CP和TBS的分离采用BEH C18色谱柱(50 mm×2.1 mm,1.7 μ m)完成,柱温为30 ℃。洗脱溶剂为水(A)和甲醇(B),洗脱程序为等度洗脱(70%B+30%A)。流速为0.2 mL/min,进样量为5 μ L; FLR对CP和TBS的特征识别激发波长为278 nm,发射波长为300 nm。FLR的数据采集速率为20点/s,光谱扫描分辨率为1.2 nm。迁移物在样品和模拟物中的定量在UPLC上采用外标法完成。以目标物色谱峰面积为纵坐标(y),相应的质量浓度(mg/L)为横坐标(x)绘制标准曲线。根据拟合方程,结合试样的色谱峰面积,确定目标物在模拟物中的含量( μ g/g)。

样品处理过程中溶剂的用量和时间采取预试验的方法进行确定。0.5、1、2、3和5 h的预试验结果表明,样品在标准储备溶液中浸泡2 h后CP和TBS的含量不再发生变化;5、10、20、30、45和60 min的萃取试验结果表明,CP和TBS在30 min内已基本完全从样品中转移至萃取液中。萃取溶剂用量的确定基于两方面因素,既要考虑过多的溶剂用量有可能会低于UPLC-FLR所建方法的检出限,又要考虑过少的溶剂会导致萃取液在抽取、过滤和收集等操作过程中的转移损耗。综合上述两方面的原因,确定萃取液的用量为5 mL。

CP和TBS的测定通过UPLC-FLR的定性识别、线性回归方程、线性范围以及方法的定量限得以确证,确证参数分别列于表1和表2。其中,CP和TBS的定量限基于信噪比大于10的方法给出。

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 CP和TBS的保留时间、线性回归方程、相关系数(R2)、线性范围和方法的定量限 Table 1 Retention times,linear regression equations,correlation coefficients (R2), linear ranges and limits of quantification for CP and TBS Compound Retention time/min Regression equation R2 Linear range/(mg/L) LOQ/(mg/L) TBS 1.638 y=1.34×105x-3.23×103 0.9998 0.02-1.0 0.012 CP 2.434 y=1.14×106x+1.53×104 0.9999 0.01-1.0 0.008 y: peak area; x: mass concentration,mg/L.

表1 CP和TBS的保留时间、线性回归方程、相关系数(R2)、线性范围和方法的定量限 Table 1 Retention times,linear regression equations,correlation coefficients (R2),linear ranges and limits of quantification for CP and TBS

对空白样品(长方片和圆片)和Tenax TA进行标准溶液添加,添加水平、平均回收率以及相对标准偏差(RSD,n=6)列于表2中。空白样品和Tenax TA中的CP和TBS的回收率均在80%以上,说明以甲醇为萃取溶剂,采用超声辅助萃取空白样品和Tenax TA中的CP和TBS是可行的。

表2

Table 2

表2(Table 2)

表2 空白样品和空白Tenax TA中的CP和TBS的两个添加水平的回收率和相对标准偏差(n=6) Table 2 Average recoveries and precisions (RSDs) of CP and TBS at two spiked levels for blank samples and blank Tenax TA (n=6) Compound Spiked/(mg/L) Average recoveries/% Sample A Sample B Tenax TA RSDs/% Sample A Sample B Tenax TA TBS 0.05 88.7 87.1 85.2 2.71 1.01 3.76 0.3 95.3 96.5 91.7 3.14 2.78 1.26 0.8 96.7 98.9 93.2 3.87 2.10 0.94 CP 0.05 81.6 82.3 89.7 1.95 4.17 2.52 0.3 94.3 97.3 94.4 2.03 0.92 1.83 0.8 97.2 99.1 94.1 3.35 4.82 1.08

表2 空白样品和空白Tenax TA中的CP和TBS的两个添加水平的回收率和相对标准偏差(n=6) Table 2 Average recoveries and precisions (RSDs) of CP and TBS at two spiked levels for blank samples and blank Tenax TA (n=6)

采用超声辅助萃取的方式,以甲醇为萃取液对样品A和样品B中的TBS和CP进行提取。FLR定量结果显示,CP和TBS在长方片中的初始浓度分别为 0.452 8 mg/dm²和 3.087 5 mg/dm²(271.68 mg/kg 和 1 852.5 mg/kg),在圆片中的初始浓度分别为 0.738 1 mg/dm²和 5.112 8 mg/dm²(338.12 mg/kg 和 2 342.15 mg/kg)。

目标物TBS和CP向Tenax TA的迁移量通过迁移率来描述。本研究中,迁移率定义为TBS和CP迁移至Tenax TA的迁移量(C_CP,t和C_TBS,t)与纸片中其初始含量(C_CP,0和C_TBS,0)的百分比^[16]。

在前期Tenax TA、多壁碳纳米管(mWCNT)和碳分子筛(CMS)的对比研究中,Tenax TA吸附和解吸目标化合物能力优于mWCNT和CMS。本研究以Tenax TA为干性食品模拟物,通过时间依赖试验探讨CP和TBS向Tenax TA的迁移规律。CP和TBS在20、40和120 ℃ 3个迁移温度下的时间依赖迁移试验结果如图2所示。在3个迁移温度下,CP向Tenax TA的迁移率都要高于TBS,这可能是由于CP的-C-桥联双苯环结构与Tenax TA中的-O-桥联双苯环结构相似,更易被Tenax TA吸附的原因所造成。

图2

Fig. 2

图2 TBS和CP在不同迁移温度下从长方片向Tenax TA迁移的迁移率曲线图 Fig.2 Temperature-dependent migration rates of TBS and CP from paper samples to Tenax TA

在相对低的迁移温度下,CP和TBS向Tenax TA的迁移遵循一般的规律,即随着时间的延长,目标物的迁移率持续上升,最终达到平衡。但这种规律在相对高的迁移温度(120 ℃)下却发生了变化,如图2所示。以TBS为例,120 min的迁移时间内TBS已达到了最大的移率3.49% ,迁移时间的延长并未导致TBS迁移率的继续提升或保持恒定,而是在480 min时降至3.07% ;同样,CP在180 min时的最大迁移率7.86%也随着时间的延续降低至480 min时的5.71% 。出现这种情况的原因是Tenax TA作为一种多孔性物质,有机化合物在其中的迁移存在吸附和解吸两个过程。当CP或TBS在其中的吸附达到平衡后,高温下迁移时间的延长会导致CP或TBS从Tenax TA中的脱附行为,从而造成迁移率的下降。在现有的干性食品模拟物研究中,一些有机杀菌剂、邻苯类增塑剂、苯类有机挥发物在Tenax TA和Porapak中的迁移率均随着迁移时间的延长而出现下降的趋势^{[14, 17, 18]}。这种迁移规律与采用液体食品模拟物时有机化合物达到迁移平衡后迁移率始终保持不变的行为不同,表明干性食品模拟物在模拟迁移试验过程的复杂性。在干性食品模拟物的迁移试验模拟中,不仅要考虑液体食品模拟物和多孔性吸附材料溶解/吸附迁移物途径的不同,还需考虑迁移环境是敞开体系还是封闭体系。有关迁移试验模拟环境下敞开体系和封闭体系对迁移物迁移率的影响将在2.5节中进行讨论。

食品模拟物在模拟食品包装过程中需要考虑食品与其接触材料面积的比例问题,尤其对于非成型的食品接触材料,如纸、塑料膜、柔性复合材料等来说,模拟物质量与接触材料面积比是有害迁移物暴露评估的关键指标。欧盟指令中液体食品模拟物与食品接触材料的面积比定为100 mL食品模拟物接触0.6 dm²的食品接触材料(1.67 mL/cm²)^[3],而我国则采用2 mL/cm²的比例用于有害迁移物的暴露评估^[19]。对于干性食品模拟物来说,在已报道的研究中采用的比例范围为1.12～12.5 g/dm²,但这些研究并未就不同质量/面积比对迁移物迁移含量的影响进行论证。本研究在40 ℃和10 h的迁移条件下以不同质量(0.08～1.2 g)的Tenax TA接触直径为3.5 cm的圆片样品,以期考察圆片中TBS的迁移量随Tenax TA质量与圆片面积比的变化。结果如图3所示,TBS向圆片的迁移量随Tenax TA质量的不断增加而逐渐趋于稳定(见图3a),迁移率也随Tenax TA质量的不断增加而逐渐趋于稳定(见图3b)。曲线中迁移量和迁移率上升阶段说明TBS向圆片的迁移处于过饱和阶段,即较少的Tenax TA无法吸附迁移过量的TBS;随着Tenax TA的质量增加到0.4 g左右时,TBS向模拟物的迁移处于饱和状态;但当Tenax TA的质量继续增加时,由于TBS向圆片的迁移在特定的时间和特定温度下为一稳定值,因此迁移曲线逐渐趋于稳定。

图3

Fig. 3

图3 TBS在40 ℃和10 h的迁移条件下(a)迁移量和迁移率 随Tenax TA质量增加的关系图及(b)单位质量Tenax TA吸附TBS的吸附量随Tenax TA质量/圆片面积比的变化关系图 Fig.3 (a) Relationship of TBS migration level and migration rate with increasing mass of Tenax TA,and (b) relationship of adsorption level with the ratio of mass of Tenax TA and area of paper sample at 40 ℃ for 10 h

Tenax TA质量的继续增加无法吸附到更多的TBS,因此单位质量Tenax TA吸附的TBS量会随着Tenax TA质量与圆片面积比的增加而逐渐下降(见图3c)。由此可见,在迁移试验过程中并非Tenax TA的质量越多,就会有更多的迁移物向其迁移;另一方面,在实际的食品包装过程中,一定面积的食品接触材料接触到的食品的质量存在上限。因此,综合考虑本研究质量/面积比试验结果和食品的实际包装情况,当迁移物向Tenax TA中的迁移达到饱和时,即0.4 g的Tenax TA接触直径为3.5 cm的圆片时的质量/面积比——4.16 g/dm²作为迁移试验中干性食品模拟物质量与食品接触材料面积的比值是适当的。

干性食品在实际包装过程中存在密封包装和非密封包装两种情况,因此在迁移试验中Tenax TA需同时模拟敞开条件(迁移试验A)和密封条件(迁移试验B),以此探索两种情况下迁移物向Tenax TA迁移的规律。仍然以TBS为例,在40 ℃的迁移温度和10 h的迁移时间内,迁移试验A中TBS向Tenax TA的迁移率为0.78%(见图2),而迁移试验B中TBS向Tenax TA的迁移率则达到了5.37%(见图3);同样,采用迁移试验A时CP向Tenax TA的迁移率为3.23% ,而采用迁移试验B后CP向Tenax TA的迁移率则为9.87% 。由此说明,在密封环境下,迁移物在向Tenax TA的迁移过程中,气化的迁移物被限制在密封环境中,此时仍然可以完成向Tenax TA的迁移;而在敞开体系中,气化的迁移物则会向周围大气环境中扩散,进而造成迁移率的下降。

选取8种产自天津当地包装企业、超市和快餐店的用于盛装糕点、栗子和豆奶粉的纸质食品接触材料,以Tenax TA作为干性食品模拟物,根据CP和TBS向Tenax TA迁移的动力学结果以及选取的食品接触材料接触食品的实际情况,在密封条件下采用迁移试验B的方法,迁移温度和迁移时间分别为20 ℃和2 d,Tenax TA与实际样品材料面积的比为4.16 g/dm²。筛选结果表明,在一种用于盛装栗子的接触材料中检测出TBS,经MS(TSQ Quantum Access型,ESI源,正离子模式)确证后测得其迁移量为15.54 mg/kg(3.92×10^-2 mg/dm²)(见图4),超出了欧盟指令关于TBS特定迁移限量12 mg/kg 的规定^[5],而CP在所有实际样品中均未检出,可能是实际样品中CP的含量低于所建方法中CP的LOQ。

图4

Fig. 4

图4 一种用于盛装栗子的纸基食品接触材料中的TBS的色谱图 Fig.4 A typical TBS chromatogram from a paper sample used for chestnut packaging