聚苯乙烯杯中苯乙烯在豆制品、粥类食品和醇类模拟物中的迁移对比

徐晓卉，赵 洁，沈康俊，刘 曙∗

（上海海关工业品与原材料检测技术中心，上海 200135）

0 前言

采用食品模拟物代替食品进行迁移测试是评估食品接触材料安全性的通用方法［1］，其中食品模拟物的适用性是保证迁移测试结果准确可靠的关键控制点［2‑4］，一方面需要考虑待评价目标物在食品模拟物中的稳定性，另一方面则需要考虑食品模拟物与真实食品的匹配性。Pe´rez‑Lamela等［5］研究了抗氧化剂双（2，4‑二叔丁基苯基）季戊四醇二亚磷酸酯在不同模拟物（40℃，10 d）中的稳定性，选择用15%乙醇替代3%乙酸作为食品模拟物。Monteiro 等［6］比较了 BHA（butyl hy‑droxyanisole）、2，6‑二叔丁基‑4‑甲基苯酚（dibutyl hy‑droxytoluene，BHT）等抗氧化剂在异辛烷和正庚烷中的稳定性，选择异辛烷替代脂肪食品模拟物。左熊春［7］以接触油脂类食品的几种食品接触产品为对象，根据其在异辛烷、正庚烷等不同油脂类食品模拟物替代溶剂中的稳定性、是否发生变形、溶胀溶融等条件，最终选择95%乙醇作为替代溶剂。以上研究均通过评价目标物质或者食品接触产品在模拟物中稳定性的方式来判断模拟物的适用性。Edward［8］采用易发生苯乙烯迁移的聚苯乙烯杯子作为模型，比较了牛奶和不同食品模拟物中苯乙烯迁移量的数据，发现50%乙醇更适合作为牛奶的模拟物。也有较多研究通过将荧光增白剂 1，4‑二苯基‑1，3‑丁二烯（1，4‑diphenyl‑1，3‑butadi‑ene，DPBD）作为添加剂加入PE薄膜进行迁移测试，评价模拟物的适用性，计算脂类模拟物对应含油脂食品的校正因子［9‑14］。以上研究均集中于脂类模拟物或者乳制品模拟物的适用性研究。

欧盟对食品接触材料迁移测试中模拟物适用性的研究已较为成熟，我国现行国家标准GB 31604.1‑2015［15］中模拟物是在参考欧盟法规（EU）No 10/2011［16］的基础上规定的［17］。豆制品和粥类食品均是中国特有的食品，目前未见此类食品的模拟物适用性的相关研究。本文参考Edward［8］的报道，选取苯乙烯作为特定迁移量的测试目标物，选择聚苯乙烯杯子作为食品接触材料，比较聚苯乙烯杯中残留苯乙烯向真实食品、不同体积分数的醇类模拟物中的迁移量，从而确定适合豆制品和粥类的食品模拟物。同时，由于苯乙烯属于易挥发性有机物，食品接触材料中苯乙烯的测定主要采用顶空‑气相色谱法、溶剂溶解‑液体直接进样气相色谱法、溶解沉淀‑气相色谱‑质谱法等［18‑21］，但直接测定食品中苯乙烯的报道较少。本文尝试对不同种类真实食品、不同体积分数的乙醇模拟物中的苯乙烯迁移量建立测定方法，旨在为更科学地进行迁移测试提供技术支撑。

1 实验部分

1.1 主要原料

苯乙烯，纯度>99%，上海安谱试验科技股份有限公司；

N，N‑二甲基甲酰胺（DMF），色谱纯，国药集团化学试剂有限公司；

甲醇，色谱纯，上海安谱试验科技股份有限公司；

乙醇，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；

水，超纯水，由Mill‑Q型超纯水仪制备；

聚苯乙烯杯子，90 mL，漳州国鑫环保科技有限公司；

无蔗糖豆浆、调制豆奶、巧克力风味豆奶、绢豆腐、内酯豆腐、盐卤豆腐、八宝粥、红豆薏仁粥，食品级，采购自上海本地超市。

1.2 主要设备及仪器

高效液相色谱仪［配二极管阵列检测器（DAD）］，Agilent 1200，美国安捷伦科技有限公司；

气相色谱仪［配氢火焰离子化检测器（FID）］，Agi‑lent 7890A，美国安捷伦科技有限公司；

自动顶空进样器，Agilent G1888A，美国安捷伦科技有限公司；

精密鼓风干燥，BPFJ 250，上海布鲁帕德仪器有限公司；

分析天平，XS204，梅特勒托利多测量设备（上海）有限公司；

超纯水仪，Mill‑Q，密理博（中国）有限公司。

1.3 样品制备

准确称取50 g食品或量取50 mL模拟物放入聚苯乙烯杯中，标记液面位置，用于测量食品或模拟物与聚苯乙烯杯子的接触面积，按照GB 5009.156—2016［22］和GB 31604.1—2015［15］的要求在70 ℃、1 h的条件下进行迁移试验，S/V为0.6/50 dm2/L，每次迁移试验平行3次；

食品：迁移试验结束后，将聚苯乙烯杯中待测食品搅拌均匀，准确称取样品5.00 g±0.01 g于20 mL顶空瓶中，加盖密封，顶空‑气相色谱法测定［18，20］；

10%乙醇、20%乙醇：将待测模拟物搅拌均匀，准确量取模拟物5 mL于20 mL顶空瓶中，加入50 μLDMF，加盖密封，顶空‑气相色谱测定；

50%乙醇、95%乙醇：将待测模拟物搅拌均匀，直接取约1 mL模拟物用0.45 μm的微孔滤膜过滤，高效液相色谱测定［23‑24］。

1.4 性能测试与结构表征

液相色谱工作条件：采用Agilent Eclipse XDB‑C18（250 mm×4.6 mm，5 μm）色谱柱；色谱柱温度为35℃；进样体积10 μL；流动相A为水，流动相B为甲醇，柱流速为1.0 mL/min；苯乙烯的DAD检测条件：波长扫描范围为210～400 nm，检测波长245 nm，宽度16 nm，出峰时间9.18 min；

顶空‑气相色谱工作条件：色谱柱：Agilent 19091n‑213 innowax，30 m× 320 μm × 0.5 μm；载气：氮气；流量：1.5 mL/min；柱温：起始50℃，保持1 min，以10℃/min升至140℃保持0 min，再以20℃/min升至220℃保持10 min；进样口温度250℃；FID检测器温度：300℃；顶空平衡温度：90℃；定量环：90℃；传输线（气体通路）温度：100℃；样品瓶加热时间：30 min；样品瓶加压压力：15.3PSI（1PSI=6.895kPa）；进样时间：1min。

表1 梯度淋洗方法Tab.1 Gradient elution procedure of HPLC

1.5 标准溶液的配制

食品中苯乙烯标准溶液配制：准确称取0.01 g苯乙烯（精确至0.000 1 g），用DMF溶解配制成浓度为100 mg/L的苯乙烯标准储备溶液，再经DMF稀释配成2.000～20.000 mg/L的标准工作溶液；分别称取5.0 g同一食品于5个20 mL顶空瓶中，移液器分别移取0.05 mL的各浓度苯乙烯标准工作液于顶空瓶中，使食品中苯乙烯的浓度为0.020～0.200 mg/kg，加盖密封；

食品模拟物中苯乙烯标准溶液的配制：准确称取0.01 g苯乙烯（精确到0.000 1 g），加入甲醇后超声溶解配制成浓度为100 mg/L的苯乙烯标准储备溶液；标准储备溶液再经甲醇稀释配成1.0～3.0 mg/L的标准工作溶液；将上述标准工作溶液分别用50%乙醇、95%乙醇配制成浓度分别为0.200～0.600 mg/L和0.200～4.000 mg/L的苯乙烯标准溶液。

2 结果与讨论

2.1 豆制品和粥类食品代表性样品

由于食品接触材料及制品所接触的食品种类繁多且食品基质复杂，直接通过真实食品测定特定物质的迁移量难度较大，因此一般都会优先选取与该类食品有典型共性的食品模拟物进行迁移测试。食品分为3类：水性食品、酒精饮料（包括乳制品）、油脂及表面含油食品；食品模拟物也对应分为：蒸馏水及4%乙酸溶液、不同体积分数的乙醇溶液和植物油［2］。在进行迁移实验时，根据食品接触材料及制品预期接触的食品种类选择与该食品相对应的模拟物。

我国现行国家标准 GB 31604.1—2015［15］中的模拟物是在参考欧盟法规（EU）No 10/2011［16］的基础上规定的，但由于豆制品和粥类属于中国特色食品，欧盟法规（EU）No 10/2011没有对这两类食品对应的模拟物进行规定。目前GB 31604.1—2015附录A对豆制品的模拟物规定见表2，还缺乏对粥类食品的模拟物相关规定。本文选取中国特色食品作为研究对象（表3），包括了 GB 31604.1—2015［15］附录 A 02.07.01 豆腐和02.07.03豆浆以及未列入GB 31604.1—2015附录A但在我国消费量较大的粥类和豆奶类食品。由于豆奶的体系与豆浆相近［25］，故将其与豆浆归为豆类饮料类。豆类饮料、豆腐和粥类食品囊括了液态、固态和半固态3个食品种类。

表2 GB 31604.1—2015附录A对中国特色食品豆制品的对应模拟物的规定Tab.2 Food category and food simulant specific assignment of soy proudcts in Appendix A of GB 31604.1—2015

表3 测试食品种类及脂肪质量浓度Tab.3 Types of foods tested and their fat content

以食品中脂肪的质量浓度为参考依据，本文分别选择了豆类饮料、豆腐和粥类食品中含脂量较高和较低的食品。豆类饮料选择了原浆豆浆、调制豆奶以及巧克力风味豆奶3种食品，每100 mL含脂肪1.5～2 g；在目前市售的大多数豆腐中，每100 g豆腐约含2～4 g的脂肪，据此选择了绢豆腐、内酯豆腐、盐卤豆腐3类豆腐；八宝粥和红豆薏仁粥是目前市场上较常见的粥类，每100 g粥中的脂肪在0～1 g之间。

2.2 迁移条件及测试方法

2.2.1 迁移条件的选择

食品接触材料及制品特定迁移量的迁移试验条件一般需要根据食品的保质期、加工和储存条件，按照GB 31604.1—2015［15］中 5.1 条款选择，而本文统一按照70℃、1 h的迁移条件进行迁移试验。选择该条件的原因之一是本文的研究重点为聚苯乙烯杯中苯乙烯在食品和食品模拟物中迁移量的比较，以选择合适的食品模拟物，所以迁移条件不必完全按照食品保质期、加工和储存条件进行选择；再者，高温有利于迁移行为，较大的迁移量有利于准确测定，考虑到聚苯乙烯材料的热变形温度约为85℃，选择迁移条件为70℃。

2.2.2 食品中迁移量的测试方法

本试验选择顶空‑气相色谱法直接测定真实食品中苯乙烯的迁移量［18，22］，无需进行食品的预处理，迁移试验后可以取出食品样品直接进行仪器测试，节省实验时间。为了提高方法的准确度，使用不同种类的食品本身作为基质配制校准曲线。由表4可知，对于本试验中的8种食品，本方法在0.020～0.200 mg/kg的浓度范围内线性良好且灵敏度高，可以满足分析测定的要求。本次所选择食品的原始包装材质均不是聚苯乙烯，经实验测定，迁移试验前的空白食品样品中无苯乙烯本底干扰（以豆浆为例，见图1）。

表4 苯乙烯在食品中的校准曲线、检出限和定量限Tab.4 Linear equations，limit of detection（LODs）and limit of quantitation（LOQs）of styrene in food

图1 豆浆样品中苯乙烯的色谱图Fig.1 Chromatogram of styrene in soybean milk

2.2.3 食品模拟物中迁移量的测试方法

对于10%乙醇、20%乙醇模拟物中苯乙烯迁移量的测定，选择顶空‑气相色谱法。10%乙醇和20%乙醇配制的苯乙烯标准工作溶液在气相色谱上的响应线性范围为0.010～0.100 mg/L，相关系数分别为0.995 7和0.998 9（表 5）。

对于50%乙醇和95%乙醇模拟物，采用顶空‑气相色谱法测定苯乙烯迁移量时，在0.010～0.100 mg/L的浓度范围内，出峰面积与溶液浓度不成线性关系。其原因为气相色谱进样分析前，顶空瓶的平衡温度为90℃，而模拟物中乙醇的沸点（78℃）低于苯乙烯的沸点（146℃），恒温过程中对于乙醇含量比较高的模拟物，顶空瓶中气液相难以达到平衡。因此采用高效液相色谱法［23‑24］测定50%乙醇和95%乙醇模拟物中苯乙烯迁移量，数据见表5：50%乙醇配制的标准工作溶液的线性范围为0.200～0.600 mg/L；95%乙醇配制的标准工作溶液在0.200～4.000 mg/L的浓度范围内，线性结果好。

表5 苯乙烯在食品模拟物中的校准曲线、检出限和定量限Tab.5 Linear equations，LODs and LOQs of styrene in foods

2.3 迁移试验结果

2.3.1 食品模拟物

随着食品模拟物中乙醇体积分数的增大，苯乙烯的迁移量也逐渐增加。10%乙醇和20%乙醇中苯乙烯的迁移量分别为0.023 mg/L和0.030 mg/L，远低于50%乙醇和95%乙醇中苯乙烯的迁移量（0.377 mg/L和2.333 mg/L）。对于苯乙烯从聚苯乙烯杯中向模拟物迁移的过程，一般认为其符合Fick第二定律［26］，其中聚合物与食品模拟物中的迁移物平衡浓度之比称为分配系数，是影响迁移的一个重要因素。而迁移物在食品模拟物中的溶解度对分配系数又有着显著的影响［27］。在本试验中，苯乙烯是芳香烃化合物，根据相似相溶原理，苯乙烯不溶于水，易溶于苯、甲苯、乙醇等有机相。所以当模拟物中的乙醇体积分数增大，溶液极性减弱时，苯乙烯的迁移量也随之增大，此结果与Ed‑ward、Jin等人［8，26］的研究一致。

2.3.2 豆类饮料

首先对苯乙烯在食品与模拟物中的迁移量进行F检验，当F值小于临界值时表明两组数值精密度之间不存在显著性差异，可进行t检验［28］；将t值与临界值t0.05，4=2.776 比较，当t

图2 苯乙烯在豆类饮料和模拟物中的迁移量对比Fig.2 Comparison of styrene migration amount to bean beverages and food simulants

2.3.3 豆腐

图3表示了苯乙烯在不同种类的豆腐中的迁移量与在不同模拟物中的迁移量的对比。由图3可知，在豆腐类食品中，绢豆腐和内酯豆腐中苯乙烯的迁移量为0.023 mg/kg，与10%乙醇相近（t<2.776）；而盐卤豆腐中苯乙烯的迁移量相对较高（0.043 mg/kg），与20%乙醇的迁移数据无显著性差异（t<2.776），远低于50%乙醇中的迁移量（t>2.776）。造成盐卤豆腐中苯乙烯迁移量较高的原因可能是盐卤豆腐中的脂肪质量浓度（每100 g中含3.6 g）明显高于其他两种豆腐，根据相似相溶原理，苯乙烯的迁移量也随之增大。与此结果较为一致，Edward等［8］的研究表明，对于脂肪含量升高的牛奶，聚苯乙烯杯中的苯乙烯向其中的迁移量也更大。同样地，结合食品接触材料及制品的食品模拟物适用性原则，豆腐类食品采用20%乙醇作为食品模拟物较为合适。

图3 苯乙烯在豆腐类食品和模拟物中的迁移量对比Fig.3 Comparison of styrene migration amount to tofu and food simulants

2.3.4 粥

在粥类食品中，与豆类饮料和豆腐类似地，苯乙烯在脂肪质量浓度较高的八宝粥中的迁移量稍高于红豆粥，在两种粥中的迁移量分别为0.041 mg/kg和0.033 mg/kg，与在20%乙醇中的迁移量无显著性差异（t<2.776）。因此，建议粥类的食品采用20%乙醇作为食品模拟物。

比较图1、图2和图3发现，对于3类中国特色食品，苯乙烯在其中的迁移量总体趋势由大到小依次为豆类饮料、粥和豆腐。这可能与食品的状态相关，这3类食品依次为液态、半固态和固态，液体含量更高的食品能与聚苯乙烯杯中的苯乙烯更充分接触，迁移量也随之增大。

图4 苯乙烯在粥类食品和模拟物中的迁移对比Fig.4 Comparison of styrene migration amount to porridge and food simulants

3 结论

（1）豆类饮料中苯乙烯迁移量介于其在20%乙醇和50%乙醇中的迁移量之间；豆腐和粥中苯乙烯的迁移量接近10%乙醇和20%乙醇，均远低于50%乙醇；

（2）建议豆类饮料选择50%乙醇作为模拟物，豆腐类食品和粥类食品选择20%乙醇作为模拟物。