纸质包装材料中芳香胺向食品模拟物改性聚苯醚的迁移量测定

司晓喜，张 蓉，2，张凤梅，刘志华，何 沛，申钦鹏，苏钟璧，朱瑞芝*

(1．云南省烟草化学重点实验室，云南中烟工业有限责任公司 技术中心，云南 昆明 650231;2．云南大学 化学科学与工程学院，云南 昆明 650091)

纸质包装材料由于在物理特性、机械操作以及环保易成型等方面性能良好，已广泛用于食品包装［1］。但纸质包装材料在印刷文字或图案时可能涂覆含有偶氮染料的着色剂，部分偶氮染料在一定条件下可分解还原出具有致癌性的20多种芳香胺类，当与食品接触时，这些芳香胺可能会迁移到被包装的食品中，污染食品，并最终危害人体健康［2－3］。目前对芳香胺迁移的相关研究均集中于测定其迁移到水性模拟物中的特定迁移量［4－5］，然而纸质包装材料主要用于包装干性食品，开展纸质包装材料中芳香胺向干性食品迁移量的测定研究，对纸质包装材料安全性的研究十分重要。

改性聚苯醚(Modified polyphenylene oxide，MPPO)又名Tenax，是一种多孔聚合物，已被广泛用作干性食品的模拟物［6］。欧盟指令82/711/EEC中推荐其作为干性食品的模拟物［7］，此外，测定矿物油［8］、光引发剂［9］、异噻唑啉酮类［10］等迁移行为的研究均选取Tenax作为模拟物。Tenax作为一种具有广泛代表性的干性食品模拟物，适合用于迁移量的研究。芳香胺的检测方法主要有气相色谱法［11］、气相色谱－质谱联用法［12］、液相色谱－质谱联用法［13］、液相色谱－串联质谱法［14］等，其中气相色谱－质谱联用法能获得目标物的定性信息，方法简便，应用广泛［15］。

本文选取Tenax为食品模拟物，建立了纸质包装材料中20种芳香胺迁移量的测定方法，并在模拟与食品接触的条件下，对其迁移量进行测定，为纸质包装材料的安全性评价提供了数据支持和方法指导。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Clarus 600 GC气相色谱仪，配Clarus 600 MS质谱检测器(美国Perkin Elmer公司);DHG－9140 A电热恒温鼓风干燥箱(上海凯郎仪器设备厂);SK250H超声波清洗器(上海科导超声仪器有限公司);旋转蒸发仪(德国Buchi公司);BT224S电子天平(感量:0.000 1 g，赛多利斯科学仪器有限公司);直径0.6 dm的圆形取样刀;称量瓶60 mm×30 mm(昆明楚昊经贸有限公司)。

邻甲苯胺、2，4-二甲基苯胺、2，6-二甲基苯胺、邻氨基苯甲醚、对氯苯胺、2-甲氧基-5-甲基苯胺、4-氯邻甲苯胺、2，4-二氨基甲苯、2，4-二氨基苯甲醚、2-萘胺、4-氨基联苯、4，4’-二氨基二苯醚、联苯胺、4，4’-二氨基二苯甲烷、3，3’-二甲基-4，4’-二氨基二苯甲烷、3，3’-二甲氧基联苯胺、4，4’-二氨基二苯硫醚、3，3’-二氯联苯胺、4，4’-亚甲基-二(2-氯苯胺)、3，3’-二甲基联苯胺(标准品，纯度≥99%，德国Dr.Ehrenstorfer公司);萘-d8、2，4，5-三氯苯胺、蒽-d10(内标物，纯度≥99%，德国Dr.Ehrenstorfer公司);叔丁基甲醚、正己烷(色谱纯，德国Merck公司);改性聚苯醚，粒度178～250 μm(德国CNW technology公司);涂布含有20种芳香胺油墨的白卡纸和铜版纸(云南彩丰油墨有限公司印刷制备)。

1.2 标准溶液的制备

分别准确称取上述20种芳香胺标准品(精确至0.000 1 g)，以叔丁基甲醚为溶剂配成浓度为100 μg/mL的混合标准溶液。分别准确称取萘-d8、2，4，5-三氯苯胺、蒽-d10内标物，配成20 μg/mL的混合内标溶液。分别准确移取混合标准溶液和混合内标溶液于不同的容量瓶中，配成质量浓度为0.2，1.0，5.0，10.0，20.0 μg/mL的系列标准工作溶液，内标浓度均为1.0 μg/mL。

1.3 气相色谱－质谱分析

气相色谱条件:色谱柱为DB－17弹性毛细管柱，固定相为(50% 苯基)－甲基聚硅氧烷(30 m×0.25 mm i.d.×0.25 μm d.f.);进样口温度280℃;载气:氦气(纯度≥99.999%)，恒流流速1.0 mL/min;进样量1 μL，不分流进样;升温程序:初始温度50℃，保持1 min，以5℃/min升至280℃，保持8 min。

质谱条件:电离方式为电子轰击源(EI);传输线温度280℃;离子源温度230℃;电离能量70 eV;溶剂延迟9.0 min;扫描范围29～300;扫描模式:选择离子分段扫描(SIM)，选择离子及保留时间见表1。

表1 20种芳香胺及其内标的定量、定性离子和保留时间Table 1 Qualitative ions，quantitative ions and retention times of 20 aromatic amines and internal standards

1.4 纸样处理

用圆盘取样刀将白卡纸和铜版纸裁切成直径0.6 dm的圆形试样，并在同一张纸相邻位置取样，一份用于测定初始浓度，一份用于迁移实验，纸样制备应快速，并确保样品不受污染。

1.5 纸样初始浓度的测定

将“1.4”处理后的白卡纸和铜版纸剪碎成5 cm×5 cm的纸样，置于50 mL具塞锥形瓶中，准确加入10 mL叔丁基甲醚萃取液和0.1 mL 20 μg/mL的混合内标溶液，加盖后超声振荡30 min，取出静置10 min。将萃取液倒入浓缩瓶中，用旋转蒸发仪于30℃下浓缩近干，加入2 mL叔丁基甲醚复溶，过0.45 μm有机滤膜后，进GC－MS分析。

1.6 迁移后模拟物的测定

将迁移后的Tenax收集并立即置于50 mL具塞锥形瓶中，准确加入10 mL正己烷和0.1 mL 20 μg/mL的混合内标溶液，加盖后超声振荡15 min后，取出静置10 min。将萃取液倒入浓缩瓶中，于30℃下旋转蒸发浓缩近干，加入2 mL叔丁基甲醚复溶，过0.45 μm有机滤膜后，进GC－MS分析。

1.7 迁移实验

选用带磨口塞的称量瓶作为模拟装置。参照标准BS EN 14338(2003)，将“1.4”中裁好的纸样平铺于模拟装置底部，拟与食品接触面朝上，准确称取1.0 g Tenax，均匀平铺于纸样上，密封迁移装置。根据纸质包装材料可能与食品接触的具体情况，参照欧盟指令82/711/EEC和EN:13130－1:2004选择迁移条件，将密封好的迁移装置于40℃烘箱中进行迁移实验，迁移时间为10 d。每个实验条件做两组平行样。

2 结果与讨论

2.1 样品前处理条件的优化

采用溶剂提取法对纸样和模拟物中的目标物进行提取，以加标的纸张和Tenax为样品，分别考察了不同的萃取溶剂(叔丁基甲醚、甲醇、正己烷、乙腈)、萃取溶剂体积(5，10，15，20 mL)和萃取时间(5，15，30，45，60 min)对目标物萃取率的影响，以20种芳香胺的萃取率总和作为评价指标，结果见图1。由图1A可以看出，由于基质不同，不同萃取溶剂对纸样和Tenax中目标物的萃取效率有差别，其中叔丁基甲醚对纸样的萃取效果最佳，而正己烷对Tenax的萃取效果最佳。由图1B可以看出，萃取液体积对纸张和Tenax中目标物萃取效率的影响规律一致，萃取液体积为10 mL时萃取率均达最大值。由图1C可以看出，随着萃取时间延长，目标物的萃取率增加，对于Tenax萃取15 min即达到最大萃取率，而对于纸样30 min方可达到最大萃取率。最终确定纸样以10 mL叔丁基甲醚为溶剂超声萃取30 min，Tenax以10 mL正己烷为溶剂超声萃取15 min。

图1 不同实验条件对纸张和Tenax中目标物萃取效率的影响Fig.1 Influences of different conditions on extraction yields from paper sample or Tenax

2.2 分析条件的优化

通常选用非极性弹性毛细管柱分离芳香胺［16］，考虑到目标物的极性，本实验选择中等极性的DB－17弹性毛细管柱，既可改善目标物的分离度，又缩短了分析时间。采用不分流进样模式以提高目标物的响应。由于目标物的沸点较高，为防止高沸点化合物在进样口和传输线中的残留，设定进样口温度为280℃，传输线温度为280℃。为改善目标物的分离效果，采用较缓的升温程序，最终在280℃下保持8 min，以除去残留物。对于质谱条件，为提高目标物的灵敏度，离子源温度设置为230℃;同时根据受干扰小、响应高的原则，优选了目标物的定量离子(见表1)。

采用内标法进行定量，根据目标物的性质、出峰时间等，选取了3个内标物质，分别为萘-d8、2，4，5-三氯苯胺和蒽-d10，各芳香胺采用的内标物详见表1。在优化条件下20种待测物标准溶液的色谱分离图见图2。

图2 20种芳香胺标准工作溶液的气相色谱－质谱选择离子流图Fig.2 SIM chromatogram of 20 aromatic amines standard substances the numbers denoted were the same as those in Table 1

2.3 方法评价

将标准工作溶液在优化的分析条件下进样测定，以各芳香胺的定量离子峰面积与内标物定量离子峰面积的比值为纵坐标，各芳香胺的质量浓度为横坐标，绘制标准曲线。根据保留时间定性，峰面积内标法定量得到各组分的线性方程及相关系数。

分别将空白纸样和空白Tenax测定20次，以空白响应的3倍标准偏差作检出限(LOD);将阳性样品按照上述实验方法处理后测定，以7次平行样测定的峰面积计算相对标准偏差(RSD);分别取空白纸样和空白Tenax，添加含量为0.005，0.02，0.1 mg/dm23个水平的标准溶液进行加标回收率测定，结果见表2。结果表明，在0.001 4～0.14 mg/dm2范围内，20种芳香胺的线性回归良好，相关系数(r)大于0.998。方法的LOD为0.000 1～0.000 3 mg/dm2，加标回收率为80.6%～107.2%，RSD为1.9%～6.9%，可满足测试要求。

表2 方法的检出限、精密度与回收率Table 2 Detection limit，precision and recovery of the method

2.4 实际样品迁移量的测定

按照“1.7”所述方法，对涂布有芳香胺的白卡纸和铜版纸样品(云南彩丰油墨有限公司印刷制备)进行迁移实验，并采用以上优化的方法进行迁移量的测定。取3份纸样，按照“1.5”方法处理，测定两种纸样中20种芳香胺的初始浓度。根据纸质包装材料可能与食品接触的具体情况，参照欧盟指令82/711/EEC和EN:13130－1:2004选择迁移条件，以最严格的条件进行迁移量测定。由于待测样品拟与食品在常温下接触，存放时间不定，因此选取迁移温度40℃，迁移时间为10 d。每个样品平行测定3次，迁移后的模拟物Tenax按照“1.6”方法处理，测定其中芳香胺的迁移量。纸样中20种芳香胺的平均初始浓度及拟与食品接触条件下模拟物中20种芳香胺的平均迁移量见表3。在该条件下沸点低于300℃、分子量小于150的芳香胺有一定的迁移。

表3 纸样中20种芳香胺的初始浓度及拟与食品接触条件下的迁移量Table 3 Initial concentrations of 20 aromatic amines in paper sample and migration quantity in the condition intended to come into contact with foodstuffs

(续表3)

3 结论

本文选取改性聚苯醚(Tenax)作为食品模拟物，建立了溶剂萃取/气相色谱－质谱联用法测定纸质包装材料中20种芳香胺迁移量的方法，该法测定20种芳香胺的RSD为1.9%～6.9%，检出限为0.000 1～0.000 3 mg/dm2，加标回收率为80.6%～107.2%。所建立的方法前处理简单，准确性高，重复性好，适用于纸质包装材料中芳香胺迁移量的测定。在拟与食品接触条件下，沸点偏低、分子量偏小的芳香胺有迁移到食品中的潜在风险。本方法可为进一步研究不同性质芳香胺的迁移规律提供指导，为纸质包装材料的安全性研究提供理论基础和数据支持。

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