包装材料中三种抗氧化剂的快速检测

李浩峰 李忠海 王利兵 黎继烈 张 慧

（1.中南林业科技大学食品科学与工程学院，湖南 长沙 410004；2.湖南出入境检验检疫局技术中心，湖南 长沙 410004；3.食品安全科学技术湖南省重点实验室，湖南 长沙 410004）

抗氧化剂2，6－二叔丁基对甲基苯酚（BHT）、丁基羟基茴香醚（BHA）、特丁基对苯二酚（TBHQ）是重要的通用型酚类抗氧化剂，可作为塑料、橡胶等多种材料的优良防老剂，其作用是延缓聚合物材料因氧化而造成的褪色、硬化、丧失光泽或透明［1，2］。然而，此类化学合成抗氧化剂在食品和药品包装材料中的使用，对人体的健康会产生潜在的危害。近年来，美国食品与药品管理局（FDA）、欧盟委员会（EC）和中国开展的包装材料化学物迁移理论与试验的大量研究结果［3，4］表明，塑料包装材料中的加工助剂有可能迁移入食品和药品中。而酚类抗氧化剂作为环境雌激素的一类，可以在人体内蓄积。已有研究［5－7］表明，大剂量的BHA可致癌，BHT有抑制人体呼吸酶活性的嫌疑，而TBHQ对人体的肝、脾、胃均有不利影响，因而此类抗氧化剂在食品和药品包装材料中的添加量日益引起关注并受到严格的控制。中国国标［8］规定，抗氧化剂BHA、BHT和TBHQ在包装材料中的最大添加量不得超过0.5%；欧洲药典［9］规定，抗氧化剂在聚合物中的添加量不得超过0.3%。

目前针对包装材料中抗氧化剂的检测方法主要有气相色谱法、液相色谱法和薄层色谱法3种。如姜晓辉［10］采用GC－MS法测定了塑胶食品与药品包装材料中的BHT，方法的检出限为0.1mg／kg，回收率为90.0%～96.6%；李小梅等［11］采用高效液相色谱法测定了塑料包装材料中的BHA、BHT和Irganox1076，检出限在0.3～0.4mg／kg，平均回收率分别为75.8%～108.7%；Soheila Honary等［12］采用薄层色谱法测定了聚合物容器中的BHT和Irganox 1010，回收率在77.2%～97.9%。通过对以上3个研究进行对比可以得出，气相色谱法在低分子量抗氧化剂（如BHT）的检测中比其它两种方法有着操作便捷、分离效果好、灵敏度高的优势。尽管中国对食品中抗氧化剂有着明确的检测标准，但目前还没有专门针对包装材料中抗氧化剂测定的相关标准法规。而在之前对包装材料中抗氧化剂检测的研究中，前处理方法大多采用的是传统的回流提取法、索氏提取法或超声萃取法，提取时间长，回收率较低，且研究对象主要针对的是食品包装材料，而且对食品和药品包装材料中BHA、BHT和TBHQ 3种抗氧化剂快速提取与检测的研究目前还处于空白。本试验以微波辅助萃取法（MAE）为前处理方法，采用气相色谱检测法（GC－FID），通过对MAE和色谱条件的优化同时测定了食品和药品包装材料中的BHA、BHT和TBHQ，为食品和药品包装材料中抗氧化剂含量的控制提供了一种灵敏、快速、准确的检测方法。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料与试剂

二丁基羟基甲苯（BHT）、丁基羟基茴香醚（BHA）、特丁基对苯二酚（TBHQ）：纯度均≥99%，美国Sigma－Aldrich公司；

聚丙烯膜（PP）：厚度0.5mm，3种抗氧化剂含量均为0.5%，湖南工业大学；

输液瓶、输液袋、塑料碗、塑料杯：材质聚丙烯PP，市售；

保鲜膜：材质聚乙烯PE，市售；

环己烷、异丙醇：分析纯，国药集团化学试剂有限公司；

甲醇：色谱纯，德国Merck公司。

1.1.2 主要仪器设备

气相色谱仪：GC－2010plus型，日本岛津公司；

微波萃取仪：cw－2008型，上海科哲生化科技有限公司。

1.2 方法

1.2.1 抗氧化剂的提取（微波辅助萃取）样品经温水洗涤晾干后，剪成约0.5cm×0.5cm的碎片，称取2g于125mL微波萃取瓶中，加入环己烷和异丙醇的混合液（1∶3，V／V）共50mL。在室温的条件下（约25℃），首先在13W的微波功率下35s内升温到80℃，然后在80℃的条件下恒温萃取15min，磁力搅拌转速为100r／min。提取完毕待萃取瓶冷却，收集提取液，进气相色谱分析。MAE条件的优化采用单因素分析法，分别考察溶胀剂比例（10%～40%，固定参数为温度80℃，时间15min）、提取温度（50～120℃，固定参数为溶胀剂25%，时间15min）和提取时间（5～30min，固定参数为温度80℃，溶胀剂25%）3个参数对回收率的影响。

1.2.2 抗氧化剂的分离和测定（GC－FID条件）色谱柱Rtx?－5毛细管柱（30m×0.25mm，0.25μm）；柱温升温程序：初始温度60℃，保持1min，以20℃／min速率升至180℃，保持1min，以5℃／min速率升至200℃，保持3min；进样口温度：250℃；检测器温度：250℃；进样量1μL，分流比20∶1；载气（高纯氮气）流速1.0mL／min。

2 结果与讨论

2.1 样品前处理方法的优化

以聚烯烃为原材料的食品和药品包装材料，其分子链堆砌比较紧密，分子间相互作用力较强，所以溶剂分子不易渗入聚合物内部将目标物提取出来。因此在选择抗氧化剂提取剂时，除了要充分考虑溶剂对抗氧化剂的溶解能力外，还要选择能溶胀高分子材料的溶胀剂。根据文献［13～15］和预试验证明，环己烷为聚合物溶胀剂，可以使聚烯烃的分子链溶胀，打开溶剂的萃取通道，而异丙醇等溶剂则对目标物质有着较好的溶解度。所以本试验以环己烷和异丙醇的混合溶剂为提取剂，采用微波萃取法提取了食品和药品包装材料中的抗氧化剂。

在微波萃取中，溶胀剂的比例、提取温度和提取时间对试验结果有着显著的影响。本试验以抗氧化剂含量已知的聚丙烯膜为标准样品，研究不同提取条件对抗氧化剂回收率的影响。由图1可知，当溶胀剂比例为25%时，4种抗氧化剂的回收率均达到最大。当溶胀剂比例大于25%时，会造成部分聚合物在提取的过程中溶解，结晶结构塌陷，从而将目标物包裹其中而不易被提取出来［16］；由图2和3可知，当温度大于80℃或是时间长于15min时，抗氧化剂因氧化分解而造成的损失增大，导致回收率下降。

图1 溶胀剂比例对抗氧化剂回收率的影响Figure 1 The effect of ratio of swelling agent on the recoveries of antioxidants

2.2 抗氧化剂的分离

由于待测的3种抗氧化剂极性较强，使用弱极性柱（Rtx?－5）可以在较短的时间内出峰。同时为了提高极性相似化合物的分离度，改善化合物的峰形，需要采用程序升温的方法。图4和图5分别为抗氧化剂混合标样的色谱图和空白样品加标的色谱图。由图4可知，在本试验所确定的程序升温条件下，3种抗氧化剂响应值、分离度和峰对称性均较好。

2.3 线性关系与检测限

用甲醇将抗氧化剂的单标溶液稀释成不同质量浓度（5，10，20，50，100mg／L）的混合标准溶液并分别进行色谱分析。以标准溶液的质量浓度对各组分的色谱峰面积作图得到标准曲线，以3倍信噪比（S／N＝3）计算各种抗氧化剂的最低检测限（LOD）。由表1可知，在所测定的范围内，3种抗氧化剂峰面积与质量浓度呈现良好的线性关系，能准确定量。

图2 提取温度对抗氧化剂回收率的影响Figure 2 The effect of extraction temperature on the recoveries of antioxidants

图3 提取时间对抗氧化剂回收率的影响Figure 3 The effect of extraction time on the recoveries of antioxidants

图4 3种抗氧化剂混合标样色谱图Figure 4 Chromatogram of standard antioxidants solution

图5 空白样品加标色谱图Figure 5 Chromatogram of standard antioxidants added in blank samples

表1 3种抗氧化剂的线性关系及其检出限†Table 1 Linear relationships and limits of detection for three antioxidants

2.4 回收率与精密度

准确称取2g不含抗氧化剂的空白样品，添加标准工作液，添加水平分别为125，250，500mg／kg，经微波萃取后进气相色谱分析，每个添加水平平行测定6份样品，计算回收率，结果见表2。3种抗氧化剂的平均回收率在81.0%～95.2%，相对标准偏差在3.1%～6.5%，该结果能满足食品和药品包装材料中抗氧化剂的检测要求。

表2 空白样品中抗氧化剂的添加回收率和精密度Table 2 Recoveries and relative standard deviations（RSDs）of antioxidants spiked in a blank sample

2.5 实际样品检测

应用所建立的方法对常见食品和药品包装材料中的抗氧化剂含量进行检测分析，所有实际样品均随机采购于超市和药房。由表3可知，其中塑料杯中检出含有BHT，含量为6.1mg／kg；保鲜膜中检出含有BHA，含量为8.5mg／kg；输液瓶中检出含有BHT，含量为7.8mg／kg。而TBHQ在5种样品中均未检出。检出样品中均只含有1种抗氧化剂，且含量远低于中国（0.5%）和欧盟（0.3%）的限量标准，符合国内外包装材料中抗氧化剂使用的安全要求。

表3 不同食品和药品包装材料中3种抗氧化剂的添加量†Table 3 Contents of the 3antioxidants in different food and drug packaging materials ／（mg·kg－1）

3 结论

通过对样品前处理方法和色谱条件的优化和改进，建立了食品和药品包装材料中3种抗氧化剂的GC－FID测定方法。该方法简单、快速、灵敏度高，测定结果可靠，重复性好。其中MAE法在80℃的条件下，只需15min即可实现对包装材料中3种抗氧化剂的提取，与传统提取方法（回流提取或索氏提取）相比提取时间快，回收率高，易于实现对大量样品的快速分析。在气相色谱对抗氧化剂的检测中，本试验采用了2段速率不同的程序升温模式，与之前研究［2，6－8］中所采用的恒温或是单一速率的升温模式相比，此种升温模式对极性相似抗氧化剂的分离效果更佳，不仅可以实现对样品中3种抗氧化剂的同时检测，且不易受其它杂质的干扰，测定结果更加可靠。因此，该方法能满足食品和药品包装材料中抗氧化剂检测的分析要求，同时也为其它聚合物包装材料添加助剂的检测提供了有利的参考。

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