聚苯乙烯杯中苯乙烯在豆制品、粥類食品和醇類模擬物中的遷移對比

2022-04-25 07:40:54徐曉卉沈康俊

中國塑料 2022年4期

徐曉卉，趙潔，沈康俊，劉曙?

（上海海關工業品與原材料檢測技術中心，上海 200135）

0 前言

采用食品模擬物代替食品進行遷移測試是評估食品接觸材料安全性的通用方法［1］，其中食品模擬物的適用性是保證遷移測試結果準確可靠的關鍵控制點［2?4］，一方面需要考慮待評價目標物在食品模擬物中的穩定性，另一方面則需要考慮食品模擬物與真實食品的匹配性。Pe′rez?Lamela等［5］研究了抗氧化劑雙（2，4?二叔丁基苯基）季戊四醇二亞磷酸酯在不同模擬物（40℃，10 d）中的穩定性，選擇用15%乙醇替代3%乙酸作為食品模擬物。Monteiro 等［6］比較了 BHA（butyl hy?droxyanisole）、2，6?二叔丁基?4?甲基苯酚（dibutyl hy?droxytoluene，BHT）等抗氧化劑在異辛烷和正庚烷中的穩定性，選擇異辛烷替代脂肪食品模擬物。左熊春［7］以接觸油脂類食品的幾種食品接觸產品為對象，根據其在異辛烷、正庚烷等不同油脂類食品模擬物替代溶劑中的穩定性、是否發生變形、溶脹溶融等條件，最終選擇95%乙醇作為替代溶劑。以上研究均通過評價目標物質或者食品接觸產品在模擬物中穩定性的方式來判斷模擬物的適用性。Edward［8］采用易發生苯乙烯遷移的聚苯乙烯杯子作為模型，比較了牛奶和不同食品模擬物中苯乙烯遷移量的數據，發現50%乙醇更適合作為牛奶的模擬物。也有較多研究通過將熒光增白劑 1，4?二苯基?1，3?丁二烯（1，4?diphenyl?1，3?butadi?ene，DPBD）作為添加劑加入PE薄膜進行遷移測試，評價模擬物的適用性，計算脂類模擬物對應含油脂食品的校正因子［9?14］。以上研究均集中于脂類模擬物或者乳制品模擬物的適用性研究。

歐盟對食品接觸材料遷移測試中模擬物適用性的研究已較為成熟，我國現行國家標準GB 31604.1?2015［15］中模擬物是在參考歐盟法規（EU）No 10/2011［16］的基礎上規定的［17］。豆制品和粥類食品均是中國特有的食品，目前未見此類食品的模擬物適用性的相關研究。本文參考Edward［8］的報道，選取苯乙烯作為特定遷移量的測試目標物，選擇聚苯乙烯杯子作為食品接觸材料，比較聚苯乙烯杯中殘留苯乙烯向真實食品、不同體積分數的醇類模擬物中的遷移量，從而確定適合豆制品和粥類的食品模擬物。同時，由于苯乙烯屬于易揮發性有機物，食品接觸材料中苯乙烯的測定主要采用頂空?氣相色譜法、溶劑溶解?液體直接進樣氣相色譜法、溶解沉淀?氣相色譜?質譜法等［18?21］，但直接測定食品中苯乙烯的報道較少。本文嘗試對不同種類真實食品、不同體積分數的乙醇模擬物中的苯乙烯遷移量建立測定方法，旨在為更科學地進行遷移測試提供技術支撐。

1 實驗部分

1.1 主要原料

苯乙烯，純度>99%，上海安譜試驗科技股份有限公司；

N，N?二甲基甲酰胺（DMF），色譜純，國藥集團化學試劑有限公司；

甲醇，色譜純，上海安譜試驗科技股份有限公司；

乙醇，分析純，國藥集團化學試劑有限公司；

水，超純水，由Mill?Q型超純水儀制備；

聚苯乙烯杯子，90 mL，漳州國鑫環?？萍加邢薰荆?/p>

無蔗糖豆漿、調制豆奶、巧克力風味豆奶、絹豆腐、內酯豆腐、鹽鹵豆腐、八寶粥、紅豆薏仁粥，食品級，采購自上海本地超市。

1.2 主要設備及儀器

高效液相色譜儀［配二極管陣列檢測器（DAD）］，Agilent 1200，美國安捷倫科技有限公司；

氣相色譜儀［配氫火焰離子化檢測器（FID）］，Agi?lent 7890A，美國安捷倫科技有限公司；

自動頂空進樣器，Agilent G1888A，美國安捷倫科技有限公司；

精密鼓風干燥，BPFJ 250，上海布魯帕德儀器有限公司；

分析天平，XS204，梅特勒托利多測量設備（上海）有限公司；

超純水儀，Mill?Q，密理博（中國）有限公司。

1.3 樣品制備

準確稱取50 g食品或量取50 mL模擬物放入聚苯乙烯杯中，標記液面位置，用于測量食品或模擬物與聚苯乙烯杯子的接觸面積，按照GB 5009.156—2016［22］和GB 31604.1—2015［15］的要求在70 ℃、1 h的條件下進行遷移試驗，S/V為0.6/50 dm2/L，每次遷移試驗平行3次；

食品：遷移試驗結束后，將聚苯乙烯杯中待測食品攪拌均勻，準確稱取樣品5.00 g±0.01 g于20 mL頂空瓶中，加蓋密封，頂空?氣相色譜法測定［18，20］；

10%乙醇、20%乙醇：將待測模擬物攪拌均勻，準確量取模擬物5 mL于20 mL頂空瓶中，加入50 μLDMF，加蓋密封，頂空?氣相色譜測定；

50%乙醇、95%乙醇：將待測模擬物攪拌均勻，直接取約1 mL模擬物用0.45 μm的微孔濾膜過濾，高效液相色譜測定［23?24］。

1.4 性能測試與結構表征

液相色譜工作條件：采用Agilent Eclipse XDB?C18（250 mm×4.6 mm，5 μm）色譜柱；色譜柱溫度為35℃；進樣體積10 μL；流動相A為水，流動相B為甲醇，柱流速為1.0 mL/min；苯乙烯的DAD檢測條件：波長掃描范圍為210～400 nm，檢測波長245 nm，寬度16 nm，出峰時間9.18 min；

頂空?氣相色譜工作條件：色譜柱：Agilent 19091n?213 innowax，30 m× 320 μm × 0.5 μm；載氣：氮氣；流量：1.5 mL/min；柱溫：起始50℃，保持1 min，以10℃/min升至140℃保持0 min，再以20℃/min升至220℃保持10 min；進樣口溫度250℃；FID檢測器溫度：300℃；頂空平衡溫度：90℃；定量環：90℃；傳輸線（氣體通路）溫度：100℃；樣品瓶加熱時間：30 min；樣品瓶加壓壓力：15.3PSI（1PSI=6.895kPa）；進樣時間：1min。

表1 梯度淋洗方法Tab.1 Gradient elution procedure of HPLC

1.5 標準溶液的配制

食品中苯乙烯標準溶液配制：準確稱取0.01 g苯乙烯（精確至0.000 1 g），用DMF溶解配制成濃度為100 mg/L的苯乙烯標準儲備溶液，再經DMF稀釋配成2.000～20.000 mg/L的標準工作溶液；分別稱取5.0 g同一食品于5個20 mL頂空瓶中，移液器分別移取0.05 mL的各濃度苯乙烯標準工作液于頂空瓶中，使食品中苯乙烯的濃度為0.020～0.200 mg/kg，加蓋密封；

食品模擬物中苯乙烯標準溶液的配制：準確稱取0.01 g苯乙烯（精確到0.000 1 g），加入甲醇后超聲溶解配制成濃度為100 mg/L的苯乙烯標準儲備溶液；標準儲備溶液再經甲醇稀釋配成1.0～3.0 mg/L的標準工作溶液；將上述標準工作溶液分別用50%乙醇、95%乙醇配制成濃度分別為0.200～0.600 mg/L和0.200～4.000 mg/L的苯乙烯標準溶液。

2 結果與討論

2.1 豆制品和粥類食品代表性樣品

由于食品接觸材料及制品所接觸的食品種類繁多且食品基質復雜，直接通過真實食品測定特定物質的遷移量難度較大，因此一般都會優先選取與該類食品有典型共性的食品模擬物進行遷移測試。食品分為3類：水性食品、酒精飲料（包括乳制品）、油脂及表面含油食品；食品模擬物也對應分為：蒸餾水及4%乙酸溶液、不同體積分數的乙醇溶液和植物油［2］。在進行遷移實驗時，根據食品接觸材料及制品預期接觸的食品種類選擇與該食品相對應的模擬物。

我國現行國家標準 GB 31604.1—2015［15］中的模擬物是在參考歐盟法規（EU）No 10/2011［16］的基礎上規定的，但由于豆制品和粥類屬于中國特色食品，歐盟法規（EU）No 10/2011沒有對這兩類食品對應的模擬物進行規定。目前GB 31604.1—2015附錄A對豆制品的模擬物規定見表2，還缺乏對粥類食品的模擬物相關規定。本文選取中國特色食品作為研究對象（表3），包括了 GB 31604.1—2015［15］附錄 A 02.07.01 豆腐和02.07.03豆漿以及未列入GB 31604.1—2015附錄A但在我國消費量較大的粥類和豆奶類食品。由于豆奶的體系與豆漿相近［25］，故將其與豆漿歸為豆類飲料類。豆類飲料、豆腐和粥類食品囊括了液態、固態和半固態3個食品種類。

表2 GB 31604.1—2015附錄A對中國特色食品豆制品的對應模擬物的規定Tab.2 Food category and food simulant specific assignment of soy proudcts in Appendix A of GB 31604.1—2015

表3 測試食品種類及脂肪質量濃度Tab.3 Types of foods tested and their fat content

以食品中脂肪的質量濃度為參考依據，本文分別選擇了豆類飲料、豆腐和粥類食品中含脂量較高和較低的食品。豆類飲料選擇了原漿豆漿、調制豆奶以及巧克力風味豆奶3種食品，每100 mL含脂肪1.5～2 g；在目前市售的大多數豆腐中，每100 g豆腐約含2～4 g的脂肪，據此選擇了絹豆腐、內酯豆腐、鹽鹵豆腐3類豆腐；八寶粥和紅豆薏仁粥是目前市場上較常見的粥類，每100 g粥中的脂肪在0～1 g之間。

2.2 遷移條件及測試方法

2.2.1 遷移條件的選擇

食品接觸材料及制品特定遷移量的遷移試驗條件一般需要根據食品的保質期、加工和儲存條件，按照GB 31604.1—2015［15］中 5.1 條款選擇，而本文統一按照70℃、1 h的遷移條件進行遷移試驗。選擇該條件的原因之一是本文的研究重點為聚苯乙烯杯中苯乙烯在食品和食品模擬物中遷移量的比較，以選擇合適的食品模擬物，所以遷移條件不必完全按照食品保質期、加工和儲存條件進行選擇；再者，高溫有利于遷移行為，較大的遷移量有利于準確測定，考慮到聚苯乙烯材料的熱變形溫度約為85℃，選擇遷移條件為70℃。

2.2.2 食品中遷移量的測試方法

本試驗選擇頂空?氣相色譜法直接測定真實食品中苯乙烯的遷移量［18，22］，無需進行食品的預處理，遷移試驗后可以取出食品樣品直接進行儀器測試，節省實驗時間。為了提高方法的準確度，使用不同種類的食品本身作為基質配制校準曲線。由表4可知，對于本試驗中的8種食品，本方法在0.020～0.200 mg/kg的濃度范圍內線性良好且靈敏度高，可以滿足分析測定的要求。本次所選擇食品的原始包裝材質均不是聚苯乙烯，經實驗測定，遷移試驗前的空白食品樣品中無苯乙烯本底干擾（以豆漿為例，見圖1）。

表4 苯乙烯在食品中的校準曲線、檢出限和定量限Tab.4 Linear equations，limit of detection（LODs）and limit of quantitation（LOQs）of styrene in food

圖1 豆漿樣品中苯乙烯的色譜圖Fig.1 Chromatogram of styrene in soybean milk

2.2.3 食品模擬物中遷移量的測試方法

對于10%乙醇、20%乙醇模擬物中苯乙烯遷移量的測定，選擇頂空?氣相色譜法。10%乙醇和20%乙醇配制的苯乙烯標準工作溶液在氣相色譜上的響應線性范圍為0.010～0.100 mg/L，相關系數分別為0.995 7和0.998 9（表 5）。

對于50%乙醇和95%乙醇模擬物，采用頂空?氣相色譜法測定苯乙烯遷移量時，在0.010～0.100 mg/L的濃度范圍內，出峰面積與溶液濃度不成線性關系。其原因為氣相色譜進樣分析前，頂空瓶的平衡溫度為90℃，而模擬物中乙醇的沸點（78℃）低于苯乙烯的沸點（146℃），恒溫過程中對于乙醇含量比較高的模擬物，頂空瓶中氣液相難以達到平衡。因此采用高效液相色譜法［23?24］測定50%乙醇和95%乙醇模擬物中苯乙烯遷移量，數據見表5：50%乙醇配制的標準工作溶液的線性范圍為0.200～0.600 mg/L；95%乙醇配制的標準工作溶液在0.200～4.000 mg/L的濃度范圍內，線性結果好。

表5 苯乙烯在食品模擬物中的校準曲線、檢出限和定量限Tab.5 Linear equations，LODs and LOQs of styrene in foods

2.3 遷移試驗結果

2.3.1 食品模擬物

隨著食品模擬物中乙醇體積分數的增大，苯乙烯的遷移量也逐漸增加。10%乙醇和20%乙醇中苯乙烯的遷移量分別為0.023 mg/L和0.030 mg/L，遠低于50%乙醇和95%乙醇中苯乙烯的遷移量（0.377 mg/L和2.333 mg/L）。對于苯乙烯從聚苯乙烯杯中向模擬物遷移的過程，一般認為其符合Fick第二定律［26］，其中聚合物與食品模擬物中的遷移物平衡濃度之比稱為分配系數，是影響遷移的一個重要因素。而遷移物在食品模擬物中的溶解度對分配系數又有著顯著的影響［27］。在本試驗中，苯乙烯是芳香烴化合物，根據相似相溶原理，苯乙烯不溶于水，易溶于苯、甲苯、乙醇等有機相。所以當模擬物中的乙醇體積分數增大，溶液極性減弱時，苯乙烯的遷移量也隨之增大，此結果與Ed?ward、Jin等人［8，26］的研究一致。

2.3.2 豆類飲料

首先對苯乙烯在食品與模擬物中的遷移量進行F檢驗，當F值小于臨界值時表明兩組數值精密度之間不存在顯著性差異，可進行t檢驗［28］；將t值與臨界值t0.05，4=2.776 比較，當t

圖2 苯乙烯在豆類飲料和模擬物中的遷移量對比Fig.2 Comparison of styrene migration amount to bean beverages and food simulants

2.3.3 豆腐

圖3表示了苯乙烯在不同種類的豆腐中的遷移量與在不同模擬物中的遷移量的對比。由圖3可知，在豆腐類食品中，絹豆腐和內酯豆腐中苯乙烯的遷移量為0.023 mg/kg，與10%乙醇相近（t<2.776）；而鹽鹵豆腐中苯乙烯的遷移量相對較高（0.043 mg/kg），與20%乙醇的遷移數據無顯著性差異（t<2.776），遠低于50%乙醇中的遷移量（t>2.776）。造成鹽鹵豆腐中苯乙烯遷移量較高的原因可能是鹽鹵豆腐中的脂肪質量濃度（每100 g中含3.6 g）明顯高于其他兩種豆腐，根據相似相溶原理，苯乙烯的遷移量也隨之增大。與此結果較為一致，Edward等［8］的研究表明，對于脂肪含量升高的牛奶，聚苯乙烯杯中的苯乙烯向其中的遷移量也更大。同樣地，結合食品接觸材料及制品的食品模擬物適用性原則，豆腐類食品采用20%乙醇作為食品模擬物較為合適。