胡 云，劉 源

（1.揚(yáng)州市食品藥品檢驗(yàn)檢測中心，江蘇 揚(yáng)州 225001；2.上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院，上海 200235）

目前，既節(jié)約能源又對環(huán)境友好的可生物降解材料在各國政府的支持下正得到快速發(fā)展[1-3]。這種新型食品接觸材料通常由生物成分和聚酯混合制成，有的材料為了達(dá)到延長保質(zhì)期的目的加入了活性組分[4-5]，因此，材料中的化學(xué)成分十分復(fù)雜。一些可生物降解食品接觸材料在體外生物測定中顯示出與最終產(chǎn)品相關(guān)而不是與原料相關(guān)的毒性[6]，說明其毒性成分主要來自于和加工有關(guān)的有意添加物及非有意添加物（non-intentionally added substances，NIAS）。已有標(biāo)準(zhǔn)（GB 9685—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品接觸材料及制品用添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》[7]）和法規(guī)（(EU) No 10/2011[8]）對添加劑、加工助劑等有意添加物的使用進(jìn)行規(guī)范。但是，NIAS大多數(shù)是未知的，這些未知物并不在上述標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)的規(guī)定范圍之內(nèi)。

食品接觸材料中的NIAS是指存在于食品接觸材料中的任何反應(yīng)產(chǎn)物、降解產(chǎn)物及用于包裝生產(chǎn)的原料中殘留的雜質(zhì)[9]。NIAS是食品的污染源之一。NIAS從食品接觸材料到食品的遷移受分子質(zhì)量、食品的性質(zhì)、食品接觸材料類型的影響[10-12]。一些NIAS有典型的醋味、腐臭味[13]，會影響食品的感官特性。據(jù)研究，食品接觸材料提取物在體外毒理學(xué)生物測定中呈現(xiàn)出的細(xì)胞毒性和內(nèi)分泌干擾作用與NIAS有關(guān)[14]。歐盟法規(guī)規(guī)定，在食品接觸材料的風(fēng)險評估中應(yīng)考慮NIAS[8]。

對可生物降解食品接觸材料中的NIAS進(jìn)行風(fēng)險評估，不僅要熟悉材料的配方和工藝，還要熟練掌握復(fù)雜的化學(xué)分析技術(shù)[15]。通常，化合物的風(fēng)險評估包括化學(xué)結(jié)構(gòu)鑒定、定量、暴露水平分析、毒理學(xué)評價4 個步驟。但是，大多數(shù)可生物降解食品接觸材料中的NIAS沒有確定的化學(xué)結(jié)構(gòu)和濃度數(shù)據(jù)，風(fēng)險評估面臨巨大的挑戰(zhàn)[16]。本文分析了可生物降解食品接觸材料中NIAS的可能來源，總結(jié)了NIAS化學(xué)結(jié)構(gòu)鑒定及風(fēng)險評估方法，希望在提升可生物降解食品接觸材料檢驗(yàn)檢測技術(shù)的同時，為生產(chǎn)企業(yè)對產(chǎn)品質(zhì)量的管控和市場監(jiān)管部門對產(chǎn)品質(zhì)量安全的有效監(jiān)管提供理論支撐。

1 可生物降解食品接觸材料的種類

可生物降解聚合物是指易受生物活動（如類似被細(xì)菌或真菌等微生物分解的生物活動）降解的聚合物，伴隨著摩爾質(zhì)量的降低，聚合物可能會變成具有理想特性的環(huán)境可接受的物質(zhì)（如水、二氧化碳、甲烷和生物質(zhì)）[17-18]。該聚合物的生物降解不僅通過酶的催化活動進(jìn)行，還通過多種生物活動進(jìn)行?？缮锝到馐称方佑|材料在工業(yè)堆肥廠和厭氧消化器中可達(dá)到最佳降解效果[19-20]。有些材料，例如聚羥基丁酸酯（poly-3-hydroxybutyrate，PHB）在水生環(huán)境和土壤環(huán)境中就能完全生物降解[21]。材料的可生物降解性取決于其化學(xué)結(jié)構(gòu)而不是其來源。根據(jù)來源能夠?qū)⒖缮锝到馐称方佑|材料分為兩類[9]：一類是生物基可生物降解食品接觸材料，如聚乳酸（polylactic acid，PLA）、聚羥基脂肪酸酯（polyhydroxyalkanoates，PHA）、生物-聚丁二酸丁二醇酯（bio-poly (butanediol succinate)，bio-PBS）等；另一類是石油基可生物降解食品接觸材料，如聚己內(nèi)酯（polycaprolactone，PCL）、聚丁二酸丁二醇酯（poly(butylene succinate)，PBS）、聚己二酸丁二醇酯（poly(1,4-butylene adipate)，PBA）、聚己二酸對苯二甲酸丁二醇酯（poly(butyleneadipate-co-terephthalate)，PBAT）等。通常，將多種可生物降解材料共混可獲得更加優(yōu)異的拉伸韌性[22]和抗沖擊性能[23]。碳酸鈣、纖維素納米晶體、納米黏土、海藻酸鹽等組分能進(jìn)一步增強(qiáng)可生物降解復(fù)合材料的熱擴(kuò)散率[24]、熱穩(wěn)定性[25]和黏彈性[26]。用百里酚、香芹酚、麝香草酚浸漬或混合的可生物降解復(fù)合食品接觸材料具有抗氧化活性[27]，能延長食品的保質(zhì)期[28]。

2 NIAS的來源

普遍觀點(diǎn)認(rèn)為食品包裝中的NIAS來自原料和添加劑的降解、雜質(zhì)、新形成的化合物、污染物[9,29]。

2.1 原料及添加劑的降解

可生物降解食品接觸材料通常采用熔融共混后注塑[30-31]、擠壓[32]、熱壓[33]以及薄膜疊壓[34]等高溫高壓工藝制造，在制造的過程中，聚合物材料會發(fā)生一定程度的降解。聚酯PBAT由己二酸、對苯二甲酸、1,4-丁二醇經(jīng)酯化、縮聚反應(yīng)生成，與低密度聚乙烯的性能相似，具有良好的熱穩(wěn)定性、透明度、斷裂伸長率、抗拉強(qiáng)度和剛度[35-36]，常與PLA、淀粉等聚合物熔融共混，產(chǎn)生己二酸-丁二醇的聚合物[11-12,37]、鄰苯二甲酸-1,4-丁二醇-己二酸-1,4-丁二醇的環(huán)狀低聚物[38]、新戊二醇-己二酸-1,6-己二醇-己二酸的環(huán)狀低聚物[37]、鄰苯二甲酸-鄰苯二甲酸-1,4-丁二醇-1,4-丁二醇-1,4-丁二醇-己二酸的線性低聚物[39]等降解產(chǎn)物。2,6,10-三甲基十二烷也是生物聚合物聚酯部分的降解產(chǎn)物，因?yàn)橐呀?jīng)規(guī)定了其無可見不良作用水平（no observed adverse effect level，NOAEL）為1 000 mg/（kgmb·d）[40]，所以它在可循環(huán)使用的可生物降解餐具中的遷移量備受關(guān)注[41]。有的竹基餐具為了改善機(jī)械性能，在原料中加入三聚氰胺樹脂，在遷移試驗(yàn)中檢測到的三聚氰胺單體的遷移量已經(jīng)超過了(EU) No 10/2011法規(guī)規(guī)定的2.5 mg/kg限量要求[8]，這種由三聚氰胺樹脂填充的竹基餐具并不是聲稱的可生物降解餐具[41]。聚酯在熱降解的過程中，除了形成寡聚體，酯基水解還會產(chǎn)生風(fēng)味小分子，如有樟腦臭味的2-甲基-2-丙醇[42]。

聚乳酸聚酯作為最具發(fā)展前景的食品接觸材料，其中的PLA組分在熱降解的過程中，通過分子內(nèi)酯交換或者分子間酯交換形成低聚物丙交酯，這種乳酸的環(huán)狀二聚體[11]并不屬于(EU) No 10/2011法規(guī)的認(rèn)可列表范圍[8]，需要嚴(yán)格控制遷移量。在PLA薄膜的遷移試驗(yàn)中檢測到的環(huán)狀和線性乳酸寡聚體也屬于PLA組分的降解產(chǎn)物[39]。在PLA顆粒、薄膜、熱成型品中含量豐富的乙醛[42]產(chǎn)生于羥基末端引發(fā)的酯交換過程[43]，10～20 mg/L的乙醛就能使聚對苯二甲酸乙二醇酯（polyethylene terepthalate，PET）瓶裝礦泉水產(chǎn)生水果異味[44]。這種芳香化合物可以從PLA食品接觸材料遷移到食品或飲料，導(dǎo)致感官品質(zhì)劣變，因此，有研究者認(rèn)為PLA聚合物中的乙醛是評判PLA產(chǎn)品等級的重要標(biāo)記物[42]。

聚合物中的添加劑會在輻照等因素的影響下發(fā)生降解。在石油基塑料中經(jīng)常添加的抗氧化劑三(2,4-二叔丁基苯基)亞磷酸酯（Irgafos168），經(jīng)電子束輻照和伽馬射線輻照后化學(xué)鍵會發(fā)生斷裂，進(jìn)而形成2,4-二叔丁基苯和具有抗菌、抗炎和抗癌效果的2,4-二叔丁基苯酚[45-48]。為了改善生物聚合物的熱穩(wěn)定性、提高機(jī)械性能[49-51]，有的淀粉基生物聚合物中加入了Irgafos168，因?yàn)檫w移試驗(yàn)的條件比較溫和，并不會檢測到相應(yīng)的降解產(chǎn)物[12]。

2.2 雜質(zhì)

雜質(zhì)是指存在于聚合物的原輔料和添加劑中但是沒有在初始物質(zhì)信息數(shù)據(jù)表中明確的物質(zhì)[15]。雜質(zhì)不是故意添加的，但是在一些可生物降解餐具的遷移試驗(yàn)中可以檢測到。PLA餐具中添加的改性劑水合硅酸鎂和無機(jī)填料碳酸鈣含有鋁、鋇、鐵、鋅等雜質(zhì)，這些金屬元素在質(zhì)量濃度為30 g/L的乙酸食品模擬液中的遷移量會隨著遷移溫度的升高和遷移時間的延長而增加[52]。在一些竹基餐具的遷移試驗(yàn)中，竹筍中的一些組分如蘆竹素、纈氨酸、原兒茶酸、L-組氨酸、咖啡酸、反式松柏醇也被檢測到[41]。這些天然產(chǎn)物中的原兒茶酸和咖啡酸能降低細(xì)胞的氧化損傷[53-55]，對人體健康有益。

2.3 新形成的化合物

可生物降解食品接觸材料在加工過程中會形成反應(yīng)副產(chǎn)物。一些副產(chǎn)物是聚酯熱降解產(chǎn)物醛酮自由基的反應(yīng)產(chǎn)物[43]，如環(huán)戊酮[11]和具有黃油味的2,3-戊二酮[42]。有較高修正頻率（modified frequency，MF）的化合物葫蘆芭內(nèi)酯被認(rèn)為是PLA聚合物顆粒在一定的溫度和壓力條件下形成的，具有香料和甘草味[56]。這些小分子的風(fēng)味物質(zhì)會遷移到食品中，但是它們對食品感官的影響力[11]取決于風(fēng)味閾值和遷移量。

可生物降解餐具中的間接添加劑會形成一些氧化代謝產(chǎn)物。間接添加劑是指間接導(dǎo)致或可能合理預(yù)期導(dǎo)致其成為任何食品的組成部分，或以其他方式影響任何食品特性的化合物[57]。間接添加劑并不是直接添加到食品中，而是從食品接觸材料遷移到食品中?？缮?/p>

降解食品接觸材料在遷移試驗(yàn)中被檢測到的間接添加劑有爽滑劑[11-12]、增塑劑[12,37]、抗氧化劑[12]、表面活性劑[41]和生物滅殺劑[37]等。爽滑劑環(huán)氧大豆油用于改善PLA和淀粉基食品包裝材料的機(jī)械阻力和柔韌性[58-60]，主要成分有棕櫚酸和肉豆蔻酸等，這些脂肪酸與材料降解生成的醇進(jìn)一步反應(yīng)形成氧化代謝產(chǎn)物，如硬脂腈、棕櫚酸異丙酯、2-棕櫚酸甘油酯，肉豆蔻酸肉豆蔻酯、十四烷酸十六烷基酯、肉豆蔻酸乙酯、9,12-十八碳二烯酸甲酯等[12]。增塑劑己二酸二(2-乙基己基)酯（di-(2-ethylhexyl)-adipate，DEHA）與鄰苯二甲酸二(2-乙基己基)酯（di-(2-ethylhexyl)-phthalate，DEHP）的化學(xué)結(jié)構(gòu)類似[61]，但是沒有與DEHP類似的抗雄激素作用[62]，其氧化代謝產(chǎn)物單-2-乙基氧代己基己二酸酯（mono-2-ethyloxoexyl adipate）在淀粉基生物聚合材料中被檢測到[12]。

可降解食品接觸材料會與試驗(yàn)中的溶劑發(fā)生反應(yīng)。在提取沉淀步驟中，PLA顆粒與有機(jī)溶劑二氯甲烷反應(yīng)生成刺激性的有機(jī)化合物氯乙酸乙酯和氯乙醛[11]。PLA材料在遷移試驗(yàn)中檢出了新的線性乳酸低聚物，在有機(jī)溶劑提取液中卻沒有出現(xiàn)，這種新化合物可能是材料中的化學(xué)成分與食品模擬液發(fā)生反應(yīng)的結(jié)果[38]。與三聚氰胺聚酯混制的竹基生物聚合物在遷移試驗(yàn)中檢出了三聚氰胺的衍生物，可能是聚合物與食品模擬液反應(yīng)新生成的，也可能是聚合物在制造過程中形成的[41]。

2.4 污染物

目前，在世界各國政府實(shí)施的可循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式下[3,63-65]，用于回收的食品包裝材料中可能出現(xiàn)的污染物受到了越來越多的關(guān)注，因?yàn)榕c其相關(guān)的NIAS可能會遷移到食品中。這些NIAS來自以下幾個方面：1）回收材料的內(nèi)在污染物，如染料、添加劑及其降解產(chǎn)物；2）材料在使用和回收過程中的降解產(chǎn)物；3）回收材料中的雜質(zhì)；4）材料被多次回收利用時積累的化學(xué)物質(zhì)；5）食品包裝之前使用過和/或?yàn)E用導(dǎo)致出現(xiàn)不需要的和/或意想不到的污染物；6）進(jìn)入回收流程的非食品級材料；7）清洗溶劑[9,66]。普遍觀點(diǎn)認(rèn)為回收和生物降解[67]是可生物降解食品接觸材料報廢后的2 種互補(bǔ)的處理方式。目前，這種新型食品接觸材料雖然允許被回收，但是其占廢棄包裝的比重非常低，達(dá)不到回收利用的盈利要求[68]，暫未發(fā)現(xiàn)可生物降解材料中與污染物相關(guān)的NIAS研究。將來，當(dāng)可生物降解材料逐步取代不可降解的石油基食品接觸材料時，來自回收過程的污染物中的NIAS將是不可忽視的涉及安全性評價的重要研究內(nèi)容。

表1總結(jié)了從可生物降解食品接觸材料中檢出的NIAS及其可能的來源。

表1 從可生物降解食品接觸材料中檢出的NIAS及其可能的來源和分析鑒定方法Table 1 Possible sources and analytical methods of NIAS detected from biodegradable food contact materials

3 鑒定NIAS的分析方法

在鑒定NIAS時，可以對可生物降解食品接觸材料本身進(jìn)行分析[11,38]，也可以對與材料接觸的食品模擬液[11-12,37-38,41]或者食品[39]進(jìn)行分析，通常，材料中含有更多NIAS的信息[11]。但是，對食品模擬液或者食品的分析是必要的，因?yàn)樗鼈冏罱咏牧系恼鎸?shí)使用狀態(tài)。用儀器鑒定可生物降解食品接觸材料中的NIAS，分為不需要前處理和需要前處理2 種不同的策略。解析電噴霧電離質(zhì)譜（desorption electrospray ionization-mass spectrometer，DESI-MS）[69]、實(shí)時直接分析飛行時間質(zhì)譜（direct analysis in real time-quadrupole-time of flight mass spectrometer，DART-QTOF）[70]等直接質(zhì)譜分析法不需要對樣品進(jìn)行提取或者萃取。由于沒有分離步驟，僅憑質(zhì)譜片段鑒定目標(biāo)化合物，因此這是一種基于已鑒定的NIAS對目標(biāo)樣品進(jìn)行快速篩查的分析方法。同時，這種借助于亞穩(wěn)態(tài)氦的環(huán)境電離技術(shù)會使目標(biāo)化合物依據(jù)極性產(chǎn)生不同的加合物[41]。前處理的方法包括有機(jī)溶劑提取法、多次頂空-固相微萃取法、纖維相吸附萃取法以及遷移試驗(yàn)法等。有機(jī)溶劑提取法有兩種，一種是直接用有機(jī)溶劑提取材料中的NIAS[12]；另一種是先用有機(jī)溶劑完全溶解材料，再用沉淀劑使材料析出，分析的目標(biāo)物為上清液中的NIAS[11,38]。由于提取液得到的是材料本身的NIAS而不是遷移出的NIAS，因此有機(jī)溶劑提取法能鑒定出更多數(shù)量的NIAS。固相微萃取常用于提取揮發(fā)性的遷移物[42,37]，而纖維相吸附萃取用于萃取和濃縮低聚物[39]，萃取纖維或者萃取膜的性質(zhì)以及萃取參數(shù)決定了NIAS的性質(zhì)和數(shù)量。在遷移試驗(yàn)中，食品模擬液的性質(zhì)和遷移實(shí)驗(yàn)的條件會影響目標(biāo)化合物的種類和數(shù)量[12,41]。NIAS的鑒定按目標(biāo)化合物的揮發(fā)性和非揮發(fā)性分別用GC-MS和液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)（liquid chromatographymass spectrometry，LC-MS）進(jìn)行分析，在解譜時，需要仔細(xì)甄別質(zhì)譜數(shù)據(jù)中源自有機(jī)溶劑的干擾[11]以及可能出現(xiàn)的系列加合物[12,41]。圖1總結(jié)了鑒定可生物降解食品接觸材料中NIAS的常規(guī)步驟。

圖1 可生物降解食品接觸材料中NIAS的分析流程Fig.1 Flow chart for the analysis of NIAS from biodegradable food contact materials

3.1 前處理方法

完全溶解可生物降解食品接觸材料的有機(jī)溶劑含有豐富的遷移物。PLA聚酯用二氯甲烷低溫超聲1 h至完全溶解，再用2 倍體積的乙醇沉淀聚合物，取上清液濃縮并過濾得到的有機(jī)提取液不僅含有酯、酮、醛、酰胺等小分子遷移物，還含有線性乳酸多聚物、己二酸-丁二醇的聚合物、己二酸-丁二醇-己二酸-丁二醇的環(huán)狀低聚物等主要的遷移物[11,38]。淀粉基顆粒等生物聚合物可以用甲醇直接提取，提取時將固體顆粒樣品壓碎，隨著表面積的增加，提取效率也隨之提高[12]。

MHS-SPME是氣相色譜-質(zhì)譜分析經(jīng)常采用的前處理步驟。需要優(yōu)化的參數(shù)為：SPME纖維的篩選、提取溫度和提取時間。纖維涂層的篩選取決于目標(biāo)分析物的化學(xué)性質(zhì)。碳分子篩/聚二甲基硅氧烷纖維（carboxen/polydimethylsiloxane，CAR/PDMS）對低分子化合物更加友好，而聚二乙烯苯/碳分子篩/聚二甲基硅氧烷纖維（divinylbenzene/carboxen/polydimethylsiloxane，DVB/CAR/PDMS）則為高分子化合物及羧酸類的極性化合物提供了更好的萃取結(jié)果[42]。用3 種SPME纖維提取從多層茶杯遷移到茶湯中的遷移物[37]，發(fā)現(xiàn)萃取極性、半極性揮發(fā)物（相對分子質(zhì)量（Mr）為80～300）的85 μm聚丙烯酸酯纖維提取物中沒有檢測到任何遷移物，萃取揮發(fā)性化合物（Mr60～275）的100 μm聚二甲基硅氧烷纖維提取物中檢測到1 種遷移物，萃取痕量化合物（Mr40～275）的50/30 μm DVB/CAR/PDMS提取物中也檢測到1 種遷移物，但是，與100 μm的纖維提取物相比，響應(yīng)值更大。SPME的萃取溫度高于生物基材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（55～65 ℃），一般為70～80 ℃，萃取時間在25～30 min，添加質(zhì)量濃度300 g/L氯化鈉可以獲得更好的萃取效果[37,42]。

FPSE是一種新型的樣品制備技術(shù)[39,71]，萃取程序包括清洗、提取、反萃取。在萃取質(zhì)量濃度為30 g/L乙酸模擬液和菠蘿汁中的遷移物時，溶膠-凝膠（carbowax，CW）、溶膠-凝膠聚四氫呋喃（polytetrahydrofuran，PTHF）和溶膠-凝膠二甲基硅氧烷（dimethylsiloxane，PDMS）3 種FPSE膜表現(xiàn)出較高的富集因子。經(jīng)試驗(yàn)優(yōu)化后，同時使用PTHF膜和CW膜提取效率最高，F(xiàn)PSE膜在提取階段需要攪拌20 min，在反萃取階段，需要在甲醇中超聲10 min。與直接進(jìn)樣相比，樣品經(jīng)FPSE處理后進(jìn)樣不僅增加了所有低聚物的峰面積，而且檢測到了新的低聚物[39]。

在評估NIAS時，通常會進(jìn)行遷移試驗(yàn)以測定特定遷移物的含量。歐盟法規(guī)(EU) No 10/2011[8]和我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB 31604.1—2015《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品接觸材料及制品遷移試驗(yàn)通則》[72]都規(guī)定了具體的食品模擬液的類型，以及與之對應(yīng)的食品種類。遷移時間和遷移溫度一般選擇可預(yù)見的食品接觸材料最壞的使用條件[9]。遷移條件會影響可生物降解食品接觸材料中NIAS的遷移。在對可生物降解茶杯的遷移物研究中，低聚物在冷茶中的遷移量比在熱茶中的低1 個數(shù)量級以上[37]，說明溫度促進(jìn)了低聚物的遷移。食品模擬液的性質(zhì)會影響NIAS的遷移。在淀粉基杯子的遷移試驗(yàn)中，體積分?jǐn)?shù)10%的乙醇和30 g/L乙酸模擬液中未檢出任何化合物，但是，體積分?jǐn)?shù)95%的乙醇模擬液中檢出了14 種不同的化合物。淀粉基杯子在體積分?jǐn)?shù)95%的乙醇和異辛烷中的遷移總量遠(yuǎn)高于在葵花籽油中的遷移總量，可能是體積分?jǐn)?shù)95%的乙醇和異辛烷與生物聚合物發(fā)生了相互作用并且部分溶解[12]。類似地，在PLA薄膜的遷移試驗(yàn)中，只在體積分?jǐn)?shù)95%的乙醇模擬液中鑒定出了2 種NIAS，在體積分?jǐn)?shù)10%乙醇和30 g/L的乙酸模擬液中均未檢測到任何化合物[11]，或許與可生物降解聚合物自身的疏水性有關(guān)[73]。

3.2 鑒定揮發(fā)性NIAS的分析方法

GC-MS技術(shù)和APGC-QTOF技術(shù)常用于分析揮發(fā)性和半揮發(fā)性的小分子化合物，是2 種功能強(qiáng)大的互補(bǔ)技術(shù)。GC-MS常使用電子碰撞電離（electron ionization，EI）源，這是一種硬電離技術(shù)，電離產(chǎn)生的高能量使化合物碎裂，形成可再現(xiàn)的富含特征片段的質(zhì)譜，通過與美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所（National Institute of Standards and Technology，NIST）數(shù)據(jù)庫中的現(xiàn)有質(zhì)譜數(shù)據(jù)進(jìn)行相似性比較，可實(shí)現(xiàn)NIAS的初步鑒定，進(jìn)一步確認(rèn)則需要與商用標(biāo)準(zhǔn)品在相似運(yùn)行條件下的保留時間或Kovats指數(shù)匹配。當(dāng)NIST譜庫中沒有足夠的相似譜圖時，需要使用軟電離技術(shù)APGC-QTOF，通過軟件工具可以查看精確質(zhì)量的母離子并鑒定化合物的結(jié)構(gòu)?？捎玫纳虡I(yè)標(biāo)準(zhǔn)品可以對已鑒定的化合物進(jìn)行確認(rèn)[9,15]。APGC這種與環(huán)境相關(guān)的電離易使目標(biāo)化合物形成各種加合物[12]，具體的形成過程則取決于離子源的大氣成分、氣體流速、電暈針相對于采樣錐孔的位置以及目標(biāo)化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)和反應(yīng)特性。

用GC-MS和APGC-QTOF分析PLA膜、淀粉基杯子等可生物降解食品接觸材料中的揮發(fā)性化合物時，EI源電壓通常設(shè)為70 eV，全掃描模式，采集范圍一般為m/z50～450，用NIST數(shù)據(jù)庫鑒定的化合物至少需要700的匹配度；APGC的API源通常采用正極性模式，采集范圍一般為m/z50～650。一些小分子化合物，如甘油，需要用EI源才能檢測到，而抗氧化劑Irgafos168和己二酸-丁二醇-己二酸-丁二醇的環(huán)狀低聚物只有用APGC源才能檢出[12]，可見，2 種分析方法一起使用才能較為全面地鑒定揮發(fā)性和半揮發(fā)性的遷移物[11]。

3.3 鑒定非揮發(fā)性NIAS的分析方法

液相色譜與質(zhì)譜耦合是分析非揮發(fā)性NIAS的最強(qiáng)大技術(shù)。從軟電離得到的分子離子更利于鑒定化合物結(jié)構(gòu)。但是，與GC-MS不同，LC-MS沒有可用的質(zhì)譜庫，因?yàn)橘|(zhì)譜離子強(qiáng)度會隨不同的儀器設(shè)計、離子源條件、流動相組成、緩沖液添加劑和樣品組分發(fā)生變化，實(shí)驗(yàn)室之間很難對這些參數(shù)進(jìn)行控制。即便是單一儀器，這些參數(shù)也會隨時間發(fā)生變化[74]。用于定量的四極桿在全掃描模式下質(zhì)量數(shù)的準(zhǔn)確度不夠，鑒定能力非常低，需要用到高分辨質(zhì)譜（high resolution mass spectrometry，HRMS）技術(shù)實(shí)現(xiàn)質(zhì)量數(shù)的精確測定?，F(xiàn)在，具有不同特點(diǎn)的質(zhì)譜儀在化合物鑒定中發(fā)揮出了顯著的優(yōu)勢。納米電噴霧質(zhì)譜技術(shù)可基于500 000半峰寬（full width at half maxima，F(xiàn)WHM）的高精確度（m/z200）篩查食品包材中聚合反應(yīng)的殘留物、降解產(chǎn)物和添加劑，通過直接分析噴涂有遷移液的納米電噴霧硅基芯片，獲得的質(zhì)譜圖比直接實(shí)時質(zhì)譜分析法更簡單，減少了假陽性率[75]。聯(lián)用的離子淌度質(zhì)譜（ion mobility spectrometry，IMS）作為一種新型二維質(zhì)譜可提高峰容量并減少復(fù)雜食品樣品中的基質(zhì)效應(yīng)[37,76]。通過從高能譜中濾除不同漂流時間的共流出化合物的高能離子，從多層茶杯中遷移的5 種Cramer I類環(huán)狀低聚物被成功鑒定出來，它們在熱茶中的遷移量已經(jīng)超過了1.8 mg/kg的特定遷移量要求[37]。QTOF質(zhì)譜能夠準(zhǔn)確測定前體離子以及產(chǎn)物離子的質(zhì)量，并提供有關(guān)碎片圖譜的信息，形成的結(jié)構(gòu)信息能確保正確鑒定未知化合物[77]。Aznar等[38]用UPLC-MS-QTOF分別鑒定并比較了PLA聚酯顆粒的有機(jī)溶劑提取液、PLA聚酯薄膜的有機(jī)溶劑提取液和PLA聚酯薄膜的食品模擬液中的NIAS，從三者NIAS的不同分布推斷出了NIAS的可能來源。包含了四極桿、軌道阱分析儀和線性離子阱的三合一高分辨質(zhì)譜儀能夠提高質(zhì)量分辨能力（在m/z200時FWHM為 450 000）和掃描速率（30 Hz）[78]，允許快速和詳盡地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過將得到的MS3質(zhì)譜與mzCloud譜庫進(jìn)行匹配或者與MassFrontier的計算機(jī)質(zhì)量碎裂途徑進(jìn)行比較，可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)化合物的深度識別。

對非揮發(fā)性遷移物進(jìn)行分析時，液譜分析通常用含甲酸的水和含甲酸的甲醇作為流動相進(jìn)行梯度洗脫，質(zhì)譜分析一般采用正離子模式，毛細(xì)管電壓2.5～3.0 kV，錐孔電壓20～70 V，MSE模式，在50～1 200m/z范圍內(nèi)采集，低碰撞能（6 V）采集母離子信息，高碰撞能（15～70 V）采集碎片離子信息[37-39,41]。在遷移物的鑒定過程中，雖然數(shù)據(jù)庫ChemSpider或SciFinder能提供最佳候選化合物，但是仍有一些化合物，如10.57_355.068 6（保留時間_精確質(zhì)量，下同）、31.90_466.053 8、3.60_331.071 1、0.65_214.917 1等，并不在任何化學(xué)數(shù)據(jù)庫中，鑒定比較困難[11,38,41]，會直接影響下一步的風(fēng)險評估。

3.4 NIAS的定量分析

已鑒定的遷移物需要進(jìn)一步定量分析，以便進(jìn)行風(fēng)險評估。有商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)品的化合物可以利用外標(biāo)法直接定量分析[12,42]。沒有可用的商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)品時，一般用化學(xué)結(jié)構(gòu)最相似的商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)品對一些已鑒定的化合物進(jìn)行半定量分析，如用三聚氰胺單體定量三聚氰胺系列衍生物[41]，用鄰苯二甲酸二乙酯定量對苯二甲酸二乙酯，用癸二酸二辛酯定量肉豆蔻酸肉豆蔻酯、十四烷酸十六烷基酯、十四烷酸十二烷基酯，用呋喃酮定量4-羥基-3,5-二甲基-2-呋喃酮[12]。有研究者對一種PLA顆粒樣品中提取的低聚物進(jìn)行逐級分離提純，最后得到2 種低聚物：環(huán)狀(LA)6和線性HO-(LA)4-H，分別用于半定量模擬液和食品中的環(huán)狀和線性低聚物[39]。在一些遷移物的定量分析中，由黏合劑公司合成的高純度聚合物己二酸-二乙二醇環(huán)狀低聚物被用作定量低聚物的標(biāo)準(zhǔn)品，這種化合物的結(jié)構(gòu)和純度均在使用前進(jìn)行過確認(rèn)[11,37]。

4 NIAS的風(fēng)險評估

已鑒定的NIAS可根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（GB 9685—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品接觸材料及制品用添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》[7]）或者法規(guī)（(EU) No 10/2011[8]）確認(rèn)是否允許在遷移物中存在，標(biāo)準(zhǔn)或者法規(guī)有特定遷移量的限量要求的，應(yīng)根據(jù)定量結(jié)果確認(rèn)是否符合要求。當(dāng)鑒定的NIAS不在標(biāo)準(zhǔn)或者法規(guī)規(guī)定的范圍內(nèi)，一般采用毒理學(xué)關(guān)注閾值法進(jìn)行風(fēng)險評估[9,15]：1）使用應(yīng)用程序Toxtree對NIAS進(jìn)行分類評價，根據(jù)Cramer規(guī)則評估遷移物的毒性。Cramer規(guī)則的I、II、III類物質(zhì)對應(yīng)的人均最大每日攝入量分別為1.8、0.54 mg和0.09 mg。Cramer規(guī)則的III類物質(zhì)對應(yīng)最高毒性。2）估算最大每日攝入量（estimated daily intake，EDI）＝遷移量×食物攝入量×消耗因子。其中，食物攝入量在歐洲為人均1 kg/d；消耗因子代表特定食品接觸材料的每日飲食比例，反映了暴露水平，已被美國食品和藥品管理局使用多年。3）將遷移物中發(fā)現(xiàn)的NIAS含量與理論最大遷移濃度比較。

將遷移物的EDI與最低可見不良作用水平（lowest observed adverse effect level，LOAEL）進(jìn)行比較，可了解遷移量是否會導(dǎo)致某些毒性作用。當(dāng)EDI低于LOAEL時，NIAS的遷移不會對人體健康產(chǎn)生毒性。以上計算的Cramer值只有在鑒定的NIAS不存在致癌、誘變和生殖毒性時才能應(yīng)用。

已有的研究表明，可生物降解食品接觸材料的遷移物中存在高風(fēng)險化合物。如一些竹基生物聚合物中的三聚氰胺遷移量已經(jīng)超過了2.5 mg/kg的限量要求[41]。在淀粉基生物聚合物乙醇（體積分?jǐn)?shù)95%）模擬液中，3 種Cramer III類化合物和2 種Cramer II類化合物的遷移量超過了最大攝入量的要求[12]。從多層PLA聚酯茶杯遷移到熱茶中的環(huán)狀低聚物超過了Cramer I類化合物的限量要求[37]。

實(shí)際上，用化學(xué)分析方法進(jìn)行風(fēng)險評估需要確定的化合物結(jié)構(gòu)和準(zhǔn)確的含量信息。目前，化學(xué)分析方法還不能鑒定遷移物中的所有NIAS[38,41]，而且已鑒定的NIAS也只有部分能準(zhǔn)確定量[11-12,37,39,41]。遷移物中的NIAS多為混合物，而混合物存在“雞尾酒效應(yīng)”[79]。有研究表明，當(dāng)雌激素中每種組分的濃度低于其無可見作用水平（no observed effect level，NOEL）時，這種多組分的雌激素混合物仍會產(chǎn)生顯著的效果[80]。綜上可見，化學(xué)分析法評價NIAS的毒性有一定的局限性。體外生物測定法提供了有關(guān)混合物危害和質(zhì)量評估的全面信息，可作為化學(xué)分析評價法的補(bǔ)充。已應(yīng)用的3 種主要體外檢測方法[81-82]包括細(xì)胞毒性分析[83]、遺傳毒性分析[84]和內(nèi)分泌干擾潛力分析[85]。一項(xiàng)涉及9 種材料的43 種日常生物基和/或可生物降解產(chǎn)品及其原料的研究結(jié)果表明，PBAT、PBS、PLA、PHA和竹基等材料的毒理學(xué)和化學(xué)特征并非依據(jù)材料種類而是依據(jù)產(chǎn)品類型有所不同，說明與產(chǎn)品加工相關(guān)的有意添加物和NIAS是需要重點(diǎn)關(guān)注的因素[6]。有研究者將遷移物經(jīng)腸胃道消化后的生物可及性納入了安全性的研究范圍。生物可及性是指食品經(jīng)胃腸道消化后被腸上皮細(xì)胞吸收的最大比例[86-87]。研究顯示，從多層包裝材料黏合劑中遷移的己二酸-二甘醇的環(huán)狀酯和己二酸-二甘醇-間苯二甲酸-二甘醇的環(huán)狀酯經(jīng)胃腸消化實(shí)驗(yàn)（體外）后顯著水解，生物可及性降低，同時新形成的化合物具有更低的毒性[88]。

5 結(jié) 語

NIAS的成功鑒定取決于化合物的特性、在材料中的濃度、商用標(biāo)準(zhǔn)品的可用度及分離步驟中的分離度[15]?？筛鶕?jù)預(yù)測的NIAS揮發(fā)性和非揮發(fā)性分別針對性地選用GC-MS或LC-MS進(jìn)行分析。樣品前處理方法和色譜分離技術(shù)直接影響目標(biāo)化合物的濃度。用QTOF質(zhì)譜鑒定未知化合物時，電離條件、經(jīng)驗(yàn)公式、候選化學(xué)結(jié)構(gòu)、碎片離子及化學(xué)數(shù)據(jù)庫都會影響化合物的鑒定結(jié)果。因此，優(yōu)化質(zhì)譜分析方法和前處理技術(shù)，提高NIAS的檢測靈敏度、準(zhǔn)確性和可重復(fù)性，是今后NIAS鑒定技術(shù)的努力方向。

NIAS的風(fēng)險評估一般優(yōu)先采用毒理學(xué)關(guān)注閾值法。未能鑒定的NIAS以及低于方法檢出限的NIAS也存在安全性風(fēng)險，可結(jié)合生物測定法進(jìn)行風(fēng)險評估。在生物測定法中[89]，與樣品制備相關(guān)的提取、蒸發(fā)、濃縮步驟以及目標(biāo)組分在生物相容性溶劑中的溶解度會影響測定結(jié)果。此外，根據(jù)毒理學(xué)終點(diǎn)使用不同的生物模型和不同的暴露時間、濃度、載體等進(jìn)行不同的測試也會形成不一致的測定結(jié)果，因此，如何選擇可靠的生物測定方法并加以正確使用，是今后生物測定法準(zhǔn)確評估NIAS安全性的研究重點(diǎn)。

遷移到食品中的NIAS在人體消化吸收過程中可能會發(fā)生一定程度的變化并形成新的化合物，因此，對NIAS的風(fēng)險評估不應(yīng)忽視其生物可及性，這是涉及可生物降解食品接觸材料安全性的關(guān)鍵因素。