食品接触硅橡胶制品中9种芳香烃的检测及安全风险评价

王文娟 蔡小芳 袁 航 戚冬雷 封 棣

（北京工商大学轻工科学技术学院 北京100048）

硅橡胶因具有良好的稳定性、耐高温性、生理惰性等性能，已在食品接触材料（food contact material，FCM）中广泛应用，如婴幼儿喂食用具、烘焙用具、餐厨用具等[1]，而其安全性也备受关注[2-3]。本课题组前期利用吹扫捕集（P & T）和固相微萃取（SPME）与气-质谱联用（GC-MS）方法，对大量食品接触的硅胶奶嘴、烘焙模具以及热塑性弹性体制品中的挥发性非目标物进行分析，检出包括芳香烃在内的多类化学物质[4-6]。芳香烃是一类分子中含有苯环结构的碳氢化合物，具有成本低、溶解性能好、易挥发等特点，常作为黏合剂、油性涂料、油墨等的溶剂，广泛应用于染料（油墨）、塑料、橡胶、树脂等食品接触材料中。由于芳香烃具有致畸变、致癌、致突变等作用[7-10]，因此各国对FCM 中部分芳香烃有限量要求[11-15]。

近年来，大量文献报道了芳香烃在FCM[16-19]以及食品[20-25]中的迁移及暴露情况。常见的芳香烃样品前处理方法有SPME、顶空 （Head Space，HS）、P & T、超声辅助溶剂萃取 （Ultra-Assisted Solvent Extraction，UASE）等，仪器检测方法主要有GC-MS、LC-GC、HPLC 等。其中，SPME-GC-MS是挥发性芳香烃的常用分析方法。如张秋菊等[17]使用SPME-GC-MS 法检测食品接触塑料材料中10 种芳香烃，检出限为0.085 ng/mL，线性范围为0.62～400 ng/mL，精密度为1.2%～8.6%，实际样品中二甲苯、苯乙烯及苯甲醛等被检出。李英等[18]用自动SPME-GC-MS 法测定食品接触材料中多环芳烃（PAHs）的迁移量。

基于Monte Carlo 模拟技术的风险分析软件@RISK，最初被用于金融领域的风险分析。随着近年来人们对食品安全的重视，该软件被应用于食品安全的定量风险评估中[26-28]。如：武煊等[27]利用@RISK 软件对生鲜牛乳中的硫氰酸钠进行定量风险评估，结果显示食用生鲜牛乳所摄入的硫氰酸钠对健康造成的风险性较小。倪敏等[28]以1～3 岁儿童为调查的目标人群，利用@RISK 软件对不同模拟条件下密胺餐具中的三聚氰胺进行风险评估，结果显示密胺餐具在正常使用条件下是安全的。

本研究以前期试验结果为依据[4，6]，首先建立食品接触硅橡胶制品中9 种芳香烃（甲苯、乙苯、邻/间/对/二甲苯、1，2，4，5-四甲苯、萘、1-甲基萘、2-甲基萘）的SPME-GC-MS/MS 分析方法，其次对中国市售31 种奶嘴和32 种模具中的9 种芳香烃残留量进行测定，最后假设芳香烃100%迁移至食品，依据国内外法规中对芳香烃的限量要求，通过@RISK 软件对模具和奶嘴中的芳香烃进行安全风险评价。目前有关食品接触硅胶材料中芳香烃的分析和安全风险评价尚未见报道。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

1.1.1 样品 通过市场及电商购买63 种食品接触硅橡胶制品，包括31 种婴儿喂食奶嘴和32 种烘焙模具。冲洗样品，自然晾干，用正己烷清洗过的剪刀将样品剪成0.3 m×0.3 cm 的碎片，待用。

1.1.2 标准品及试剂 标准品：甲苯（纯度大于99.8%），Sigma-Aldrich 有限公司；乙苯、邻/间/对二甲苯、1，2，4，5-四甲苯、萘、1-甲基萘、2-甲基萘（纯度均大于98.0%），梯希爱（上海）化成工业发展有限公司。

试剂：正己烷（色谱纯），赛默飞世尔科技（中国）有限公司；高纯氦气、高纯氮气（99.999%），北京市氧利来科技发展有限公司；氯化钠（≥99.5%），天津市光复科技发展有限公司；超纯水，深圳宏森环保有限公司。

1.2 仪器、设备与耗材

7890B-7000C 气相色谱串联质谱仪，美国Agilent 公司；ME104E 电子分析天平，瑞士梅特勒-托利多公司；PC-420D 固相微萃取平台，美国CORNING 公司；MX-S 涡旋震荡仪，大龙兴创实验仪器（北京）有限公司；；磁力搅拌子（5 mm），北京博雅宏兴有限公司；50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取头（灰色）、100 μm PDMS 萃取头（红色）、75 μm CAR/PDMS 萃取头（黑色）、65μm PDMS/DVB萃取头（蓝色），美国Supelco 公司；15 mL 固相微萃取样品瓶，上海安谱公司；移液枪（5 μL、10 μL、20 μL、1 mL、5 mL），德国Eppendorf 公司。

1.3 试验方法

1.3.1 混合标准溶液的配制 取一定体积的9种芳香烃的单标母液配制成混标，用正己烷逐级稀释，最终各标品质量浓度范围为0.08～22.61 ng/mL。所有标品溶液置于4 ℃储存。

1.3.2 样品前处理 用超纯水冲洗样品，自然晾干，用正己烷清洗过的剪刀将样品剪成0.3 cm×0.3 cm 的碎块。准确称取（0.2±0.001）g 样品，放入15 mL SPME 小瓶中，加入5 mL 超纯水和搅拌子，涡旋10 s。将样品瓶置于SPME 采样平台的磁力中心（磁力搅拌速度为700 r/min），在萃取温度80 ℃下平衡10 min。将老化好的DVB/CAR/PDMS（50/30 μm）纤维头插入样品瓶，在80 ℃下萃取30 min。SPME 完成后，将纤维头在GC 进样口解吸附5 min。

1.3.3 仪器条件 GC 条件：HP-5MS 色谱柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm，美国Agilent 公司）；进样口温度250 ℃；分流进样，分流比30∶1；溶剂延迟时间2 min；高纯氦气作为载气，流速1.5 mL/min；柱升温程序：45 ℃保持2 min，以8 ℃/min 升到60℃，以2 ℃/min 升到64 ℃，以50 ℃/min 升到120℃，以15 ℃/min 升到150 ℃保持1 min，再以30℃/min 升到250 ℃保持2 min。

MS/MS 条件：传输线温度260 ℃，离子源温度230 ℃，四级杆温度150 ℃，电子轰击离子源（EI源），电子能量70 eV，选择多反应监测（MRM）模式。9 种芳香烃的保留时间、监测离子（m/z）及碰撞电压见表1。

2 结果与讨论

2.1 前处理方法的优化及确定

1）SPME 纤维头的选择 共选取4 种萃取纤维头（50/30 μm DVB/CAR/PDMS、75 μm CAR/PDMS、100 μm PDMS、65 μm PDMS/DVB），在80℃下萃取30 min，各纤维头萃取奶嘴中9 种芳香烃的色谱峰面积的结果见图1a，萃取的9 种芳香烃的色谱总峰面积的结果见图1b。由于HP-5MS色谱柱无法实现间二甲苯与对二甲苯的完全分离，依据文献[29]中的方法，将间、对二甲苯当作一个物质进行峰面积加和优化。结果表明：PDMS 萃取头和PDMS/DVB 萃取头萃取效果较差；CAR/PDMS 纤维头和DVB/CAR/PDMS 纤维头对9 种芳香烃的萃取效果更好且二者相差不大。其中CAR/PDMS 纤维头对甲苯、乙苯、间/对二甲苯、邻二甲苯的萃取效率高于DVB/CAR/PDMS，而DVB/CAR/PDMS 纤维头对1，2，4，5-四甲苯、萘、1-甲基萘和2-甲基萘的萃取效率高于CAR/PDMS。此外，CAR/PDMS 纤维头萃取的芳香烃峰形拖尾。综合考虑萃取效率及峰形因素，选择50/30 μm DVB/CAR/PDMS 纤维头。

表1 MRM 模式下9 种芳香烃的保留时间、检测离子及碰撞电压（CE）Table 1 Retention time，monitoring ions and collision energy （CE） of 9 aromatics in MRM mode

图1 SPME 纤维头对奶嘴中9 种芳香烃峰面积的影响Fig.1 Influence of extraction fiber on response peak area of 9 aromatics

2）SPME 温度优化 分别在温度30，40，50，60，70，80，90 ℃时萃取10 min，每组3 个平行。不同温度下9 种芳香烃的单峰和总峰面积见图2。由图2a 可以看出，从30 到80 ℃，9 种芳香烃的单峰及总峰面积均增大；从80 ℃到90 ℃时，9 种芳香烃的萃取都基本达到平衡。由图2b 可知，萃取温度为80 ℃时，9 种芳香烃的总峰面积最高，因此SPME 萃取温度选择为80 ℃。SPME 萃取温度对萃取效率具有双重作用：一方面随着萃取温度的增加，分子运动加快，挥发性物质更易于脱离样品基质，加快了萃取效率；另一方面萃取头的吸附作用为放热反应[30]，温度太高不利于物质的吸附，使萃取效率降低。

图2 SPME 萃取温度对9 种芳香烃峰面积的影响Fig.2 Influence of extraction temperature on peak area of 9 aromatics

3）SPME 时间优化 在80 ℃时进行萃取时间优化（5，10，20，30，40 min），每组3 个平行，不同时间下9 种芳香烃的单峰和总峰面积见图3。从图3a 可以看出，30 min 时甲苯、乙苯、邻二甲苯、间/对二甲苯的色谱峰面积达到最大。SPME 时间延长，有利于物质的吸附，当达到萃取平衡后，随着时间的增加，吸附在SPME 萃取头上的物质被部分解析。对于1，2，4，5-四甲苯、萘、1-甲基萘、2-甲基萘4 种物质，在40 min 时峰面积仍有上升趋势。由图3b 可以看出，萃取时间为30 min时，9 种芳香烃总峰面积最高。经综合考虑，最终选择萃取时间为30 min。

图3 SPME 萃取时间对9 种芳香烃峰面积的影响Fig.3 Influence of extraction time on peak area of 9 aromatics

4）NaCl 优化 加入NaCl 可使待测物离子强度增加，减少目标物在基质中的溶解，从而提高萃取效率[31]。本试验优化了NaCl 质量分数（0，50%，100%），每组平行3 次。不同NaCl 质量分数条件下9 种芳香烃的单峰面积和总峰面积见图4。从图4b 可以看出，不加和加入50%NaCl 对9种芳香烃的总峰面积影响不大。考虑到试验效率和成本，以及重现性，最终选择不加NaCl。

根据以上优化的SPME 条件，本研究所建方法中的SPME 条件为：50/30 μm DVB/CAR/PDMS纤维头，80 ℃萃取30 min，不添加NaCl。

图4 NaCl 对9 种芳香烃峰面积的影响Fig.4 Influence of NaCl concentration on response peak area of 9 aromatics

2.2 仪器性能验证

使用1.3.1 节配制的9 种芳香烃混标溶液，按照上述1.3.3 节仪器条件检测，得出9 种芳香烃在GC-MS/MS 条件下的标准曲线、相关系数（R2）、线性范围、检测限（limits of detection，LOD）（3 倍信噪比）、定量限（limits of quantitation，LOQ）（10 倍信噪比）、日内精密度（24 h 内重复测定6 次混标溶液峰面积的相对标准偏差RSD，%）和日间精密度 （连续3d 重复测定混标溶液峰面积的RSD，%），结果见表2。

表2 GC-MS/MS 测定9 种芳香烃的标准曲线及相关系数（R2）、线性范围、日间精密度、日内精密度、检出限和定量限Table 2 Standard curve equation，regression coefficient （R2），linear range，precisions，limits of detection （LOD）and limits of quantitation （LOQ） of 9 aromatics standards detected by GC-MS/MS

由表2可知，9 种芳香烃灵敏度、精密度及稳定性都良好，线性相关系数都大于0.998，日间精密度及日内精密度基本稳定在5%以下，满足定量分析要求。

2.3 方法学验证

选择1 种本底较干净的硅胶奶嘴样品进行样品加标回收试验。根据芳香烃在实际样品中的含量选择9 种芳香烃混标溶液的3 个浓度，每个浓度平行6 次，计算回收率，评价方法准确度。计算回收率的RSD，评价所建方法的重现性。方法验证结果见表3。

由表3可知，9 种芳香烃的方法回收率在98.24%～110.23%，RSD 在1.27%～9.87%范围，可满足定量分析要求。

2.4 样品中9 种芳香烃的定量分析结果

HP-5MS 色谱柱无法实现间二甲苯与对二甲苯的完全分离。依据文献[29]的方法，将间二甲苯和对二甲苯当作一个物质进行加和定量分析。依据欧盟规定，用6 dm2的包装材料（塑料）接触1 kg 食品[32]。在本研究中考虑到模具与塑料包装相近（较薄且可伸展），测定单位面积上的芳香烃含量（ng/dm2）。由于奶嘴材质较厚且形状特殊，因此测定其单位质量上的芳香烃含量（ng/g）。

图5为9 种芳香烃混标色谱图。利用外标标准曲线法对31 种奶嘴和32 种模具中的9 种芳香烃进行定量分析，结果分别见表4和表5。

图5 MRM 模式下9 种芳香烃混标的色谱图Fig.5 Chromatogram of mixed standard of 9 aromatics in MRM mode

表4 31 种奶嘴中9 种芳香烃的定量结果Table 4 Determination result of 9 aromatics in 31 nipples

表5 32 种烘焙模具中9 种芳香烃的定量结果Table 5 Determination result of 9 aromatics in 32 baking molds

由表4和表5可知：

1）31 种奶嘴中，除了1，2，4，5-四甲苯检出率为90.32%，其余芳香烃检出率均为100%。32种模具中9 种芳香烃检出率均为100.00%。

2）31 种奶嘴中9 种芳香烃的含量为1.20～190.85 ng/g，芳香烃总含量为273.22～502.27 ng/g。32 种模具中，9 种芳香烃的含量为22.83～1 899.57 ng/dm2，芳香烃总含量为2 753.52～5 002.44 ng/dm2；平均含量最低的均为邻二甲苯，平均含量最高的均为2-甲基萘。

3）奶嘴和模具中萘类比苯类物质含量高出1 个数量级以上，说明萘类残留较苯类大。

2.5 食品接触材料中9 种芳香烃的限量要求

《欧盟食品接触材料法规与指南》的《用于制造拟于食品接触用品中使用的硅有机化合物的物质清单》[11]中对甲苯、乙苯、邻/间/对二甲苯的特定迁移限量（specific migration limit，SML）分别为1.2，0.6，1.2 mg/kg，对甲苯和乙苯的日允许摄入量（Acceptable daily intake，ADI）为0.1 mg/（kg bw·d），萘、1-甲基萘、2-甲基萘则没有具体限量。2014年，德国联邦食品与农业部将包装材料中迁移至食品的MOSH 和MOAH 限量值规定为2 mg/kg 和0.6 mg/kg[13]。瑞士[15]对于消费食品的估计每日摄入量（Estimated daily intake，EDI）的规定中，有关MOAH 的ADI 为0.01 mg/（kg bw·d），其要求比欧盟更为严格。我国国标规定苯类溶剂在包装用的复合膜中不得检出[14]。综合考虑后，本研究以《欧盟食品接触材料法规与指南》中甲苯和乙苯的ADI 限量为依据，进行安全性评价。

2.6 食品接触硅胶制品中9 种芳香烃的暴露评估和安全风险初评

一般地，测定食品中的迁移水平使用以下一种或几种方法：1）在最极端使用条件下以食品模拟物作快速迁移研究；2）假定实际使用或残留水平的化合物100%迁移到食品中；3）聚合物迁移数学模型，以实际使用量或残留水平计算[33]。本研究采用第2 种方法，即“假定实际制品（奶嘴和模具）中残留水平的芳香烃化合物100%迁移到食品中”，作为后续芳香烃暴露评估和安全风险初评的前提。婴幼儿群体体质比较敏感，在实际生活中会较多地接触硅胶用具（如奶嘴、牙胶、吸管、餐具等）以及经模具接触制成的蛋糕食品，因此本研究中以1～3 岁婴儿作为调查人群代表[28]。

本研究采用国际上广泛用来评估风险的，基于Monte-Carlo 模拟技术的专用软件@RISK7.5对食品接触材料奶嘴和烘焙模具中的芳香烃进行暴露评估。随机抽取奶嘴和模具中芳香烃的定量数据作概率分布，单个模拟过程循环10 000 次。评估中使用的各种参数对应的概率分布，采用软件提供的标准分布函数来显示。

2.6.1 奶嘴样品中9 种芳香烃的EDI 计算评估运用@RISK 7.5 对奶嘴中9 种芳香烃含量的数据进行分布函数的拟合，函数曲线的拟合优度运用Chi-Squared、Anderson-Darling 和 Kolmogorov-Smirnov 等3 种检验方法检验，选择最优的拟合分布。

评估模型[28]：假设所有食物的加工因子为1，假设1 只奶嘴只使用1 次且奶嘴中的芳香烃全部迁移至所接触的食物中（芳香烃的最极端迁移）。假设所调查人群每天使用奶嘴进食。利用“简单分布模型”进行评估，假设食物消费量为1 个固定值（如取平均消费量或高水平消费量），那么，评估奶嘴中芳香烃的安全风险模型为：

式中，y——芳香烃估计每日摄入量EDI，ng/kg bw；c——奶嘴中芳香烃的含量，ng/g；m——31种奶嘴的平均质量，m=15 g；M——一次喂食的奶粉冲剂质量，M=135.80 g （根据某品牌0～12 个月婴儿专用配方奶粉的食用说明书，120 mL 水加入2 勺奶粉）；CF——食品接触橡胶制品的消费指数，根据欧盟的相关规定，本文CF=0.05；根据2002年全国营养调查结果，全国范围内，1～3 岁婴儿的平均体重w¯=13.624 kg，每日摄取食物的量X=416.6 g[28]。结合表4奶嘴中芳香烃定量的数据，计算结果见表6。

2.6.2 烘焙模具中9 种芳香烃的EDI 计算评估运用@RISK 7.5 对模具中9 种芳香烃含量进行分布函数的拟合，函数曲线的拟合优度运用Chi-Squared、Anderson-Darling 和Kolmogorov-Smirnov等3 种检验方法检验，选择最优的拟合分布。

评估模型[28]：假设所有食物的加工因子为1，烘焙模具中的芳香烃全部迁移到食品中，且迁移量最大。假设所调查人群每天食用烘焙模具制作的食物，所有食物均盛放在烘焙模具中，且每1 kg食物与烘焙模具的接触表面积为6 dm2[32]。利用“简单分布模型”评估，假设食物消费量为1 个固定值（如取平均消费量或高水平消费量），因此，评估模具中芳香烃的安全风险模型为：

式中，y——芳香烃估计每日摄入量EDI，ng/kg bw；c——烘焙模具中芳香烃的含量，ng/dm2；S——烘焙模具与1 kg 食物的接触表面积，S=6 dm2；M——6 dm2烘焙模具接触的食物，M=1 kg；CF——同公式 （1）；平均体重w¯——同公式（1）；X——同公式（1）。结合表5模具中芳香烃定量的数据，计算结果见表6。

表6 奶嘴和模具中9 种芳香烃的暴露评估（EDI）以及与法规限量比较Table 6 Exposure assessment （EDI） of 9 aromatic hydrocarbons in nipples and molds and comparison with regulatory limits

由表6可知，奶嘴和烘焙模具中9 种芳香烃单个物质的EDI 平均值均低于欧盟规定的甲苯和乙苯ADI 值【0.1 mg/（kg bw·d）】，以及瑞典规定的MOAH 的ADI 值【0.01 mg/（kg bw·d）】。即使是9种芳香烃总体的EDI 平均值也低于限量要求。最终的评估结果提示：假设食品接触硅胶制品中9种芳香烃100%迁移，即使在极端的使用条件下，其迁移可能导致的安全风险也较小。

3 结论

本研究建立了食品接触硅胶制品中9 种芳香烃的SPME-GC-MS/MS 分析方法。利用所建方法对63 种硅胶样品中的9 种芳香烃进行定量分析，结果表明2-甲基萘在奶嘴和模具中含量最高，9种芳香烃在31 种奶嘴中平均含量为6.91～129.79 ng/g，32 种烘焙模具中为50.73～1 376.78 ng/dm2。奶嘴和模具中萘类残留量比苯类高。9 种芳香烃可能来源于溶剂残留和矿物油残留。在假设极端迁移的情况下，利用@RISK 风险评估软件建立简单分布评估模型，得到的奶嘴和模具中芳香烃的EDI 均低于欧盟限量要求，提示其迁移所导致的安全风险较小。