气-质联用测定食品接触用纸制品中氯丙醇的迁移量

曾莹，陈燕芬，黄巧，吴泽春，李丹，钟怀宁，，莫测辉

（1.广州海关技术中心，广东广州 510623）（2.暨南大学环境学院，广东广州 510632）

氯丙醇是甘油分子中有一个或者两个羟基被氯取代得到的一类物质的统称，包括1,3-二氯-2-丙醇（1,3-DCP），2,3-二氯-1-丙醇（2,3-DCP），3-氯-1,2-丙二醇（3-MCPD），2-氯-1,3-丙二醇（2-MCPD），是造纸过程中产生污染物，主要来源于纸张中广泛使用的聚酰胺环氧氯丙烷树脂类湿强剂的水解[1,2]。欧洲食品安全局的专家评估后证实3-MCPD对肾脏和男性生育能力可能产生的长期不良影响[3-5]。1,3-DCP证实具有基因毒性，能诱导小鼠细胞发生恶性转化[6]，另外有研究证实1,3-DCP与2,3-DCP均对肝细胞有毒性[7]。

基于3-MCPD与1,3-DCP的毒性与风险，德国联邦食品与农业局对食品接触用纸与纸板材料中的这两种物质提出了明确的限值要求。纸制品的热水萃取物[8]或冷水萃取物中[9]，1,3-DCP含量为不得检出（检出限为2 μg/L），3-MCPD含量不得超过12 μg/L[10]。水萃取物含量反映是纸制品中氯丙醇含量，无法评估其在接触食品时迁移到食品中的量。食品接触材料迁移实验能真实地反映食品接触材料及制品的组分向与之接触的食品的迁移，是评价食品接触材料合规性最直接最重要的手段[11]。获得氯丙醇的迁移水平，能够有效地评估食品接触材料中氯丙醇的安全风险。

目前食品接触材料的氯丙醇的检测研究常用的方法包括气相色谱-电子捕获检测器（GC-ECD）[12]、气相色谱-氢离子火焰检测器（GC-FID）[13]与气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）[14-16]。气相色谱法检出限高（0.05~0.1 mg/kg），气质法的研究都集中在纸制品水萃取物中1,3-DCP与3-MCPD的含量，氯丙醇迁移量检测的报道较少。白荣汉[16]报道了纸制品中3-MCPD在4%乙酸、10%乙醇与异辛烷中的迁移量检测方法。但是对于其他三种氯丙醇，包括德标中有限值要求的1,3-DCP在其他模拟物（50%乙醇与橄榄油）中的迁移量检测未见报道。而且异辛烷作为油脂性模拟物的替代物，数值仅供参考，不能真实反映油脂性模拟物中的迁移水平。基于上述两个原因，为了调查氯丙醇迁移水平，本研究拟建立了同时检测纸制品中四种氯丙醇在不同模拟物中迁移量的检测方法，以满足了氯丙醇迁移测试的检测要求，为纸制品国家标准关于氯丙醇的安全性要求的制定提供技术支持与数据参考。

1 材料与方法

1.1 试剂与材料

标准品：2,3-二氯-1-丙醇（97%）、2-氯-1,3-丙二醇（98%），百灵威公司；2,3-二氯-1-丙醇-d5（2,3-DCP-d5，95%）、2-氯-1,3-丙二醇-d5（2-MCPD-d5，96%)，多伦多化学品研究品公司；1,3-二氯-2-丙醇（98%）、3-氯-1,2-丙二醇（99.35%）、1,3-二氯-2-丙醇-d5（1,3-DCP-d5，98.2%）、3-氯-1,2-丙二醇-d5（3-MCPD-d5，98%)、N-七氟丁酰基咪唑（HFBI，97%），上海安谱公司。

试剂：乙醇（色谱纯），美国赛默飞世尔公司；乙酸乙酯、乙酸、乙醇、氢氧化钾、氯化钠与无水硫酸钠（分析纯），广州化学试剂厂；硅藻土固相萃取小柱（5 g/20 mL），Copure®公司，实验用水为一级水。

样品：本研究检测的15批次食品接触用纸制品全部购于中国市场，包括烤盘纸、吸油纸、纸桶、纸杯、纸盒和纸碟各2批次，蛋糕纸托、纸碗、纸盘各1批次。

1.2 仪器与设备

气相色谱质谱联用仪（9000 GC/5975C），Agilent公司；Turbo Vap LV氮吹浓缩仪，美国Caliper公司；ME204电子天平，瑞士梅特勒-托利仪器公司；Milli-Q超纯水系统，美国MILLIPORE公司；QL-866涡旋振荡器，其林贝尔仪器公司；鼓风干燥箱，三腾仪器公司。

1.3 溶液配制

食品模拟物配制根据GB 5009.156[17]。

20%氯化钠溶液：称取20 g氯化钠，加入80 mL水并使氯化钠充分溶解。

氢氧化钾溶液（78.4 g/L）：称取39.2 g氯化钠于500 mL水中，完全溶解。

氯丙醇混合标准储备液（1000 mg/L）：准确称取1,3-DCP、2,3-DCP、2-MCPD、3-MCPD标准物质各100 mg，用乙酸乙酯溶解，转移至100 mL容量瓶中，并定容至刻度，摇匀。

氯丙醇混合标准中间液（10 mg/L）：取1 mL氯丙醇混合标准储备液于10 mL容量瓶，用乙酸乙酯定容，摇匀。

氯丙醇混合标准工作液（1 mg/L）：取1 mL氯丙醇混合标准中间液于10 mL容量瓶，用乙酸乙酯定容，摇匀。

混合内标标准储备液（1000 mg/L）：准确称取1,3-DCP-D5、2,3-DCP-D5、2-MCPD-D5、3-MCPD-D5标准物质各100 mg，用乙酸乙酯溶解，转移至100 mL容量瓶中，用乙酸乙酯定容至刻度，摇匀。

氯丙醇混合内标标准工作溶液（10 mg/L）：取0.1 mL内标标准储备液于10 mL容量瓶，用乙酸乙酯定容，摇匀。

氯丙醇系列标准工作液：4%乙酸，10%乙醇，50%乙醇模拟物：取5.00 mL模拟物准确加入50 μL氯丙醇标准工作溶液（1.0 mg/L）及10、25、50、100 μL氯丙醇标准中间液（10 mg/L），得到氯丙醇浓度分别为10.0、20.0、50.0、100、200 μg/L的标准工作曲线；橄榄油模拟物：取20.0 g橄榄油准确加入20、40、100、200、400 μL氯丙醇标准工作溶液（10 mg/L），得到氯丙醇浓度分别为10.0、20.0、50.0、100、200 μg/kg的标准工作曲线。标准工作液按照1.5进行处理。

1.4 迁移试验

迁移试验根据GB 31604.1[18]进行，依据样品预期可能接触的食品类型、时间与温度选择对应的迁移条件。本次实验的样品中7#与8#的纸杯选择4%乙酸，10%乙醇，50%乙醇与橄榄油为模拟物，其余样品的模拟物为4%乙酸，10%乙醇和橄榄油。

1.5 样品前处理

1.5.1 试样提取

10%乙醇：准确移取5.00 mL溶液加入1 g氯化钠与50 μL混合内标标准工作溶液，涡旋振荡至完全溶解，待上柱；4%乙酸：准确移取5.00 mL溶液加入50 μL混合内标标准工作溶液后，加入一定量氢氧化钾溶液调整溶液pH=7，加入1.4 g氯化钠涡旋振荡至完全溶解，待上柱；50%乙醇：准确5.00 mL溶液加入0.4 g氯化钠与50 μL混合内标标准工作溶液，涡旋振荡至完全溶解，60 ℃下氮吹至约2 mL，待上柱；橄榄油：称量20.0 g模拟物于离心管中，加入200 μL混合内标标准工作溶液，涡旋溶解后加入7 mL 20%氯化钠溶液，涡旋振荡1 min，超声10 min，7000 r/min离心4 min，取上层清液待上柱。

1.5.2 试样净化

将上述试液完全转移到硅藻土小柱平衡10 min，用乙酸乙酯洗脱，洗脱液加入4 g无水硫酸钠后静置10 min，过滤后的洗脱液氮吹浓缩至近干（约0.5 mL）后加入2 mL正己烷，快速加入40 μL HFBI，涡旋混合，70 ℃衍生30 min，衍生后加入2 mL 20%氯化钠溶液涡旋震荡后静置，取上清液经无水硫酸钠干燥后待测。

1.6 色谱与质谱条件

色谱柱：HP-5MS（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；升温程序：50 ℃保持1 min，2 ℃/min升至90 ℃保持1 min，30 ℃/min升至300 ℃保持5 min；进样量：2 μL；进样模式：不分流进样，进样口温度：250 ℃。

离子源：电子轰击（EI）源；电离能量：70 eV；质谱接口温度：280 ℃；离子源温度：230 ℃；四极杆温度：150 ℃；溶剂延迟：5 min；监测离子见表1。

表1 氯丙醇衍生物及其内标衍生物特征离子Table 1 Mass spectrum parameters for chloropropanol derivatives and the internal standard derivatives

1.7 数据处理

得到食品模拟物中氯丙醇的浓度后，根据GB 5009.156[19]对氯丙醇迁移量进行计算，得到食品接触纸制品中氯丙醇的迁移量，具体公式如下：

式中：Y：纸制品中氯丙醇向食品模拟物的迁移量（μg/kg）；C：由标准工作曲线所得的样品溶液中氯丙醇的浓度（μg/L或μg/kg）；C0：由标准工作曲线求得的方法空白溶液中氯丙醇的浓度（μg/L或μg/kg）；V1：浸泡体积（L或kg）；V2：测试用体积（L或kg）；V3：定容体积（L或kg）；V4：试样预期实际接触食品的体积（L或kg）；S1：迁移实验中试样的浸泡接触面积（dm2）；S2：试样实际接触面积（dm2）。如样品的试剂接触面积/体积比未知，则按照每6 dm2的试样面积与1 kg的食品接触进行迁移实验及计算。

2 结果与讨论

2.1 前处理的优化

模拟物的前处理参考食品中氯丙醇含量的检测标准GB 5009.191-2016[19]第二法进行。其中10%乙醇与橄榄油两种模拟物可视为两种典型的食品，参考标准进行前处理，检出限能达到2 μg/kg。

4%乙酸模拟物参考标准进行前处理得到目标物响应低（图1b），检出限不能达到2 μg/kg。试样净化过程中，乙酸与目标物同时被洗脱，酸性条件下衍生化试剂HFBI不稳定，导致衍生效率低。因此本研究组将迁移试验所得的4%乙酸模拟物先用氢氧化钾中和后再按照10%乙醇模拟液处理。试验表明，中和处理后的得到衍生物响应提高了近10倍（图1），检出限达到2 μg/kg。

图1 4%乙酸模拟物中中和后（a）与未中和（b）得到的氯丙醇及其内标衍生物响应对比图Fig.1 The chromatograms of chloropropanols derivatives and their internal standard derivatives in 4% acetic acid before and after neutralization

图2 b展示了50%乙醇模拟液直接按照10%乙醇模拟液处理时的谱图，目标物与内标均没有出峰，表示衍生失败。50%乙醇模拟物参考标准进行前处理时，在实验的洗脱环节加入用于吸水的无水硫酸钠发生明显结块，表明洗脱液含有一定的水分。衍生化试剂HFBI中对水分比较敏感，遇水可能失效导致衍生化不完全[20]。因此洗脱液有水存在时衍生反应可能会失败。推测洗脱液含水的原因可能是模拟液中乙醇的含量较高。50%乙醇与乙酸乙酯是相溶的。洗脱时，50%乙醇中的水与乙醇以及目标物因为良好的相容性同时被乙酸乙酯洗脱，进入洗脱液。因此50%乙醇模拟物需要除去乙醇避免水进入洗脱液。所以本文采用氮气吹扫的方式除去乙醇后，按照10%乙醇模拟液进行处理。图2a展示了除去乙醇后再进行前处理的谱图，目标物与内标物的出峰表明衍生成功。

图2 50%乙醇模拟物中除去乙醇（a）与未除去乙醇（b）得到的氯丙醇及其内标衍生物响应对比图Fig.2 The chromatograms of chloropropanols derivatives and their internal standard derivatives in 50% ethanol removing ethanol and without removing ethanol

2.2 方法的线性范围，检出限与定量限

经过方法优化后，四种模拟物中目标物及内标物质的衍生效率提高，得到的衍生物在色谱中得到了很好的分离，氯丙醇及其内标衍生物选择离子色谱图如图3。四种氯丙醇线性关系良好，相关系数R2均大于0.996，线性方程与相关系数如表2。分别以3倍信噪比（S/N=3）时标准溶液的浓度和10倍信噪比（S/N=10）时标准溶液的浓度确定检出限与定量限，四种氯丙醇的方法检出限与定量限分别为2 μg/kg与10 μg/kg。目前已有文献中的3-MCPD迁移量检测方法[17]的检出限为5 μg/kg，本文的方法更加灵敏，而且可以同时分析四种氯丙醇的迁移量，效率更高。

图3 氯丙醇及其内标衍生物选择离子色谱图Fig.3 The chromatograms of chloropropanols derivatives and the internal standard derivatives

表2 四种氯丙醇的线性方程与相关系数R2Table 2 The standard curves and correlation coefficients (R²) of chloropropanols

2.3 方法回收率与精密度（n=6）

在不含氯丙醇的纸制品模拟物中分别添加10、50、100 μg/kg三个浓度水平的氯丙醇混合标准溶液，按1.5的前处理后测定，结果见表3。氯丙醇的加标回收率为87.3%~109%，方法的RSD为1.1%~9.5%。结果表明方法回收率高，精密度好，满足氯丙醇的检测要求。

表3 方法的加标回收率与相对标准偏差Table 3 The recoveries and RSD of chloropropanols at different concentrations (n=6)

2.4 质谱的确证

实验中的目标物及其内标衍生物的质谱图如图4所示。从质谱图中，可以从质谱碎片中推断衍生反应是否成功。所有氯丙醇衍生物均含有m/z169的离子碎片对应衍生物中的碎片[C3F7]-。另外1,3-DCP衍生物中离子碎片m/z75，275分别对应[C3H4Cl]-与[C(CHCl)CH2-OOC-C3F7]-；2,3-DCP衍生物中m/z75，111分别对应[C3H4Cl]-与[C3H4Cl2]-；3-MCPD衍生物中m/z253，275分别对应[C(CH2)2-OOC-C3F7]-与[C(CHCl)CH2-OOC-C3F7]-；2-MCPD衍生物中m/z253，75分别对应[C(CH2)2-OOC-C3F7]-与[C3H4Cl]-。氯丙醇衍生物的断裂位置已在图4中标注。内标物碎片离子为目标物对应氘代物的衍生化产物离子。从谱图的离子碎片可以证实衍生化成功。

图4 10%乙醇模拟物中氯丙醇衍生物及其内标衍生物质谱图Fig.4 Mass spectra of chloropropanols derivatives and their internal standard derivatives in 10% ethanol

2.5 样品测试结果与分析

采用本方法对15批次食品接触用纸制品中氯丙醇的迁移量进行检测，阳性样品的结果如表4所示。对比9批次阳性样品的水基模拟物与橄榄油模拟物数值，橄榄油迁移量仅有8#纸盒中检出3-MCPD，数值为3.04 μg/kg，远远小于样品在4%乙酸、10%乙醇中的迁移量数值（127.86 μg/kg与147.49 μg/kg）。其他阳性样品中，橄榄油模拟液均为未检出。由此可见，水基模拟物比油脂性模拟物更加严苛。这与氯丙醇是极性化合物有关，根据相似相溶原理，氯丙醇在极性较大的水基模拟物中更容易发生迁移。

表4 阳性样品中氯丙醇的迁移量检测结果Table 4 Chloropropanols migration of positive samples

15批次纸制品中，1,3-DCP检出率为33.3%，迁移量为2.27~12.04 μg/kg，3-MCPD检出率为53.3%，迁移量为2.51~183.32 μg/kg，2,3-DCP与2-MCPD迁移量均为未检出。四种氯丙醇迁移量中，3-MCPD检出率与检出水平最高，1,3-DCP次之。鉴于3-MCPD与1,3-DCP的毒性，两者的风险较高，应受到更多的关注。

对比现有的氯丙醇迁移量的检测研究[17]，文献中5款餐用纸制品的3-MCPD迁移量均为未检出。本文的检出率较高原因有两个方面：一是本文选取的种类与样品数较多，一共9种类型共15批次；二是不同样品中的氯丙醇含量差异较大，本文实验的样品中最高值为183.32 μg/kg，有6批次的迁移量为小于检出限（2 μg/kg），不同纸制品的迁移量相差90倍以上。纸制品中的氯丙醇主要来源于湿强剂中环氧氯丙烷的水解，根据文献报道，不同类型湿强剂中氯丙醇含量相差可达1000倍或以上[1]，因此使用不同类型湿强剂的纸制品中残留的氯丙醇含量相差较大，导致迁移量有较大差异。

3 结论

本文建立了同时测定纸制品中四种氯丙醇在不同模拟物中迁移量的气相色谱-质谱联用分析方法，并将方法应用于15批次食品接触用纸制品的迁移量测定。经过验证，四种氯丙醇的检出限与定量限分别为2 μg/kg与10 μg/kg，加标回收率为87.3%~109%，相对标准偏差为1.1%~9.5%。该方法回收率高，精密度好，能满足纸制品中氯丙醇迁移量的检测要求。实际样品检测结果表明，氯丙醇在水基模拟物的迁移水平比油脂性模拟物的迁移水平高。其中，3-MCPD检出率与检出水平最高，1,3-DCP次之，因此3-MCPD与1,3-DCP迁移污染食品的风险需引起更多的关注。