气相色谱-质谱联用法测定食品包装材料中4种苯酚类抗氧剂迁移量

王继才，李少飞，熊小婷，佘文勋，陈意光，刘德云，谭建华，李慧勇，席绍峰

(广州质量监督检测研究院，国家包装产品质量监督检验中心(广州)，广东 广州 511447)

近年来，产品质量和食品安全问题一直受到消费者的高度关注，其中各种食品、食品包装材料添加剂的安全性亦成为关注的焦点。2,6-二甲基苯酚、对叔丁基苯酚(PTBP)、2,6-二叔丁基对甲酚(BHT)和叔丁基-4-羟基苯甲醚(BHA)属于苯酚类抗氧剂，作为食品添加剂，也可用作食品包装材料添加剂，以减缓高分子材料的老化，延长其使用寿命[1]。但上述4种苯酚类抗氧剂为环境激素，对人体有一定危害，如2,6-二甲基苯酚易挥发，高温下仍能维持正常化学结构，可能具有致癌或促癌作用[2]，会对人体肾脏造成严重伤害[3]。因此，需要控制抗氧剂的使用，以免过量迁移至食品中对人体造成伤害。

GB 9685-2016《食品安全国家标准 食品接触材料及制品用添加剂使用标准》[4]中，对上述4种苯酚类抗氧剂在塑料、涂料及涂层、油墨、粘合剂、纸制品等食品包装材料中的特定迁移限量(SML)作出了明确规定：2,6-二甲基苯酚和对叔丁基苯酚的SML均为0.05 mg/kg，2,6-二叔丁基对甲酚的SML为3 mg/kg，叔丁基-4-羟基苯甲醚的SML为30 mg/kg。目前尚无相关标准检测方法，为促使企业监控产品质量，保障消费者健康，亟需建立食品包装材料中上述4种苯酚类抗氧剂迁移量的检测方法。

目前，苯酚类抗氧剂的测定方法包括液相色谱法[5-13]、气相色谱法[14-18]、液相色谱-质谱联用法[19-21]、红外光谱法[22]、气相色谱-质谱联用法[23-24]等，尚无对食品包装材料中多种苯酚类抗氧剂迁移量同时测定的方法。本研究采用气相色谱-质谱联用法，模拟食品包装材料与食品的实际接触过程，建立了食品包装材料中4种苯酚类抗氧剂(结构式见图1)迁移量的测定方法，方法操作简便、灵敏、准确。

图1 4种苯酚类抗氧剂的分子结构Fig.1 Molecular structures of four phenolic antioxidants

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

7890B-5977B气相色谱-质谱联用仪(美国Agilent公司)，Milli-Q 超纯水器(美国Millipore公司)，Allegra 64R centrifuge台式高速冷冻离心机(美国Beckman Coulter公司)，电子分析天平(精度0.01 mg和0.1 mg)，IKA MS3 digital涡旋混匀器(德国IKA公司)。

2，6-二甲基苯酚(CAS No.576-26-1，纯度99.9%)、对叔丁基苯酚(CAS No.98-54-4，纯度99.0%)、2,6-二叔丁基对甲酚(CAS No.128-37-0，纯度99.5%)、叔丁基-4-羟基苯甲醚(CAS No.25013-16-5，纯度99.4%)标准品，均购于德国Dr.Ehrenstorfer GmbH；乙酸乙酯、异辛烷(色谱纯，美国Spectrum公司)；乙酸、氯化钠、无水硫酸钠(分析纯，广州化学试剂厂)，实验用水为超纯水。

1.2 标准溶液的制备

准确称取适量的抗氧剂标准品(精确至0.01 mg)，用乙酸乙酯或异辛烷配制成质量浓度为500 mg/L 的标准储备溶液，逐级稀释成质量浓度为0.1、0.2、0.5、1、2、5、10 mg/L 的系列标准工作溶液，于0～10 ℃下避光密封储存，有效期为两周。

1.3 样品前处理

按照GB/T 31604.1-2015[25]和GB/T 5009.156-2016[26]，对样品进行迁移试验，得到食品模拟物试液，于4 ℃冰箱中避光保存。本文选取水、4%(体积分数)乙酸、50%(体积分数)乙醇和异辛烷作为食品模拟物进行迁移试验。

迁移试验完成后将模拟物试液放至室温，对于异辛烷模拟物试液，直接进样测定。其他模拟物试液按以下方法处理：移取2 mL模拟物试液于10 mL离心管中，加入1 g氯化钠和2 mL乙酸乙酯，涡旋萃取1 min，静置分层后将上层萃取液移至10 mL比色管中，加入0.5 g无水硫酸钠脱水后，取1 mL上层萃取液至小瓶，待测。

1.4 仪器条件

1.4.1气相色谱条件色谱柱：DB-1701(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；载气：氦气，流速1.2 mL/min；分流比：5∶1；进样口温度：280 ℃；程序升温：起始温度为100 ℃，以20 ℃/min升至240 ℃，保持1 min；传输口温度280 ℃。

1.4.2质谱条件电子轰击离子源(EI)；电离能量70 eV；离子源温度230 ℃；四极杆温度150 ℃；溶剂延迟3.0 min；增益因子2.0；选择离子检测(SIM)模式，目标组分出峰时间及特征离子见表1。

表1 目标组分的出峰时间和特征离子Table 1 Retention times and characteristic ions of target compounds

2 结果与讨论

2.1 提取条件的优化

本实验在水、4%乙酸、50%乙醇3种模拟物的提取液中加入过量氯化钠，通过降低4种抗氧剂在模拟物中的溶解度提高萃取效率。比较了正己烷、异辛烷、乙酸乙酯对3种模拟物中4种抗氧剂的萃取效率，结果表明：正己烷、异辛烷对水、4%乙酸模拟物中4种抗氧剂的提取回收率可达90%～110%，但对50%乙醇模拟物中2，6-二甲基苯酚、对叔丁基苯酚和叔丁基-4-羟基苯甲醚的提取回收率仅为50%左右，不能满足分析检测要求；而乙酸乙酯对3种模拟物中4种抗氧剂的萃取回收率均可达90%～110%，故选择乙酸乙酯为提取溶剂。

图2 4种苯酚类抗氧剂标准溶液的总离子流色谱图(1 mg/L)Fig.2 TIC chromatograms of four phenolic antioxidants standard solution(1 mg/L)1.2,6-xylenol,2.PTBP,3.BHT,4.BHA

2.2 色谱柱的选择

考察了非极性色谱柱DB-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)、中等极性色谱柱DB-1701(30 m×0.25 mm×0.25 μm)、极性色谱柱DB-WAX(30 m×0.25 mm×0.25 μm)对4种抗氧剂的分离效果(见图2)。结果表明：采用DB-5MS色谱柱时，2,6-二叔丁基对甲酚和叔丁基-4-羟基苯甲醚不能完全分离；采用DB-WAX色谱柱时，目标化合物结构中的酚羟基及其空间位阻对色谱保留的影响显著。这是因为2,6-二甲基苯酚和2,6-二叔丁基对甲酚在酚羟基的邻位上均被烷链基团取代，导致酚羟基与DB-WAX色谱柱填料的相互作用力减弱，从而不能完全分离。而采用DB-1701色谱柱时，由于化合物分子量、分子结构以及与毛细管柱填料相互作用的共同影响，使得4种抗氧剂均得到良好分离，且分析时间短。

2.3 方法的线性关系、检出限与定量下限

分别用乙酸乙酯和异辛烷作为溶剂，配制质量浓度为0.1、0.2、0.5、1、2、5、10 mg/L的系列标准溶液，在优化实验条件下，采用本方法对目标组分进行测定，以目标组分的质量浓度(ρ，mg/L)为横坐标，对应峰面积(A)为纵坐标绘制标准曲线。结果表明，在0.1～10 mg/L范围内，4种苯酚类抗氧剂在乙酸乙酯和异辛烷中的线性关系均良好，相关系数(r)均大于0.999，方法检出限(S/N≥3)均为0.01 mg/L，定量下限(S/N≥10)均为0.03 mg/L。

2.4 方法的回收率与精密度

由于异辛烷模拟物试液直接上机测定，故本文仅考察4种抗氧剂在其他3种食品模拟物(水、4%乙酸和50%乙醇)中的加标回收率和精密度。向食品模拟物试液中分别加入0.1、1.0、10.0 mg/L 3个质量浓度的标准溶液，每个浓度做5个平行样品，同时进行加标回收实验，通过计算平均回收率和相对标准偏差(RSD)考察方法的准确度和精密度。结果显示，3个加标水平下的回收率为91.5%～110%，RSD(n=5)为1.9%～9.3%，满足分析方法相关要求。

表2 目标组分物质标准溶液的平均回收率和相对标准偏差(n=5)Table 2 Recoveries and relative standard deviations(RSDs,n=5) of standard solution of target compounds

2.5 实际样品的检测

根据4种苯酚类抗氧剂在高分子材料中的应用，选择硅橡胶奶嘴、环氧酚醛饮料罐、聚氯乙烯(PVC)保鲜膜袋、橡胶密封圈、热塑性弹性体(TPE)5种类型共21份食品包装材料样品，按照GB/T 31604.1-2015[25]和GB/T 5009.156-2016[26]的要求，选择异辛烷作为食品模拟物、迁移温度40 ℃、迁移时间24 h，对实际样品进行迁移试验，得到食品模拟物试液后，按本方法进行检测，测定结果均为阴性。

3 结 论

本研究建立了食品包装材料中4种苯酚类抗氧剂迁移量的气相色谱-质谱联用检测方法，并对实际样品进行了测定。该方法操作简单、定性定量准确，灵敏度高、重现性好，可满足实际检测需求。所建方法解决了现有相关标准缺失的问题，可为GB 9685-2016的顺利实施提供有效的技术支撑，同时也为监管部门实施产品质量监控、生产企业实现产品质量提升提供了可靠的技术支持。