气相色谱-质谱联用法测定食品用纸制品中3种抗氧化剂

张智力 高翠玲 付金贝 孔祥坤 梁金海 王微山，*

（1.山东省产品质量检验研究院，山东省材料化学安全检测技术重点实验室，国家包装产品质量监督检验中心（济南），山东省体育用品质量监督检验中心，国家体育用品质量监督检验中心（山东），山东济南，250102；2.齐鲁工业大学（山东省科学院），山东省微生物工程重点实验室，山东济南，250353）

纸包装材料是一种价格较低、卫生安全性好、易降解、可回收的绿色包装材料，被广泛应用于食品行业，特别是在餐饮业。但纸包装材料强度和刚度较低且易吸湿渗漏和滋生微生物等，作为食品包装材料时易对食品的安全造成影响。纸包装材料包括原纸、聚乙烯（PE）膜、油墨和黏合剂等；此外，纸包装材料中可能会添加抗氧化剂和催化剂等，但添加这些物质，可能会影响最终纸制品的质量和安全性。最常用的抗氧化剂主要有叔丁基对羟基苯甲醚（BHA）、2，6-二叔丁基对甲酚（BHT）和叔丁基对苯二酚（TBHQ），这3种抗氧化剂是受阻酚类抗氧剂中重要的主抗氧剂［1］，通常可作为塑料、油品、油脂和橡胶等材料的防老剂［2］，能有效降低材料自氧化反应速度、延缓材料老化降解。

近年来，食品包装材料中抗氧化剂的安全环保问题引起广泛关注。GB 4806.8—2016［3］标准中，对食品接触用纸制品提出了更严格的要求；GB 31603—2015［4］标准提出，生产企业需从原料、生产工艺、储存、检验等关键环节出发，全流程管理产品质量安全。但在实际使用过程中，由于监管部门和消费者对纸制品安全风险的识别不清［5-6］导致纸制品的有效识别被忽略而被直接用于生产包装材料。造纸企业为了降低生产成本或采用不合格生产工艺时，会导致最终纸产品中可能含有如荧光增白剂、抗氧化剂和重金属离子等［7-8］有害物质；如果这些纸产品用于包装食品，会污染食品进而影响消费者身体健康。其中，抗氧化剂BHA、BHT、TBHQ主要是人工合成的抗氧化剂，其毒性大于天然抗氧化剂的毒性。GB 9685—2016［9］标准中规定，食品接触用纸和纸板材料及制品中，抗氧化剂BHA、BHT的特定迁移限量（SML）分别为30和3 mg/kg。

目前，已有研究［10-12］利用气相色谱法、液相色谱法检测纸制品中抗氧化剂的含量，但存在检出限高、假阳性等问题。本实验利用气相色谱-质谱（GCMS）联用法测定食品用纸制品中3种抗氧化剂的含量，以期为食品用纸制品的安全生产和使用提供思路。

1 实验

1.1 试剂与仪器

BHA，CAS：25013-16-5，纯 度≥99%；BHT，CAS：128-37-0，纯度≥99%；TBHQ，CAS：1948-33-0，纯度≥99%，美国o2si公司；乙腈、乙酸乙酯、丙酮、环己烷均为色谱纯，默克公司；实验室用水为二级去离子超纯水。7890B-5977B型安捷伦气相色谱-质谱联用仪，安捷伦科技（中国）有限公司；KQ-500DE型数控超声波萃取仪，昆山市超声仪器有限公司；ME204电子分析天平（感量：0.1 mg），METTLER TOLEDO公司。

1.2 溶液配制

标准储备液配制：将环己烷配制成浓度为500 mg/L的标准储备液。

标准使用液配制：准确移取一定体积的标准储备液于容量瓶中，加入环己烷定容至100 mL，浓度为10 mg/L，置于4℃冰箱中避光保存。

标准工作溶液配制：在标准使用液中加入环己烷制得一系列的标准工作溶液（0.01、0.02、0.05、0.1、0.25、0.5 mg/L），置于4℃冰箱中避光保存。

1.3 色谱条件

气相色谱条件：毛细管色谱柱DB-5MS（30 m×0.25 mm×0.25µm），进样口温度280℃，选择不分流的进样模式，进样量1µL。升温程序：初始柱温60℃，保持1 min，以10℃/min升温至220℃，保持4 min；再以15℃/min升温至280℃，保持5 min；载气（He）纯度≥99.999%，载气流速1 mL/min。

质谱条件：离子源温度230℃，传输线温度280℃，四级杆温度150℃，溶剂延迟6 min，采用电子轰击（EI）离子源、电子能量70 eV，采用选择离子监测模式（SIM）。监测范围（m/z）：30～600 amu，BHA、BHT和TBHQ的保留时间、特征离子和定量离子信息见表1。

表1 BHA、BHT和TBHQ的保留时间、特征离子和定量离子Table 1 Retention time,characteristic ions,and quantitative ions of BHA,BHT,and TBHQ

1.4 样品处理

实验样品来自市场上销售的产品，共计10批次。对市售的10批次食品用纸制品样品中含有的BHA、BHT和TBHQ进行测定，并进行加标回收率实验。

首先称取5.0 g样品，将样品剪碎或粉碎至单个碎片质量≤0.02 g，然后将样品混合均匀；再准确称量1.0000 g（精确至0.0001 g）上述样品，将样品放置于螺纹刻度试管（带密封盖）中，加入10 mL环己烷，于常温下超声萃取30 min；用10 mL环己烷再萃取1次，然后将萃取液置于25 mL棕色容量瓶中，用环己烷定容至刻度，萃取液经0.45µm有机滤膜过滤后，用于GC-MS测定。实验中，可根据萃取液中BHA、BHT、TBHQ的含量对其进行稀释。

2 结果与讨论

2.1 萃取溶剂的选择

本实验分别采用乙腈、乙酸乙酯、丙酮、环己烷4种萃取溶剂进行样品萃取发现，环己烷的萃取效果最佳。BHA、BHT和TBHQ的分子结构中均含有羟基，但受分子整体共轭效应影响，3种抗氧化剂均是弱极性物质。根据“相似相溶”原理，BHA、BHT和TBHQ均可溶于环己烷；而乙腈作为溶剂时，TBHQ的损失较大；丙酮毒性较大；乙酸乙酯极性较大；因此，选择环己烷作为萃取溶剂。

2.2 超声萃取条件的优化

材料中抗氧化剂常用的萃取方法有超声萃取法、索式抽提法、振荡萃取法、加热浸提法和微波萃取法等。而包装材料中抗氧化剂最常用的提取方法为超声萃取，其具有处理过程简单、易操作、污染小的优点，该方法可以满足国内大部分实验室的检测要求。以环己烷为萃取剂进行超声萃取实验，重点考察超声萃取时间及温度对提取BHA、BHT和TBHQ的影响。结果表明，当超声萃取时间超过30 min，随提取时间的延长，萃取液中BHA、BHT和TBHQ的含量不再变化。分别在室温、40℃、50℃、60℃4个温度下进行抗氧化剂超声萃取实验发现，样品中BHA、BHT和TBHQ的萃取效率差别不大。综上，以环己烷为萃取剂的超声萃取条件为：萃取时间30 min，萃取温度为室温。

2.3 GC-MS条件的优化

采用GC-MS液体自动进样、选择不分流进样模式。BHA、BHT和TBHQ均为弱极性物质，而DB-5MS毛细管柱（30 m×0.25 mm×0.25µm）为通用型弱极性色谱柱，最高耐温350℃，柱流失低、灵敏度高，因此，选用DB-5MS色谱柱。BHA、BHT和TBHQ混合标准溶液在DB-5MS色谱柱上的总离子流图如图1所示。由图1可知，3种抗氧化剂的峰形尖锐，说明DB-5MS色谱柱的分离度好。BHA、BHT和TBHQ的保留时间分别为12.701、12.968和13.457 min，BHA、BHT和TBHQ在15 min内的分离效果好。

图1 BHA、BHT和TBHQ混合标准溶液在DB-5MS色谱柱上的总离子流图Fig.1 Total ion flow diagram of mixed standard solution(BHA,BHT,and TBHQ)on DB-5MS column

BHA、BHT和TBHQ的标准质谱图如图2～图4所示。质谱条件优化为：质谱扫描范围（m/z）30～600 amu，采用高灵敏度、可有效消除基质背景干扰的选择离子监测模式。由图2～图4可知，在全扫描监测模式（SCAN）下，BHA的特征离子（m/z）为165、137、180、77；BHT的特征离子（m/z）为205、220、57、145；TBHQ的特征离子（m/z）为151、123、166、77。

2.4 线性回归方程和检出限

图2 BHA标准质谱图Fig.2 The standard mass spectrum of BHA

图3 BHT标准质谱图Fig.3 The standard mass spectrum of BHT

图4 TBHQ标准质谱图Fig.4 The standard mass spectrum of TBHQ

表2 BHA、BHT和TBHQ的保留时间、线性范围和线性回归方程Table 2 The retention time,linear ranges,and linear equations of BHA,BHT,and TBHQ

按照GC-MS的优化条件对不同质量浓度（0.01～0.50 mg/L）的BHA、BHT和TBHQ的标准溶液进行检测。以3种目标物的质量浓度为横坐标，峰面积为纵坐标，绘制标准曲线，3种目标物的线性回归方程、相关系数、仪器检出限（按3倍空白样品20次检测值的标准偏差计算）和方法定量限（MQL，逐级稀释基质混合标准溶液，按信噪比（S/N）≥3计算）如表2所示。由表2可知，3种抗氧化剂的相关系数r均大于0.9990，3种目标物在各自质量浓度范围内线性关系良好。

2.5 准确度和精密度

分别利用加标回收率实验和相对标准偏差（RSD）实验验证GC-MS联用法的准确度和精密度。具体如下：准确称量1.0000 g阴性（即不含有待测目标物）样品，分别添加3个不同浓度水平（0.3、3.0、30.0 mg/kg）的标准溶液进行加标回收实验，按照实验方法处理样品，每个水平平行测定6次，此方法的加标回收率和RSD如表3所示。

表3 GC-MS联用法的加标回收率和RSDTable 3 Standard recovery rate and RSD of GC-MS method

由表3可知，BHA加标回收率为91.0%～97.6%，RSD为2.5%～3.5%；BHT加标回收率为92.1%～98.2%，RSD为2.4%～4.2%；TBHQ加标回收率为90.7%～95.3%，RSD为3.2%～4.5%；由此可知，GC-MS联用法的检测准确度和精密度均能达到较高值，能满足对3种抗氧化剂的检测要求。

2.6 GC-MS联用法验证分析

按照本实验的方法对市售10批次食品用纸制品样品中的BHA、BHT和TBHQ进行检测分析发现，除有1批次淋膜纸杯中的BHT为0.3 mg/kg（远低于3 mg/kg（SML））外，其他批次样品中均未检测出BHA、BHT和TBHQ 3种抗氧化剂。

3 结论

本实验以环己烷结合超声处理为萃取方法，利用气相色谱-质谱（GC-MS）联用法检测食品用纸制品中3种抗氧化剂（叔丁基对羟基苯甲醚（BHA）、2，6-二叔丁基对甲酚（BHT）和叔丁基对苯二酚（TBHQ））的含量。结果表明，环己烷结合超声的前处理方法简单、易操作、试剂消耗少；3种抗氧化剂的GC-MS谱图出峰峰型对称性好、在0.01～0.50 mg/L浓度范围内的线性关系良好（相关系数r＞0.9990）；在3个不同浓度水平（0.3、3.0、30.0 mg/kg）下，利用GC-MS联用法检测3种抗氧化剂的加标回收率高（90.7%～98.2%）、精密度高（相对标准偏差2.4%～4.5%），表明GC-MS联用法适用于食品用纸制品中BHA、BHT和TBHQ的定量分析。