焦 遜, 趙 鵬, 徐龍華, 徐志祥

(山東省食品加工與質(zhì)量控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/山東農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,山東泰安 271018)

聚氯乙烯(polyvinyl chloride,PVC)薄膜是目前使用最廣泛的一種包裝材料,具有質(zhì)軟、透明度高且價(jià)格低等特點(diǎn),在超市和家庭中常用于新鮮肉制品和果蔬的保鮮儲(chǔ)藏[1-2]。由于PVC樹脂較硬且脆,在加工時(shí)會(huì)加入大量增塑劑來改善樹脂性能,增加PVC膜的延展性和韌性。鄰苯二甲酸酯(phthalate esters,PAEs)因具有良好的樹脂相容性、高增塑效率和價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn),成為用量最大的增塑劑[3];己二酸二(2-乙 基)己酯(di(2-ethylhexyl)adipate,DEHA)是一種耐寒增塑劑,可賦予制品低溫柔軟性、耐寒性,常用于食品保鮮膜[4]。增塑劑分子量小且和PVC聚合物并沒有化學(xué)鍵結(jié)合,在一定條件下極易向食品中遷出,長期積累在人體內(nèi)會(huì)對(duì)內(nèi)分泌系統(tǒng)和生殖系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響,甚至有致癌、致畸的可能[5-7]。

食品包裝材料中的有害物質(zhì)會(huì)在一定程度上向食品中遷出,目前國內(nèi)外主要通過模擬物遷移實(shí)驗(yàn)來反映食品包裝材料接觸不同類型食品的遷移水平和安全水平[8-9],并以此建立數(shù)學(xué)模型對(duì)增塑劑的遷移量進(jìn)行預(yù)測(cè)。由于組分及其含量的不同,同一種食品對(duì)包裝材料中增塑劑的浸出能力也有所差異,從而造成模型預(yù)測(cè)值的偏差。實(shí)際遷移研究主要集中在向食用油、飲用水等組成簡單且易前處理的均勻液體樣品的遷移規(guī)律和影響因素上[10-11]。影響增塑劑遷移的因素主要是溫度[12-13]和時(shí)間[14],而食物組成、微波強(qiáng)度[8]、輻射、pH值等因素也在一定程度上影響遷移量。

目前,雖然已有增塑劑在真實(shí)食品中遷移規(guī)律的相關(guān)報(bào)道,但是向組成復(fù)雜的肉制品中遷移規(guī)律的研究還缺乏一定的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。本研究以鄰苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(di(2-ethylhexyl)phthalate,DEHP)和DEHA增塑劑為對(duì)象,研究保鮮膜中增塑劑向新鮮豬肉中的遷移規(guī)律和影響因素,獲得了不同脂肪含量下的遷移量和增塑劑遷移量預(yù)測(cè)模型,以期為評(píng)估PVC保鮮膜包裝食品的安全性提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

3種PVC保鮮膜購于當(dāng)?shù)嘏l(fā)市場(chǎng),1種聚乙烯(polyethylene,PE)保鮮膜、2種PE食品包裝袋和新鮮豬肉均購于泰安大潤發(fā)超市。

鄰苯二甲酸二甲酯(dimethyl phthalate,DMP)、鄰苯二甲酸二乙酯(diethyl phthalate,DEP)、鄰苯二甲酸二異丁酯(di-iso-butyl phthalate,DIBP)、鄰苯二甲酸二丁酯(di-n-butyl phthalate,DBP)、鄰苯二甲酸丁基芐基酯(butylbenzyl phthalate,BBP)、鄰苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(di(2-ethylhexyl)phthalate,DEHP)、鄰苯二甲酸二辛酯(dioctyl phthalate,DOP)、鄰苯二甲酸二壬酯(dinonyl phthalate,DNP)、己二酸二(2-乙基)己酯(di(2-ethylhexyl)adipate,DEHA)(純度≥98%),北京迪馬科技有限公司;乙腈、正己烷、丙酮(均為色譜純),天津市凱通化學(xué)試劑有限公司;異辛烷(色譜純),天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

GC-2010型氣相色譜儀(配有FID檢測(cè)器),日本島津公司;DH-6000型電熱恒溫培養(yǎng)箱,天津泰斯特儀器有限公司;EYEL4型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器,上海愛朗儀器有限公司;QY-75型遷移測(cè)試池,廣州愛測(cè)智能科技有限公司;ProElut PSA型玻璃固相萃取柱(1 g,6 mL),迪馬科技有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 色譜條件

色譜柱：Rtx-5彈性石英毛細(xì)管色譜柱(30.0 m×0.32 mm ×0.25 μm);載氣流量：1.5 mL/min;進(jìn)樣口溫度：250℃;FID檢測(cè)器溫度：280℃;升溫程序：初始溫度60℃保持2 min,以20℃/min升溫至220℃保持3 min,以5℃/min升溫至280℃保持5 min;分流比：1∶10;進(jìn)樣量1 μL。

1.3.2 保鮮膜中增塑劑含量測(cè)定

將待測(cè)保鮮膜剪碎至直徑小于0.3 cm,稱取試樣0.05 g(精確至0.000 1 g)于具塞試管中,加入15 mL正己烷,室溫下超聲提取30 min,殘?jiān)貜?fù)提取2次。合并提取液,定容至50 mL,0.22μm濾膜過濾,進(jìn)GC分析。做空白對(duì)照實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)平行重復(fù)3次。

1.3.3 遷移實(shí)驗(yàn)

1.3.3.1 全浸泡遷移實(shí)驗(yàn)

模擬實(shí)驗(yàn)均按照GB/T 23296.1—2009[15]中規(guī)定表面積-體積比和溫度進(jìn)行。將PVC保鮮薄膜置于切割板上,使用3 cm×5 cm模板,切割成面積15 cm2的試樣,后割成3個(gè)1 cm×5 cm的長條。用細(xì)鐵絲在每個(gè)長條兩端穿孔,置于50 mL錐形瓶內(nèi),加入預(yù)先加熱或冷卻的50 mL異辛烷,蓋上塞子。將錐形瓶分別放置于4、20、40℃下,每個(gè)溫度下均設(shè)置幾個(gè)不同的遷移時(shí)間。將模擬液移入圓底燒瓶中,35℃下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至近干,正己烷定容至2 mL,0.22μm濾膜過濾,GC分析。完成3次平行實(shí)驗(yàn),扣除空白。

1.3.3.2 單面遷移實(shí)驗(yàn)

將PVC保鮮薄膜置于切割板上,切割成直徑大于7.5 cm的圓形保鮮膜平鋪于樣品盤上,蓋好測(cè)試池,夾緊上下夾板。量取預(yù)先加熱或冷卻的73.6 mL異辛烷于測(cè)試池內(nèi)并置于4、20、40℃環(huán)境下保存,處理步驟同1.3.3.1。

1.3.3.3 實(shí)際遷移實(shí)驗(yàn)

取脂肪含量高和低的兩份新鮮豬肉,攪碎攪勻,用酸水解法測(cè)定其脂肪含量,根據(jù)所需脂肪含量,將二者按一定比例攪勻,待用。在切割板上切下兩片與10 mL燒杯底面積相同(約5.75 cm2)的圓形PVC保鮮膜,其中一片置于燒杯底部。取2.00 g已知脂肪含量的豬肉均勻蓋在保鮮膜上,將另一片切好的保鮮膜壓緊在豬肉上。分別置于4、20、70℃下處理不同時(shí)間后,取出待用。

1.3.4 豬肉中增塑劑的提取與凈化

提?。喝〕鰞善ｕr膜,用脫脂棉擦拭掉附在薄膜上的油脂與豬肉一并放入25 mL具塞試管中,向試管中加2 mL正己烷和10 mL乙腈,超聲20 min。重復(fù)該提取步驟,合并兩次提取液,4 000 r/min離心10 min。取下層清液在40℃下氮?dú)獯蹈?加入2 mL正己烷,震蕩搖勻,固相萃取柱凈化。

凈化：依次向固相萃取小柱中加入5 mL丙酮,5 mL正己烷,活化柱床;加入待凈化液,流速控制在1 mL/min內(nèi),收集洗出液;依次向小柱加入5 mL正己烷、5 mL 4%丙酮-正己烷溶液,收集流出液。合并兩次收集的流出液,于40℃的水浴條件下用氮?dú)獯蹈珊?用正己烷定容至1 mL。0.22μm濾膜過濾,GC待測(cè)。完成3次平行實(shí)驗(yàn),扣除空白。

2 結(jié)果與討論

2.1 線性關(guān)系和檢出限分析

本實(shí)驗(yàn)采用外標(biāo)法定量,以各化合物峰面積為縱坐標(biāo),質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)繪制9種增塑劑標(biāo)準(zhǔn)曲線,線性方程、線性范圍檢出限(limits of detection,LOD)及相關(guān)系數(shù)(R2)見表1。各化合物均有良好的線性關(guān)系,相關(guān)系數(shù)均大于0.999。該方法的最低檢出限(S/N=3,LOD)在0.020～0.036 mg/kg,低于歐盟和我國規(guī)定DEHP、DBP、BBP、DEHA的最低檢出限(1.5、0.3、30、18 mg/kg)[16],滿足分析檢測(cè)要求。

2.2 回收率和重復(fù)性驗(yàn)證

為了驗(yàn)證方法的準(zhǔn)確度,對(duì)異辛烷和豬肉進(jìn)行9種增塑劑在0.5 mg/L和2 mg/L水平的添加回收實(shí)驗(yàn),每個(gè)水平重復(fù)3次。其中,異辛烷中的回收率為76.82% ～113.60%,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差 RSD為1.22%～4.73%;豬肉中的回收率為76.42% ～123.10%,RSD為1.44%～8.75%。該方法的準(zhǔn)確度和精密度符合分析要求。

2.3 市售包裝材料中增塑劑含量分析

本研究選擇的兩種材質(zhì)的保鮮膜、保鮮袋共6個(gè)樣品,其中5種樣品檢出增塑劑(表2)。由檢測(cè)數(shù)據(jù)可知,PVC保鮮膜中增塑劑含量遠(yuǎn)大于PE材質(zhì),這是由于聚氯乙烯原料質(zhì)地較硬,需要加入大量增塑劑來提高其柔軟度。3種PVC膜均檢出DEHP和DEHA,質(zhì)量濃度范圍為123.07～498.98 mg/kg和231.02～246.38 g/kg。生產(chǎn)廠家選擇添加耐寒性優(yōu)良的DEHA與DEHP復(fù)配使用,既滿足實(shí)際生產(chǎn)需要又降低成本。雖然二者含量低于GB 9685—2016[16]中規(guī)定的最大使用量5%和35%,但接觸脂類食品仍能對(duì)食品造成污染,其潛在的威脅仍不能小覷。此外,6種包裝材料中均未檢出DMP、DEP、DIBP、DBP、DNP、DNOP。 由于 1#PVC 保鮮膜兩種增塑劑均較高,因此選擇1#保鮮膜進(jìn)行后續(xù)遷移實(shí)驗(yàn)。

表1 9種增塑劑線性方程、線性范圍、檢出限和相關(guān)系數(shù)Tab.1 Linear equations,linear ranges,limits of detection,and regression coefficients of 9 kinds of plasticizers

表2 6種常見包裝材料中增塑劑含量Tab.2 Contents of plasticizers in 6 kinds of packing materials

2.4 PVC保鮮膜中增塑劑向豬肉的遷移分析

圖1 不同溫度下PVC保鮮膜中DEHP向豬肉中的特定遷移量Fig.1 Migration behavior of DEHP from PVC wrap to pork at different temperatures

圖2 不同溫度下PVC保鮮膜中DEHA向豬肉中的遷移量Fig.2 Migration behavior of DEHA from PVCwrap to pork at different temperatures

選擇1#PVC保鮮膜中DEHP和DEHA為考察對(duì)象,測(cè)定4、20、70℃三個(gè)溫度下不同脂肪含量豬肉中遷移量隨時(shí)間的變化,同時(shí)比較單面遷移和全浸泡遷移兩種接觸方式的異辛烷模擬實(shí)驗(yàn),結(jié)果如圖1和圖2。圖1、圖2結(jié)果表明：在同一溫度下,豬肉和異辛烷模擬液遷移的初期曲線斜率最大,說明增塑劑遷移的速率最大;隨著時(shí)間的推移,伴隨著遷移量的增大,曲線斜率變小,直至遷移達(dá)到平衡斜率為零,說明遷移速度逐漸變慢。這是由于在遷移初期膜/肉兩相中增塑劑濃度差最大,此時(shí)擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)力最大,遷移速率最大;隨著肉表面增塑劑的積累,濃度差減小,膜/肉兩相的遷移逐漸達(dá)到平衡,遷移量不再增加。溫度越高,豬肉和異辛烷中增塑劑的遷移平衡時(shí)間越短,說明遷移速率變大,這主要得益于較高溫下分子熱運(yùn)動(dòng)加劇。DEHP在高中低3個(gè)溫度下的平衡時(shí)間為1、12、60 h,而DEHA則是1.5、15、70 h。二者的差異一方面可能是由于兩種增塑劑的結(jié)構(gòu)不同,DEHA的分子鏈更長,不易遷出;另一方面可能與兩種增塑劑的溶解度不同有關(guān)。

增塑劑在不同脂肪含量豬肉中的遷移規(guī)律也有差異。在相同的接觸條件下,不同脂肪含量的遷移趨勢(shì)和平衡時(shí)間基本相同,但平衡時(shí)的最大遷移量不同,脂肪含量高的豬肉遷移量大。由此可知,脂肪含量對(duì)平衡時(shí)最大遷移量影響較大。DEHP在高、低兩個(gè)脂肪含量的豬肉中遷移量分別為12.36～13.30μg/dm2和11.06～11.46μg/dm2;增塑劑 DEHA在高、低兩個(gè)脂肪含量的豬肉中遷移量則分別是8.82～9.99 mg/dm2和7.36～7.75 mg/dm2。 經(jīng)換算,DEHP和DEHA兩種增塑劑遷移平衡時(shí)的最低遷移量分別為0.64 mg/kg和423.20 mg/kg,其中DEHA超過了GB 9685—2016中對(duì)食品接觸材料規(guī)定的特定遷移量18 mg/kg。

單面遷移和全浸泡遷移雖采用了相同的表面積-體積比,但由于全浸泡遷移膜兩側(cè)均發(fā)生遷移,在平衡時(shí)全浸泡遷移量顯著高于單面遷移方式。厚度較薄的包裝材料,選擇與食物實(shí)際接觸的一面進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)更符合實(shí)際情況。

3 結(jié) 論

建立了9種增塑劑的固相萃取-氣相色譜檢測(cè)方法。方法的最低檢出限為0.020～0.360 mg/kg,加標(biāo)回收率為76.42% ～123.10%,滿足分析測(cè)試要求。兩種接觸方式的模擬實(shí)驗(yàn)遷移量與不同脂肪含量的豬肉遷移量各不相同,不能很好地反映增塑劑從PVC保鮮膜向脂肪含量變化大的豬肉中遷移的含量。豬肉遷移實(shí)驗(yàn)中,在一定條件范圍內(nèi),時(shí)間越長增塑劑遷移量越大,溫度越高遷移速率越大。脂肪含量與遷移達(dá)到平衡時(shí)的最大遷移量呈正相關(guān)關(guān)系。