焦 逊, 赵 鹏, 徐龙华, 徐志祥

(山东省食品加工与质量控制重点实验室/山东农业大学食品科学与工程学院,山东泰安 271018)

聚氯乙烯(polyvinyl chloride,PVC)薄膜是目前使用最广泛的一种包装材料,具有质软、透明度高且价格低等特点,在超市和家庭中常用于新鲜肉制品和果蔬的保鲜储藏[1-2]。由于PVC树脂较硬且脆,在加工时会加入大量增塑剂来改善树脂性能,增加PVC膜的延展性和韧性。邻苯二甲酸酯(phthalate esters,PAEs)因具有良好的树脂相容性、高增塑效率和价格低廉等优点,成为用量最大的增塑剂[3];己二酸二(2-乙 基)己酯(di(2-ethylhexyl)adipate,DEHA)是一种耐寒增塑剂,可赋予制品低温柔软性、耐寒性,常用于食品保鲜膜[4]。增塑剂分子量小且和PVC聚合物并没有化学键结合,在一定条件下极易向食品中迁出,长期积累在人体内会对内分泌系统和生殖系统产生不良影响,甚至有致癌、致畸的可能[5-7]。

食品包装材料中的有害物质会在一定程度上向食品中迁出,目前国内外主要通过模拟物迁移实验来反映食品包装材料接触不同类型食品的迁移水平和安全水平[8-9],并以此建立数学模型对增塑剂的迁移量进行预测。由于组分及其含量的不同,同一种食品对包装材料中增塑剂的浸出能力也有所差异,从而造成模型预测值的偏差。实际迁移研究主要集中在向食用油、饮用水等组成简单且易前处理的均匀液体样品的迁移规律和影响因素上[10-11]。影响增塑剂迁移的因素主要是温度[12-13]和时间[14],而食物组成、微波强度[8]、辐射、pH值等因素也在一定程度上影响迁移量。

目前,虽然已有增塑剂在真实食品中迁移规律的相关报道,但是向组成复杂的肉制品中迁移规律的研究还缺乏一定的实验数据。本研究以邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(di(2-ethylhexyl)phthalate,DEHP)和DEHA增塑剂为对象,研究保鲜膜中增塑剂向新鲜猪肉中的迁移规律和影响因素,获得了不同脂肪含量下的迁移量和增塑剂迁移量预测模型,以期为评估PVC保鲜膜包装食品的安全性提供实验依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

3种PVC保鲜膜购于当地批发市场,1种聚乙烯(polyethylene,PE)保鲜膜、2种PE食品包装袋和新鲜猪肉均购于泰安大润发超市。

邻苯二甲酸二甲酯(dimethyl phthalate,DMP)、邻苯二甲酸二乙酯(diethyl phthalate,DEP)、邻苯二甲酸二异丁酯(di-iso-butyl phthalate,DIBP)、邻苯二甲酸二丁酯(di-n-butyl phthalate,DBP)、邻苯二甲酸丁基苄基酯(butylbenzyl phthalate,BBP)、邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(di(2-ethylhexyl)phthalate,DEHP)、邻苯二甲酸二辛酯(dioctyl phthalate,DOP)、邻苯二甲酸二壬酯(dinonyl phthalate,DNP)、己二酸二(2-乙基)己酯(di(2-ethylhexyl)adipate,DEHA)(纯度≥98%),北京迪马科技有限公司;乙腈、正己烷、丙酮(均为色谱纯),天津市凯通化学试剂有限公司;异辛烷(色谱纯),天津市科密欧化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

GC-2010型气相色谱仪(配有FID检测器),日本岛津公司;DH-6000型电热恒温培养箱,天津泰斯特仪器有限公司;EYEL4型旋转蒸发器,上海爱朗仪器有限公司;QY-75型迁移测试池,广州爱测智能科技有限公司;ProElut PSA型玻璃固相萃取柱(1 g,6 mL),迪马科技有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 色谱条件

色谱柱：Rtx-5弹性石英毛细管色谱柱(30.0 m×0.32 mm ×0.25 μm);载气流量：1.5 mL/min;进样口温度：250℃;FID检测器温度：280℃;升温程序：初始温度60℃保持2 min,以20℃/min升温至220℃保持3 min,以5℃/min升温至280℃保持5 min;分流比：1∶10;进样量1 μL。

1.3.2 保鲜膜中增塑剂含量测定

将待测保鲜膜剪碎至直径小于0.3 cm,称取试样0.05 g(精确至0.000 1 g)于具塞试管中,加入15 mL正己烷,室温下超声提取30 min,残渣重复提取2次。合并提取液,定容至50 mL,0.22μm滤膜过滤,进GC分析。做空白对照实验,实验平行重复3次。

1.3.3 迁移实验

1.3.3.1 全浸泡迁移实验

模拟实验均按照GB/T 23296.1—2009[15]中规定表面积-体积比和温度进行。将PVC保鲜薄膜置于切割板上,使用3 cm×5 cm模板,切割成面积15 cm2的试样,后割成3个1 cm×5 cm的长条。用细铁丝在每个长条两端穿孔,置于50 mL锥形瓶内,加入预先加热或冷却的50 mL异辛烷,盖上塞子。将锥形瓶分别放置于4、20、40℃下,每个温度下均设置几个不同的迁移时间。将模拟液移入圆底烧瓶中,35℃下旋转蒸发至近干,正己烷定容至2 mL,0.22μm滤膜过滤,GC分析。完成3次平行实验,扣除空白。

1.3.3.2 单面迁移实验

将PVC保鲜薄膜置于切割板上,切割成直径大于7.5 cm的圆形保鲜膜平铺于样品盘上,盖好测试池,夹紧上下夹板。量取预先加热或冷却的73.6 mL异辛烷于测试池内并置于4、20、40℃环境下保存,处理步骤同1.3.3.1。

1.3.3.3 实际迁移实验

取脂肪含量高和低的两份新鲜猪肉,搅碎搅匀,用酸水解法测定其脂肪含量,根据所需脂肪含量,将二者按一定比例搅匀,待用。在切割板上切下两片与10 mL烧杯底面积相同(约5.75 cm2)的圆形PVC保鲜膜,其中一片置于烧杯底部。取2.00 g已知脂肪含量的猪肉均匀盖在保鲜膜上,将另一片切好的保鲜膜压紧在猪肉上。分别置于4、20、70℃下处理不同时间后,取出待用。

1.3.4 猪肉中增塑剂的提取与净化

提取：取出两片保鲜膜,用脱脂棉擦拭掉附在薄膜上的油脂与猪肉一并放入25 mL具塞试管中,向试管中加2 mL正己烷和10 mL乙腈,超声20 min。重复该提取步骤,合并两次提取液,4 000 r/min离心10 min。取下层清液在40℃下氮气吹干,加入2 mL正己烷,震荡摇匀,固相萃取柱净化。

净化：依次向固相萃取小柱中加入5 mL丙酮,5 mL正己烷,活化柱床;加入待净化液,流速控制在1 mL/min内,收集洗出液;依次向小柱加入5 mL正己烷、5 mL 4%丙酮-正己烷溶液,收集流出液。合并两次收集的流出液,于40℃的水浴条件下用氮气吹干后,用正己烷定容至1 mL。0.22μm滤膜过滤,GC待测。完成3次平行实验,扣除空白。

2 结果与讨论

2.1 线性关系和检出限分析

本实验采用外标法定量,以各化合物峰面积为纵坐标,质量浓度为横坐标绘制9种增塑剂标准曲线,线性方程、线性范围检出限(limits of detection,LOD)及相关系数(R2)见表1。各化合物均有良好的线性关系,相关系数均大于0.999。该方法的最低检出限(S/N=3,LOD)在0.020～0.036 mg/kg,低于欧盟和我国规定DEHP、DBP、BBP、DEHA的最低检出限(1.5、0.3、30、18 mg/kg)[16],满足分析检测要求。

2.2 回收率和重复性验证

为了验证方法的准确度,对异辛烷和猪肉进行9种增塑剂在0.5 mg/L和2 mg/L水平的添加回收实验,每个水平重复3次。其中,异辛烷中的回收率为76.82% ～113.60%,相对标准偏差 RSD为1.22%～4.73%;猪肉中的回收率为76.42% ～123.10%,RSD为1.44%～8.75%。该方法的准确度和精密度符合分析要求。

2.3 市售包装材料中增塑剂含量分析

本研究选择的两种材质的保鲜膜、保鲜袋共6个样品,其中5种样品检出增塑剂(表2)。由检测数据可知,PVC保鲜膜中增塑剂含量远大于PE材质,这是由于聚氯乙烯原料质地较硬,需要加入大量增塑剂来提高其柔软度。3种PVC膜均检出DEHP和DEHA,质量浓度范围为123.07～498.98 mg/kg和231.02～246.38 g/kg。生产厂家选择添加耐寒性优良的DEHA与DEHP复配使用,既满足实际生产需要又降低成本。虽然二者含量低于GB 9685—2016[16]中规定的最大使用量5%和35%,但接触脂类食品仍能对食品造成污染,其潜在的威胁仍不能小觑。此外,6种包装材料中均未检出DMP、DEP、DIBP、DBP、DNP、DNOP。 由于 1#PVC 保鲜膜两种增塑剂均较高,因此选择1#保鲜膜进行后续迁移实验。

表1 9种增塑剂线性方程、线性范围、检出限和相关系数Tab.1 Linear equations,linear ranges,limits of detection,and regression coefficients of 9 kinds of plasticizers

表2 6种常见包装材料中增塑剂含量Tab.2 Contents of plasticizers in 6 kinds of packing materials

2.4 PVC保鲜膜中增塑剂向猪肉的迁移分析

图1 不同温度下PVC保鲜膜中DEHP向猪肉中的特定迁移量Fig.1 Migration behavior of DEHP from PVC wrap to pork at different temperatures

图2 不同温度下PVC保鲜膜中DEHA向猪肉中的迁移量Fig.2 Migration behavior of DEHA from PVCwrap to pork at different temperatures

选择1#PVC保鲜膜中DEHP和DEHA为考察对象,测定4、20、70℃三个温度下不同脂肪含量猪肉中迁移量随时间的变化,同时比较单面迁移和全浸泡迁移两种接触方式的异辛烷模拟实验,结果如图1和图2。图1、图2结果表明：在同一温度下,猪肉和异辛烷模拟液迁移的初期曲线斜率最大,说明增塑剂迁移的速率最大;随着时间的推移,伴随着迁移量的增大,曲线斜率变小,直至迁移达到平衡斜率为零,说明迁移速度逐渐变慢。这是由于在迁移初期膜/肉两相中增塑剂浓度差最大,此时扩散驱动力最大,迁移速率最大;随着肉表面增塑剂的积累,浓度差减小,膜/肉两相的迁移逐渐达到平衡,迁移量不再增加。温度越高,猪肉和异辛烷中增塑剂的迁移平衡时间越短,说明迁移速率变大,这主要得益于较高温下分子热运动加剧。DEHP在高中低3个温度下的平衡时间为1、12、60 h,而DEHA则是1.5、15、70 h。二者的差异一方面可能是由于两种增塑剂的结构不同,DEHA的分子链更长,不易迁出;另一方面可能与两种增塑剂的溶解度不同有关。

增塑剂在不同脂肪含量猪肉中的迁移规律也有差异。在相同的接触条件下,不同脂肪含量的迁移趋势和平衡时间基本相同,但平衡时的最大迁移量不同,脂肪含量高的猪肉迁移量大。由此可知,脂肪含量对平衡时最大迁移量影响较大。DEHP在高、低两个脂肪含量的猪肉中迁移量分别为12.36～13.30μg/dm2和11.06～11.46μg/dm2;增塑剂 DEHA在高、低两个脂肪含量的猪肉中迁移量则分别是8.82～9.99 mg/dm2和7.36～7.75 mg/dm2。 经换算,DEHP和DEHA两种增塑剂迁移平衡时的最低迁移量分别为0.64 mg/kg和423.20 mg/kg,其中DEHA超过了GB 9685—2016中对食品接触材料规定的特定迁移量18 mg/kg。

单面迁移和全浸泡迁移虽采用了相同的表面积-体积比,但由于全浸泡迁移膜两侧均发生迁移,在平衡时全浸泡迁移量显著高于单面迁移方式。厚度较薄的包装材料,选择与食物实际接触的一面进行模拟实验更符合实际情况。

3 结 论

建立了9种增塑剂的固相萃取-气相色谱检测方法。方法的最低检出限为0.020～0.360 mg/kg,加标回收率为76.42% ～123.10%,满足分析测试要求。两种接触方式的模拟实验迁移量与不同脂肪含量的猪肉迁移量各不相同,不能很好地反映增塑剂从PVC保鲜膜向脂肪含量变化大的猪肉中迁移的含量。猪肉迁移实验中,在一定条件范围内,时间越长增塑剂迁移量越大,温度越高迁移速率越大。脂肪含量与迁移达到平衡时的最大迁移量呈正相关关系。