陈燕芬,钟怀宁,胡长鹰,,*,王志伟,王志元,梁金玲,韩巧淋

(1.暨南大学 食品科学与工程系,广东广州 510632;2.广东出入境检验检疫局检验检疫技术中心,广东广州 510623;3.广东省普通高校产品包装与物流重点实验室,广东珠海 519070)



PVC密封圈中环氧大豆油向食品模拟物迁移量的测定

陈燕芬1,钟怀宁2,胡长鹰1,3,*,王志伟3,王志元2,梁金玲2,韩巧淋2

(1.暨南大学 食品科学与工程系,广东广州 510632;2.广东出入境检验检疫局检验检疫技术中心,广东广州 510623;3.广东省普通高校产品包装与物流重点实验室,广东珠海 519070)

建立了气相色谱-质谱法(GC-MS)对食品玻璃包装瓶盖聚氯乙烯(Polyvinyl chloride polymer,PVC)密封圈中环氧大豆油(Epoxidized soybean oil,ESBO)向食品模拟物迁移量的检测方法。以蒸馏水和橄榄油为模拟物,在40℃条件下浸泡瓶盖240h,经甲酯化和衍生化,以11,14-二环氧二十烷酸乙酯为内标物,通过测定环氧亚油酸(18∶2 2E)衍生物的含量,进而定量测定ESBO的迁移量。结果表明:ESBO在 0.5～50.0mg/kg的浓度范围内线性关系好,R2大于0.993,回收率在92.8%～103.9%之间,RSD为0.9%～8.0%(n=6),检出限(LOD)为0.2mg/kg,定量限(LOQ)为0.5mg/kg,方法精密度好,灵敏度高,定性定量准确。最后,应用其对24种不同PVC密封圈中的ESBO迁移量进行测定,水基模拟物中ESBO的迁移量符合法规EC 10/2011限量,而在油脂模拟物中测得含量在0.7～501.8mg/kg之间,其中7种超过了限量要求。

环氧大豆油(ESBO),食品接触材料,气相色谱-质谱法,食品模拟物,迁移量

玻璃罐头通常用于果酱、蜂蜜和腌制类食品的包装,其瓶盖中的聚氯乙烯(Polyvinyl chloride polymer,PVC)密封圈含有25%～45%的增塑剂,种类繁多[1],其中环氧大豆油(Epoxidized soybean oil,ESBO)作为一种稳定低毒的物质,在增塑剂中占有很大的比重[2-3]。ESBO是一种混合甘油三酯,可作增塑剂和稳定剂,易溶于各种有机溶剂[4],与PVC树脂相容性好,是国际认可的食品包装材料助剂[5-6]。但过量的ESBO迁移到食品中,就会对消费者的健康造成危害。1997年,欧盟食品科学委员会(The EU Scientific Committee on Food,SCF)指定ESBO的日耐受量(Tolerable daily intake,TDI)为1mg/kg(b.w.)[7]。欧盟塑料食品接触材料法规EC 10/2011规定,ESBO的特定迁移限量(Specific migration limit,SML)为60mg/kg,婴儿食品中ESBO的SML不得超过30mg/kg[8]。

目前,Castle等[9]已建立了气相色谱-质谱联用法(GC-MS)、Biedermann-Brem等[10]建立了气相色谱法(GC-FID)、Fankhauser-Noti等[11]建立了高效液相气相色谱联用法(HPLC-GC-FID),用于测定食品中ESBO的含量,检测对象多为奶酪、蛋糕、调味酱等各类食品[10-14]。本课题组已建立了对食品模拟物中ESBO的GC-MS法(SN/T 3549-2013[15])检测方法,本论文在此基础上针对市场上多种食品玻璃包装瓶盖中的PVC密封圈进行考察,判断其安全性。这对有效应对国外技术壁垒,提升食品接触材料中ESBO的风险评估和安全管理具有十分重要的意义。

1 材料与方法

1.1 样品来源

样品均购于本地超市,为装有调味酱(9种)、果酱(7种)、腌制蔬菜(3种)、蜂蜜(3种)、饮料(2种)等五类食品的马口铁旋盖玻璃瓶,每种样品为同品牌同批次。

1.2 仪器与试剂

Agilent 7890A-5975C气相色谱-质谱仪、7683自动进样器 美国Agilent公司;D-91126 涡旋混匀器 德国Heidolph Reax top公司;Turbo Vap LV吹氮浓缩仪 美国Caliper公司;WNB14 水浴振荡摇床 德国Memmert公司。

环氧大豆油(0.997g/mL)、柠檬酸氢二钠(纯度不低于99%)、甲醇钠(98%)、环戊酮(99%)(上海安谱科学仪器有限公司);甲醇,色谱纯(上海赛默飞世科技(中国)有限公司);11,14-二环氧二十烷酸乙酯(98%)、异辛烷(色谱纯)(广州百灵威科技有限公司);三氟化硼乙醚络合物、正己烷(分析纯)(广州化学试剂厂);欧丽薇兰特级初榨橄榄油(上海嘉里食品工业有限公司),符合GB/T 23296.1-2009[16]的特性要求;蒸馏水。

配制的溶液:2mol/L氯化钠水溶液;0.02mol/L甲醇钠/甲醇溶液;10%(w/w)柠檬酸氢二钠水溶液。

10g/L ESBO标准储备液:准确称取1.000g ESBO至100mL容量瓶中,用乙酸乙酯定容至刻度,摇匀。

2500mg/L ESBO标准中间溶液:准确移取2.5mL的ESBO标准储备液于10mL容量瓶中,用乙酸乙酯定容,摇匀。

5000mg/L 11,14-二环氧二十烷酸乙酯内标溶液:准确称取0.5000g 11,14-二环氧二十烷酸乙酯于100mL容量瓶中,用乙酸乙酯定容至刻度。摇匀。

配制的标准溶液及内标溶液在-20～8℃条件下避光保存,待用。

1.3 实验原理

ESBO是甘油三脂混合体,其中含有25%环氧油酸(18∶1 E)、53%环氧亚油酸(18∶2 2E)和7%环氧亚油酸(18∶3 3E)以及棕榈酸和硬脂酸等,因此直接进行仪器测定十分困难,可通过测定其中含量最高的环氧化亚油酸(18∶2 2E)来定量ESBO[12,17]。本实验在Castle等[9]和Ezerskis等[13]方法的基础上,以11,14-二环氧二十烷酸乙酯为内标物,对甘油三酯进行酯交换,将游离出来的环氧亚油酸(18∶2 2E)衍生化,进而对食品模拟物中的ESBO进行定量测定。

1.4 测试样品的制备与处理

空白试样:蒸馏水,精炼橄榄油。

处理前样:根据GB/T 23296.1-2009[16],40℃的条件下,用蒸馏水、橄榄油分别浸泡食品玻璃包装瓶盖PVC密封圈240h,即为测试样品,0～4℃条件下避光保存,备用。

试样的处理[15]:

准确移取水基模拟物5.00mL于离心管中,加入5mL乙酸乙酯进行萃取,涡旋振荡,在4000r/min下离心3min,获取上清液,萃取三次,合并溶液,经氮吹仪挥干溶剂(对于油脂模拟物无需进行萃取,直接准确移取5.00g样品于离心管中)。向离心管中加入50μL 5000mg/L的11,14-二环氧二十烷酸乙酯内标液,涡旋振荡,再加入4mL 0.02mol/L甲醇钠溶液,于60℃下甲酯化2h。冷却至室温,加入5mL正己烷和5mL 10%柠檬酸氢二钠溶液,混匀,在4000r/min下离心3min,获取有机相,氮吹挥干溶剂,再依次加入2mL异辛烷、1.5mL环戊酮和0.5mL三氟化硼乙醚络合物进行衍生化,30s后加入5mL 2mol/L的氯化钠溶液混匀,停止衍生化反应,离心获取上清液,用异辛烷定容于5mL的容量瓶,即为待测样品,其反应过程如图1所示。

图1 ESBO反应过程图Fig.1 ESBO reaction process diagram

1.5 GC-MS条件

色谱柱为HP-5MS,30m×0.25mm×0.25μm石英毛细管柱(美国Agilent公司),升温程序由130℃以25℃/min升温至 275℃保持16min,进样口温度250℃,四极杆温度150℃,离子源温度(EI)230℃,电子能量70eV,载气(He)流速35cm/sec,不分流进样,进样量:1μL,扫描方式为选择离子扫描(SIM)。选择离子:目标物:m/z 309(定量离子),m/z 277;内标物:m/z 377(定量离子),m/z 305。

1.6 标准曲线的绘制

水基模拟物标准溶液:分别准确量取0.02,0.20,0.40,1.00,1.60,2.00mL环氧大豆油标准中间液至100mL容量瓶中,用蒸馏水定容,制得ESBO的浓度分别为0.5、5、10、25、40、50mg/L的系列标准溶液。

油脂模拟物标准溶液:准确称取10.00g橄榄油,分别移入2,40,80,120,160,200μL ESBO标准中间液混匀,获得浓度分别为0.5、10、20、30、40、50mg/kg的系列标准油样。

将配制好的标准溶液,按照1.4操作后测定,重复6次,取平均值。以ESBO中环氧亚油酸衍生物(epoxy linoleic acid derivatives)浓度与内标物浓度的比值为横坐标,ESBO衍生物与内标物峰面积比值为纵坐标,绘制标准曲线。

按式(1)计算回归参数:

式(1)

式中:As:标准溶液中环氧大豆油色谱峰的峰面积;Ais:标准溶液中内标物色谱峰的峰面积;Cs:标准溶液中环氧大豆油的浓度(mg/kg或mg/L);Cis:标准溶液中内标物的浓度(mg/L);a:回归曲线的斜率;b:回归曲线的截距。

按式(2)计算试样中ESBO的含量:

式(2)

2 结果与讨论

2.1 食品模拟物和迁移条件的选择

食品接触材料在使用过程中可能发生传质作用,使材料中的物质迁移到食品中,从而对食品造成污染。根据考察,PVC密封圈用于各类食品的包装,其内容物含有相当比例的脂肪和水,有的脂肪含量甚至超过净重的50%,如橄榄油调味酱、炸酱面酱等。另外,食品玻璃包装材料多于常温条件下储存,所以根据GB/T 23296.1-2009[16]的具体要求,实验选用蒸馏水及橄榄油作为测试的食品模拟物,迁移条件为40℃下,浸泡240h。

2.2 GC-MS条件的选择

油脂中的脂肪酸经前处理得到甲酯化和衍生化,通过色谱调节,可将其中的环氧亚油酸衍生物与其他衍生化物分开。选择较大、相对丰度较高的碎片:m/z 309,m/z 277(环氧亚油酸衍生物),m/z 337,m/z 305(内标衍生物)作为SIM模式选择离子进行GC-MS的测定(图2,图3)。

在优化后的条件下进行测定,由图4可知,环氧亚油酸衍生物与内标衍生物得到了很好的分离,且在其保留时间范围内干扰峰较少,测定结果准确度更高。

图2 环氧亚油酸衍生物选择离子质谱图Fig.2 Mass spectra of epoxy linoleic acid derivatives

图3 内标衍生物选择离子质谱图Fig.3 Mass spectra of Internal standard derivation

图4 环氧亚油酸和内标物的衍生化物总离子色谱图Fig.4 Total ion chromatogram of epoxy linoleic acid derivatives and internal standard derivations

2.3 衍生化产物

经过酯交换后,环氧亚油酸(18∶2)甲酯及内11,14-二环氧二十烷酸甲酯被环戊酮衍生化后,分别生成一对含量基本相同的非对映同分异构体:18∶2 2E1和18∶2 2E2、20∶2 2E1和20∶2 2E2。在上述检测条件下,其保留分别时间为:13.85min(18∶2 2E1)、14.43min(18∶2 2E2)、18.64min(20∶2 2E1)、19.54min(20∶2 2E2)。可选定非对映同分异构体中一种进行定量,本文选定20∶2E2作为定量的内标峰。ESBO衍生化物的分子式为C29O6H50,分子量494,结构式见图1,内标衍生物的分子式为C31O6H54,分子量522,结构式见图5。

表1 ESBO在食品模拟物中的加标回收率和标准偏差(n=6)Table 1 Recoveries and RSDs of ESBO in olive oil(n=6)

注:*ESBO(18∶2 2E1):根据18∶2 2E1计算得到ESBO的浓度。

表2 食品模拟物中ESBO含量的测定结果Table 2 The results of quantitative analysis of ESBO in olive oil

图5 内标物衍生化物结构式Fig.5 Internal standard derivation structure

注:*BDL:低于检出限，“-”没有检出。2.4 方法的线性方程、检出限与定量限测定

经检测分析得,18∶2 2E1、18∶2 2E2在水基模拟物中对应的标准曲线分别为:y=0.3213x+7.18×10-3,y=0.3329x+7.18×10-3,相关系数分别为:0.9941,0.9935;在橄榄油模拟物中对应的标准曲线为:y=0.2752x+9.080×10-3,y=0.2780x+9.537×10-3,相关系数为 0.9973,0.9981,可见ESBO在 0.5～50mg/kg浓度范围内线性关系良好。

在不含目标物的模拟物中添加不同浓度的ESBO标样,进行检出限和定量限测定,根据特征离子峰信噪比S/N≥3、S/N≥10,得到方法在水基和油脂模拟物中的检出限(LOD)和定量限(LOQ)均分别为0.2、0.5mg/kg。

2.5 方法的回收率和精密度测定

向不含待测目标物的模拟物中分别添加低、中、高三个水平的标样,进行回收率和精密度实验,每个浓度重复测定6次,对结果进行分析,结果如表1,计算得加标回收率在92.8%～103.9%之间,相对标准偏差(RSD)为0.9%～8.0%,表明方法具有良好的准确性。

2.6 实际样品的检测

利用该方法对24种食品玻璃瓶盖PVC密封圈中的ESBO迁移量进行测定,每个样品平行测定3次,取平均值,结果如表2所示。

由表2可知,在水基模拟物中,仅有三种样品被检出,且含量较低,均符合60mg/kg的法规限量。而对于橄榄油模拟物,24种PVC密封圈中ESBO的迁移量有7种(29.2%)超过了欧盟法规的限量,其中最大迁移量可达501.8mg/kg,为法规限量的8.4倍。这可能是由于ESBO和食用油的结构相似,因而与其他类型的食品模拟物相比,橄榄油模拟物对ESBO具有更强的抽提效果,从而促进ESBO的迁移。

目前,国内生产该类瓶盖的企业繁多,虽所获样品的产家尚不明确,但由结果可见,将PVC密封圈用于水基类食品的包装安全性较高,而对于油脂类食品,存在较大的安全风险。

3 结论

目前,玻璃瓶广泛的应用于各类食品的包装,而其PVC密封圈中的增塑剂ESBO可能迁移到接触的食品中,给消费者带来安全隐患。

本文以蒸馏水和橄榄油为食品模拟物,经甲酯化和衍生化后,以11,14-二环氧二十烷酸乙酯为内标物,建立了食品玻璃包装瓶盖PVC密封圈中ESBO向食品模拟物迁移量的GC-MS法。结果表明,该方法精密度好,灵敏度高,定性定量准确,适用于食品接触材料中ESBO迁移量的检测。最后,应用其对市场上24种样品的迁移量进行检测,测得在橄榄油模拟物中有7中超过了欧盟法规的限量,最大可达限量的8.4倍,而在水基模拟物中的ESBO均低于法规限量。可见将含ESBO的玻璃瓶用于水基类食物的包装,安全性较高,而用于油脂类食品的包装则存在较大的安全隐患,应减少其使用或寻求新的替代物,本课题也将对此做更深入的研究。

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Migration of epoxidized soybean oil fromPVC gaskets to food simulants

CHEN Yan-fen1,ZHONG Huai-ning2,HU Chang-ying1,3,*,WANG Zhi-wei3,WANG Zhi-yuan2,LIANG Jin-ling2,HAN Qiao-lin2

(1.Department of Food Science and Engineering,Jinan University,Guangzhou 510632,China;2.Guangdong Inspection and Quarantine Technology Center,Guangzhou 510623,China;3.Key Laboratory of Product Packaging and Logistics of Guangdong Higher Education Institutes,Zhuhai 519070,China)

A method was developed for determination of the migration of epoxidized soybean oil(ESBO)from PVC gaskets of glass jars in food simulant by gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS). The gaskets were exposured to distilled water and olive oil at 40℃ for 240h,and ESBO was treated by methyl esterification and derivatization. Ethyl 11,14-diepoxyeicosanoate was used as internal standard to determine the epoxy linoleic acid in ESBO for ESBO quantification by GC-MS. The results showed the calibration curves of ESBO was linear in the range of 0.5～50mg/kg with correlation coefficients not less than 0.993. The spiked recoveries at different spiked levels were in the range of 92.8%～103.9% with relative standard deviations(RSD)of 0.9%～8.0%. The limit of detection(LOD)was 0.2mg/kg and the limit of quantitation(LOQ)was 0.5mg/kg. This method was precise,highly sensitive and accurate,which was applied in determination of the migration of ESBO in food simulants for 24 PVC gaskets. The results showed that the migration of ESBO in distilled water was lower than the regulations of EC 10/2011,but its content was between 0.7～501.8mg/kg and 7 of them exceeded the regulations in olive oil.

epoxidized soybean oil;food contact material;gas chromatography-mass spectrometry;food stimulant;migration

2014-06-13

陈燕芬(1989-)，女，硕士研究生，研究方向：食品包装安全。

*通讯作者:胡长鹰(1968-)，女，博士，教授，研究方向：食品包装安全、功能食品。

国家基金资助项目(21277061)；国家质检总局科技项目(2014IK078)。

TS206.4

A

1002-0306(2015)05-0277-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.05.050