可降解食品接触材料中三种新型增塑剂的迁移量检测方法及迁移规律研究

Study on the Determination Method and the Migration Rules of Three New Plasticizers in Degradable Food Contact Material

摘要

文章建立了6种食品模拟物中磷酸三异辛酯（TOP）、癸二酸二异辛酯（NINS）及1，2-环己烷二甲酸二异辛酯（DEHT）3种新型增塑剂迁移量的检测方法。采用液相色谱串联四极杆-飞行时间高分辨质谱仪（HPLC-QTOF），以甲醇和5 mmol/L甲酸铵为流动相，用T3色谱柱（100 mm×2.1 mm，2.7 μm）在梯度洗脱下对目标物进行分离，在信息依赖采集模式（IDA）下进行检测。并研究了阳性可降解食品接触材料样品在不同接触时间、温度及食品模拟物中的迁移规律。结果表明：3种新型增塑剂在0.005~0.250 mg/L质量浓度范围内线性良好（R ²＞0.99），检出限在0.1~0.9 μg/L之间，添加回收率在79.3%~108.0%范围内，相对标准偏差（RSD）在0.84%~9.80%之间。迁移规律结果表明，同等条件下TOP向50%乙醇模拟物中的迁出率最高，NINS向95%乙醇溶液中的迁出率最高；它们的迁移量均随温度升高而增大，随迁移时间的延长先快速上升然后4 d后趋于平衡。研究可为企业和监管机构对可降解食品接触材料的生产和质量控制提供技术支撑。

关键词

可降解食品接触材料 / 磷酸三异辛酯 / 癸二酸二异辛酯 / 1，2-环己烷二甲酸二异辛酯 / 迁移规律

Key words

Degradable food contact material / Triisooctyl phosphate / Diisooctyl sebacate / Diisooctyl 1,2-cyclohexanedicarboxylate / Migration rules

随着塑料的广泛使用，塑料污染已成为全球重点关注问题^[1-2]，我国也先后出台了“限塑令”“禁塑令”，以减少塑料对生态环境的影响。随着禁塑令的逐步趋严，可降解材料逐渐受到人们的高度重视^[3]，越来越多的新型可降解塑料被研发出来用于食品接触材料领域，如代餐材料^[4]、聚乳酸材料^[5]、植物纤维/塑料^[6-7]、纸制品等^[8]。植物纤维/塑料是发展非常迅猛的一类材料，在食品接触材料领域，常见的有植物纤维/密胺、植物纤维/聚乳酸(PLA)等类型^[9-10]。植物纤维/塑料具有生物可降解方面的优势，但是其生产加工工艺、原材料与传统塑料有所不同，用于食品接触材料领域可能存在一些潜在的迁移风险^[11-12]。因此，对植物纤维/塑料餐具中迁移出的风险物质进行检测，并研究其迁移规律^[13]具有重要的现实意义。

增塑剂能够减弱塑料中分子间引力，从而提高材料的韧性以及可塑性^[14]。自2011年以来，饮料、白酒中等多次出现增塑剂食品安全事件^[15]，引起了消费者的高度重视，现在食品接触材料领域很少发现主动添加邻酯类增塑剂的情况。为了保证食品接触材料的优异性能，其他非邻酯类增塑剂替代品被选择用到食品接触材料领域，如磷酸三异辛酯(TOP)^[16]、癸二酸二异辛酯(NINS)^[17]以及1,2-环己烷二甲酸二异辛酯(DEHT)^[18]等。然而，这些工业增塑剂在新型可降解食品接触材料中的使用，会引发新的安全风险^[19]。在GB 9685—2016中，仅癸二酸二异辛酯在肯定列表中，其迁移限量为60 mg/kg，而未列入该标准肯定列表的物质，其迁移量为不得检出，即迁移限量为0.01 mg/kg^[20]。

液相色谱-飞行时间-四极杆高分辨质谱(HPLC-QTOF)具有较强的抗干扰和高通量检测能力^[21]，还具有高灵敏度和选择性^[22]，被广泛用于各类低浓度难分离风险物质的靶向^[23-24]或非靶向^[25-26]筛查测试。目前，尚未见对于植物纤维/塑料中上述3种非邻酯类增塑剂迁移规律的研究报道。本实验采用HPLC-QTOF仪器，建立了6种食品模拟物中，3种非邻酯类增塑剂迁移量的检测方法，并对植物纤维/塑料餐具阳性样品的迁移规律进行了研究，为研发安全可靠的新型可降解材料奠定基础。

1 实验部分

1.1 主要原料

磷酸三异辛酯(TOP)，CAS号78-42-2，纯度≥99.5%，坛墨质检科技股份有限公司；癸二酸二异辛酯(NINS)，CAS号122-62-3，纯度≥97%，上海毕得医药科技股份有限公司；1,2-环己烷二甲酸二异辛酯(DEHT)，CAS号84-71-9，纯度≥98%，上海泰坦科技股份有限公司；乙酸，优级纯，国药集团化学试剂有限公司；无水乙醇、甲醇，色谱纯，德国默克公司；甲酸铵，CAS号540-69-2，色谱纯，上海易恩化学技术有限公司；试验过程中的用水均为一级水；可降解植物纤维/塑料食品接触材料，竹纤维/密胺和竹纤维/PLA餐具，市售。

1.2 仪器与设备

液相色谱-四级杆-飞行时间高分辨质谱联用仪，SCIX-X500R，美国爱博才思分析仪器有限公司；二元泵、六通阀、柱温箱、检测器，配ESI离子源、色谱柱，Waters T3，美国沃特世公司；移液器，D-1000 Transferpette，德国普兰德公司；无针注射器、玻璃进样小瓶、尼龙针式滤器，上海安谱实验科技股份有限公司。

1.3 色谱条件

1.3.1 液相色谱条件

色谱柱为Waters T3柱，柱长100 mm，内径2.1 mm，粒度2.7 μm；流动相为5 mmol/L甲酸铵水溶液(A)和甲醇(B)；柱温为40 ℃；进样量为2.0 μL；洗脱方式为梯度洗脱。表1为梯度洗脱条件。

1.3.2 质谱条件

选用正离子模式。离子源气路1为55 PSI；气帘气为30 PSI；CAD气为7 PSI；温度550 ℃；TOF MASS扫描范围100~1 000 Da；采集模式为信息依赖采集(IDA)；喷嘴电压5 500 V；去簇电压60 V；碰撞能量10 V；二级质谱扫描范围30~100 Da；去簇电压60 V；碰撞能量35 V。

1.3.3 数据处理

采用仪器自带的数据处理OS软件处理实验数据，用Origin 2018作图。

1.4 实验过程

1.4.1 溶液配制

标准储备液(2 000 mg/L)：分别称取适量的TOP、NINS、DEHT，置于3个容量瓶中，用甲醇溶解、定容。分别得到质量浓度为1 980、2 357、2 009 mg/L的标准储备液。

标准中间液(10.0 mg/L)：根据计算，准确移取适量的TOP、NINS、DEHT标准储备液于100 mL容量瓶中，用乙醇定容，得到10.0 mg/L的混合标准中间液。

标准工作液：分别以6种食品模拟物(食品模拟物根据《食品安全国家标准 食品接触材料及制品迁移试验通则》(GB 31604.1—2015)^[27]中的规定进行配制，各模拟物中酸或醇的比例均为体积比)为溶剂，采用上述标准中间液(10.0 mg/L)，通过逐级稀释，配制成0.005~0.250 mg/L含有3种非邻苯酯类增塑剂的系列混合标准工作液。

1.4.2 迁移试验

按照GB 31604.1—2015^[27]和GB 5009.156—2016^[28]的要求，对植物纤维/塑料餐具进行了迁移试验并进行测试，平行测试3份，主要考察了以下迁移规律：(1)食品模拟物类型对迁移量的影响：通过考察阳性样品分别与6种食品模拟物在70 ℃、2 h接触条件下的迁移量。(2)迁移温度及时间对迁移量的影响：根据短期迁移试验结果，选择迁移量最高的食品模拟物，在20、40、60 ℃的温度条件下进行10 d迁移试验，第1 d在15、30、45 min，以及1、2、3、5、8、12、18、24 h时进行取样，之后间隔24 h取样分析。(3)加速迁移筛查实验考察：通过考察阳性样品在回流温度下迁移4 h，与长期迁移试验(20、40、60 ℃，10 d)结果之间的涵盖关系。

1.4.3 食品模拟物的处理

迁移试验所得食品模拟物的处理：取迁移试验所得食品模拟物，过尼龙滤膜后待测。

2 结果与讨论

2.1 前处理条件

由于6种食品模拟物都是水基模拟物，与HPLC-QTOF具有良好的兼容性，因此将迁移测试液经尼龙滤膜过滤后直接进样测试，而无须优化预处理。

2.2 方法学考察

2.2.1 色谱-质谱参数优化

由于高分辨质谱具有极高的分辨率，其提取离子峰基本不会与其他物质形成干扰，考虑到3种增塑剂的极性较小，在C₁₈色谱柱上有较好的保留，选择能耐100%水相的通用型T3色谱柱。考虑到准分子离子峰的加合模式[M+H]⁺或[M+NH₄]⁺均可以有效地用于定性定量，采用5 mmol/L甲酸铵水溶液(A)和甲醇(B)作为流动相，以便能够更好地得到加NH₄ ⁺准分子离子峰。

将配制好的混标工作液(0.50 mg/L)进样，进行IDA分析，优化流动相梯度洗脱条件，使色谱峰在合适的保留时间出峰。对采集数据用OS软件对不同准分子离子峰进行提取分析，结果表明：3种增塑剂的准分子离子峰中，[M+H]⁺模式下的峰面积要远大于[M+NH₄]⁺，最终选择[M+H]⁺准分子离子作为定量离子，当选择碰撞能量为35 V时，二级质谱碎片具有较高的丰度。

表2为3种目标化合物的质谱参数。图1和图2分别为3种非邻苯酯类增塑剂的一级提取离子色谱图和一级和二级质谱图碎片图。

2.2.2 线性方程、相关系数、验证参数

通过配制低质量浓度标准工作液进行测试，以3倍信噪比确定方法的检出限，10倍信噪比确定方法定量限。对6种食品模拟物，以5.0~250 μg/L为线性范围，配制3种非邻苯酯类增塑剂的混合标准工作液，采集并分析不同食品模拟物的标准工作溶液，以分析质量浓度为X轴，相应的响应信号为Y轴，得到相应的线性回归方程、相关系数、检出限和定量限。选择阴性样品在6种食品模拟物中浸泡，在浸泡液中添加低、中、高共3种不同水平的混合标准溶液，每个水平进行6个样品的加标回收实验，计算平均回收率和精密度。表3为线性回归方程、相关系数、检出限和定量限。表4为精密度和回收试验结果。

从表3可以看出，相关系数在0.994 7~0.999 9之间，检出限在0.1~0.9 μg/L之间，定量限在0.4~2.6 μg/L之间，本方法具有极高的灵敏度，能够满足检测需求。从表4可以看出，3种增塑剂在0.005、0.025、0.250 mg/L三个添加水平下的平均回收率为79.3%~108.0%，相对标准偏差(RSD)为0.84%~9.80%，符合《食品安全国家标准 化学分析方法验证通则》(GB 5009.295—2023)^[29]中的分析测试要求。

2.3 实际样品测试

正式迁移试验前，使用液相色谱-飞行时间高分辨质谱对采购的18批植物纤维/塑料餐具进行迁移量初筛。表5为实际样品迁移测试初筛结果。从表5可以看出，未发现同时含两种及以上非邻苯酯类增塑剂的阳性样品。TOP在植物纤维/密胺餐具中检出率高，迁移量在0.002~0.009 mg/kg之间；NINS在植物纤维/PLA餐具中检出率高，迁移量在0.02~1.32 mg/kg之间；而DEHT并未检出，根据初筛结果，选择各增塑剂对应的阳性样品进行迁移规律研究。

2.4 迁移规律

2.4.1 食品模拟物类型对迁移量的影响

为了研究非邻酯类增塑剂在不同食品模拟物中的迁移风险差异，对阳性样品进行高温短时迁移试验^[30]。采用控制变量法，除了模拟物种类不同外，在相同的面积体积比(S/V)，相同的迁移温度(70 ℃)，相同的迁移时间(2 h)下进行测试，图3为TOP和NINS向不同食品模拟物的迁移量对比。

从图3可以看出，在同等条件下，NINS在水、酸性食品模拟物中迁移量较少，在高醇模拟物中的迁移量迅速增加，向95%乙醇模拟物的迁出率最大；TOP向50%乙醇模拟物的迁出率最大。比较TOP和NINS的最大迁移量可知，NINS的迁移量更大(1.32 mg/kg)，迁移风险更高，TOP在所有模拟物中的迁移量均小于0.01 mg/kg，风险较小。

2.4.2 迁移温度及时间对迁移量的影响

选择迁出率最大的50%乙醇溶液作为植物纤维/密胺餐具的食品模拟物，选择95%乙醇溶液作为植物纤维/PLA餐具的食品模拟物，进行长期迁移试验，图4为TOP在50%乙醇溶液中的长期迁移趋势，图5为NINS在95%乙醇溶液中的长期迁移趋势。

从图4和图5可以看出，在相同的迁移时间条件下，TOP和NINS的迁移量均随温度的升高而增加，这可能是由于温度升高，溶剂和小分子扩散系数升高，进而导致迁移量的增加。在迁移试验的前两天，NINS的迁移量随着时间的推移迅速增加，然后逐渐达到平衡，且温度越高，达到平衡时间越短，40 ℃和60 ℃下达到平衡后的迁移量基本一致，可能是材料中的NINS均已全部迁出。

2.4.3 加速迁移筛查实验考察

将植物纤维/密胺餐具和植物纤维/PLA餐具在回流温度下浸泡4 h，比较回流试验迁移量和长期迁移试验的平衡迁移量之间的差异。图6为TOP在50%乙醇溶液中的迁移量对比。图7为NINS在95%乙醇溶液中的迁移量对比。从图6和图7可以看出，对于植物纤维/塑料中TOP的迁移，回流4 h的迁移量均小于长期迁移试验，因此不能用高温回流筛查试验替代长期试验；植物纤维/塑料中NINS的迁移，回流4 h得到的迁移量高于20 ℃，10 d的迁移量，但是低于40、60 ℃下10 d的迁移量。因此采用高温回流试验可以替代20 ℃下10 d进行快速筛查，以节省试验时间，但是不能用于快速筛查40、60 ℃下10 d迁移。

3 结论

本研究建立了液相色谱-四级杆-飞行时间高分辨质谱测定6种食品模拟物中3种非邻酯类增塑剂的检测方法。该方法操作简单、灵敏度高、准确度好，能够满足企业及监管机构对3种物质的检测需求。研究结果表明：(1)未检测到DEHT的迁移。(2)TOP的检出率最高，其在50%乙醇模拟物中迁出量最高，总体迁移量较低，风险较小；NINS在95%乙醇食品模拟物中的迁出量最高。(3)阳性样品中TOP及NINS均随着温度的升高，迁移量增大，随着迁移时间的增加，增塑剂的迁移量在短期内迅速增加然后趋于平衡。消费者使用PLA餐具在接触高醇类食品的时候，应尽量避免在高温下使用，以降低风险。

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基金资助

江苏理工学院产学研项目(KYH23113)

江苏理工学院教改项目(11611412414)

江苏省研究生教改项目(JGKT22_C068)