GC-FID法分析检测食品包装纸中矿物油

赵晓丹，李巧玲*

河北科技大学生物科学与工程学院（石家庄 050018）

近年来，随着食品安全事件频繁发生，食品被矿物油肆意污染的报导也逐渐被揭露，迫于环境的压力，用回收纸制造食品包装的需求日益强烈。其来源复杂，并且常残留有印刷油墨、表面活化剂和防油剂等，用含有这些污染物的纸作为包装纸会对食品造成污染[1]。其中，印刷油墨主要成分是矿物油，作为石油的副产物，也常被称为白油或者是石蜡油（简称MOH）。矿物油是C10～C50烃类化合物总称，密度小于水，沸点较高，很难被生物机体分解，一直存在于人体内会对人体造成危害[2]。这些烃类化合物主要分为两大类，一类是以多芳香化合物形式存在的芳香烃矿物油（Mineral oil aromatic hydrocarbons，MOAH），另一类为饱和烃矿物油（Mineral oil saturated hydrocarbons，MOSH），其具有支链、直链和环状结构。一般情况下，这两类矿物油均存在于食品纸质包装材料中，其中致癌和致突变的主要来源是具有4～6环结构的多环芳烃矿物油[3]。

目前，国际上多采用液相色谱与气相色谱联用对食用油[4]、谷物[5]、面包[6]、奶粉[7]等食品中矿物油进行分析检测，但该检测方法仪器昂贵，无法普及，而国内尚未出台相关的检测标准。试验采用浸泡和超声波辅助两种方法提取食品包装纸中的矿物油，两种方法进行对比，优化最佳提取工艺，分离纯化时用硝酸银硅胶固相萃取柱，检测时采用气相色谱法（配备FID检测器），该方法操作简单，定量准确，对试验条件和仪器要求不高，可为后续各种食品包装纸中矿物油的检测提供理论支持。

1 试验部分

1.1 材料与试剂

食品包装纸（当地市场），分别为手抓饼包装纸、肉夹馍包装纸、烤冷面纸盒、巧克力包装纸、一次性纸杯和奶制品纸盒，检测这6种包装纸中矿物油含量。

正己烷（色谱纯，分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司）；无水乙醇（分析纯，天津市永大化学试剂有限公司）；硅胶（0.063～0.200 mm，上海麦克林生化科技有限公司）；AgNO3（分析纯，上海精细化工材料研究所）；C7～C40正构烷烃混合标准溶液、环己基环己烷（Cyclohexyl cyclohexane，Cycy，用作内标），均购自美国Sigma-Aldrich公司[8]。

1.2 仪器与设备

GC-7820A气相色谱仪（配备FID检测器，美国Agilent公司）；SK5200LHC超声波清洗器（上海科导超声仪器有限公司）；DC-12氮气吹干仪（上海安谱公司）。

1.3 试验方法

1.3.1 标准溶液[9]

从10 mg/mL内标储备液中移取0.5 mL于25 mL棕色容量瓶内，用正己烷定容，得质量浓度为200 mg/L的内标使用液。

准确移取1 mL质量浓度为1 mg/mL的C7～C40正构烷烃混合标准溶液于5 mL棕色容量瓶中，定容，得200 mg/L标准工作液；以此方法配制质量浓度分别为200，40，8，1.6和0.32 mg/L的系列标准工作液。

1.3.2 样品提取[10]

将食品包装纸剪成5 mm×5 mm左右的碎片，称取1 g（精确至0.01 g），用正己烷-乙醇（1︰1，V/V）作提取剂，加入30 μL内标溶液，在30 ℃下用浸泡（时间2 h）和超声辅助（时间20 min，功率120 W）分别提取3次，料液比1︰10（g/mL），上清液经氮吹浓缩至1 mL，得样品提取液。

1.3.3 超声辅助提取的响应面试验

表1 Box-Behnken试验设计因素与水平

在预试验基础上，影响矿物油提取的主要因素有时间、温度、料液比和超声功率，采用四因素三水平进行Box-Behnken试验[11]，见表1。

1.3.4 样品净化

向2 mL玻璃注射器中加入1 g 3%硝酸银硅胶制备SPE柱（该过程避光）[10]，用5 mL正己烷淋洗，弃去流出液，待液面接近填料时，加入1 mL 1.3.2小节中的提取液，以10 mL正己烷洗脱，弃去1 mL，收集5 mL洗脱液，氮吹浓缩至1 mL，备用[12]。

1.3.5 色谱条件

色谱柱：Agilent DB-5HT石英毛细管柱（15 m×0.25 mm，0.1 μm）。

升温程序：初始40 ℃，保持5 min，以8 ℃/min升至80 ℃，保持2 min，再以5 ℃/min升至290 ℃，保持2 min，最后以10 ℃/min升至330 ℃；进样口温度300℃；进样量1 μL；不分流进样；FID温度280 ℃，氢气流量30 mL/min，空气流量400 mL/min；补偿气为氮气，流速为25 mL/min。

1.3.6 检出限和定量限[13]

将标准工作液进一步稀释，相同条件下取各个低浓度工作液检测6次，按公式（LOD：yd=3.3×σb；LOQ：yq=10×σb）可得检出限（LOD）和定量限（LOQ）。其中：yd、yq和σb分别为LOD、LOQ处的信号响应值和标准曲线最低浓度点的标准偏差。

1.3.7 矿物油定性定量方法

采用标准曲线和内标法结合的方式进行定性定量分析，得到待测样品中矿物油种类及含量，采用内标法计算待测样品中矿物油含量（mi），按式（1）计算。

式中：Ai和As分别为待测样品中矿物油和内标物的峰面积或峰高；ms为加入内标物的量，mg/L；f为相对校正因子，f=（As/ms）/（Ar/mr）；As和Ar分别为内标物和混合标准溶液中矿物油的峰面积或峰高；ms和mr分别为加入内标物和混合标准溶液中矿物油的量，mg/L[14]。

2 结果与分析

2.1 色谱柱和升温程序的确定

将C7～C40正构烷烃混合标准溶液作为试样，探究色谱柱以及程序升温对分离效果的影响。结果表明，上限温度可达400 ℃的DB-5HT色谱柱，能很好地将C7～C40正构烷烃混合标准溶液中各物质相分离，且出峰较完整。因此，选用DB-5HT色谱柱。

程序升温的目的是将试样中各组分很好地分离，若升温速率过快，会导致低沸点组分出峰太快，对于沸点低并且接近的物质分离度低，色谱峰分离不完全；升温速率太慢，则导致组分出峰太慢，峰宽变宽，易出现拖尾现象，对定量分析影响较大。因此确定1.3.5小节的色谱条件，该条件能较好且完整地将C7～C40正构烷烃混合标准溶液分离。

图1 C7～C40正构烷烃混合标准溶液谱图

2.2 提取方法的选择和优化

2.2.1 提取方法的选择

采用浸泡法和超声波辅助法提取食品包装纸中的矿物油，测定矿物油提取量平均值，分别为272.53和336.26 mg/kg。结果表明超声辅助法提取效果较好。主要是超声有其独特的力学、热学及空化等物理化学效应，可以加速溶剂向纸纤维内部的穿透进程，促进矿物油的提取。

2.2.2 超声辅助提取的响应面试验

利用Design-Expert进行试验设计及数据处理，试验结果如表2所示。拟合表2中数据，建立数学模型，得到回归方程：Y=340.15+4.58A+3.37B+1.38C+0.24D+0.042AD+0.31BC+0.22AB-1.28AC+0.16BD-0.19CD-17.91A2-7.62B2-3.94C2-1.59D2。

由表3可知：模型p＜0.000 1，失拟项p=0.066 1，说明这个二次方程模型极显著，回归模型拟合度较好，试验误差小。其中R2=0.990 6＞0.9，试验模型的校正系数R2Adj=0.981 2，说明可以用此模型对包装纸中提取矿物油进行分析和预测。结果表明，该模型中A、B、C、A2、B2、C2和D2对矿物油提取量影响均达极显著水平[15]。由F值得各因素对矿物油提取量的影响主次顺序：提取时间＞提取温度＞料液比＞超声功率。

表2 Box-Behnken试验设计及结果

表3 回归模型方差分析表

以试验模型预测提取时间、温度、料液比和超声功率最佳条件，分别为25.62 min，32.26 ℃，1︰10.81（g/mL）和121.56 W，在此条件下矿物油提取量达到最大值（340.935 mg/kg）。结合实际情况并进一步验证该模型的有效性，将最佳条件分别修改为25 min，32 ℃，1︰10（g/mL）和120 W，该条件下矿物油提取量达336.264 mg/kg，和预测值（340.935 mg/kg）基本一致，相对偏差为1.37%，说明模型很好地预测了矿物油提取量，该优化工艺条件相对可靠。

2.3 检出限和定量限

检出限LOD和定量限LOQ分别为0.26和0.78 mg/kg，可满足日常检测需求。

2.4 加标回收率

选取肉夹馍包装纸为本底，分别添加150，300和600 mg/kg C7～C40正构烷烃混合标准溶液进行加标回收试验。结果表明，加标回收率为83.27%～98.69%，相对标准偏差（RSD）介于0.38%～1.29%之间，满足分析检测的要求。2.5 样品分析

采用上述方法检测市面上6种食品包装纸中矿物油含量，结果表明6种食品包装纸的矿物油含量存在差异，其中手抓饼包装纸中矿物油含量最低，为290.42±3.39 mg/kg；巧克力包装纸和肉夹馍包装纸矿物油含量较为接近，分别为346.11±2.53 mg/kg和340.37±4.46 mg/kg，含量较高，主要因为这两类包装纸表面色彩鲜艳，油墨较多，内侧含有蜡质层，造成了矿物油的污染；其他三种包装纸表面印刷油墨较少，且纸纤维较细腻，所以矿物油污染较小。

3 结论

此次试验建立了GC-FID检测食品包装纸中矿物油的方法，优化了超声辅助提取的工艺，同时对市面上6种食品包装纸进行分析检测。结果表明，6种食品包装纸中矿物油含量存在一定的差异，手抓饼包装纸中矿物油含量最低；巧克力包装纸和肉夹馍包装纸矿物油含量较为接近，含量均较高。如果包装纸中的矿物油过多迁移至食品中，会威胁消费者的健康，因此课题组将继续深入研究探讨食品包装纸中矿物油的污染和迁移问题，为食品监管及立法提供技术和数据支持。