用DB-WAX色譜柱時，目標化合物結構中的酚羥基及其空間位阻對色譜保留的影響顯著。這是因為2,6-二甲基苯酚和2,6-二叔丁基對甲酚在酚羥基的鄰位上均被烷鏈基團取代，導致酚羥基與DB-WAX色譜柱填料的相互作用力減弱，從而不能完全分離。而采用DB-1701色譜柱時，由于化合物分子量、分子結構以及與毛細管柱填料相互作用的共同影響，使得4種抗氧劑均得到良好分離，且分析時間短。

2.3 方法的線性關系、檢出限與定量下限

分別用乙酸乙酯和異辛烷作為溶劑，配制質量濃度為0.1、0.2、0.5、1、2、5、10 mg/L的系列標準溶液，在優化實驗條件下，采用本方法對目標組分進行測定，以目標組分的質量濃度(ρ，mg/L)為橫坐標，對應峰面積(A)為縱坐標繪制標準曲線。結果表明，在0.1～10 mg/L范圍內，4種苯酚類抗氧劑在乙酸乙酯和異辛烷中的線性關系均良好，相關系數(r)均大于0.999，方法檢出限(S/N≥3)均為0.01 mg/L，定量下限(S/N≥10)均為0.03 mg/L。

2.4 方法的回收率與精密度

由于異辛烷模擬物試液直接上機測定，故本文僅考察4種抗氧劑在其他3種食品模擬物(水、4%乙酸和50%乙醇)中的加標回收率和精密度。向食品模擬物試液中分別加入0.1、1.0、10.0 mg/L 3個質量濃度的標準溶液，每個濃度做5個平行樣品，同時進行加標回收實驗，通過計算平均回收率和相對標準偏差(RSD)考察方法的準確度和精密度。結果顯示，3個加標水平下的回收率為91.5%～110%，RSD(n=5)為1.9%～9.3%，滿足分析方法相關要求。

表2 目標組分物質標準溶液的平均回收率和相對標準偏差(n=5)Table 2 Recoveries and relative standard deviations(RSDs,n=5) of standard solution of target compounds

2.5 實際樣品的檢測

根據4種苯酚類抗氧劑在高分子材料中的應用，選擇硅橡膠奶嘴、環氧酚醛飲料罐、聚氯乙烯(PVC)保鮮膜袋、橡膠密封圈、熱塑性彈性體(TPE)5種類型共21份食品包裝材料樣品，按照GB/T 31604.1-2015[25]和GB/T 5009.156-2016[26]的要求，選擇異辛烷作為食品模擬物、遷移溫度40 ℃、遷移時間24 h，對實際樣品進行遷移試驗，得到食品模擬物試液后，按本方法進行檢測，測定結果均為陰性。

3 結 論

本研究建立了食品包裝材料中4種苯酚類抗氧劑遷移量的氣相色譜-質譜聯用檢測方法，并對實際樣品進行了測定。該方法操作簡單、定性定量準確，靈敏度高、重現性好，可滿足實際檢測需求。所建方法解決了現有相關標準缺失的問題，可為GB 9685-2016的順利實施提供有效的技術支撐，同時也為監管部門實施產品質量監控、生產企業實現產品質量提升提供了可靠的技術支持。