食品中苯系物的成因及检测研究进展

余文琴，李根容，童兰艳，朱玲玲

（1.重庆市计量质量检测研究院，重庆401123；2.国家农副加工产品及调味品质量监督检验中心，重庆401123）

苯系物一般是指苯、甲苯、乙苯、（邻、间、对）二甲苯的总称。其广泛应用于涂料、合成橡胶、农药和化工中间体的生产。早在1897 年，苯的基因毒性和致癌作用已被人类所悉知[1]。世界卫生组织国际癌症研究机构公布的最新致癌物清单中，苯为一级致癌物[2]。苯系物对肝脏、肾脏、肺、心脏和神经系统均有危害[3]，甚至发生过因苯污染引起的食物中毒事件[4]，造成严重后果。苯、甲苯、乙苯和二甲苯均在美国环境保护局的129 种优先污染物名单中[5]，并将其在水中的最大污染限量分别定为0.005、1、0.7、10 mg/L，欧盟将水中苯的限量值定为0.001 mg/L[6]。

虽然吸入是接触苯系物的最常见途径，但吸入的苯系物只有50%被吸收，而食品中的苯系物则会百分之百被人体吸收[7]。由于苯系物在体内的潜伏期很长，研究表明即使是极微量的苯系物，由于生物蓄积效应，也会造成基因毒性，损伤造血系统，并使染色体畸变，从而导致白血病[8-12]，甚至出现再生障碍性贫血[13]。

本文对食品中苯系物可能的产生原因进行系统分析，并就食品中苯系物的检测方法以及世界各国对食品中苯系物含量调研的结果进行综述，旨在为食品生产企业提供一些指导，防止食品中可能出现的苯系物污染。

1 食品中苯系物的来源

世界卫生组织国际癌症研究机构认为苯对人类具有致癌性，并将其存在于食品中归因于各种潜在来源：包装、储存环境、受污染的饮用水、烹饪过程、辐照过程以及苯甲酸盐等食品防腐剂的降解[7]。陈艳彬等[14]指出，果汁中的苯系物的主要来源为水污染、包装材料迁移和食品添加剂衍生生成。根据具体情况分析，食品中苯污染来源可能有以下几种。

1.1 工业污染

工业污染造成的环境恶化对食品安全构成了严重威胁。随着近些年世界各国经济的迅猛发展，环境问题也随之而来，工业污染、环境的恶化是影响食品安全很重要的一个方面。不断发生的化工爆炸，化工原料泄露等事件造成大量水源、土壤和空气受到苯系物污染，间接污染食品生产的原材料如水，食品存储环境等，造成食品中苯系物的污染。

1.2 食品包装迁移

食品包装作为食品的“贴身衣物”，其在原料、辅料、工艺等方面的安全性，直接影响食品的质量安全。塑料、纸质、复合材料等食品包装材料中有害物质的迁移现已成为食品安全隐患的重要组成部分。

食品软包装大都采用凹版印刷技术，食品包装材料中添加的功能性助剂以及包装印刷过程中会使用的油墨、溶剂及辅料含苯、甲苯、二甲苯等有害化工原料，久而久之这些有害物质便会迁移或者挥发至食品中。首先，常用包材存储方式为食品包装印刷面与内层直接接触，尚未挥发的大量有害溶剂迁移至食品包装内层，直接进入食品中。其次，残留在复合膜之间的有害物质也会从膜表面渗入食品中。

1.3 苯甲酸脱羧产生苯

由于加工食品需求不断增长，防腐剂在食品加工中使用越来越频繁。苯甲酸广泛用作食品防腐剂，可抑制微生物增殖，防止食品腐败变质。英国食品标准局通过检测英国和法国市场流通的230 种软饮料，发现有的饮料中苯的含量超过饮用水限值的8 倍。食品科学家指出，饮料中出现高含量的苯，原因在于饮料中的防腐剂苯甲酸钠和抗坏血酸在一定条件下反应生成了致癌物苯。苯甲酸钠是常用的食品防腐剂，由于价格便宜，在世界各国均被广泛使用。抗坏血酸则是许多食品原料中的天然成分，同时也作为营养强化剂或抗氧化剂被应用于食品工业中。但是在一定条件下，抗氧化剂可以成为一种氧化剂，促进苯甲酸钠的脱羧作用[15]。

1965 年，Matthews 等[16]发现，对苯甲酸钠溶液进行辐照会导致羟基自由基对苯甲酸盐的攻击，形成不稳定的苯甲酸自由基，容易失去附着在芳香环上的二氧化碳，从而形成苯。自此之后，大量学者致力于相关方面的研究。1993 年，Gardner 等[17]发现，苯甲酸钠在抗坏血酸的作用下脱羧导致苯的产生，Javier Casado 等[18]的研究也证实了这一反应的存在。近年来的研究发现，包括Cu2+和Fe3+在内的过渡金属，光和热对这种脱羧反应有加速作用。过渡金属，如Cu2+和Fe3+，可能会催化抗坏血酸上的一个电子转移到氧上，产生超氧自由基，然后经过自发的反突变形成过氧化氢，这些金属也催化了过氧化氢的进一步还原，这种还原可能产生羟基自由基，它可以脱羧酸，形成苯[19]。许多学者使用含有苯甲酸钠和抗坏血酸钠的食品或者直接添加苯甲酸钠和抗坏血酸的液体模型来模拟食品，以验证苯的形成及其内在因素的影响，如原料、pH 值、苯甲酸钠、抗坏血酸和金属离子的浓度等[15]。有的学者还研究了温度、紫外线辐射[20-21]和储存时间等外在因素的影响。

2 食品中苯系物的检测方法

食品中苯的检测并无相关标准，仅GB/T 5750.8-2006《生活饮用水标准检验方法有机物指标》规定了水中苯及其它苯系物的检测方法[22]，主要包括溶剂萃取填充柱气相色谱法，溶剂萃取毛细管柱气相色谱法，顶空填充柱气相色谱法和顶空毛细管柱气相色谱法。由于填充柱理论塔板数低，除水之外的其它食品基质复杂，填充柱很难满足复杂基质的产品检测。食品中苯系物的检测方法主要是气相色谱法和气相色谱质谱联用法。此外近年来也有学者用其它方法检测苯系物，如分光光度法和电化学法。

2.1 气相色谱法和气相色谱串联质谱法

气相色谱法结合火焰离子化检测器（gas chromatography-flame ionization detector，GC-FID） 是分析苯系物的传统方法。近年来随着质谱的普及，质谱具有更好的选择性和灵敏度，可以避免假阳性、假阴性的产生，越来越多的学者采用气相色谱串联质谱法（gas chromatography-mass spectrometer，GC-MS） 来进行食品中苯系物的分析。

苯系物检测的前处理技术如吹扫捕集（purge&trap，PT）、顶空（headspace，HS）、固相萃取（solid phase extraction，SPE）和固相微萃取（solid phase microextraction，SPME）等已得到广泛应用。其中一些技术已被用于环境样品的预浓缩和洗脱富集后的色谱分析，也有学者将其用于复杂食品基质的前处理。静态顶空气相色谱是传统的苯系物检测方法，SPE 和SPME 等则是近年发展起来的新方法，此外还有液相微萃取（liquidphase microextraction，LPME）、单滴微萃取（single drop microextraction，SDME）等。一些学者对传统 LPME 做出改进，提出了分散液液微萃取（dispersive liquid-liquid microextraction，DLLME）和乳化液液微萃取（emulsion liquid microextraction，ELLME）等先进技术。有学者将顶空-单滴微萃取（headspace-single drop microextraction，HS-SDME） 与 DLLME 测定果汁饮料中苯做比较，结果表明，DLLME 虽然简单、快速，但HSSDME 的检测限和重复性较好[23]。由此可见近年来新兴的一些前处理技术各有优势，近年来食品中苯系物检测方法见表1。

表1 不同食品基质中苯系物检测方法的比较Table 1 Comparison of detection methods for benzene series in different sample matrices

从表1 可以看出，采用SPME 检测苯系物仍然是主流。SPME 作为新兴的一种集采样、预浓缩和直接采样于一体的无溶剂样品制备技术受到广大研究者青睐，SPME 不仅环保，而且提高了方法的选择性和灵敏度。有学者甚至提出将SPME 和LPME 作为传统前处理方法的替代方法。SPME 涂层的组成和结构材料在苯系物检测技术中起着至关重要的作用。因此，开发更高效、稳定的SPME 涂料是近年来发展趋势。Cen 等[37]制备具有独特形貌与结构的三维石墨烯碳纳米管复合材料，采用直接涂覆法在不锈钢丝表面制备了固相微萃取纤维涂层材料，用于水中苯、甲苯、乙苯、间二甲苯的测定，与传统聚二甲基硅氧烷（polydimethylsilox-ane，PDMS）纤维相比，自制涂层对苯系物具有较高的萃取性能。Jiang 等[29]将浸涂技术与溶剂蒸发诱导自组装方法相结合，制备了负载型有序介孔碳膜，采用GC-FID 对水样中5 个苯系物（苯、甲苯、乙苯、对二甲苯和间二甲苯）进行分析，评价了有序介孔碳膜纤维的性能，分析结果表明，制备的有序介孔碳膜线性范围宽，检出限低，重复性好，比传统SPME 萃取效率高。因此进一步探索高性能SPME 涂层材料，以达到更高的选择性和回收率，以适应更复杂的食品基质中苯系物的检测是未来的发展趋势。

2.2 其他方法

早期，有人报道了利用分光光度法[42-43]检测水中苯系物。虽然分光光度法方法不如传统色谱分析灵敏度高，但是分光光度计具有便携、易携带的优点，可用于苯系物的现场检测。Karlowatz 等[44]采用衰减全反射中红外光谱法同时检测苯、甲苯和3 种二甲苯异构体，但是此方法灵敏度较低，二甲苯异构体的检出限均低于20 μg/L，苯的检出限为45 μg/L，甲苯的检出限为80 μg/L。石海峡等[45]自制的高场不对称波形离子迁移谱装置实现了现场环境下水中微量苯的快速检测，检出限为 0.89 μg/L，定量下限为 2.96 μg/L，均小于国家饮用水中苯的限值10 μg/L，该方法的优点在于装置易于微型化，可以实现水中苯含量的现场检测。De Freitas 等[46]采用与金刚石电极相结合的方波伏安法建立了同时测定水中苯、甲苯和二甲苯的电化学方法，苯、甲苯和总二甲苯的检出限分别为 3.0×10-7、8.0×10-7、9.1×10-7mol/L，回收率分别为98.9%，99.2%和99.4%，该方法比气相色谱法简单、快速。缺点是该方法的检出限和定量限高于饮用水中苯系物的限量水平。

综上可以看出目前食品中苯系物测定对象仅局限于简单食品基质如水、饮料，由于前处理方法的限制，对于复杂食品基质中苯系物的检测研究较少。仪器方法主要采用气相色谱法或者气相色谱质谱联用法。今后的研究方向在于开发灵敏度回收率更高的稳定的前处理方法，以适应复杂食品基质中苯系物的检测需求。

3 各国食品中苯系物含量调查

由于苯甲酸脱羧会产生苯的风波不断，世界各国学者对各国的食品做了大量调研工作，以统计食品中苯含量水平，评估食品中苯含量是否会对人类造成影响。但尚未见有对除苯外的苯系物含量的大规模调查研究。

美国食品药品监督管理局发现一款名为CLSCO的饮料中苯含量高达 87.9 μg/L[47]。Arisseto 等[48]测定了巴西市场77 种饮料中苯的浓度，苯的浓度范围0.08 μg/kg～10.84 μg/kg，调查结果表明 72.2%的样品中苯含量大于1 μg/kg。Vinc 等[35]检测了比利时市场上455 组不同食品中苯的含量，发现58 %食品中均检出苯，熏烤食品和罐头类食品含量较高，最高值达76.21 μg/kg。Van Poucke 等[39]对比利时市场的软饮料进行调查，10 个样本高于 1 μg/L，1 个样本的浓度为10.98 μg/L。Mcneal 等[20]对包括鸡蛋在内的 50 多种食物的分析表明，不添加苯甲酸钠的食物的苯含量低于2 μg/kg，但是在同时含有苯甲酸盐和抗坏血酸的食物中，苯的浓度为 1 μg/kg～38 μg/kg。Techakriengkrai I等[49]采集泰国市场上48 组非酒精饮料，其中有13 组（27.8%）样品中苯的含量为 5.47 μg/L～16.91 μg/L，其中有 4 组（8.33%）大于 10 μg/L。Cao 等[50]检测加拿大市场上124 种软饮料样品中的苯含量，6 种产品的平均苯含量超过了加拿大饮用水中苯的最高可接受浓度5 μg/L，其中 2 种产品的苯含量超过了 10 μg/L，一种专门针对儿童销售的软饮料中苯含量最高，为23 μg/L。

Gardner 和Lawrence 的研究表明在同时含有苯甲酸和抗坏血酸的食物中会生成一级致癌物苯[19]，此外食品包装的苯系物迁移也已成为食品安全隐患的重要组成部分。我国尚未对食品中苯系物含量情况做过相关调研，鉴于国外的研究结果，我国也有必要对食品的苯及其他苯系物含量情况调研，评估食品中苯系物含量的安全风险，保障大众饮食安全。

4 前景及展望

随着世界人口的不断增长，如何正确解决食品及其安全性问题已成为各国政府共同关注的问题。食品中苯污染在国外研究较多，国内外均对食品中其他苯系物污染研究较少，由于食品基质的复杂性，对苯系物的研究仅仅停留于简单基质如水，饮料，对于复杂基质中的苯系物检测研究甚少，间接影响了对食品中苯系物污染情况的评估，因此今后的发展方向在于开发出适应复杂食品基质中苯系物检测的方法，为食品中苯系物的调查研究提供技术支撑。