(湖南省產(chǎn)商品質(zhì)量監(jiān)督檢驗研究院,長沙 410007)

聚乙烯是包裝中用量最大的塑料之一,它具有化學穩(wěn)定性好、耐低溫、熱封性好等優(yōu)點,被廣泛用于食品包裝材料,用于制作保鮮膜、塑料袋、奶瓶、瓶蓋等。聚乙烯的主要原料是乙烯,同時也會加入少數(shù)其他共聚單體對聚合物進行改性,如1-己烯、1-辛烯和乙酸乙烯酯等。1-己烯對人體有刺激和麻醉作用,大量吸入1-己烯對中樞神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生抑制作用,導致神志喪失;1-辛烯對呼吸道黏膜和眼結(jié)膜有輕度刺激作用,中毒后會出現(xiàn)咽喉炎、頭痛、惡心和嘔吐等癥狀;乙酸乙烯酯對眼睛、皮膚、黏膜和上呼吸道有刺激性,長時間接觸有麻醉作用。我國食品接觸材料國家標準GB 9685－2016《食品安全國家標準食品接觸材料及制品用添加劑使用標準》、GB 4806.6－2016《食品安全國家標準食品接觸用塑料樹脂》和GB 4806.10－2016《食品安全國家標準食品接觸用涂料及涂層》中均對聚乙烯食品接觸材料或制品中共聚單體的特定遷移量做出要求,規(guī)定了1-己烯、1-辛烯、乙酸乙烯酯遷移量不得超過3,15,12 mg·kg－1。

目前1-己烯、1-辛烯的測定方法有氣相色譜法[1]和氣相色譜-質(zhì)譜法[2-3],乙酸乙烯酯的測定方法有氣相色譜法[4-5]和紅外光譜法[6]等。關(guān)于食品接觸材料中1-己烯、1-辛烯遷移量測定方法的研究還鮮有報道。國家標準GB 31604.20－2016《食品安全國家標準食品接觸材料及制品乙酸乙烯酯遷移量的測定》規(guī)定乙酸乙烯酯遷移量的測定方法是采用丙酮作為溶劑對遷移試驗后的食品模擬液進行稀釋,然后直接上氣相色譜儀進行測定。該方法存在的缺陷是食品模擬液中殘留的水分會損害色譜柱,并且該方法中乙酸乙烯酯目標峰與溶劑峰或雜質(zhì)峰分離效果不佳。國家標準GB/T 23296.19－2009《食品接觸材料高分子材料食品模擬物中乙酸乙烯酯的測定氣相色譜法》采用頂空-氣相色譜法測定食品模擬物中乙酸乙烯酯,用到了兩種色譜柱分別適用于乙酸模擬物及其他食品模擬物。我國和歐盟尚未發(fā)布1-己烯特定遷移量的測定方法。韓國食品容器標準中采用氣相色譜-質(zhì)譜法測定己烯在食品模擬物中的遷移量,但其脂肪性食品模擬物是正庚烷,與我國要求并不一致。文獻[7]采用頂空-氣相色譜-質(zhì)譜法測定了己烯在3%(體積分數(shù),下同)乙酸溶液,10%(體積分數(shù),下同)乙醇溶液和橄欖油等3種食品模擬物中的遷移量。為滿足歐盟和我國國家標準對己烯遷移量的測定要求,同時對聚乙烯食品接觸材料中多種單體遷移量的測定方法進行改進簡化,本工作采用頂空-氣相色譜法同時測定聚乙烯食品接觸材料中1-己烯、1-辛烯、乙酸乙烯酯在4%乙酸溶液、10%乙醇溶液、20%乙醇溶液、50%乙醇溶液及橄欖油等5 種食品模擬物中的遷移量。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

7890B型氣相色譜儀;7967A 型頂空進樣器。

混合標準儲備溶液:分別稱取1-己烯、1-辛烯和乙酸乙烯酯0.025,0.125,0.100 g于50 mL 容量瓶中,用N,N-二甲基酰胺(DMF)定容,搖勻,配制成1-己烯、1-辛烯和乙酸乙烯酯的質(zhì)量濃度依次為500,2 500,2 000 mg·L－1混合標準儲備溶液。

混合標準溶液系列:依次移取混合標準儲備溶液0.05,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5 mL 于10 mL 容量瓶中,用DMF定容,得到混合標準溶液系列,其中各組分的質(zhì)量濃度見表1。

混合工作溶液系列:分別移取1.00 mL 水基食品模擬物(4%乙酸溶液、10%乙醇溶液、20%乙醇溶液、50%乙醇溶液)或1 g油基食品模擬物(橄欖油)于5 個頂空瓶中,分別加入各混合標準溶液200μL,壓蓋密封,混勻。制備得到食品模擬物基質(zhì)的混合工作溶液系列,其中各組分的質(zhì)量濃度見表1。

表1 三組分在混合標準溶液系列和混合工作溶液系列中的質(zhì)量濃度Tab.1 Mass concentrations of the 3 components in mixed standard solution series and in mixed working solution series

1-己烯、1-辛烯、乙酸乙烯酯標準品的純度依次為99.3%,99.3%,99%;橄欖油為化學純;乙酸為優(yōu)級純;DMF 和乙醇均為色譜純;試驗用水為一級純水。

1.2 儀器工作條件

1)頂空條件 水基食品模擬液:頂空平衡溫度為80 ℃,定量環(huán)溫度為90 ℃,傳輸線溫度為100 ℃;頂空平衡時間為15 min。油基食品模擬液:頂空平衡溫度為100℃,定量環(huán)溫度為110℃,傳輸線溫度為120 ℃;頂空平衡時間為15 min。

2)色譜條件 DB-WAX 色譜柱(60 m×0.25 mm,0.25μm);載氣為高純氮氣,氮氣流量為1.0 mL·min－1;分流比為5∶1;進樣口溫度為200 ℃,檢測器溫度為230 ℃。柱升溫程序:初始溫度為60 ℃,保持8 min;以20 ℃·min－1的速率升溫至220 ℃,保持5 min。

1.3 試驗方法

按照國家標準GB 31604.1－2015《食品安全國家標準食品接觸材料及制品遷移試驗通則》和GB 5009.156－2016《食品安全國家標準食品接觸材料及制品遷移試驗預處理方法通則》的要求,樣品在食品模擬物中進行遷移試驗后,得到食品模擬液。待食品模擬液放至室溫后,移取水基食品模擬液1.00 mL或稱取油基食品模擬液1.000 g于20 mL頂空瓶中,加入DMF 200μL,壓蓋密封,混勻后在儀器工作條件下進行測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜行為

1-己烯、1-辛烯和乙酸乙烯酯的混合標準溶液在5種食品模擬物中的色譜圖見圖1。

由圖1可知:1-己烯、1-辛烯和乙酸乙烯酯的分離效果好,峰形尖銳,保留時間分別為5.303,6.632,7.402 min。

圖1 3種被測物的混合標準溶液在5種食品模擬物中的色譜圖Fig.1 Chromatograms of mixed standard solutions of the 3 analytes in the 5 food simulants

2.2 色譜柱的選擇

試驗比較了DB-5 色譜柱(30 m×0.32 mm,0.25μm)、DB-1701 色譜柱(30 m×0.32 mm,0.25μm)、DB-WAX 色譜柱(30 m×0.25 mm,0.25μm)和DB-WAX 色譜柱(60 m×0.25 mm,0.25μm)等不同極性及長度的色譜柱對1-己烯、1-辛烯和乙酸乙烯酯等3種待測化合物的分離效果。結(jié)果表明:DB-WAX 色譜柱是強極性色譜柱,使用DB-WAX 色譜柱時,各組分在5種食品模擬物中完全分離,但是色譜柱長度為30 m 時,各組分峰與雜質(zhì)峰有部分重疊,而色譜柱長度為60 m 時,各組分能夠達到完全分離;DB-5色譜柱是弱極性色譜柱,使用DB-5色譜柱時,乙酸乙烯酯峰與己烯峰部分重疊,較難達到基線分離;DB-1701色譜柱是中等極性色譜柱,使用DB-1701 色譜柱時,己烯與乙醇溶劑峰無法達到基線分離。因此,試驗選用DB-WAX色譜柱(60 m×0.25 mm,0.25μm)。

2.3 頂空條件的選擇

2.3.1 頂空平衡溫度

試驗考察了頂空平衡溫度分別為60,70,80,90,100 ℃時對水基模擬液中3種目標物測定的影響。結(jié)果表明:對于由4%乙酸溶液、10%乙醇溶液、20%乙醇溶液等水基食品模擬物得到的水基食品模擬液,當頂空平衡溫度在90 ℃及以下時,1-己烯峰面積變化不明顯,1-辛烯及乙酸乙烯酯峰面積緩慢增加;頂空平衡溫度為80 ℃時,3種目標物的峰面積基本達到穩(wěn)定;當頂空平衡溫度達到100 ℃及以上時,由于進入色譜柱中的水分較多,3種目標物的峰面積驟降,1-辛烯的峰面積下降了20%以上。對于由50%乙醇溶液得到的水基食品模擬液,頂空平衡溫度為80 ℃時,各組分峰面積最大;當頂空平衡溫度升至90 ℃時,1-己烯、1-辛烯峰面積大幅降低。試驗選擇水基食品模擬液的頂空平衡溫度為80 ℃。

試驗同時考察了頂空平衡溫度分別為60,70,80,90,100,110,120 ℃時對油基食品模擬液中3種目標物測定的影響。結(jié)果表明:隨著頂空平衡溫度的升高,3種目標物峰面積也隨之明顯增大。但考慮到頂空平衡溫度越高,油基食品模擬液中的雜質(zhì)峰面積隨之增大,會干擾3種目標物的測定,影響定量和定性結(jié)果,同時也會增加漏氣及頂空瓶爆裂等風險。因此,試驗選擇油基食品模擬液的頂空平衡溫度為100 ℃。

2.3.2 頂空平衡時間

試驗考察了頂空平衡時間依次為5,10,15,20,30,40 min時對3種目標物峰面積的影響,結(jié)果見圖2。

圖2 頂空平衡時間對5種食品模擬液中3種目標物峰面積的影響Fig.2 Effect of headspace equilibrium time on peak area of 3 target compounds in 5 food simulated solutions

由圖2 可知:隨著頂空平衡時間的延長,1-己烯、1-辛烯及乙酸乙烯酯在各食品模擬液中峰面積先是增加然后達到穩(wěn)定;1-己烯及1-辛烯的峰面積隨頂空平衡時間變化相對較小,且均在頂空平衡時間為10～15 min后保持穩(wěn)定;乙酸乙烯酯隨頂空平衡時間增大其峰面積明顯增大,在頂空平衡時間為15 min后保持穩(wěn)定。因此,試驗選擇頂空平衡時間為15 min。

2.4 工作曲線與檢出限

按儀器工作條件對水基食品模擬物基質(zhì)的混合工作溶液和油基食品模擬物基質(zhì)的混合工作溶液進行測定,以1-己烯、1-辛烯和乙酸乙烯酯的質(zhì)量濃度為橫坐標,對應的峰面積為縱坐標繪制工作曲線。1-己烯、1-辛烯和乙酸乙烯酯的線性范圍、線性回歸方程和相關(guān)系數(shù)見表2。按3倍信噪比計算方法的檢出限(3S/N),結(jié)果見表2。

表2 線性范圍、線性回歸方程、相關(guān)系數(shù)和檢出限Tab.2 Linearity ranges,linear regression equations,correlation coefficients and detection limits

表2 (續(xù))

2.5 精密度和回收試驗

按試驗方法對4%乙酸溶液、10%乙醇溶液、20%乙醇溶液、50%乙醇溶液和橄欖油(空白食品模擬液)進行加標回收試驗,平行測定5次,計算回收率和測定值的相對標準偏差(RSD)。精密度和回收試驗結(jié)果見表3。

表3 精密度和回收試驗結(jié)果(n＝5)Tab.3 Results of tests for precision and recovery(n＝5)

由表3 可知:3 個加標水平下的回收率為88.0%～103%,RSD 為1.2%～7.9%。所建立的方法準確度和精密度良好,可以滿足測定的要求。

2.6 樣品分析

按試驗方法對復合膜袋(內(nèi)層為聚乙烯材質(zhì))、塑料瓶蓋、奶瓶、油瓶等聚乙烯食品接觸材料共計20份樣品進行遷移試驗并進行分析(遷移條件選擇最為嚴苛的40 ℃,10 d),結(jié)果表明,樣品中均未檢出1-己烯、1-辛烯和乙酸乙烯酯。

本工作建立了頂空-氣相色譜法同時測定聚乙烯食品接觸材料中的1-己烯、1-辛烯和乙酸乙烯酯在5種食品模擬物中遷移量的分析方法。該方法具有樣品前處理簡單、色譜分離效果好、準確度及精密度較高等優(yōu)點,完全適用于實際測定工作要求。