魏靜娜,王亞旭,周 茜,趙 文,劉征輝,*

(1.天津市農(nóng)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測技術(shù)研究所,天津 300381;2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院,河北保定 071000)

全氟化合物(perfluorinated compounds,PFCs)由于其獨(dú)特的理化性質(zhì),而被廣泛的用于工業(yè)品及日用品的表面涂層中,由于其長期的廣泛應(yīng)用,人類生存的環(huán)境、水、空氣、食品中[1-5]都被檢測到PFCs的存在,甚至人的血液、血清樣品中也檢測到PFCs,因此引起了各國政府和國際組織對(duì)PFCs的潛在毒性及人類攝入PFCs的途徑研究的重視。

毒理學(xué)研究表明,PFCs具有肝毒性、胚胎毒性、生殖毒性、神經(jīng)毒性、致癌性、免疫毒性、內(nèi)分泌毒性等[6-8]。從目前的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看,8個(gè)碳原子的全氟辛酸(perfluorooctanoic acid,PFOA)和全氟辛烷磺酸(perfluorooctanesulfonic acid,PFOS)是檢出率最高的PFCs,PFOA可導(dǎo)致肝臟、胰腺等臟器癌癥的發(fā)病率升高[9-10],可顯著降低黑斑蛙精子的數(shù)量及活性[11],對(duì)人肺Ⅱ型上皮細(xì)胞株A549產(chǎn)生毒性作用[12];PFOS可對(duì)機(jī)體的神經(jīng)系統(tǒng)[13]、生殖系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)及免疫系統(tǒng)產(chǎn)生損傷[14],并具有胚胎發(fā)育毒性[15]和遺傳毒性。

一次性紙杯由于價(jià)格低廉且方便攜帶和使用而廣受消費(fèi)者和飲品商家青睞。隨著消費(fèi)量的不斷上升,一次性紙杯的使用安全問題越來越受關(guān)注,吳遠(yuǎn)嬋等[16]、來守軍等[17]分別開發(fā)了一次性紙杯中雙酚A的臧紅T-Fenton試劑熒光光譜測定法、鉛的鉻天青S分光光度測定法,Zabaleta等[18]、Zafeiraki等[19]和馮盤[20]均開發(fā)了包括一次性紙杯在內(nèi)的食品接觸材料中PFCs殘留量的LC-MS/MS測定法,GB 31604.35-2016《食品接觸材料及制品 全氟辛烷磺酸(PFOS)和全氟辛酸(PFOA)的測定》[21]也適用于一次性紙杯中PFOA及PFOS的殘留量測定;而關(guān)于一次性紙杯在與食品接觸時(shí),PFCs向食品中的遷移狀況的研究未見報(bào)道。

本文通過遷移試驗(yàn),采用UPLC-MS/MS法測定銷量較大的20種一次性紙杯中PFOA及PFOS向不同食品中的遷移量,并結(jié)合消費(fèi)量調(diào)查,評(píng)估不同人群通過此類商品的消費(fèi)暴露于PFOA及PFOS的風(fēng)險(xiǎn)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

一次性紙杯(均為單面淋膜的紙杯,品牌名:妙潔、美麗雅、茶花、潔成、百草園bicoy、利得、天平朝暉、宜潔yekee、尚島宜家、member’s mark、潔能、新鮮生活、泉林本色、依帝歐Edo、云蕾、優(yōu)奧、心相印、克林萊、特美居、岸寶) 京東商城;Greole 弱陰離子交換(Weak Anion Exchanger,WAX)固相萃取小柱(150 mg/6 mL) 天津歐姆尼基因科技有限公司;長壽花金胚玉米油 山東三星玉米產(chǎn)業(yè)科技有限公司;全氟辛酸銨(純度95.5%)、全氟辛烷磺酸鹽(純度98.5%) 德國 Dr.Enrenstorfer GmbH 公司;乙腈、甲醇(均為色譜純) 美國Fisher公司;純水由milli Q超純水系統(tǒng)制備;蒸餾水 永清源純水制造中心;乙酸銨(優(yōu)級(jí)純) 天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司;冰乙酸、無水乙醇、氫氧化鈉、氨水、甲醇 分析純,天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司;25 mmol/L乙酸銨緩沖液:取1.925 g乙酸銨,用900 mL水溶解,加冰乙酸調(diào)節(jié)pH至4±0.5,用水定容至1 000 mL;0.1%氨化甲醇:取200 mL甲醇于250 mL容量瓶中,準(zhǔn)確移取250 μL氨水于甲醇中,用甲醇定容,超聲混勻。

超高效液相色譜-三重四級(jí)桿串聯(lián)質(zhì)譜儀(Waters Acquity I-class/Xevo TQ-S,配備電噴霧離子源ESI以及Masslynx4.1數(shù)據(jù)采集軟件) 美國waters公司;Heuzbad Hei-VAP旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀一體機(jī) 德國Heidolph;SevenEasy實(shí)驗(yàn)室pH計(jì) 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;TTL-DC II型氮吹儀 北京同泰聯(lián)科技發(fā)展有限公司;QL-901 Vortex渦旋器 海門市其林貝爾儀器制造有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 食品模擬物的選擇 根據(jù)GB 31604.1-2015《食品接觸材料及制品遷移試驗(yàn)通則》[22]的相關(guān)規(guī)定,選用蒸餾水作為礦泉水、純凈水等水性飲品的模擬物,4%的乙酸水溶液作為pH<5的酸性飲料的模擬物,10%乙醇作為透明澄清的非酒精飲料或酒精飲料(乙醇含量≤10%)的模擬物,20%乙醇作為豆?jié){、發(fā)酵豆?jié){飲品及酒精飲料(乙醇含量>10%且≤20%)的模擬物,50%乙醇作為渾濁飲料及酒精飲料(乙醇含量>20%且≤50%)的模擬物,玉米油作為浸泡于油脂類液體調(diào)味料中的食品的模擬物。

1.2.2 其它數(shù)據(jù)來源 為了更好的評(píng)估PFOA及PFOS對(duì)不同性別、不同年齡段人群的暴露風(fēng)險(xiǎn),課題組對(duì)人群每周使用一次性紙杯的數(shù)量進(jìn)行調(diào)查[22],共獲得有效調(diào)查問卷2532份。問卷中將食品接觸材料的消費(fèi)人群按年齡段分為11～19歲的青少年組、20～24歲的成人組、25～39歲成人組,40～59歲成人組、60歲以上成人組,每個(gè)年齡段再細(xì)分為男女兩組。各組調(diào)查人群的平均體重,采用國家體育總局公布的《2014年國民體質(zhì)監(jiān)測公報(bào)》中的數(shù)據(jù)[23],詳見表1,用于下文膳食暴露的評(píng)估。

表1 不同被調(diào)查人群的體重

1.2.3 遷移量的測定

1.2.3.1 遷移試驗(yàn) 根據(jù)GB 31604.1-2015《食品接觸材料及制品遷移試驗(yàn)通則》[22]的要求,進(jìn)行遷移試驗(yàn)時(shí),食品接觸材料及制品的接觸面積(S)與食品或食品模擬物體積(V)的比值(S/V)應(yīng)反映實(shí)際的使用情形,且應(yīng)取可預(yù)見使用情況下的最大S/V(如最小包裝),液態(tài)食品的密度通常以1 kg/L計(jì),且遷移試驗(yàn)條件應(yīng)盡可能反映實(shí)際使用條件。本實(shí)驗(yàn)中S與V的比值參考一次性紙杯的實(shí)際情況確定,計(jì)算本實(shí)驗(yàn)所用紙杯的內(nèi)表面積與容積的比值,確定每7 dm2的材料接觸1 kg的模擬物。模擬物與一次性紙杯的接觸時(shí)間及溫度根據(jù)所模擬的食品的實(shí)際使用情況確定,具體數(shù)據(jù)見表2。本實(shí)驗(yàn)中將紙杯剪成1.0 cm×3.5 cm的條狀,卷折于100 mL的三角瓶中,分別準(zhǔn)確加入100 mL模擬物,另取不加紙杯材料組作為空白,空白試驗(yàn)與各遷移試驗(yàn)均設(shè)三個(gè)平行,按照表2的條件進(jìn)行遷移試驗(yàn)(介質(zhì)與紙杯內(nèi)表面以單面接觸[24])。

表2 遷移試驗(yàn)條件

1.2.3.2 食品模擬物處理 按照表2的遷移試驗(yàn)條件與一次性紙杯接觸后的食品模擬物的處理方式如圖1所示,參與后續(xù)處理的模擬物體積為100 mL,即遷移試驗(yàn)階段的全部模擬液。

圖1 與一次性紙杯接觸后的食品模擬物處理示意圖

1.2.3.3 測定條件 液相條件:色譜柱為Waters AQUITY BEH C18(2.1 mm×100 mm,1.7 μm),柱溫30 ℃,以乙腈(A)、水(B)為流動(dòng)相進(jìn)行梯度洗脫,0～2 min,10% A→60% A,2～4 min,60% A→100% A,4～6 min,100% A,6～8 min,100% A→10% A,進(jìn)樣體積為1 μL。

質(zhì)譜條件:電噴霧負(fù)離子模式(ESI-),多反應(yīng)監(jiān)測(MRM),毛細(xì)管電壓1.5 kV,離子源溫度150 ℃,脫溶劑氣溫度400 ℃,脫溶劑氣流速900 L/Hr,錐孔反吹氣流速150 L/Hr,以質(zhì)荷比(m/z)413.07→168.85和m/z 413.07→368.95為PFOA的定性和定量離子對(duì),錐孔電壓為27 V,碰撞能量分別為23、15 V,m/z 499.04→98.78和m/z 499.04→79.77分別為PFOS的定性和定量離子對(duì),錐孔電壓25 V,碰撞電壓均為50 V。

1.2.3.4 定量方法 本實(shí)驗(yàn)中PFOA及PFOS的測定采用外標(biāo)法定量。

1.2.4 未檢出數(shù)據(jù)的處理 由于樣品處理方法及儀器靈敏度的缺陷,檢測結(jié)果中會(huì)出現(xiàn)未檢出的情況,在計(jì)算PFOA及PFOS向被調(diào)查人群的慢性暴露量時(shí),將低于檢出限的數(shù)據(jù)(not detected,ND)假定為ND=0、ND=1/2LOD及ND=LOD三種情況,用于計(jì)算一次性紙杯中PFOA及PFOS的慢性人群暴露量。

1.2.5 膳食暴露評(píng)估方法 本實(shí)驗(yàn)采用點(diǎn)評(píng)估法進(jìn)行分析,該方法在均數(shù)水平上估計(jì)人群污染物膳食攝入暴露量,原理明確易懂,簡便易行,是我國膳食暴露評(píng)估應(yīng)用的主要方法之一[25]。急性點(diǎn)評(píng)估和慢性點(diǎn)評(píng)估的暴露量分別按公式(1)和(2)計(jì)算。

式(1)

式中:EXPacute為PFCs的急性人群暴露量(ng/(kg·d));xk,97,5為第k類食品接觸材料消費(fèi)量分布的97.5分位數(shù)(只);ck,max為第k類食品接觸材料某一種PFCs的最大遷移量(ng/cm2)與紙杯內(nèi)表面積(cm2)的乘積;p為某天消費(fèi)的食品接觸材料種類數(shù)目;bw為被評(píng)估人群的平均體重(kg)。

式(2)

式中:EXPchronic為PFCs的慢性人群暴露量(ng/(kg·d));xk,average為第k類食品接觸材料的平均消費(fèi)量(只);ck,average為第k類食品接觸材料中某一種PFCs的平均遷移量(ng/cm2)(將遷移試驗(yàn)中20種紙杯6種模擬使用狀態(tài)下所得遷移量數(shù)據(jù)賦予相等的權(quán)重,計(jì)算平均值所得)與紙杯內(nèi)表面積(cm2)的乘積;p為某天消費(fèi)的食品接觸材料種類數(shù)目;bw為被評(píng)估人群的平均體重(kg)。

公式(1)中的xk,97,5及公式(2)中的xk,average根據(jù)調(diào)查問卷所得消費(fèi)量數(shù)據(jù),使用SPSS25.0計(jì)算所得,紙杯內(nèi)表面積采用常見規(guī)格的早餐杯的內(nèi)表面積(下底直徑5.5 cm,上口直徑8.0 cm,高11.5 cm)。

式(3)

式(4)

式中:ArfD為急性每日參考劑量,RfD為每日參考劑量,ArfD(%)(RfD(%))≤100%時(shí),表明膳食攝入風(fēng)險(xiǎn)處于可接受的范圍,ArfD(%)(RfD(%))值越小,風(fēng)險(xiǎn)越小;反之,當(dāng)ArfD(%)(RfD(%))>100%時(shí),表明膳食攝入風(fēng)險(xiǎn)超出可接受范圍,ArfD(%)(RfD(%))越大,風(fēng)險(xiǎn)越大。

由于目前各國政府及組織均未對(duì)PFCs的ArfD、RfD值作出規(guī)定,為了評(píng)估膳食攝入風(fēng)險(xiǎn),2008年,歐盟開展風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估調(diào)查,推薦PFOA及PFOS的每日攝入耐受量(TDI)分別為1500、150 ng/(kg·d)[26],本文在進(jìn)行PFOA及PFOS的急慢性膳食風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中,將公式(3)(4)中的ArfD及RfD值用TDI代替,相應(yīng)的將ArfD(%)、RfD(%)分別以TDIacute(%)及TDIchronic(%)代替,用以評(píng)估PFOA及PFOS的急慢性膳食攝入風(fēng)險(xiǎn)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

遷移試驗(yàn)時(shí),每個(gè)平行試驗(yàn)重復(fù)測定3次取平均值,采用SPSS 25.0統(tǒng)計(jì)軟件、Excel 2016進(jìn)行調(diào)查及測定數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、計(jì)算,測定數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 方法學(xué)驗(yàn)證結(jié)果

方法學(xué)驗(yàn)證數(shù)據(jù)表明,本實(shí)驗(yàn)采用的測定方法符合實(shí)驗(yàn)要求,見表3。以PFOA及PFOS各自的定性離子對(duì)及定量離子對(duì)提取的空白樣品色譜圖中,未出現(xiàn)與PFOA及PFOS出峰時(shí)間相同的色譜峰;PFOA和PFOS在0.1～2.0 ng/mL范圍內(nèi)線性良好;方法回收率測定設(shè)低、中、高三水平,在100 mL相應(yīng)的空白食品模擬物中加入不同量的PFOA及PFOS標(biāo)準(zhǔn)品,其中低水平加標(biāo)量為2.0×10-3ng PFOA、4.0×10-3ng PFOS,中水平加標(biāo)量為7.0×10-3ng PFOA、13.5×10-3ng PFOS,高水平加標(biāo)量為0.070 ng PFOA,0.14 ng PFOS,回收率為87.05%～103.54%;以信噪比(S/N)=3及S/N=10對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)品溶液濃度結(jié)合食品模擬物的處理方法及加標(biāo)回收率,計(jì)算檢測方法的LOD及LOQ,并制備對(duì)應(yīng)濃度的空白樣品加標(biāo)溶液進(jìn)行驗(yàn)證,LOD分別為0.029×10-3、0.057×10-3ng/cm2,LOQ分別為0.095×10-3、0.19×10-3ng/cm2。

表3 方法學(xué)驗(yàn)證數(shù)據(jù)

2.2 PFOA及PFOS的檢出情況

遷移試驗(yàn)中選用的20種一次性紙杯中的PFOA及PFOS,在各種模擬使用狀態(tài)下,向食品中的遷移量見表4,其中遷移量數(shù)據(jù)已根據(jù)GB 31604.1-2015的相關(guān)要求,將向食品模擬物中的遷移量轉(zhuǎn)換為向真實(shí)食品中的遷移量,以玉米油作為模擬物測得的遷移量,應(yīng)乘以校正因子1/3才可轉(zhuǎn)化為PFOA及PFOS向浸泡于油脂類調(diào)料中的食品的遷移量,以其它模擬物測得的遷移量數(shù)據(jù)無需校正。表4中,PFOA的檢出率較高,達(dá)到98.3%,PFOS的檢出率61.7%;PFOS的遷移量普遍低于PFOA,而且當(dāng)模擬用一次性紙杯飲用白開水時(shí),20種紙杯中PFOS向水中的遷移量甚至全部低于檢出限;兩種PFCs遷移量的高值普遍出現(xiàn)在利用紙杯飲用豆?jié){和低濃度飲料及食用浸泡于油脂類液體調(diào)味料中的食品的模擬試驗(yàn)中,建議盡量少用紙杯盛放這幾類食品。

表4 PFOA及PFOS向食品中的遷移量

一次性紙杯中PFOA及PFOS向食品中的最高遷移量分別為23.70×10-3、4.10×10-3ng/cm2,馮盤[20]檢測得到的一次性紙杯中PFOA及PFOS的殘留量高達(dá)8.835和30.29 ng/cm2,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出本試驗(yàn)所測遷移量數(shù)值,總殘留量高于向食品中的遷移量為正?，F(xiàn)象;而且所用紙杯品牌不同,紙杯質(zhì)量不同,檢測所得數(shù)據(jù)也會(huì)有差別;PFCs的危害引起重視后,紙杯內(nèi)涂層材料的更新?lián)Q代,也是本試驗(yàn)所得遷移量數(shù)據(jù)較低的一個(gè)原因。

2.3 一次性紙杯的消費(fèi)量

2018年9月～2019年3月,課題組對(duì)不同人群進(jìn)行的消費(fèi)量調(diào)查結(jié)果顯示(見表5),青少年及中青年為一次性紙杯(碗)的消費(fèi)主體,而60歲以上的人群,由于生活方式的改變及對(duì)健康的關(guān)注度提高,使用一次性紙杯的量大幅降低。

中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)根據(jù)調(diào)查推斷,2019年我國一次性紙杯的消費(fèi)量將達(dá)到835億只[27],國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示2018年末,我國總?cè)丝跒?3.9億[28],以此計(jì)算,我國每周一次性紙杯的人均消費(fèi)量為1.2只,若以此平均值計(jì)算膳食暴露風(fēng)險(xiǎn),則無法估算高端暴露人群的風(fēng)險(xiǎn)值,相比之下,表5的數(shù)據(jù)更能比較真實(shí)的反映消費(fèi)量隨年齡性別的變化,以此計(jì)算所得暴露風(fēng)險(xiǎn)數(shù)值能更真實(shí)的反映一次性紙杯在它的消費(fèi)群體內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn)水平。

表5 不同人群一次性紙杯的消費(fèi)量

2.4 PFOA及PFOS的膳食暴露風(fēng)險(xiǎn)

根據(jù)遷移試驗(yàn)數(shù)據(jù)和消費(fèi)量數(shù)據(jù),采用公式(1)～(4)計(jì)算一次性紙杯中PFOA及PFOS的急慢性膳食暴露量,評(píng)估PFOA及PFOS的急慢性膳食暴露風(fēng)險(xiǎn),具體數(shù)據(jù)見表6、表7。PFOA及PFOS對(duì)各被評(píng)估人群的急性及慢性暴露水平均遠(yuǎn)低于相應(yīng)的TDI值,而且由于遷移試驗(yàn)部分的檢出限較低,未檢出數(shù)據(jù)的取值在0和LOD之間變化,對(duì)遷移量平均值的影響不大,以ND=0、1/2LOD、LOD計(jì)算所得兩種PFCs的慢性暴露水平差異很小。

表6 PFOA及PFOS對(duì)不同人群的急性暴露水平

表7 PFOA及PFOS對(duì)不同人群的慢性暴露水平

20～59歲的大學(xué)生及上班族由于使用紙杯的頻率高,通過此途徑攝入PFOA及PFOS的風(fēng)險(xiǎn)較高,60歲以上的老年人由于自由支配時(shí)間的增多及對(duì)健康的關(guān)注增多,使用一次性紙杯的頻率明顯降低,攝入PFOA及PFOS的風(fēng)險(xiǎn)也隨之明顯降低。

3 討論與結(jié)論

測定市場上銷量較好的20種一次性紙杯中的PFOA及PFOS在與不同食品接觸時(shí)向食品中的遷移量,PFOA的檢出率98.3%,PFOS檢出率61.7%,但兩種PFCs的遷移量值均較低。采用點(diǎn)評(píng)估法對(duì)一次性紙杯中PFOA及PFOS對(duì)不同人群的暴露風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)估,結(jié)果顯示,急慢性膳食暴露風(fēng)險(xiǎn)均處于較低水平,但是人群攝入PFCs的途徑是多方面的,Haug等[29]通過研究挪威175位志愿者的飲食和血液血清中PFOA、PFOS及perfluoroundecanoic acid(PFUnDA)的相關(guān)性,發(fā)現(xiàn)飲食尤其是海鮮類的食品是人們攝入PFCs的主要途徑。Shoeib等[30]采集并測定了加拿大溫哥華152個(gè)家庭中的空氣、灰塵和干衣機(jī)棉絮樣本,幾乎在每個(gè)樣品中都檢測到了PFCs和(或)其前體的存在,尤其是空氣和灰塵中,說明呼吸也成為人類攝入PFCs的一個(gè)重要途徑。本文只計(jì)算了通過消費(fèi)一次性紙杯包裝的食品攝入PFOA及PFOS的風(fēng)險(xiǎn)值,所以此值可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于某些高暴露人群實(shí)際攝入PFOA及PFOS的風(fēng)險(xiǎn)水平;再者,本文用于急慢性膳食暴露評(píng)估的TDI值,顯著高于RfD值[31],這也導(dǎo)致PFOA及PFOS實(shí)際暴露風(fēng)險(xiǎn)的低估。

從保護(hù)人類自身健康的角度來說,雖然一次性紙杯中PFOA及PFOS向食品中的遷移量很低,但是由于此類化合物在人體內(nèi)的半衰期很長,長期攝入,會(huì)在體內(nèi)累積,所以盡量還是少用為好,尤其要少用來盛放低濃度酒精飲料及浸泡于油脂類液體中的食品。