在塑料材料的制造过程中,为提高制品的可塑性和柔韧性,经常会加入塑化剂。邻苯二甲酸酯(PAEs)是其中应用最为广泛的一类塑化剂。至2015年其全球产量已经达到几百万吨,并且将会继续增长[1, 2]。在塑料制品中PAEs与塑料分子的相溶性较好,两者间没有严密的化学结合键,彼此保持各自独立的化学性质[3]。因此,塑料材料应用于食品的制作、包装、运输、储存时,其中的PAEs容易向食品中迁移,尤其是向含油脂食品迁移。Moreira等[4]研究结果表明,塑料袋装的鸡肉中,含有高浓度的PAEs。PAEs被认为是一种内分泌干扰素,会扰乱动物及人类的生殖发育系统,造成Sertoli细胞损伤,诱发隐睾症,造成尿道下裂[5, 6]。有研究表明PAEs对儿童的神经系统也存在毒性,会影响儿童定位能力[7]。因此,建立高效、简易检测食品及其包装材料中多种邻苯二甲酸酯的方法具有重要意义。
目前检测PAEs的方法主要有气相色谱法[8]、气相色谱-质谱联用法[9-12]、气相色谱-串联质谱法[13-15]、高效液相色谱法[16]、高效液相色谱-串联质谱法[17-21]、液相色谱-串联质谱法[22]等。但是邻苯二甲酸酯种类繁多,包含了大约30多种化合物[23],且存在广泛,现有的方法可检测种类有限,操作步骤烦琐,尤其是含油性较大的复杂基质中PAEs的检测方法仍存在不足。本文建立了高效液相色谱-三重四极杆串联质谱同时测定焙烤食品及其包装材料中31种PAEs的方法,采用此法检测了多种焙烤食品及其包装材料,并对来源进行了分析。实验证明所建方法回收率高,重现性好,前处理简单,可有效检测上述样品中31种邻苯二甲酸酯类物质的含量。
CP2250天平(德国Sartorius公司); GM 200捣磨仪(德国Retsch公司);涡旋混合器(德国IKA公司); MMV-1000W超声振荡器(日本EYELA公司); SIGMA 2-16K台式离心机(德国Sartorius-sigma公司); TSQ ACCESS高效液相色谱-三重四极杆串联质谱仪(美国赛默飞世尔科技有限公司)。
二氯甲烷、乙腈、乙酸乙酯、异丙醇、甲醇(均为色谱纯,德国默克公司);正己烷、丙酮(均为色谱纯,中国赛默飞世尔科技有限公司);乙酸铵(纯度≥98.0%,德国CNW公司)。标准品和内标(德国Dr. Ehrenstorfer-Schafers公司):邻苯二甲酸单甲酯(MHP)、邻苯二甲酸单丁酯(MBP)、邻苯二甲酸二甲酯(DMP)、邻苯二甲酸二(2-甲氧基)乙酯(DMEP)、邻苯二甲酸二乙酯(DEP)、邻苯二甲酸二(2-乙氧基)乙酯(DEEP)、邻苯二甲酸二烯丙酯(DAP)、邻苯二甲酸二异丙酯(DIPrP)、邻苯二甲酸二丙酯(DPrP)、邻苯二甲酸二苯酯(DPhP)、邻苯二甲酸二异丁酯(DIBP)、邻苯二甲酸二苄酯(DBzP)、邻苯二甲酸单-2-乙基己基酯(MEHP)、邻苯二甲酸丁苄酯(BBP)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二(2-丁氧基)乙酯(DBEP)、邻苯二甲酸正戊异戊酯(IPP)、邻苯二甲酸二环己酯(DCHP)、邻苯二甲酸二异戊酯(DIPP)、邻苯二甲酸二戊酯(DPP)、邻苯二甲酸二(4-甲基-2-戊基)酯(BMPP)、邻苯二甲酸二己酯(DHXP)、邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯(HEHP)、邻苯二甲酸二己酯(DHP)、邻苯二甲酸二(2-乙基)己酯(DEHP)、邻苯二甲酸二异辛酯(DIOP)、邻苯二甲酸二正辛酯(DNOP)、邻苯二甲酸二异壬酯(DINP)、邻苯二甲酸二壬酯(DNP)、邻苯二甲酸二异癸酯(DIDP)、邻苯二甲酸二月桂酯(DLP)；氘代邻苯二甲酸二甲酯(DMP-D4)、氘代邻苯二甲酸二乙酯(DEP-D4)、氘代邻苯二甲酸二丁酯(DBP-D4)、氘代邻苯二甲酸丁苄酯(BBP-D4)、氘代邻苯二甲酸二异丁酯(DIBP-D4)、氘代邻苯二甲酸二乙基己基酯(DEHP-D4)。
48种焙烤食品购自国内市场。
分别称取适量上述标准品及内标,用正己烷配制成1000 mg/L的单一标准储备液,其中MBP、MEHP用体积比为1:1:1的甲醇-丙酮-正己烷混合溶剂溶解后再用正己烷定容。31种PAEs混合标准溶液用甲醇配制,置于4 ℃冰箱中避光保存。
将食品置于捣磨仪中捣碎,准确称取1 g (精确至0.01 g)至带塞玻璃比色管中,添加10 mg/L的混合内标溶液100 μL,加入5 mL乙酸乙酯,涡旋30 s,超声20 min,静置至上层液体无明显混浊,收集上清液,重复提取一次。将提取液置于-18 ℃的冰箱中冷冻2 h,吸取5 mL于玻璃管中,40 ℃下氮吹近干,用甲醇定容至1 mL,涡旋30 s后置于-18 ℃的冰箱中冷冻2 h,取上清液置于-10 ℃的冷冻离心机中,以14000 r/min的转速离心10 min,取上清液进HPLC-MS/MS分析。
使用清洁剂清洗试样,去离子水洗净,晾干,剪碎至0.2 cm×0.2 cm以下,称取0.5 g(精确至0.01 g)于比色管中,添加100 μL 10 mg/L的混合内标溶液,加入5 mL甲醇-丙酮-正己烷(1:1:1,v/v/v),涡旋30 s,超声20 min,收集上清液,重复提取一次。吸取5 mL于玻璃管中,40 ℃下氮吹近干,用甲醇定容至1 mL,涡旋30 s,进HPLC-MS/MS分析。
色谱柱:MGⅢC18 (2.0 mm×100 mm,5 μm);流动相A为5 mmol/L乙酸铵水溶液,B为甲醇;洗脱程序:0～2 min,60%A; 2～5 min,40%A; 5～11 min,33%A; 11～17 min,23%A; 17～20 min,20%A; 20～29 min,5%A; 29～39 min,0%A; 39～45 min,60%A;流速:300 μL/min;进样量:10 μL;柱温:45 ℃。
电离方式:电喷雾离子(ESI)源,正离子选择反应监测(SRM)模式扫描;喷雾电压3500 V;毛细管温度320 ℃;鞘气压力40 arb;辅助气压力10 arb。31种邻苯二甲酸酯类的保留时间及质谱条件见表 1。
高效液相色谱法中多组分样品的分离,本质上是由于样品中的不同组分在流动相和固定相分子之间相互作用的差异而造成的,在PAEs的同分异构体的分离中具有一定优势,通过选择合适的流动相及洗脱梯度,可以有效提高分离效率,加快分析速度,提高灵敏度。另外,MHP、MBP、MEHP 3种物质的极性相对较大(分子结构式见图 1),在气相色谱中不易气化,但在高效液相色谱中却能有效分离。31种邻苯二甲酸酯的总离子流图见图 2。其中,DIPrP和DPrP、DBP和DIBP这两对化合物,相对分子质量相同、化学结构式相似,如果在复杂基质样品检测过程中发现因分离效果不好影响准确定量,可使用气相色谱-串联质谱法进一步测定[24]。
比较了31种邻苯二甲酸酯类物质在XB-C18(50 mm×4.6 mm,2.6 μm)、Kinetex C18(100 mm×2.1 mm,2.6 μm)、Ultra AQE C18(100 mm×2.1 mm,3 μm)、MGⅢC18(100 mm×2.0 mm,5 μm)4种C18柱以及3种流动相:水溶液(含0.1%(v/v)甲酸)-甲醇、5 mmol/L乙酸铵水溶液(含0.1%(v/v)甲酸)-甲醇、5 mmol/L乙酸铵水溶液-甲醇条件下的分离效果。结果表明,使用MGⅢC18色谱柱能有效分离31种邻苯二甲酸酯,且峰形较好。在水相中加入5 mmol/L乙酸铵水溶液,可以改善目标化合物的峰形,提高检测稳定性及灵敏度。水相中加入0.1%(v/v)甲酸时,MHP不出峰。最终选取MGⅢC18色谱柱和5 mmol/L乙酸铵水溶液-甲醇为流动相。
在优化的条件下,以各目标化合物的质量浓度为横坐标(X,μg/L)、响应值的峰面积(Y)为纵坐标建立标准曲线,线性范围、确定系数、方法检出限和定量限见表 2。
室温下,PAEs是无色油状黏稠液体,难溶于水,不易挥发,易溶于有机溶剂和类酯,所以考察了二氯甲烷、甲醇、异丙醇、乙腈、乙酸乙酯、正己烷、正己烷-丙酮(1:1,v/v)、乙腈-乙酸乙酯(1:1,v/v)、甲醇-丙酮-正己烷(1:1:1,v/v/v)9种提取溶剂对食品中PAEs的提取效果。向捣碎后的面包中加入二氯甲烷,呈现悬浮液的状态,溶剂提取存在困难;甲醇、异丙醇均不能从面包中提取出MHP,异丙醇对面包中DLP等8种PAEs的回收率低于80.0%;用甲醇提取面包中的DMEP和DIOP,回收率高于130%;用正己烷提取面包中的MEHP等6种PAEs,回收率低于80.0%;乙腈对面包中MHP和MBP回收率偏低(14.3%和62.4%);用正己烷-丙酮和甲醇-丙酮-正己烷混合溶剂均不能提取出面包中的MHP;使用乙腈-乙酸乙酯提取,MHP的回收率只有14.1%;用乙酸乙酯作为提取溶剂,回收率在81.0%～113.0%之间。乙酸乙酯与待测的邻苯二甲酸酯均属于弱极性,据相似相溶原理,乙酸乙酯更易从焙烤食品中提取出PAEs。使用不同溶剂提取基质中PAEs,回收率不同,回收率差异较大的部分如图 3所示。选取乙酸乙酯作为焙烤食品中31种PAEs的提取溶剂。
考察了正己烷、乙酸乙酯、乙腈、甲醇-丙酮-正己烷(1:1:1,v/v/v)、乙腈-乙酸乙酯(1:1,v/v)对包装材料中PAEs的提取效率。正己烷不能提取塑料中的MHP,对MBP和MEHP的回收率也只有20%左右;乙腈作为提取溶剂,提取不出MBP、DMP、MEHP;乙酸乙酯提取不出DMP,对塑料中DEP的回收率只有16.7%;乙酸乙酯-乙腈对DMP的回收率只有23.0%;甲醇-丙酮-正己烷对塑料中31种邻苯二甲酸酯的回收率范围为82.1%～113.6%。综上,选取甲醇-丙酮-正己烷(1:1:1,v/v/v)作为塑料包装材料中31种PAEs的提取溶剂。
为进一步优化前处理方法,比较了不同超声时间和提取次数对回收率的影响。如图 4所示,超声时间对回收率影响不大,提取次数对目标化合物的回收率影响较大。超声20 min,提取2次后所有组分的回收率在80.0%～120.0%之间。
为了验证方法的准确度,从4大类焙烤食品(饼干、糕点、面包、食品馅料)中分别选择一种食品进行加标回收试验,并选取一种食品塑料包装材料进行加标回收试验。食品中添加0.1、1和10 mg/kg3个水平,塑料包装材料中按照GB9685-2008《食品容器、包装材料用添加剂使用卫生标准》中限定的DBP、DEHP、DINP的特定迁移量(0.3、1.5、9 mg/kg)进行加标。根据1.3和1.4节条件对样品进行前处理和仪器分析,计算平均回收率和相对标准偏差。高浓度加标回收试验中,添加浓度超过仪器中标准曲线的线性范围,进行此试验时,将1.3.2节中氮吹浓缩后的定容体积改为10 mL。食品中,除DLP外,方法的平均回收率为80.1%～108.0%,相对标准偏差(n=6)为1.0%～13.7%(见表 3)。塑料包装材料中的平均回收率为84.8～113.0%,相对标准偏差(n=6)为1.1%～11.4%(见表 4)。
实际样品中PAEs含量的测定结果见表 5、表 6。《卫生部办公厅关于通报食品及食品添加剂中邻苯二甲酸酯类物质最大残留量的函》(卫办监督函【2011】551号)规定了食品中DBP、DEHP、DINP的最大残留量(QM)分别为0.3、1.5和9 mg/kg。在实际检测的48份脂肪性食品中,有4份分别检出DBP和DEHP超出QM。食品包装材料执行《食品容器、包装材料用添加剂使用卫生标准》(GB 9685-2008)限定了非脂肪性食品接触材料中允许使用的PAEs有DMP、DIBP、DBP、DEHP、DAP、DINP、DIOP,但在部分食品塑料包装中检出MHP、BBP、DNOP。另外在上述食品样品中还检出了不在GB 9685-2008规定使用范围中的MHP、MEHP、HEHP、DIOP、DNOP和DNP。图 5为部分阳性样品的选择离子流图。
分析了食品中检出PAEs的原因。一是与食品接触的塑料包装中添加了过量的邻苯二甲酸酯类物质,这些PAEs在与含油脂食品接触的过程中可能发生迁移。例如,椰子味蛋卷中检测出DIOP、DINP、DNOP,含量分别为0.197、0.184、0.162 mg/kg;在其塑料包装中检测到的含量分别为0.589、1.137、0.525 mg/kg。两份糕点样品中检出DEHP,含量分别为2.154、1.782 mg/kg;包装糕点的塑料托中检出的DEHP含量分别为3.380、2.688 mg/kg。但是,实际检测结果表明,部分食品中的PAEs含量比自身的塑料包装材料中更多。例如核桃酥中DIBP、DBP、DEHP的含量分别为0.116、0.146、0.292 mg/kg,但在其包装材料中并未检出这3种物质。之前曾在作为原料的花生油、菜籽油中分别检出DEHP,含量为0.837、0.506 mg/kg。所以推测第二个原因是生产厂家使用的原辅料(如油等)在运输、储存、分装过程中接触到了含邻苯二甲酸酯类物质的包装材料、塑料管道、塑料面板等,使得加工食品的原材料本身就含有邻苯二甲酸酯。
本研究基于超声萃取技术,建立了焙烤食品及其包装中31种邻苯二甲酸酯的HPLC-MS/MS检测方法。采用本法检测了市售多种焙烤食品及其塑料包装中PAEs含量,操作简单,准确度和精密度均满足日常检测要求,为食品安全监控提供了有价值的参考数据。
2016,
Vol. 34 Issue (9): 868-879
PDF
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