安皓月, 馬 鑫, 王 倩, 隋海霞, 杜振霞*

（1. 北京化工大學(xué) 化學(xué)學(xué)院, 北京 100029；2. 國家食品安全風(fēng)險評估中心, 北京 100022）

食品接觸材料（FCMs）及制品涵蓋塑料、樹脂、橡膠、玻璃、金屬、陶瓷、紙制品以及活性材料等多個類別[1-2］, 其中, 塑料因具有質(zhì)量輕、易加工、耐腐蝕、阻隔性能好等優(yōu)點而被廣泛使用[3］。但是, 大多數(shù)FCMs所用的塑料不可降解, 且數(shù)量眾多, 分布廣泛, 在自然條件下經(jīng)過風(fēng)吹日曬、機械磨損、生物分解、紫外線照射等, 逐漸變小, 最終變成微塑料顆粒, 給土壤、海洋造成嚴重污染[4］。微塑料可以改變土壤的理化性質(zhì), 影響土壤生產(chǎn)力, 危害土壤動物[4］；微塑料進入海洋后容易被魚類等海洋生物攝入, 但其永遠不能被消化, 因而在體內(nèi)不斷積蓄, 最終通過食物鏈傳遞到人體, 對人體健康造成潛在風(fēng)險。目前已有大量關(guān)于在魚類中檢測到微塑料的文獻報道[5-7］。

近年來, 隨著人們對綠色環(huán)保理念的不斷深入, 以及國家生態(tài)文明建設(shè)的號召, 餐飲行業(yè)開始使用紙吸管代替塑料吸管。紙吸管不僅成本較低, 而且具有一定的強度和抗水性能, 是塑料吸管的最佳替代品。但在使用時, 紙吸管中的小分子物質(zhì)（如施膠劑等）有遷移到食品中的可能性, 對人體健康造成危害[8］。目前, 關(guān)于紙吸管中非揮發(fā)性遷移物的篩查及安全性評估的研究較少, 因此需要對其中的潛在遷移物進行篩查及風(fēng)險評估。

本研究根據(jù)歐盟法規(guī)選擇兩種食品模擬物, 結(jié)合國標（GB 31604. 1-2015）推薦的總遷移測試條件[9］, 使用超高效液相色譜-四極桿飛行時間質(zhì)譜（UPLC-Q-TOF MS）對紙吸管中的非揮發(fā)性遷移物進行非靶向篩查。利用本課題組前期建立的能有效反映危害和暴露的二級參數(shù)的風(fēng)險矩陣對篩查出的遷移物進行風(fēng)險評估。用UPLC-Q-TOF MS對評估結(jié)果為Ⅱ級的遷移物進行半定量分析, 并通過比較暴露量和安全閾值對紙吸管中非揮發(fā)性遷移物的安全性進行評估。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

Acquity UPLC超高效液相色譜儀, 配有Acquity UPLC BEH C18（100 mm×2. 1 mm, 1. 7μm）色譜柱（美國Waters公司）；Xevo-G2-S QTOF四極桿飛行時間質(zhì)譜儀（美國Waters公司）；Quattro Premier XE三重四極桿質(zhì)譜（美國Waters公司）；移液槍（Eppendorf公司）；Milli-Q A10超純水系統(tǒng)（美國Millipore公司）；GP225D型電子天平（Sartorius公司）；SHA-BA型水浴恒溫振蕩器（華普達儀器有限公司）；MTN-2800D型氮吹儀（天津奧特賽恩斯儀器有限公司）；KH-100DE型超聲波清洗器（昆山禾創(chuàng)超聲儀器有限公司）；0. 22μm聚四氟乙烯（PTFE）有機濾膜（津騰公司）。

甲醇（質(zhì)譜純, Fisher Chemical公司）；甲酸（色譜純, Fisher Chemical公司）；乙酸（分析純, 北京化工廠）；乙醇（分析純, 上海阿拉丁生化科技股份有限公司）；松香酸（≥99%, 國家藥品標準物質(zhì)）；肉豆蔻酸異丙酯（98%, 日本TCI公司）；己內(nèi)酰胺（≥99%, 比利時Acros Organics公司）；六甘醇（97%, 上海阿拉丁生化科技股份有限公司）；實驗用水由Milli-Q超純水系統(tǒng)（美國Millipore公司）制備；兩種紙吸管規(guī)格分別為6 mm×0. 5 mm×10 cm、6 mm×0. 5 mm×12 cm, 由供應(yīng)商提供。

1.2 色譜-質(zhì)譜條件

色譜條件：色譜柱：Waters Acquity UPLC BEH C18（2. 1 mm×100 mm, 1. 7μm）；柱溫箱溫度：35℃；流動相：0. 1%甲酸水溶液（A）-甲醇（B）；洗脫梯度：0～6 min, 3%～100% B；6～10 min, 100%B；10～10. 5 min, 100%～3%B；10. 5～12 min, 3%B, 流速0. 3 mL/min；進樣體積：1μL。

質(zhì)譜條件：采集模式為MSE；電離模式為ESI+和ESI-；離子源溫度為120℃；脫溶劑氣溫度為450℃；錐孔電壓為30 kV（ESI+）和40 kV（ESI-）；毛細管電壓為3 kV（+）和2. 5 kV（-）；脫溶劑氣流速為1 000 L/h；錐孔氣流速為50 L/h；低能通道碰撞電壓為4 eV；高能通道碰撞電壓為20～60 eV；掃描范圍為m/z 50～1 200 Da；采用亮氨酸腦啡肽（LE）實時校正質(zhì)量軸：m/z=556. 276 6（ESI+）、554. 262 0（ESI-）, 每30 s切換1次進行質(zhì)量數(shù)的校正。

采用選擇離子模式進行半定量分析, 4種標準品優(yōu)化的質(zhì)譜參數(shù)如表1所示。

1.3 標準溶液的配制

精確稱取4種標準品, 分別用甲醇溶解, 配制成1 000 mg/L的標準溶液。將3種正模式定量標準物質(zhì)混合成1 mg/L的混合標準溶液, 并用甲醇稀釋為10、20、50、100、200、500μg/L的混合標準工作溶液。用甲醇將松香酸稀釋為10、20、50、100、200、500、1 000μg/L的標準工作溶液。

1.4 遷移試驗

參照歐盟法規(guī)（No. 10/2011）進行遷移試驗[10］：根據(jù)紙吸管的使用特點及可能接觸的食品（茶、果汁和蛋白飲料等）, 采用兩種食品模擬物, 即50%（體積分數(shù)）乙醇、3%（體積分數(shù)）乙酸進行模擬浸提, 截取6 cm紙吸管（接觸面積約為6 cm2）于玻璃試管中, 加入10 mL食物模擬物。根據(jù)紙吸管預(yù)期接觸的最長時間并結(jié)合國標（GB 31604. 1-2015）推薦的總遷移測試條件[9］, 進行70℃水浴加熱2 h的遷移試驗。將上述條件下得到的提取液進行氮吹濃縮, 再用1 mL甲醇復(fù)溶, 用注射器吸取樣品, 經(jīng)0. 22μm PTFE有機濾膜過濾至1. 5 mL樣品瓶中, 用UPLC-Q-TOF MS進行檢測。每個樣品設(shè)置兩個平行, 并設(shè)置相同處理過程的空白樣品。

1.5 遷移物的非靶向篩查

使用沃特世公司的UNIFI軟件對遷移物進行非靶向篩查。UNIFI科學(xué)信息系統(tǒng)可實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理、瀏覽和報告生成一體化。Q-TOF MS的MSE采集模式能在一次進樣下通過低能通道與高能通道分別得到物質(zhì)的準分子離子峰及碎片信息[11］。原始數(shù)據(jù)采用UNIFI進行處理, 通過對比樣品色譜峰與空白色譜峰并設(shè)置質(zhì)譜響應(yīng)閾值3 000對遷移物進行篩查, 進而根據(jù)碎片信息進行鑒定, 鑒定流程圖如圖1所示。

圖1 鑒定流程圖Fig. 1 Flow chart for identification

1.6 風(fēng)險矩陣的構(gòu)建及遷移物的風(fēng)險評估

當食品接觸材料中遷移物較多時, 如果可以進行優(yōu)先級排列, 則可以關(guān)注高風(fēng)險物質(zhì), 優(yōu)化資源。鑒于風(fēng)險為危害和暴露的函數(shù), 本課題組前期基于風(fēng)險的兩個函數(shù), 即危害和暴露建立了一種快速篩選評估并進行風(fēng)險分級的風(fēng)險矩陣[12］, 如圖2所示, 圖中a、b、c、d、e分別為權(quán)重系數(shù)1、1、4、4、4。用毒性水平、Cramer分級和致突變性的加和來表征危害的大小, 而暴露由于需要具體情境的暴露數(shù)據(jù), 考慮到遷移物的水溶性和滲透性越好, 暴露風(fēng)險越高, 代表更容易被吸收, 因此暴露定義為遷移物的水溶性和滲透性的加和。其中, LD50是表征物質(zhì)急性毒性最常用的指標, 使用TEST（V. 5. 1. 1）軟件進行預(yù)測, Cramer分類主要反映物質(zhì)的慢性毒性, 使用Toxtree（V. 3. 1. 0）對不具有DNA反應(yīng)性致突變物進行Cramer分類, 致突變性是食品接觸材料評估中重點關(guān)注的毒性終點, 使用VEGA（V. 1. 1. 4）中的Ames致突變性功能進行預(yù)測[13］。水溶性方面參考EU No. 10/2011法規(guī)中10μg/kg的閾值和1 L/kg食品的假設(shè), 使用TEST（V. 5. 1. 1）進行預(yù)測, 滲透性方面采用Lipinski5規(guī)則[14］。

圖2 風(fēng)險因素及其得分分布Fig. 2 Risk factors and their score distributions

所建立的風(fēng)險矩陣為：風(fēng)險=危害（毒性水平+Cramer分級+4×致突變性）×暴露（4×水溶性+4×滲透性）, 各項風(fēng)險因素分級描述及得分如表2所示。

表2 風(fēng)險因素描述及評分Table 2 Description and score of the risk factors

將物質(zhì)的總得分劃分成四個區(qū)間, 即四個風(fēng)險等級, 分數(shù)越高意味著風(fēng)險越高。風(fēng)險因素綜合得分及總風(fēng)險得分如表3所示, 詳細方法及劃分標準參考本課題組前期建立的風(fēng)險矩陣[12］。使用風(fēng)險矩陣對紙吸管遷移試驗中的遷移物進行風(fēng)險評估, 并根據(jù)物質(zhì)的風(fēng)險進行優(yōu)先級排序。

表3 風(fēng)險因素綜合得分及總風(fēng)險得分Table 3 Composite and total risk score of risk factors

2 結(jié)果與討論

2.1 紙吸管中遷移物的非靶向篩查

利用圖1的鑒定流程對2種紙吸管樣品分別在2種模擬物中的遷移物以及空白樣品進行非靶向篩查。圖3顯示了遷移試驗中遷移物的色譜圖, 4組遷移試驗共鑒定出31種化合物（見表4）。結(jié)果表明, 兩種紙吸管均檢出較多紙及紙制品生產(chǎn)過程中的加工助劑, 主要包括潤滑劑、施膠劑、抗氧劑、消泡劑等。由表4可以看出, 1號樣品檢出的加工助劑明顯多于2號樣品, 原因可能是兩種紙吸管樣品來自不同商家, 其品牌不同, 制造工藝有所區(qū)別, 加工過程中用于增強紙吸管性能的添加劑種類也有所不同。

表4 鑒定的遷移物Table 4 Identified migrants

圖3 兩種紙吸管樣品的色譜圖Fig. 3 Chromatograms of two paper straw samples

造紙過程的涂布階段需添加潤滑劑, 以改善涂料的流動性及流平性, 使涂層光滑平整, 且避免涂料干燥時發(fā)生龜裂。在1、2號樣品中均檢出酰胺類潤滑劑, 其中芥酸酰胺作為芥酸的重要衍生物, 是一種應(yīng)用廣泛的優(yōu)良精細化工產(chǎn)品, 由于其具有較高的熔點和良好的熱穩(wěn)定性, 因而常被用做潤滑劑[15］。除了潤滑作用, 酰胺基還能與纖維素分子的羥基形成氫鍵, 從而提高纖維間的結(jié)合[16］。

松香酸類和花生酸、棕櫚酸等飽和脂肪酸是造紙工藝中常用的施膠劑, 可增強紙對水滲透的抵抗力, 賦予成品紙憎水性[16］?？寡鮿┯糜诜乐辜垙埨匣? 延長紙張的使用壽命[17］, 在這兩種樣品中均檢出抗氧劑降解成分, 推測其可能是在高溫烘烤階段產(chǎn)生。

此外, 在1號樣品中還檢出12～22個碳的聚乙二醇類消泡劑。消泡劑常用于造紙工藝中的抄紙過程, 在制漿過程中未洗凈的起泡物質(zhì)以及人工添加的表面活性劑均會產(chǎn)生泡沫, 給生產(chǎn)帶來各種問題并使紙張產(chǎn)品質(zhì)量下降, 加入聚乙二醇類物質(zhì)不僅可消除泡沫, 還可使紙張保持一定水分, 減少紙邊卷曲。

（續(xù)表4）

2.2 遷移物的風(fēng)險分級

使用所建立的風(fēng)險矩陣, 對紙吸管中鑒定的31種遷移物進行風(fēng)險分級, 各項風(fēng)險因素得分如表5所示。根據(jù)總風(fēng)險得分進行分級, 發(fā)現(xiàn)Ⅱ級風(fēng)險物質(zhì)23個, Ⅲ級風(fēng)險物質(zhì)2個, Ⅳ級風(fēng)險物質(zhì)6個, 并未發(fā)現(xiàn)Ⅰ級高風(fēng)險物質(zhì)。Ⅱ級風(fēng)險物質(zhì)涵蓋大多數(shù)加工助劑, 但得分較高的物質(zhì)主要為幾種潤滑劑、施膠劑和消泡劑, 這些助劑具有良好的滲透性和水溶性, 因此有較高的暴露分數(shù)。綜上所述, 對于紙吸管中遷移物的風(fēng)險, 應(yīng)主要關(guān)注潤滑劑、施膠劑和消泡劑。

表5 各項風(fēng)險因素得分表Table 5 Score table of various risk factors

2.3 紙吸管中風(fēng)險物質(zhì)的遷移量及風(fēng)險評估

因為遷移物中Ⅱ級風(fēng)險物質(zhì)數(shù)量較多, 可根據(jù)結(jié)構(gòu)和作用進行分類, 因此每類遷移物選擇一個結(jié)構(gòu)相似且有代表性的標準物質(zhì)進行半定量分析, 分別為松香酸、六甘醇、己內(nèi)酰胺和肉豆蔻酸異丙酯。以4種標準品的質(zhì)量濃度為橫坐標（x, μg/L）, 峰面積為縱坐標（y）建立標準曲線, 以3倍信噪比（S/N=3）為檢出限（LOD）, 10倍信噪比（S/N=10）為定量下限（LOQ）, 確定4種標準品的線性范圍、檢出限及定量下限（見表6）。數(shù)據(jù)表明, 4種標準物質(zhì)在一定質(zhì)量濃度范圍內(nèi)呈良好線性。己內(nèi)酰胺的檢出限可達0. 5μg/L, 定量下限可達1μg/L, 其他3種標準品的檢出限和定量下限分別為1μg/L和10μg/L。

表6 4種標準品的檢出限、定量下限及線性范圍Table 6 LODs, LOQs and linear ranges of 4 standards

采用4種標準品的標準曲線對紙吸管中Ⅱ級風(fēng)險物質(zhì)進行半定量分析, 結(jié)果如表7所示。根據(jù)歐盟法規(guī)（No. 10/2011）規(guī)定, 假設(shè)每人每天攝入1 kg食物, 根據(jù)遷移量（mg/kg）和攝入量（kg/人/d）計算暴露量（mg/人/d）, 即暴露量（mg/人/d）=遷移量（mg/kg）×攝入量（kg/人/d）。對遷移物的安全性評估使用TTC方法[18］, 即：對于Cramer分級為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級的化合物, 對應(yīng)的安全閾值分別為30、9、1. 5μg/kg BW, 即1. 8、0. 54、0. 09 mg/d, 然后將暴露量與TTC閾值比較, 若暴露量低于TTC閾值, 則該遷移物的健康風(fēng)險無需關(guān)注, 否則可能存在安全風(fēng)險, 后續(xù)需要進一步優(yōu)化暴露評估, 或者采用非TTC方法進行風(fēng)險評估。由于假設(shè)每人每天的食物攝入量為1 kg, 因此暴露量與遷移量在數(shù)值上相等。由表7可以看出部分酰胺類潤滑劑的暴露量高于相應(yīng)的TTC閾值, 尤其是芥酸酰胺, 需引起關(guān)注。

表7 Ⅱ級風(fēng)險物質(zhì)在50%乙醇和3%乙酸中的遷移水平及其風(fēng)險評估Table 7 Migration of gradeⅡrisk substances in 50%ethanol and 3%acetic acid and its potential risk

3 結(jié) 論

本研究根據(jù)歐盟法規(guī)推薦的兩種食品模擬物對紙吸管進行遷移試驗, 并使用UPLC-Q-TOF MS對兩種紙吸管樣品進行了非靶向篩查, 共鑒定出31種遷移物, 主要包括潤滑劑、施膠劑、抗氧劑、消泡劑等加工助劑?；诒菊n題組前期建立的風(fēng)險矩陣, 即風(fēng)險=危害（毒性水平+Cramer分級+4×致突變性）×暴露（4×水溶性+4×滲透性）, 對31種遷移物進行風(fēng)險分級, 結(jié)果表明, 未發(fā)現(xiàn)Ⅰ級高風(fēng)險物質(zhì), Ⅱ級風(fēng)險物質(zhì)中得分較高的是幾種潤滑劑、施膠劑和消泡劑, 如芥酸酰胺、海松酸、聚乙二醇等。對部分Ⅱ級風(fēng)險物質(zhì)進行定量分析, 通過對比暴露量和TTC閾值, 發(fā)現(xiàn)酰胺類潤滑劑存在健康風(fēng)險, 尤其是芥酸酰胺, 應(yīng)在紙吸管生產(chǎn)加工過程中引起關(guān)注。本研究的樣本量較小, 存在一定的不確定性。后續(xù)還需進一步增加樣本量, 并基于實際的遷移水平, 對篩選出的高風(fēng)險物質(zhì)進行風(fēng)險評估, 從而對結(jié)論進行進一步驗證, 以期為相關(guān)部門進行風(fēng)險管理提供科學(xué)建議。