铝塑复合食品包装中的铝向食品模拟物的迁移研究

乔兆华,单利君,林勤保,*,宋　欢,郭　捷,王蓉珍

(1.暨南大学包装工程研究所,广东普通高校产品包装与物流重点实验室,广东珠海 519070;2.山西大学生命科学学院,山西太原 030006;3.山西出入境检验检疫局,山西太原 030024;4.山西省分析科学研究院,山西太原 030006)



铝塑复合食品包装中的铝向食品模拟物的迁移研究

乔兆华1,2,单利君1,林勤保1,*,宋欢3,郭捷4,王蓉珍4

(1.暨南大学包装工程研究所,广东普通高校产品包装与物流重点实验室,广东珠海 519070;2.山西大学生命科学学院,山西太原 030006;3.山西出入境检验检疫局,山西太原 030024;4.山西省分析科学研究院,山西太原 030006)

建立了基于电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS),铝塑复合食品包装中的铝向食品模拟物迁移量的测定方法。采用两种食品模拟物(3%(w/v)乙酸、水),利用迁移机使食品模拟物与铝塑食品包装材料单面接触,在温度27±2、45、70 ℃下进行迁移实验,采用电感耦合等离子体质谱仪对食品模拟物中的铝元素进行测定,得出迁移规律。随着迁移时间的延长,铝的最大迁移量都在增加;在实验温度区间,随着温度的升高,铝的迁移量也随之增加至迁移平衡。本方法适合用于铝塑复合食品包装中的铝向3%(w/v)乙酸溶液和蒸馏水两种食品模拟物迁移后的检测。

铝塑包装,电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS),铝,迁移

铝是地球上含量最丰富的金属元素之一,在环境中广泛存在。研究发现铝对人体的脑、心、肝、肾、皮肤的功能和免疫功能都有损害[1]。鉴于铝摄入过量对健康的危害,2012年3月,欧洲食品安全局(EFSA)建议将铝的每周耐受摄入量(PTWI)定为每公斤体重1 mg。我国国标《GB2762-2005食品中污染物限量》[2]规定,食品中铝的残留限量为100 mg/kg。在现行的法律法规《生活饮用水标准检验方法 金属指标》[3]中规定城市居民饮用的自来水含铝标准应小于0.2 mg/L。在我国,食品中含铝添加剂的不规范使用、部分食品生产加工过程中可能存在过量或超范围使用含铝添加剂以及铝制品包装材料中的铝迁移到食品里,这些情况都会导致铝的摄入量过多,进而影响人的身体健康。铝塑复合包装材料已成为现代包装中最常用的材料之一[4]。其安全问题更应该引起我们的重视。

Joanna Mastowska[5]对百事可乐的不同包装中的金属污染情况进行了评述,其研究结果表明听装可乐中金属离子浓度高于瓶装。Marta I.S. Veríssimo和 M. Teresa S.R. Gomes[1]研究了易拉罐装的茶饮料和啤酒中的铝在保质期内铝的迁移量,表明茶饮料由于其本身酸含量高,所导致铝的迁移量要高于啤酒。Ilia Rodushkin和Astrid Magnusson[6]研究表明了利乐包装的果汁中的铝的迁移量随保存时间的延长而升高。Mehdi Farhoodi,Seyed Mohammad Mousavi等[7]则利用紫外分光光度法研究PET-陶瓷罐中的铝和硅,发现铝的迁移量增加了23%。本研究采用厚度为0.090 mm的铝塑复合包装,其由外向内分别为PET膜(0.010 mm)、铝箔(0.010 mm)、CPP膜(0.070 mm);采用ICP-MS检测铝的含量[8],探究铝在乙酸模拟物和蒸馏水中的迁移情况,方法快速、简便,具有代表性,为制定铝迁移测定的方法提供了参考依据。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

浓硝酸(优级纯)、乙酸(分析纯)北京化工厂;超纯水(电阻率18.2 MΩ/cm)超纯水制备仪制得;铝塑包装样品及空白样品山西平遥福龙彩印公司。

NexION300X电感耦合等离子体质谱仪美国珀金埃尔默(PerkinElmer)仪器有限公司;UPHW-I-90T优普超纯水制备仪成都超纯科技有限公司;DH-101-1S电热恒温干燥箱天津中环实验电炉有限公司。SPSS统计分析软件21.0版美国IBM公司。

迁移机[9](示意图如下):

图1　包装溶出物单面迁移实验机示意图Fig.1　The single migration testing machinesketch for packaging dissolution

1.2标准溶液的配制

本实验采用重量法进行标准溶液的配制。铝标准储备溶液(1000 μg/mL,ρ(Al)=1 mg/mL):购于国家有色金属及电子材料分析测试中心;标准工作液:准确称取一定质量的铝标准储备液,根据需要用1%(v/v)硝酸溶液稀释成不同浓度,保存在4 ℃冰箱中备用。

1.3ICP-MS的工作条件

ICP-MS的工作条件如表1所示。

表1　ICP-MS工作条件

1.4迁移实验

1.4.1食品模拟物的选择及配制欧盟法规 EN No10/2011[10]规定10%(v/v)乙醇或蒸馏水、3%(w/v)乙酸、20%(v/v)乙醇以及50%(v/v)乙醇与植物油分别为水类、酸类、酒精类和油类食品模拟物;我国国家标准GB/T 5009.60-2003[11]中用蒸馏水、4%(w/v)乙酸、65%(v/v)乙醇和正己烷分别模拟水类、酸类、酒精类和油类不同性质的食品。有文献报道关于金属的迁移乙酸的水溶液为最严苛的测试条件,假设在乙酸水溶液的条件下,包装的溶出物没有达到最高标准,则其他的模拟物也在安全标准范围之内[12-14]。本文选择了3%(w/v)乙酸和蒸馏水作为食品模拟物模拟铝向酸和水类食品中的迁移。

食品模拟物3%(w/v)乙酸溶液:称取30 g 乙酸,用超纯水定容到1 L制得。

1.4.2样品制备方法分别用软毛刷将铝塑复合包装样品及空白样品刷干净,将样品切成大小均一的圆形片(面积比迁移机底部面积稍大),用镊子轻轻夹取放入迁移机(如图1所示)中,内层向上,拧紧螺栓,将膜固定在迁移机的底部,通过模拟物导入口将模拟物加入到迁移机内,以确保样品与模拟液单面接触。

1.4.3迁移实验条件实验过程为包装样品的单面迁移。在每个迁移机中加入食品模拟物至满,在适当的接触条件下放置。温控箱中放温度计,等温度上升为设定温度时再放入迁移机,达到设定时间后取出。进行不同温度和时间下的迁移实验,同时做空白实验。

严格意义的迁移条件应该符合欧盟指令EN-13130-1:2004[9]建议的每0.6 dm2的塑料与100 g或100 mL的食品或食品模拟物接触,表达结果表示为mg/dm2或面积体积比。本实验重点研究铝在不同温度和时间下的迁移趋势,因此没有对应严格的比例。参考欧盟82/711/EEC[15],根据现有条件,分别测定了温度27±2、45、70 ℃下铝在不同模拟物中的迁移量随时间的变化规律,迁移量用ICP-MS测定。

1.4.4实验后食品模拟液的处理达到设定的迁移条件后,直接取食品模拟物5 mL用方法1.3上机测定。2种模拟物分别进行15组实验,每组设置3个平行实验。

1.4.5迁移结果的计算迁移计算公式为:

M=C检测值·V浸泡液·10-3/W

其中,M-实际迁移量,mg/kg;C检测值-实验测定的检测值,μg/L;V浸泡液-单面迁移机中食品模拟物的体积,mL;W-样品迁移前的质量,g。

1.5数据统计分析

利用SPSS软件进行单因素方差分析,在置信水平为95%时,27±2、45、70 ℃三个温度下达到平衡时铝的迁移量之间有显著性差异(p值均小于0.05)。

2　结果与分析

2.1ICP-MS线性范围、检出限和定量限

本方法选取6个浓度梯度(1.00,5.00,10.00,50.00,100.0,200 μg/L)建立标准曲线,标准曲线方程为y=73774.46x+82578.90(x表示浓度,y表示信号强度),结果表明该方法在线性范围内相关性良好(R2=0.9997),满足对铝元素的测定。

按照1.3方法对空白5% HNO3测定11次,仪器的检出限(LOD)和定量限(LOQ)分别通过11次空白进样的结果的3倍和10倍标准偏差计算得到。然后根据计算结果,ICP-MS测定方法的仪器检出限和定量限分别为0.17 μg/L和0.56 μg/L。

2.2两种食品模拟物中铝的回收率与精密度

准确量取30 mL食品模拟物于试管中,分别向其中添加铝的标准溶液,使其加标浓度分别为50、100、200 μg/L,按照方法1.3上机测定,测定结果见表2。在3%(w/v)乙酸模拟物中的平均回收率在92.2%～103.4%之间,相对标准偏差(RSD)在1.20%～5.52%之间,蒸馏水中的平均回收率在94.5%～105.5%之间,相对标准偏差(RSD)在1.27%～7.78%之间。两种模拟物中铝的回收率和精密度均满足测定需要。

表2　ICP-MS测定两种食品模拟物中铝的回收率与精密度(n=6)

2.3迁移实验结果

图2展示了铝塑复合包装中的铝在不同温度、不同时间下向3%(w/v)乙酸的迁移情况。其中,横坐标表示迁移时间(h),纵坐标表示迁移进入食品模拟物的铝的迁移量(mg/kg)。

结果表明铝向食品模拟物的迁移量随着温度和时间的升高而增大;达到平衡后,铝在3%(w/v)乙酸溶液中的27±2,45，70 ℃下的迁移量分别为1.35、1.64、1.89 mg/kg。

图2　铝在不同温度和时间下向3%乙酸溶液中的迁移Fig.2　The migration of Al from aluminum-plastic compositepackaging into 3% acetic acid in different temperature and time

3　讨论

铝在蒸馏水中10 d/温度(27±2 ℃)和3 d/70 ℃下的平均迁移量均小于实验方法的检出限,故认为其相当于未有迁移量,所以不做讨论;而在3%(w/v)乙酸溶液中铝的迁移量明显比在蒸馏水中大。这可能是由于铝是一种金属元素,其更易在酸性溶液中溶解;而在蒸馏水中的溶解度则非常小。

由图2可以看出,同一温度下,随着时间的延长,铝向3%(w/v)乙酸溶液中迁移的量逐渐增大直至达到最大迁移量后平衡。这是由于开始接触时,食品模拟物中不存在铝,而样品与食品模拟物之间存在浓度差,复合膜中的铝会向食品模拟物中迁移。同样,随着温度的升高铝塑复合包装中铝向3%(w/v)乙酸溶液迁移的量逐渐增大;并且温度越高,达到迁移平衡的时间越短。这是由于随着温度的升高,分子热运动加快,扩散也越快。铝在酸性溶液中的溶解度随着温度增加也逐渐增大,温度升高有助于加快铝的迁移速度,所以铝的最大迁移量也随着温度的升高而增大。当食品模拟物中的铝的含量与样品膜中的铝的浓度达到平衡后,则铝不再向模拟物迁移。

4　结论

本文基于ICP-MS建立了铝塑复合包装中的铝在两种食品模拟物3%(w/v)乙酸溶液和蒸馏水中的检测方法,其回收率和精密度良好。同时研究了铝塑复合包装中铝的迁移规律:随着迁移时间的延长,铝的最大迁移量在增加;在实验温度区间,随着温度的升高,铝的迁移量均有所增大,温度越高,达到迁移平衡的时间越短。本文所用实验材料是市场上购买的铝塑复合食品包装,具有实际意义,可以为进一步的迁移实验提供参考依据。

[1]Verissimo M I,Gomes M T. Aluminium migration into beverages:are dented cans safe?[J]. Science of the Total Environment,2008,405(1-3):385-388.

[2]GB 2762-2005 食品中污染物限量[S].2005

[3]GB/T 5750.6-2006 生活饮用水标准检验方法 金属指标[S].2006

[4]薛福连. 铝塑复合包材的开发应用[J]. 中国包装,2012(02):28-30.

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[7]Farhoodi M,Mousavi S M,Sotudeh Gharebagh R,et al. Migration of Aluminum and Silicon from PET/Clay Nanocomposite Bottles into Acidic Food Simulant[J]. Packaging Technology and Science,2014,27(2):161-168.

[8]GB/T 23374-2009 食品中铝的测定 电感耦合等离子体质谱法[S].2009

[9]EN 13130-1:2004 Materials and articles in contact with foodstuffs—Plastics substances subject to limitation Part 1:Guide to foods and food simulants and the determination of substances in plastics and the selecton of conditions of exposure to food simulants[S].2004

[10]Commission Regulation(EU)No 10/2011 of 14 Jan 2011 on plastic materials and articles intended to come into contact with food[S]. 2011-03-04.

[11]GB/T 5009.60-2003 食品包装用聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯成型品卫生标准的分析方法[S].2003

[12]李挥,墨伟,范斌,等. 食品包装材料迁移实验方法和食品模拟物选择[J].塑料助剂,2008(02):13-17.

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[15]欧盟食品接触材料安全法规实用指南编委会. 欧盟食品接触材料安全法规实用指南[M]. 2005. 北京:中国标准出版社.

Aluminum migration from aluminum-plastic composite packaging to food simulants

QIAO Zhao-hua1,2,SHAN Li-jun1,LIN Qin-bao1,*,SONG Huan3,GUO Jie4,WANG Rong-zhen4

(1.Key Laboratory of Product Packaging and Logistics,Institute of Packaging Engineering,Jinan University,Zhuhai 519070,China;2.College of Life Science,Shanxi University,Taiyuan 030006,China;3.Shanxi Border Inspection and Quarantine Bureau,Taiyuan 030024,China;4.Shanxi Academy of Analytical Sciences,Taiyuan 030006,China)

The method for the migration of aluminum in food simulants by inductively coupled plasma mass spectrometry(ICP-MS)was proposed. The aluminum-plastic composite packaging materials were soaked single contacting with food simulants(3%(w/v)acetic acid,water)at 27±2,45,70 ℃ for migration. The contents of Al in food simulants were determined by ICP-MS. The results showed that the largest migration content of Al was increased with the migration time extended. At experiment temperature range,the migration of Al was increased with temperature till the migration equilibrium. This method was suitable for the detection of aluminum in the food composite packaging.

Aluminum-plastic packaging;inductively coupled plasma mass spectrometry(ICP-MS);Al;migration

2015-12-08

乔兆华(1989-)，女，硕士，研究方向：食品新工艺与食品安全,E-mail：xiaxue-0403@163.com。

林勤保(1968-)，男，博士，教授，研究方向：食品包装安全,E-mail：tlinqb@jnu.edu.cn。

国家质检总局科技计划项目(2014IK142);2013年度山西省社会发展科技攻关项目(20130313028-3)。

TS206

A

1002-0306(2016)13-0250-04

10.13386/j.issn1002-0306.2016.13.042