纳米银-聚乙烯复合包装中助剂对银向食品模拟物迁移的影响

田海娇，林勤保,,*，郭 捷，李 波，王蓉珍，刘国红，张 林

（1.山西大学化学化工学院，山西 太原 030006；2.暨南大学包装工程研究所，广东普通高校产品包装与物流重点实验室，广东 珠海 519070；3.山西省分析科学研究院，山西 太原 030006）

纳米银-聚乙烯复合包装中助剂对银向食品模拟物迁移的影响

田海娇1，林勤保1,2,*，郭 捷3，李 波2，王蓉珍3，刘国红3，张 林3

（1.山西大学化学化工学院，山西 太原 030006；2.暨南大学包装工程研究所，广东普通高校产品包装与物流重点实验室，广东 珠海 519070；3.山西省分析科学研究院，山西 太原 030006）

为探究纳米银-聚乙烯复合包装中添加剂对纳米银颗粒向食品模拟物迁移的影响，在20、40 ℃和70 ℃条件下分别将空白纳米银聚乙烯复合包装和含有助剂（抗氧化剂1076、抗氧化剂168、光稳定剂622和光稳定剂944）的纳米银聚乙烯复合包装在3 g/100 mL乙酸溶液和体积分数50%乙醇溶液两种食品模拟物中浸泡1～30 h，然后蒸干定容并用电感耦合等离子体质谱测定银的含量。结果表明：食品模拟物中银的加标回收率在84.19%～115.69%之间，相对标准偏差在3.21%～8.75%之间；在8 h内塑料中的添加剂会促进银向两种食品模拟物的迁移；同时银的迁移率会随着迁移温度的升高和迁移时间的增加而增大直至平衡；平衡时， 塑料中的添加剂反而阻碍银向这两种食品模拟物的迁移；银在酸性模拟物中的迁移率大于在酒精类模拟物中的迁移率。

纳米银；复合包装；食品模拟物；塑料添加剂；迁移；电感耦合等离子体质谱

纳米 复合包装材料是指特征尺寸在纳米数量级（通常指1～100 nm）的极细颗粒分散在高分子聚合物中而形成的复合材料[1-2]。近年来，根据不同食品的特性和包装要求，已有多种聚合物基纳米复合材料（如纳米Ag/聚乙烯（polyethylene，PE）类、纳米TiO2/聚丙烯（polypropylene，PP）类、纳米蒙脱石粉/聚酰胺（polyamide，PA）类等）在啤酒、饮料、果蔬、肉类、奶制品等食品的包装应用方面得到了快速发展[3-5]。与传统的普通包装材料相比，纳米包装材料的物理、化学、生物学性能（如阻隔性、可塑性、稳定性、保鲜性、抗菌性等）显著增强[6-9]。然而，在与食品的接触过程中，复合包装中纳米成分可能迁移进入食品，对消费者健康产生影响，甚至引发食品安全问题。关于纳米材料包装中纳米颗粒向食品迁移的动力和趋势及其对人体健康的影响已得到了初步研究证实[10-11]。

纳米银因其显著的抗菌性，被广泛应用于纳米塑料复合食品包装中[12]。但是不同粒度的纳米银颗粒进入人体后会严重毒害细胞，并会经过皮肤细胞渗透对呼吸系统、肝脏和脑部细胞以及生殖干细胞等产生高毒性侵害[13-14]。国内外已对纳米银复合包装中银的含量、检测方法以及迁移过程中时间和温度等影响因素进行了初步研究[15]。Lin Qinbao和Song Huan[16-17]等建立了纳米银塑料中银的微波消解-电感耦合等离子体质谱（inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP-MS）检测方法和两种食品模拟物中银的提取浓缩-ICP-MS测定方法，并在不同时间和温度下进行了纳米银特定迁移实验；黄延敏[18]比较了纳米银在同样的迁移条件下向4种食品模拟物中迁移量，结果表明银在油性模拟物中迁移量最大，在酒精类模拟物中最小；黄凌燕[19]自制并进行了纳米银和纳米TiO2聚乙烯复合塑料并在60 ℃条件下向酸性模拟物的短时间迁移实验，发现其迁移量低于水质中含银毒理指标限量。纳米银塑料复合食品包装在制作过程中会添加抗氧化剂和光稳定剂等化学助剂，它们能有效降低聚合物氧化反应速度、延缓塑料材料老化降解[20-21]，这些助剂对纳米银向食品模拟物的迁移可能产生影响，然而尚未见关于这方面的研究报道。

本实验选取2种纳米银聚乙烯复合塑料（空白纳米银聚乙烯复合塑料和含有助剂（抗氧化剂1076、抗氧化剂168、光稳定剂622和光稳定剂944）的纳米银聚乙烯复合塑料）分别进行不同条件下银的迁移实验，同时测定这两种塑料中银的初始含量，通过比较两种塑料中银的迁移率来研究添加剂对纳米银的迁移影响，为进一步迁移实验以及纳米银保鲜膜的生 产应用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

复合膜材料：纳米银粉末（20 nm） 上海超威纳米科技有限公司；光稳定剂UV783（光稳定剂622和光稳定剂944的复配物） 巴斯夫（中国）有限公司（广州）；抗氧化剂SONOX 900（抗氧化剂1076和抗氧化剂168的复配物） 三丰化工有限公司；纳米银-PE母粒金耀塑胶颜料有限公司；空白聚乙烯塑料、纳米银聚乙烯复合塑料、含有0.2%光稳定剂UV783和0.3%抗氧化剂SONOX900的纳米银聚乙烯 复合塑料 金方圆机械制造有限公司。

HNO3（优级纯）、硫酸（优级纯）和乙酸（分析纯） 北京化工厂；无水乙醇（优级纯） 成都市科龙化工试剂厂；超纯水（18.25 MΩ/cm）由UPHW-I-90T优普超纯水机制得。

1 000 øg/mL银单元素标准溶液 国家有色金属及电子材料分析测试中心；银标准储备液：准确移取1 000 øg/mL银标准溶液0.25 mL用体积分数5% HNO3溶液稀释并定容于25 mL容量瓶中，配制成10 øg/mL银标准储备液，保存在4 ℃冰箱中备用；标准溶液：准确移取一定体积的标准储备液，根据需要用5% HNO3溶液稀释成不同质量浓度的的标准工作液，保存在4 ℃冰箱中备用。

1.2 仪器与设备

NexION 300X电感耦合等离子体质谱仪（配有NexION 调谐液（1.0 øg/L of Indium（In)，Beryllium（Be），Cerium（Ce），Iron（Fe），Lithium（Li），Magnesium（Mg），Lead（Pb），Uranium（U）in 1% HNO3） 美国珀金埃尔默（PerkinElmer）仪器有限公司；DH-101-1S电热恒温干燥箱 天津中环实验电炉有限公司；EG37B微控数显电热板、EHD 20电热消解仪北京莱伯泰科（LabTech）有限公司；UPHW-I-90T优普超纯水机 成都超纯科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 塑料的消解

精确称取0.050 g用超纯水洗净、晾干、剪碎后的塑料于硼硅耐高温玻璃消解罐中，加入6 mL浓硝酸和2 mL浓硫酸并盖上玻璃后放入电热消解仪中消解。消解程序为：在30 min内升到130 ℃保持10 min，再在30 min内升到180 ℃保持150 min，最后在30 min内升到220 ℃。赶酸至剩余约0.5 mL后，将消解液转移至250 mL容量瓶中并用超纯水定容，待ICP-MS测定，同时做空白实验。

1.3.2 迁移实验

欧盟法规10/2011食品接触塑料及容器[22]规定体积分数10%乙醇或蒸馏水、3 g/100 mL 乙酸、20%乙醇和50%乙醇以及植物油分别为水类、酸类、酒精类和油类食品模拟物；我国国家标准GB/T 5009.60—2003《食品包装用聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯成型品卫生标准的分析方法》[23]中用蒸馏水、3 g/100 mL乙酸、65%乙醇和正己烷分别模拟接触水类、酸类、酒精类和油类不同性质食品的迁移情况。本实验为研究助剂对银迁移的影响，选择了3 g/100 mL乙酸和50%乙醇作为食品模拟物，参考欧盟法规（EU）No. 10/2011[22]选用20、40、70 ℃作为迁移温度，实验研究了迁移达到平衡前19个时间段（1～8 h每隔1 h，10～30 h每隔2 h）内两种塑料中银的迁移情况。

实验过程中塑料为单面接触，因此将3种塑料分别剪成3.5 cm×3.5 cm大小若干，放入盛有30 mL食品模拟物的玻璃瓶中，依据国家标准GB/T 5009.60—2003[23]，每平方厘米塑料接触面积加2 mL浸泡液，盖好后放入恒温箱中，进行不同温度和时间下的迁移实验。达到设定的迁移时间后，将玻璃瓶中的塑料膜取出。玻璃瓶置于200 ℃的电热板上，待模拟物蒸至近干，然后转移至25 mL容量瓶中并用5% HNO3溶液定容，待ICP-MS测定，同时做空白实验。

1.3.3 ICP-MS条件

ICP-MS工作参数：测量模式为标准模式；测量方式为跳峰；射频功率1 600.00 W；冷却气（Ar）流量18 L/min；辅助气（Ar）流量1.20 L/min；雾化气（Ar）流量0.93 L/min；蠕动泵转速24 r/min；雾化室温度3 ℃；扫描次数50；重复次数3；延迟时间40 s；停留时间15 s。

1.3.4 统计分析

利用Minitab软件在95%的置信水平下对8 h内两种纳米银塑料中银在相同条件下的迁移率进行配对-t检验。

2 结果与分析

2.1 ICP-MS线性范围、检出限和定量限

选取9个质量浓度（0.20、0.50、1.00、2.00、5.00、10.00、20.00、50.00、100.0 ng/mL）进样绘制标准曲线，结果表明在该范围内线性良好（R2=0.999 9），标准曲线方程为y=6 007.23x＋1 676.41。

按照确定的ICP-MS条件将5% HNO3溶液测定11次，以其结果的标准偏差的3倍计算得到仪器检出限为0.02 ng/mL。根据计算结果添加相应浓度的标准溶液进样，结果其响应值并非3倍标准差。采用相近质量浓度校准法，即以元素较大质量浓度的标准溶液的响应值为准计算元素单位质量浓度的响应值，然后与较小质量浓度的标准溶液的响应值比较，找到该元素的响应值与实际添加质量浓度相符的最小质量浓度。该方法可以直接消除样品污染或者仪器状态的影响，比检测限更能代表仪器的检测能力。分别配制0.04、0.05、0.06 ng/mL的标准溶液进样，得到3种质量浓度条件下的信号值；按照0.05 ng/mL标准溶液的信号值扣除空白后计算得到单位质量浓度的信号值，将0.04 ng/mL标准溶液的信号值扣除空白后与单位信号值相比得到的质量浓度大于实际质量浓度0.04 ng/mL；按照同样方法以0.06 ng/mL标准溶液的信号值为准计算单位质量浓度的信号值，得到0.05 ng/mL质量浓度的标准溶液的信号值与实际相符，因此确定在该条件下仪器的检出限为0.05 ng/mL。将仪器检出限质量浓度3.3倍的标准溶液（0.18 ng/mL）进样，得到响应值信噪比为10，因此仪器定量限为0.18 ng/mL。

在相同的仪器条件下，将空白聚乙烯塑料电热消解，用ICP-MS测定11次，以其测定结果的标准偏差3倍和10倍分别计算得到方法检出限和定量限，根据计算结果添加相应质量浓度的标准溶液于空白塑料中消解检测，测定结果与实际添加值相符。方法检出限和定量限 分别为0.29 μg/g和0.96 μg/g。

2.2 方法的精密度和回收率

2.2.1 塑料消解回收率

准确称取0.050 g空白聚乙烯塑料，向其中添加0.05、0.125、0.25 mL质量浓度为10 øg/mL的银标准溶液，按照1.2.1节方法消解后定容于25 mL容量瓶中，使其添加量分别达到10、25、50 μg/g。其对应的平均回收率（n=6）分别为93.80%、90.90%和88.07%，相对标准偏差为2.41%、2.37%和0.76%。

2.2.2 食品模拟物中银的回收率

分别量取30 mL食品模拟物3 g/100 mL乙酸溶液和50%乙醇溶液于玻璃瓶中，向其中添加Ag标准溶液，使其添加水平分别为2、5、10 ng/mL。将玻璃瓶放在200 ℃电热板上，待模拟物蒸至近干后，转移至25 mL容量瓶并用5% HNO3定容，上机测定。结果显示，酸性模拟物的回收率分别为（115.69±8.75）%、（91.37±3.21）%和（90.83±4.60）%；酒精类模拟物的回收率为（104.65±4.10）%、（84.19±6.56）%和（98.25±5.68）%（n=6）。

2.3 两种塑料中银的初始含量

经测定，扣除空白后不含助剂和含有助剂的纳米银塑料中银的初始含量分别为（391.51±2.84）mg/kg和（365.79±4.09）mg/kg（n=3）。

2.4 迁移实验结果及分析

两种纳米包装（不含助剂和含有助剂的纳米银塑料）中的Ag向食品模拟物的迁移情况见图1。银迁移率（‰）为迁移后食品模拟物中银的质量与纳米银包装中银的初始质量之比。由图可知，在同一温度下，随着实验时间的增长，银向两种食品模拟物迁移的量不断增大直至达到平衡。因为时间越长，纳米包装中越多的银会溶解在食品模拟物中；但当达到溶解度后，银的迁移率便不再上升。在同样的迁移 时间下，温度越高，同一纳米包装中的银向食品模拟物迁移的量也越来越大。一方面是因为温度的升高增大了银在食品模拟物中的溶解度；另一方面是因为银吸附在助剂中，温度升高促使助剂的溶解度增大从而增大银的迁移率。

图1 两种纳米银包装中银向食品模拟物中的迁移率Fig.1 Migration of silver from two nanosilver films into food simulants

在迁移量增大过程中，同等条件下，含有助剂的纳米银塑料中银向食品模拟物的迁移率比不含助剂的纳米银塑料中银的迁移率大。该类纳米包装中的助剂多为酯类聚合物，这可能是因为银原子或离子与酯类物质中的羰基上的氧原子配位，从而吸附在助剂分子中被带入模拟物溶液，使得银的迁移量增大。由表1可知，在20、40、70 ℃的50%乙醇溶液中，以及20 ℃和70 ℃的3 g/100 mL乙酸溶液中，迁移时间为0～8 h时，含有助剂与不含助剂的纳米银包装中银的迁移结果有显著性差异，表明包装中的助剂对银的迁移有一定的促进作用。

当达到迁移平衡后，同等条件下，含助剂的纳米银包装中银的迁移率反而低于中不含助剂的纳米银包装中银的迁移率。这可能是由于长时间的浸泡使各种助剂在食物模拟物中达到饱和状态，而银镶嵌或黏合在助剂大分子中间从而被阻碍进入溶液中，致使银的迁移量减少。

比较图1中银在两种食品模拟物中的迁移率可以看出在3 g/100 mL乙酸溶液中银的迁移量整体较大。图2为迁移平衡时两种纳米银复合包装在不同食品模拟物和温度中银的迁移率，3 g/100 mL 乙酸溶液中银的迁移率为1.62‰，而在50%乙醇溶液中的最大值为0.36‰。这是由于银原子或离子与乙酸羰基上的氧原子配位能力强于与乙醇羟基上的氧原子的配位能力，而且与羰基结合的空间位阻相对较小，所以银更容易溶于乙酸溶液。

图2 迁移平衡时两种包装中纳米银在不同的食品模拟物中和不同温度下的迁移量Fig.2 Amount of Ag migrated from two nanosilver packagings at equilibrium in different food simulants at different temperatures

3 结 论

本实验基于电感耦合等离子体质谱检测方法，研究了不含助剂与含有助剂的两种纳米银-聚乙烯复合食品包装膜中的银，在两种食品模拟物（3 g/100 mL乙酸溶液和50%乙醇溶液）中的迁移行为，研究了温度、迁移时间、食品模拟物对银迁移量的影响，并对助剂对 银迁移的影响作出初步探索，为进一步的迁移实验和实际生活中纳米银-塑料复合膜生产应用提供参考依据。对于单一助剂对银的迁移影响，以及纳米银包装中纳米银成分向其他类食品模拟物以及真实食品的迁移有待进一步研究。

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Impact of Additives on Migration of Silver from Nanosilver-Plastic Food Packaging to Food Simulants

TIAN Hai-jiao1, LIN Qin-bao1,2,*, GUO Jie3, LI Bo2, WANG Rong-zhen3, LIU Guo-hong3, ZHANG Lin3
(1. School of Chemistry and Chemical Engineering, Shanxi University, Taiyuan 030006, China; 2. Key Laboratory of Product Packaging and Logistics, Institute of Packaging Engineering, Jinan University, Zhuhai 519070, China; 3. Shanxi Academy of Analytical Sciences, Taiyuan 030006, China)

This study aimed to explore the effects of additives in nanosilver packaging on the migration of silver (Ag) into food simulants. Two nanosilver films, blank nanosilver-polyethylene film and nanosilver-polyethylene film containing additives, which were Irganox 1076, Irganox 168, light stabilizer 622 and light stabilizer 944, were soaked in the food simulants 3 g/100 mL aqueous acetic acid (m/V) or 50% aqueous ethanol (V/V) at 20, 40 or 70 ℃ for 1–30 h, and digested with electric heating digestion. Then the initial content of silver in films and the amount of the migrated silver were determined by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). The spike recoveries of Ag from food simulant ranged from 84.19% to 115.69% with relative standard deviation (RSD) between 3.21% and 8.75%. The results indicated that from the start to 8 hours, the amount of Ag migrated into two food simulants was promoted by the presence of additives in the films. In addition, silver content was increased gradually with increasing the migration temperature and time in both food simulants. At the migration balance, additives hindered silver movement. The amount of Ag migrated in aqueous acetic acid was higher than that in aqueous ethanol.

nanosilver; composite packaging; food stimulant; plastic additive; migration; inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS)

TB206；TB487

A

1002-6630（2014）05-0008-05

10.7506/spkx1002-6630-201405002

2013-10-27

国家自然科学基金面上项目（21277085）；山西省社会发展科技攻关计划项目（20120313030-3）

田海娇（1988—），女，硕士研究生，研究方向为食品分析化学。E-mail：674463290@qq.com

*通信作者：林勤保（1968—），男，副教授，博士，研究方向为食品包装安全。E-mail：tlinqb@jnu.edu.cn