超高效液相色谱－串联质谱法测定食品塑料包装材料中5种光引发剂及其迁移规律

张居舟，陶固帅，尚光志，蔡荟梅＊，纪水琳

（1．安徽省食品药品检验研究院，合肥230051； 2．安徽农业大学 茶与食品科技学院，合肥230036；3．安徽农业大学 省部共建茶树生物学与资源利用国家重点实验室，合肥230036）

塑料是目前使用最广泛的食品包装材料，由于塑料包装材料直接与食品接触，塑料包装材料的安全性及其含有的化学物质向食品迁移等问题引起人们的广泛关注，这些问题也是食品安全研究的一个重要方向。长期以来，食品塑料包装印刷的溶剂型油墨中的低聚物、有害单体、污染物和添加剂残留与迁移是影响食品包装材料安全问题的主要方面［1］。为了解决这一问题，一些新的技术被引入到包装印刷中，如基于紫外光固化油墨的紫外线（UV）印刷技术［2］。光引发剂（PIs）作为紫外光固化油墨的主要成分被广泛应用于食品包装材料的印刷中。光引发剂在引发聚合反应后，大部分光引发剂会变成残基而成为聚合物的链端，但少量未聚合的光引发剂会残留在油墨中，这些小分子化合物又能从食品包装材料的印刷油墨迁移至食品中，造成食品污染［1，3－4］。

近年来研究发现UV油墨固化完成后，残留的光引发剂在一定条件下可以通过化学迁移或者物理接触污染包装内的食品，从而对人体健康造成潜在危害［5－8］。自2005年意大利雀巢奶粉中检测出光引发剂后，光引发剂的迁移污染问题受到各国关注。2007年，Rhodes等通过小鼠毒理性试验发现：二苯甲酮和4－甲基二苯甲酮不仅能增加小鼠患肿瘤的概率，而且还有皮肤接触性伤害和生殖毒性。2009年5月，欧盟委员会食物链和动物健康常务委员会（SCFCAH）规定［9］食品接触材料用的印刷油墨中二苯甲酮的特定迁移限量为0．6mg·kg－1。2015年欧盟油墨印刷协会（EuPIA）在欧盟2002／72／EC文件和瑞士817．023．21条例的基础上明确了105种小分子光引发剂的迁移限制要求［10－11］。由于食品塑料包装材料在使用中可能会接触到很多种类的食品，因此目前食品塑料包装材料中有毒、有害物质的暴露评估一般采用食品模拟物进行迁移试验。文献［12］研究了聚酯类食品包装材料中二氧化钛在食品模拟物中的迁移规律，结果表明，食品模拟物的属性对迁移行为有显著影响。文献［13］对多层聚合物食品包装材料进行了热力学理论和试验研究，结果表明，不同材质的聚合物对光引发剂的迁移能力具有明显的差异性。

目前，光引发剂向食品和食品模拟液的迁移研究是一个热点［14－15］，但鲜有食品接触材料中光引发剂向食品模拟液的迁移规律研究。

本工作中食品模拟液的选择依据国家食品标准GB／T 23296．1－2009［16］，将光引发剂向食品模拟液中的迁移过程作为研究对象，采用超高效液相色谱－串联质谱法（UHPLC－MS／MS）测定食品塑料包装材料中1－羟基环己基苯基酮、二苯甲酮、2，2－二甲氧基－1，2－二苯基－乙酮、4－二甲基氨基苯甲酸乙酯、邻苯甲酰苯甲酸甲酯等5种光引发剂，并研究了这5种光引发剂在不同的迁移时间、迁移材质下向3种食品模拟液中的迁移规律，为PIs在食品包装材料中使用的安全性评估提供依据。

1 试验部分

1．1 仪器与试剂

Agilent 6490型超高效液相色谱－质谱联用仪；AB204－S型电子分析天平；90c型多功能薄膜连续封口机；Milli－Q Academic型超纯水机；DHP－9162型电热恒温培养箱。

5种光引发剂的标准储备溶液：5．0g·L－1，分别称取5种光引发剂标准品各0．500 0g，用乙腈溶解并分别定容至100mL棕色容量瓶中。

5种光引发剂的混合标准溶液：100．0mg·L－1，分别移取5．0g·L－15种光引发剂的标准储备溶液2mL于100mL棕色容量瓶中，用乙腈定容至100mL，于－20℃下避光保存。使用时用乙腈逐级稀释至所需质量浓度。

1－羟基环己基苯基酮（CPK）、二苯甲酮（BP）、2，2－二甲氧基－1，2－二苯基－乙酮（BDK）、4－二甲基氨基苯甲酸乙酯（EDB）、邻苯甲酰苯甲酸甲酯（OMBB）等5种光引发剂标准品的纯度均大于99%；无水乙醇、冰乙酸为分析纯；乙酸铵、甲醇、乙腈为色谱纯；试验用水为超纯水。

1．2 仪器工作条件

1）色谱条件 Agilent Eclipse Plus C18色谱柱（50mm×2．1mm，1．8μm），柱温为40 ℃；流量为0．20mL·min－1，进样量为10μL。流动相：A 为1g·L－1乙酸铵溶液，B为乙腈。梯度洗脱程序：0～3．0min时，A 为40%；3．0～5．0min时，A 由40%增至70%，保持5．0min；10．0～12．0min时，A由70%增至90%，保持2．0min；14．0～14．1min时，A由90%降至40%，保持1．9min。

2）质谱条件 电喷雾正离子源（ESI＋）；电喷雾电压3 000V，碰撞池加速电压5V，毛细管电压3 000V，喷嘴电压1 500V；干燥气温度300℃，干燥气流量14mL·min－1；鞘气温度250℃，鞘气流量11L·min－1；雾化气压力20pa；选择离子监测模式。

其余质谱参数见表1，其中“＊”为定量离子。

表1 质谱参数Tab．1 MS parameters

1．3 试验方法

1．3．1 样品分析

将食品塑料包装材料样品剪为5mm×5mm的碎片，置于50mL离心管中，用乙腈10mL提取后，于40℃超声1h，上清液用氮气吹干，用乙腈定容至2mL，按仪器工作条件进行测定。

1．3．2 迁移样品制备

聚乙烯（PE）、双向拉伸聚丙烯／流延聚丙烯（BOPP／CPP）、双向拉伸聚丙烯／聚对苯二甲酸乙二醇酯／流延聚丙烯（BOPP／PET／CPP）塑料食品包装袋，由某食品包装企业提供。

将上述3种材质的食品塑料包装材料剪成5cm×6cm的碎片，用薄膜封口机将两片同一材质的碎片加热密封，制成一个5cm×6cm的包装袋（留一边暂不封口），用移液枪向包装袋中加入100．0mg·L－15 种 光 引 发 剂 的 混 合 标 准 溶 液2．5mL，封口，查漏，用于迁移试验。

1．3．3 迁移试验

将10组已制备的装有光引发剂的3种材质包装袋，分别放入3种食品模拟液［水、10%（体积分数，下同）乙醇溶液和30g·L－1乙酸溶液］中，确保制作的包装袋完全沉浸在食品模拟液当中。在40℃下进行迁移试验，分别于1，2，3，4，5，6，7，8，9，10d取样（重复3次）。按仪器工作条件进行测定。

2 结果与讨论

2．1 色谱行为

5种光引发剂的选择离子流色谱图见图1。

2．2 质谱条件的选择

图1 标准溶液的选择离子流色谱图Fig．1 Selected ion current chromatogram of standard solution

分别将0．2mg·L－15种光引发剂标准溶液，依次注入离子源。在正离子模式下对各光引发剂进行一级质谱扫描得到各分子离子峰，确定合适的碎裂电压。再对各分子离子峰进行二级质谱分析，选取丰度较大，干扰较小的两对子离子作为定性离子，对各参数进一步优化，确定最佳质谱参数，各光引发剂的主要质谱参数见表1。

2．3 标准曲线和测定下限

按仪器工作条件对5种光引发剂混合标准溶液系列进行测定，并绘制标准曲线。结果表明：5种光引发剂的质量浓度均在一定范围内与其对应的峰面积呈线性关系，线性范围、线性回归方程、相关系数见表2。

以空白基质加标进样，按10倍信噪比计算方法的测定下限（10S／N），结果见表2。

表2 线性范围、线性回归方程、相关系数和测定下限Tab．2 Linearity ranges，linear regression equations，correlation coefficients and lower limits of determination

2．4 精密度和回收试验

按试验方法对空白食品塑料包装材料样品进行加标回收试验，结果见表3。

由表3可知：加标回收率为77．5%～95．0%，相对标准偏差（RSD）为0．81%～8．9%。

表3 精密度和回收试验结果（n＝6）Tab．3 Results of tests for precision and recovery（n＝6）

2．5 迁移时间对光引发剂迁移的影响

PE包装材料中的5种光引发剂在水、10%乙醇溶液、30g·L－1乙酸溶液等3种食品模拟液中的迁移量随时间的变化趋势见图2。

由图2可知：在水、10%乙醇溶液、30g·L－1乙酸溶液等3种食品模拟液中，迁移时间越长，5种光引发剂的迁移量越多，迁移量在前5d快速上升，随着迁移时间的延长迁移量逐渐达到一个平衡状态。

2．6 食品模拟液对光引发剂迁移的影响

PE塑料中5种光引发剂在水、10%乙醇溶液、30g·L－1乙酸溶液等3种食品模拟液中的迁移量（迁移时间为8d）见图3。

图2 迁移时间对光引发剂迁移的影响Fig．2 Effect of migration time on migration of PIs

图3 食品模拟液对光引发剂迁移的影响Fig．3 Effect of food simulants on migration of PIs

由图3可知：①OMBB在3种食品模拟液中的迁移量最高，且向不同食品模拟液中的迁移量存在显著差异，BDK的迁移量最少。5种光引发剂在3种食品模拟液中的迁移量大小为OMBB＞EDB＞CPK＞BP＞BDK；② CPK、OMBB在30g·L－1乙酸溶液中的迁移能力较水和10%乙醇溶液中的迁移能力更强，EBD、BP在30g·L－1乙酸溶液和10%乙醇溶液中的迁移能力高于水。这可能是由于5种PIs在不同食品模拟液中的溶解度不同。5种PIs在水中的溶解度较低，5种PIs在水中的迁移量最小。在30g·L－1乙酸溶液中，BDK的迁移量很少，可能是由于BDK在酸性溶液中不稳定，易分解导致其迁移量下降。

2．7 食品包装材料对光引发剂迁移的影响

不同塑料材质的食品包装材料中5种光引发剂向3种食品模拟液中的迁移量（迁移时间为8d）见图4。

由图4可知：①在同种食品模拟液中，5种光引发剂在3种食品包装材料中的迁移量大小为：PE＞BOPP／CPP＞BOPP／PET／CPP，这可能是 BOPP／PET／CPP材料为三层复合，阻隔性能好，光引发剂不易渗透进入食品模拟液中而造成迁移量很少；②在水中BOPP／PET／CPP材料对光引发剂的阻隔能力是其他两种食品包装材料的5～12倍，在10%乙醇溶液和30g·L－1乙酸溶液中BOPP／PET／CPP材料的阻隔能力只有其他两种材料的1．2～1．5倍；③ 同种光引发剂在不同食品包装材料中，迁移量存在明显差异。因此，阻隔性能是影响光引发剂迁移的主要因素。

图4 食品包装材料对光引发剂迁移的影响Fig．4 Effect of food packaging materials on migration of PIs

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