纸质吸管中氯丙醇含量检测及其向饮料迁移情况研究

贺江，SHAO Suqin，邓爱华，杨祺福，徐文思

1(湖南文理学院 生命与环境科学学院，湖南 常德，415000)2(Guelph Research and Development Centre, Agriculture and Agri-Food Canada, Guelph Ontario, N1G 5C9)

氯丙醇最早于20世纪70年代在酸性水解植物蛋白(acid-hydrolyzed vegetable protein，acid-HVP)中发现，其种类包括3-氯-1,2-丙二醇(3-chloro-1,2-propanediol，3-MCPD)、2-氯-1,3-丙二醇、1,3-二氯-2-丙醇(1,3-dichloro-2-propanol，1,3-DCP)、2,3-二氯-2-丙醇等4种。此类物质目前已被国际癌症研究机构列为潜在的致癌物质(2B类)，其中1,3-DCP还具有遗传毒性[1-2]；粮农组织/世界卫生组织食品添加剂联合专家委员会于2016年规定3-MCPD的暂定每日最大容许摄入量为4 μg/(kg·d)[1,3]。吸管在消费者日常生活中被广泛用于各类饮料的饮用，为减少塑料对环境的污染，许多国家和地区陆续出台法律禁止使用塑料吸管，并提倡使用纸质吸管。我国于2020年1月发布了《关于进一步加强塑料污染控制的意见》，规定从2021年起在全国范围餐饮行业禁止使用不可降解的一次性塑料吸管。然而，纸质产品生产中通常需要用到聚酰胺-环氧氯丙烷树脂(polyamide-epichlorohydrin resin，PAE)作为湿强剂，而PAE的制备需要用到环氧氯丙烷(epichlorohydrin，ECH)作为重要原料，但ECH同时也是生产3-MCPD和1,3-DCP的前体物质，其具体形成途径如图1所示[4-5]。因此，吸管等纸质食品接触材料也可能存在氯丙醇等潜在危害。

图1 由ECH生成3-MCPD和1,3-DCP的反应途径[4-5]Fig.1 The reaction pathway for the formation of 3-MCPD and 1,3-DCP from ECH

研究人员已对纸质食品接触材料中氯丙醇的潜在风险予以关注，研究建立了相关的检测方法[5-7]，并对纸质食品接触材料中氯丙醇含量及其在模拟或真实条件下向食品迁移的规律进行了分析和研究[8-13]。PACE等[8]研究发现，盛装饮料的纸盒中1,3-DCP的含量低于0.005 mg/kg，而3-MCPD的含量则高达4.14～9.87 mg/kg；但3-MCPD不会从镀有聚乙烯(polyethylene，PE)薄膜的纸质材料中向所接触食物迁移。MEZOUARI等[9]研究发现，食品包装用纸中1,3-DCP和3-MCPD的含量分别为0.04～3.44 mg/kg和0.41～23.8 mg/kg。BECALSKI等[10]研究表明，3-MCPD在大多数纸质食品接触材料中均有检出，其含量范围介于茶包中的ng级至白色咖啡滤纸中的μg级；并且从纸盒所盛装的牛奶以及纸杯浸出液中也检测出ng级的3-MCPD。白荣汉[11]对5款 食品接触纸制品在4%乙酸、10%乙醇和异辛烷中的3-MCPD迁移情况进行研究，结果在3种食品模拟物中均未检出3-MCPD。曾莹等[12]对15批次食品接触纸制品中氯丙醇的迁移情况进行研究，结果表明1,3-DCP和3-MCPD迁移的检出率分别为33.3%和53.3%，检出水平分别为2.27～12.04 μg/kg和2.51～183.32 μg/kg。罗序英等[13]对10种食品接触纸制品中3-MCPD和1,3-DCP在不同模拟食品体系中的迁移量进行测定，其中9种样品中检出了3-MCPD，3种样品中检出率1,3-DCP。

目前，关于纸质吸管中氯丙醇的含量及其迁移鲜有报道。因此，本研究旨在对市售纸质吸管中3-MCPD和1,3-DCP的含量进行调查分析，并对其向饮料迁移的情况进行研究，以期为系统评估纸质吸管中氯丙醇的潜在风险提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

20种不同品牌的纸质吸管，加拿大安大略圭尔夫当地市场Amazon或电商平台；用于迁移试验的饮料包括普通饮用水、加味水、澄清苹果汁、瓶装茶饮料等，加拿大安大略圭尔夫市场。标准品3-MCPD、1,3-DCP 以及内标物质d5-3-MCPD、d5-1,3-DCP，加拿大安大略北约克，Toronto Research Chemicals；用超纯水分别配制质量浓度为5 000 μg/mL 的标准品及内标物质母液，4 ℃保存备用；混合标准物质工作液由母液经适当比例稀释获得，现配现用。衍生化试剂N-七氟丁酰基咪唑(N-heptafluorobutyrylimidazole，HFBI)(分析纯)，氯仿(色谱纯)、乙腈(色谱纯)、氯化钠(分析纯)、柠檬酸(分析纯)、乙醇(分析纯)等，加拿大安大略奥克维尔Sigma-Aldrich。

1.2 仪器与设备

Trace 1310气相色谱-串联ISO LT单四级杆质谱，仪器配套的Xcaliber软件操作系统，TG-5MS毛细管色谱柱(60 m × 0.25 mm× 0.5 μm)，以及水平振荡仪、冷冻离心机、超声清洗仪等，加拿大Thermo Scientific公司；825 RN气密注射器，美国Hamilton;其他常规器材，加拿大安大略圭尔夫当地厂商。

1.3 试验方法

1.3.1 纸质吸管中3-MCPD和1,3-DCP含量测定

(1)纸质吸管中3-MCPD和1,3-DCP的提取、富集和衍生化：参照欧盟标准(DIN EN 645—1994:Paper and board intended to come into contact with foodstuffs, preparation of cold water extract)，采用冷水浸提法对纸质吸管中的3-MCPD和1,3-DCP进行提取。将纸质吸管剪成0.5 cm×0.5 cm大小的碎片，取10 g碎片样品装入三角瓶中，往三角瓶中加入150 mL超纯水，旋紧管盖后室温下振荡提取24 h。提取结束后样品于3 500×g离心5 min，取10 mL上清液加入到15 mL尖底旋盖玻璃离心管中，进一步参照CARRO等[14]建立的超声辅助分散液相微萃取方法(ultrasonic assisted dispersive liquid microextraction method, UA-DLLME)对提取液中的3-MCPD和1,3-DCP进行富集和衍生化。往装有10 mL提取液样品的玻璃离心管中加入内标物质d5-3-MCPD和d5-1,3-DCP，使其终质量浓度为20 ng/mL；往离心管中再加入1.8 g氯化钠并使其充分溶解，再快速注入1 010 μL由乙腈、氯仿和HFBI按90∶6∶5体积比现配的混合液并立即振摇15 s；随后将离心管转入到超声清洗仪中，在40 ℃条件下超声处理5 min，处理后样品3 500×g离心5 min；最后用气密注射器将离心管底部的有机相转移到0.2 mL大小的内插管中，内插管置于色谱进样瓶中后于24 h内完成3-MCPD和1,3-DCP的分析检测。每种样品重复处理3次。

(2)3-MCPD和1,3-DCP的GC-MS分析：参照CARRO等[14]建立的方法对3-MCPD和1,3-DCP进行GC-MS分析。以不分流模式进样，进样量为1 μL；以氦气为载气，流速设定为1.0 mL/min；柱温箱升温程序为50 ℃保持3 min，随后以10.0 ℃/min升温至150 ℃并保持10 min，最后以20.0 ℃/min升温至280 ℃并保持5 min，总运行时间为29.5 min；电子能量设置为70 eV，以选择离子监测模式进行质谱检测，衍生物化反应后3-MCPD与1,3-DCP以及相应内标物质的保留时间和定性定量离子如表1所示。用超纯水配制7个标准工作液，其中3-MCPD与1,3-DCP 的质量浓度依次为5、10、20、40、60、80、100 ng/mL，内标物质d5-3-MCPD和d5-1,3-DCP质量浓度均为20 ng/mL。参照上述UA-DLLME和GC-MS方法进行处理和分析后，分别以3-MCPD和1,3-DCP的浓度为横坐标，以相应定量离子峰面积比值(3-MCPD/d5-3-MCPD 和1,3-DCP/d5-1,3-DCP)为纵坐标，绘制标准曲线，用于计算样品中3-MCPD和1,3-DCP的含量。

表1 GC-MS分析时3-MCPD与1,3-DCP的保留时间和定性定量离子Table 1 Retention times, quantitative and qualitative ions for 3-MCPD and 1,3-DCP detection by GC-MS

1.3.2 纸质吸管中3-MCPD和1,3-DCP向饮料迁移研究

参照GB 31604.1—2015《食品安全国家标准食品接触材料及其制品迁移试验通则》，在试管中加入15 mL饮料样品，然后插入纸质吸管(插入深度约为15 cm)，静置一定时间后，移除纸质吸管，往饮料样品中加入内标物质，再参照上述UA-DLLME和GC-MS方法进行3-MCPD和1,3-DCP的富集、衍生化和分析测定。

(1)纸质吸管中3-MCPD和1,3-DCP向饮料迁移的影响因素：试验以超纯水为模拟饮料体系研究了时间(30、60、90 min)和温度(4、25、45 ℃)对迁移量的影响。每种处理重复试验3次。

(2)纸质吸管中3-MCPD和1,3-DCP向市售饮料中的迁移：试验研究了纸质吸管在普通饮用水、加味水、澄清苹果汁、瓶装茶饮料等4种市售饮料中的迁移情况。每种样品重复试验3次。

2 结果与分析

2.1 3-MCPD和1,3-DCP分析检测方法验证

本研究所采用的分析检测方法引用自相关参考文献[14]，所建立的3-MCPD和1,3-DCP标准曲线分别为：Y=0.036 338 9X+0.086 711 7(R2=0.999 6)和Y=0.073 005 3X-0.022 776 2(R2=0.999 3)。试验中进一步通过添加回收试验和灵敏度试验等对该方法的有效性进行了验证，结果如表2所示。在不同样品中该方法的加标回收率为82.5%～108.7%，相对标准偏差为2.6%～7.1%。该方法在纸质吸管基质中3-MCPD 和1,3-DCP的最低检出限[(limit of detection,LOD)，S/N=3]分别为23.5 ng/g和2.8 ng/g，最低定量限[(limit of quantitation,LOQ)，S/N=10]分别为71.2 ng/g和5.2 ng/g；而在各种饮料基质中3-MCPD的LOD和LOQ分别为2.1～15.4 ng/mL和7.0～48.2 ng/mL，1,3-DCP的LOD和LOQ分别介于0.3～1.0 ng/mL和1.0～3.5 ng/mL。上述结果与CARRO等[14]的报道结果相当，说明该方法准确性、稳定性、灵敏度均较好，可满足后续研究。

表2 3-MCPD和1,3-DCP分析检测方法加标回收试验和灵敏度试验结果(n=3)Table 2 Recovery test and sensitivity results of the method for 3-MCPD and 1,3-DCP detection (n=3)

2.2 纸质吸管中3-MCPD和1,3-DCP含量测定

对20种市售纸质吸管中3-MCPD和1,3-DCP的含量进行测定，结果如表3所示。可见，15#和17～20#样品中2种氯丙醇均未检出；4#样品只检出3-MCPD，而6#和14#样品中只检出1,3-DCP；其余样品中2种氯丙醇均有检出，且3-MCPD含量高于1,3-DCP含量。检出3-MCPD的13种样品(65%)，其含量为(79.0±20.2)～(2 289.6±323.5) ng/g；检出1,3-DCP的14种样品(70%)，其含量为(5.3±0.2)～(104.9±2.8) ng/g。该结果与PACE等[8]、MEZOUARI等[9]以及BECALSKI等[10]针对其他食品接触纸质材料的研究结果相当。综合来看，不同品牌的纸质吸管中3-MCPD和1,3-DCP的含量呈现出较大的差异，这与其原料纸的生产工艺有关，尤其与湿强剂的使用情况有关[15]。目前，我国GB 4806.8—2016《食品安全国家标准食品接触用纸和纸板材料及制品》中对氯丙醇的含量未做明确要求；而GB/T 36420—2018《生活用纸和纸制品化学品及原料安全评价管理体系》中虽对氯丙醇含量提出了要求，但仅要求ECH、1,3-DCP和甲基环戊二烯三者用量之和与总湿强剂用量之比不超过0.7%。在“限塑令”的大背景下，加强食品接触用纸中氯丙醇限量标准的制定势在必行。

表3 20种市售纸质吸管中3-MCPD和1, 3-DCP含量测定结果 单位：ng/g

2.3 纸质吸管中3-MCPD和1,3-DCP向饮料迁移的影响因素

选取3-MCPD含量最高的3#纸质吸管和1,3-DCP含量最高的11#纸质吸管，以超纯水为模拟饮料体系，研究了时间和温度对纸质吸管中氯丙醇迁移量的影响。室温条件下，时间对3#和11#纸质吸管中3-MCPD 和1,3-DCP迁移量的影响如图2所示。3#纸质吸管插入模拟饮料体系30 min后仅有3-MCPD检出，但当迁移时间延长到60 min以上则3-MCPD和1,3-DCP均可检出；11#纸质吸管则在迁移时间为30 min 时即可在模拟饮料体系中检出2种氯丙醇。总体来看随着迁移时间的延长，3-MCPD和1,3-DCP的迁移量均呈增加趋势，因此缩短纸质吸管在饮料中的使用时间是降低氯丙醇摄入风险的有效措施。

当迁移时间固定为30 min时，温度对3#和11#纸质吸管中3-MCPD和1,3-DCP迁移量的影响如图3所示。对于3#纸质吸管，当温度为4 ℃和25 ℃时，其仅有3-MCPD迁移至模拟饮料体系，但温度为45 ℃时，3-MCPD和1,3-DCP均在模拟饮料体系中检出；对于11#纸质吸管，在3个迁移温度下均检出2种氯丙醇。总体来看随着迁移温度的上升，3-MCPD和1,3-DCP的迁移量也均呈增加趋势，因此避免在过高温度下使用纸质吸管是降低氯丙醇摄入风险的另一有效措施。

a-3-MCPD；b-1,3-DCP迁移量图2 时间对2种纸质吸管中3-MCPD和1,3-DCP迁移量的影响Fig.2 Impact of time on the migration of 3-MCPD and 1,3-DCP from two paper straws

a-3-MCPD；b-1,3-DCP迁移量图3 温度对2种纸质吸管中3-MCPD和1,3-DCP迁移量的影响Fig.3 Impact of temperature on the migration of 3-MCPD and 1,3-DCP from two paper straws

2.4 纸质吸管中3-MCPD和1,3-DCP向市售饮料中的迁移

设定迁移温度为室温，迁移时间为30 min，对15种检出3-MCPD和(或)1,3-DCP的市售纸质吸管在普通饮用水、加味水、澄清苹果汁、瓶装茶饮料等4种典型饮料中的氯丙醇迁移情况进行了研究，结果如表4所示。

表4 市售纸质吸管中3-MCPD和1,3-DCP向饮料迁移情况测定结果 单位：ng/mL

在60个处理中有10个处理检出3-MCPD的迁移，总体检出率为16.7%，具体情况为：3#纸质吸管在4种饮料体系中均检出3-MCPD的迁移，迁移量为(52.0±1.3)～(60.5±1.0) ng/mL；4#纸质吸管在普通饮用水、加味水和瓶装茶饮料中检出3-MCPD的迁移，迁移量介于(39.5±1.1)～(41.0±0.6) ng/mL；2#、10#和11#纸质吸管在普通饮用水体系中也检出3-MCPD的迁移，迁移量为(7.8±0.3)～(9.3±0.4) ng/mL。有8个处理样品检出1,3-DCP的迁移，总体检出率为13.3%，具体情况为：11#和12#纸质吸管在4种饮料体系中均检出1,3-DCP的迁移，迁移量为(2.9±0.3)～(8.4±0.8) ng/mL。本研究结果中3-MCPD和1,3-DCP迁移的整体检出率与曾莹等[12]和罗序英等[13]针对其他纸质食品接触材料的研究报道结果相比更低低，可能是由于纸质吸管通常在内部进行了镀膜处理，进而可阻隔氯丙醇向饮料体系迁移[8]。目前，尚未有关于饮料中氯丙醇残留限量的规定，但我国GB 2762—2017《食品安全国家标准食品中污染物限量》中规定3-MCPD在添加有acid-HVP的固态和液态调味品中最大残留限量分别为1.0 mg/kg和0.4 mg/kg，澳大利亚和新西兰政府则规定酱油等调味品中1,3-DCP的最大残留限量为0.005 mg/kg[1]。上述检出有氯丙醇迁移的饮料样品中，3-MCPD质量浓度均未超出上述限量标准，但部分样品的1,3-DCP质量浓度超过了0.005 mg/kg。考虑到在实际使用过程中纸质吸管与饮料的接触面积会逐步减少，且一份饮料的体积通常会远多于本试验所建迁移体系中的15 mL，可推测在实际条件下纸质吸管接触的饮料中氯丙醇的迁移量会更低。但由于饮料的摄入量通常也会远高于调味品，有必要对纸质吸管中氯丙醇的潜在风险做进一步的系统评估。

3 结论

本研究采用冷水提取法对纸质吸管中的氯丙醇进行提取，并参照文献报道的相关方法对市售纸质吸管中3-MCPD和1,3-DCP的含量以及向饮料迁移的情况进行研究。在检测的20种纸质吸管中，13种样品(65%)检出3-MCPD，其含量为79.0～2 289.6 ng/g，14种样品(70%)检出1,3-DCP，其含量为5.3～104.9 ng/g。随着时间延长和温度上升，纸质吸管中3-MCPD和1,3-DCP向饮料迁移的量呈增加趋势；在温度为室温、时间为30 min时，3-MCPD迁移的总体检出率为16.7%，迁移量为7.8～60.5 ng/mL，1,3-DCP的总体检出率为13.3%，迁移量为2.9～8.4 ng/mL。关于纸质吸管中氯丙醇的潜在风险，有必要开展进一步的系统评估。