表1 液相色谱梯度洗脱程序
Table 1 Gradient elution program of liquid chromatography
张 云1，吕水源2，张信仁1，林 靓1
（1.三明出入境检验检疫局，福建 三明 365000；2.福建检验检疫局技术中心，福建 福州 350001）
摘 要：以PE塑料薄膜为研究对象，采用高效液相色谱法研究食品包装塑料材料中荧光增白剂在纯水、乙酸、乙醇、植物油4 种不同模拟物中的迁移规律，研究荧光增白剂溶出量与食品接触介质、乙酸质量浓度、乙醇体积分数、浸泡温度以及处理时间等因素的关系。结果表明：纯水基质食品模拟物对香豆素类荧光增白剂有一定溶解性，酸性食品模拟物相比于水模拟物有更强的溶解性，而含醇类食品模拟物和脂肪类食品模拟物对大部分荧光增白剂都具有较好的溶解效果；荧光增白剂的溶出量随着乙酸和乙醇含量的增加而增加；较高的温度对塑料包装材料中荧光增白剂的迁移溶出具有显著影响，并且随着接触时间的延长，塑料包装材料中的荧光增白剂向食品中迁移的可能性也不断增大。
关键词：荧光增白剂；PE塑料；食品包装材料；食品模拟物；迁移规律
食品包装材料作为食品的“贴身之物”对食品质量产生直接或间接的影响[1]。荧光增白剂是一类重要的功能性助剂，早期主要用来改进洗涤剂、纸张、纺织品的外观[2]，近年来，逐渐渗透到塑料制品领域。目前全世界生产的荧光增白剂有15 种以上的结构类型，年总产量达15万 t以上[3]。由于一般白色塑料对可见光中短波一侧的蓝光会有轻微吸收，造成“蓝色不足”而略带黄色，而荧光增白剂能吸收紫外光并激发出蓝色或蓝紫色荧光，在塑料中加入一定量的荧光增白剂可弥补蓝紫色光的损失，起增白增亮效果[4-7]。一些不法商家因利益驱使，使用废塑料生产食品包装材料，为了遮掩材料中的灰黑色，生产中添加大量的荧光增白剂。医学临床实验证明，荧光增白剂被人体吸收后，一般不易分解，会加重肝脏负担，接触过量的荧光增白剂，具有致癌的可能[8-11]。食品包装塑料材料在与食品的接触过程中，荧光增白剂会以渗透、迁移等形式进入食品，可能危害消费者的身体健康[12-14]。因此，各国对食品包装塑料材料中荧光增白剂的使用进行了严格控制。
虽然塑料用荧光增白剂种类很多，但是各国允许在食品包装塑料材料中使用的种类较少，目前欧盟和我国[15]批准使用的塑料用荧光增白剂种类较少，并且限制了使用量和特定迁移量。随着各国对食品包装材料中荧光增白剂的使用安全的深入研究，允许使用的种类还会有所变化。目前，国内对于荧光增白剂的研究，多集中在荧光增白剂及其迁移量的检测方法方面[16-21]，对于荧光增白剂迁移规律的研究，只有纸张及纸质食品包装材料[22-25]中有相应报道。因此，有必要对食品包装塑料材料中荧光增白剂的迁移问题进行研究。本实验选择用于食品包装塑料材料较多的聚乙烯（polyethylene，PE）塑料，根据食品性状不同，选用纯水基质食品、酸性食品、含醇类食品、脂肪类食品等模拟物对食品接触材料中10 种荧光增白剂在不同使用条件下的迁移规律进行研究。以期对食品包装塑料材料中荧光增白剂的控制提供一定参考。
10 种荧光增白剂标准品：FWA52（C14H17NO2，CAS：91-44-1）、FWA135（C18H14N2O2，CAS：1041-00-5）、FWA184（C26H26N2O2S，CAS：7128-64-5）、FWA185（C18H10N2O2S，CAS：2866-43-5）、F W A 1 9 9（C24H16N2，C A S：1 3 0 0 1-3 9-3）、FWA236（C25H15N3O2，CAS：3333-62-8）、FWA367（C24H14N2O2，CAS：5089-22-5）、FWA368（C29H20N2O2，CAS：5242-49-9）、FWA378（C30H26O2，CAS：40470-68-6）、FWA393（C28H18N2O2，CAS：1533-45-5） 美国Sigma-Aldrich公司；四氢呋喃、乙腈、甲醇（均为色谱纯） 德国Meker公司；环己烷、乙酸乙酯、乙醇、冰乙酸、无水乙酸铵（均为分析纯） 国药集团化学试剂公司。
1200高效液相色谱仪 美国Agilent公司；Autoclean凝胶渗透色谱仪、EV311旋转蒸发仪 美国LabTech公司；ST16R高速冷冻离心机 美国Thermo公司；Milli-Q超纯水制备系统 美国Millipore公司；电子天平 瑞士Precisa公司；SPT-24A全自动氮气吹扫浓缩仪 北京斯珀特科技有限公司。
1.3.1 样品制备
荧光增白剂的增白效果随其用量的提高（到饱和极限）而增加，一般情况下荧光增白剂相对于基质而言使用量为0.002%～0.5%（质量分数）[2]。本实验选择各按0.03%的比例在PE粉中加入上述10 种荧光增白剂粉末，搅拌均匀后，委托泉州市华美塑胶制品有限公司制作成厚度为0.17 mm的PE塑料薄膜，作为荧光增白剂迁移规律研究样品。
1.3.2 荧光增白剂迁移实验
采用GB 5009.156—2016《食品接触材料及制品迁移试验预处理方法通则》[26]、GB 31604.1—2015《食品接触材料及制品迁移试验通则》[27]，按每平方厘米加2 mL模拟液，在食品接触材料中加入相应的模拟物，在选定迁移条件下进行迁移实验。
1.3.2.1 食品介质对荧光增白剂迁移的影响
对于水基食品模拟物（水、乙酸、乙醇）：准确量取迁移实验中得到的水基食品模拟物1 mL，通过0.22 μm滤膜过滤，用高效液相色谱仪测定。
对于油基食品模拟物：准确称取迁移实验中得到橄榄油模拟物1 g（精确至0.1 g）于10 mL具塞刻度试管中，用环已烷-乙酸乙酯（1∶1，V/V）溶液定容至10 mL，充分混合，用凝胶渗透色谱仪净化。净化液于氮吹仪中45 ℃氮气吹干，用1 mL 50%四氢呋喃溶液洗脱，过膜后供高效液相色谱仪检测。
1.3.2.2 乙酸质量浓度对荧光增白剂迁移的影响
分别配制1、3、5、10、15、20、25、30 g/100 mL的乙酸溶液作为食品模拟物，30 ℃分别进行迁移实验，取迁移实验中得到的样液1 mL，通过0.22 μm滤膜过滤，用高效液相色谱仪测定。
1.3.2.3 乙醇体积分数对荧光增白剂迁移的影响
分别配制体积分数5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%的乙醇溶液作为食品模拟物，30 ℃分别进行迁移实验，取迁移实验中得到的样液1 mL，通过0.22 μm滤膜过滤，用高效液相色谱仪测定。
1.3.2.4 温度对荧光增白剂迁移的影响
选用体积分数60%乙醇溶液为模拟物，接触时间为2 h，分别在5、10、20、30、40、50、60、70、80 ℃条件下进行迁移实验，取迁移实验中得到的样液1 mL，通过0.22 μm滤膜过滤，用高效液相色谱仪测定。1.3.2.5 接触时间对荧光增白剂迁移的影响
选用体积分数60%乙醇溶液为模拟物，30 ℃进行迁移实验，分别浸泡1、2、3、6、12、24、48、72 h进行迁移实验，取迁移实验中得到的样液1 mL，通过0.22 μm滤膜过滤，用高效液相色谱仪测定。
1.3.3 仪器分析条件
1.3.3.1 凝胶渗透色谱条件
净化柱：S-X3 Bio-Beads（填料22 g，粒径38～75 μm）；流动相：环已烷-乙酸乙酯（1∶1，V/V）；洗脱方式：等度洗脱；流动相流速：5 mL/min；进样量：2 mL；检测波长：254 nm；净化程序：0～9 min弃去洗脱液，9～20 min收集洗脱液。
1.3.3.2 液相色谱条件
色谱柱：Eclipse XDB-C18柱（150 mm×4.6 mm，5 µm）；柱温：40 ℃；进样量：50 µL；流速：1.0 mL/min；检测波长：发射波长360 nm，激发波长440 nm。流动相及梯度洗脱程序见表1。
表1 液相色谱梯度洗脱程序
Table 1 Gradient elution program of liquid chromatography
不同食品模拟物由于其物理化学性质不同，对荧光增白剂的溶解性也不同，本实验主要选用目前国内外常用的食品模拟物，包括水、乙酸、乙醇、精制橄榄油进行迁移实验，这些模拟物分别模拟纯水基质食品、酸性食品、含醇类食品和脂肪类食品。分别使用上述食品模拟物在30 ℃接触条件下，浸泡样品24 h，对食品包装塑料材料中荧光增白剂在不同模拟物中的迁移情况进行实验，每种模拟物平行测定6 次，取平均结果，结果见表2。
表2 不同模拟物中荧光增白剂迁移量检测结果
Table 2 Migration of 10 fluorescent whitening agents into all kinds of stimulants
从表2可以看出，不同模拟物对食品包装PE材料中荧光增白剂的迁移量影响不同，差异较大。水基模拟物除对香豆素类荧光增白剂FWA52和FWA236有一定溶出外，对其余的8 种荧光增白剂都没有溶出，表明纯水基质食品模拟物只对香豆素类荧光增白剂有溶出效应。酸性食品模拟物相比于纯水基质食品模拟物有更强的溶解性，对FWA52、FWA199、FWA236、FWA378四种荧光增白剂均有一定溶出，表明酸性食品模拟物除了会溶出香豆素类荧光增白剂外还会溶出二苯乙烯基苯类荧光增白剂；含醇类食品模拟物和脂肪类食品模拟物对10 种荧光增白剂均有不同程度的溶出。因此，建议生产用于盛装纯水基质食品的塑料材料不要添加香豆素类荧光增白剂；盛装酸性食品的塑料材料不要添加香豆素类和二苯乙烯基苯类荧光增白剂；添加荧光增白剂的塑料材料不要用于盛装含醇类食品和脂肪类食品。
为了了解塑料包装材料中荧光增白剂在不同酸度食品中的溶出情况，本实验分别选用不同质量浓度的乙酸溶液浸泡塑料包装材料24 h，考察乙酸质量浓度为1～30 g/100 mL时荧光增白剂的迁移情况，结果见图1。
图1 乙酸溶液质量浓度对荧光增白剂迁移情况的影响
Fig. 1 Effect of acetic acid concentration on migration of 10 fluorescent whitening agents
从图1可以看出，溶出的荧光增白剂种类随着乙酸质量浓度的升高而增加，在1 g/100 mL乙酸溶液质量浓度时只有2 种荧光增白剂溶出，而到5 g/100 mL乙酸溶液质量浓度时，溶出的荧光增白剂增加到3 种，当乙酸溶液质量浓度为10 g/100 mL时，又增加到4 种，而且溶出物质的含量也随乙酸溶液质量浓度的升高而不断增加，在30 g/100 mL乙酸溶液质量浓度下的FWA52的迁移量是1 g/100 mL乙酸溶液质量浓度下的6.2 倍。
选择在30 ℃接触条件下，用体积分数5%～60%乙醇溶液分别浸泡食品接触材料2 h，考察不同的乙醇体积分数下荧光增白剂的迁移情况，结果见图2。
从图2可以看出，在乙醇溶液中，每种荧光增白剂都有溶出，且随着乙醇溶液体积分数的升高，各种荧光增白剂的迁移量明显增加，当乙醇溶液体积分数达到60%时，各种荧光增白剂的溶出量达到最大，表明乙醇溶液体积分数对荧光增白剂的溶出有较大影响。
图2 乙醇溶液体积分数对荧光增白剂迁移情况的影响
Fig. 2 Effect of alcohol concentration on migration of 10 fluorescent whitening agents
按照自由体积理论，当聚合物体系温度升高时，迁移分子的活化能越大，分子就越容易迁移[28-29]。为了了解塑料包装材料在不同接触温度下荧光增白剂的迁移情况，实验选用体积分数60%乙醇溶液为模拟物，接触时间为2 h，分别考察塑料包装材料在5～80 ℃条件下荧光增白剂迁移量的变化情况，结果见图3。
图3 接触温度对荧光增白剂迁移情况的影响
Fig. 3 Effect of contact temperature on migration of 10 fluorescent whitening agents
从图3可以看出，随着接触温度的升高，塑料包装材料中荧光增白剂的迁移量也随之增加。在5～40 ℃时，荧光增白剂的迁移量较小而且变化不大，但当温度高于50 ℃时，荧光增白剂的迁移量骤然增大，且随着温度的升高，迁移量增幅变大，在80 ℃时荧光增白剂的最大迁移量达到5 ℃时的305 倍（FWA184）。因此，建议日常饮食中尽量不要带着塑料包装材料加热或盛放高温的食品。
图4 接触时间对荧光增白剂迁移量的影响
Fig. 4 Effect of contact time on migration of 10 fluorescent whitening agents
一般情况下，接触时间越长，食品接触材料中物质的溶出量会越大。为了了解食品包装塑料材料在不同接触时间下荧光增白剂的迁移情况，实验选用体积分数60%乙醇溶液为模拟物，在30 ℃接触条件下，分别考察食品包装塑料材料在1～72 h迁移量的变化情况，结果见图4。
从图4可以看出，随着接触时间的延长，荧光增白剂的迁移量也随之增加，但到达最大值后都出现了迁移量下降的情况，FWA52和FWA236在24 h内，各种荧光增白剂的含量都呈增长状态，但在第24小时迁移量出现峰值后，荧光增白剂开始下降，而FWA135、FWA184、FWA185、FWA368和FWA393的峰值出现在第12小时，FWA199和FWA378的峰值出现在第48小时。表明荧光增白剂随着时间的延长迁移量会逐渐增多。
由于本实验中使用体积分数60%乙醇溶液具有较强的挥发性，随着实验时间的不断延长，乙醇溶液不断挥发，使溶液中乙醇含量逐渐降低，从2.3节不同乙醇溶液体积分数迁移情况可知，乙醇含量较低的溶液对荧光增白剂的溶解性较差，从而也导致了在实验达到一定时间后荧光增白剂开始出现下降。
实验采用建立的食品接触塑料材料中荧光增白剂的检测方法，使用水、10 g/100 mL乙酸溶液、体积分数60%乙醇溶液、橄榄油等食品模拟物，在不同模拟物种类、酸度、乙醇体积分数、接触时间和接触温度的情况下，对各种荧光增白剂的迁移规律进行研究，结果表明纯水基质食品模拟物对香豆素类荧光增白剂有一定溶解性，酸性食品模拟物相比于水模拟物有更强的溶解性，而含醇类食品和脂肪类食品模拟物对大部分荧光增白剂都具有较好的溶解效果；荧光增白剂的溶出量随着乙酸质量浓度和乙醇体积分数的增加而增加；对不同温度下的荧光增白剂溶出情况的实验表明，较高的温度对塑料包装材料中荧光增白剂的迁移溶出具有显著影响，并且随着接触时间的延长，塑料包装材料中的荧光增白剂向食品中迁移的可能性也不断加大。
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Migration of Fluorescent Whitening Agents from Polyethylene Food Packaging Materials
ZHANG Yun1, LÜ Shuiyuan2, ZHANG Xinren1, LIN Jing1
(1. Sanming Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau, Sanming 365000, China;2. Technology Center of Fujian Inspection and Quarantine Bureau, Fuzhou 350001, China)
Abstract:The migration of fluorescent whitening agents from polyethylene (PE) food packaging films into water, acetic acid, ethanol, and vegetable oil was investigated using high performance liquid chromatography (HPLC). The dissolution of fluorescent whitening agents was studied as a function of food contact medium, acetic acid concentration, ethanol concentration, soaking temperature and time. The results showed that coumarin-containing fluorescent whitening agent could be dissolved by the aqueous food simulant, and the effect was weaker than that of the acidic food stimulant. The alcoholic and fatty food simulants could better dissolve most fluorescent whitening agents in a concentration-dependent manner. The migration of fluorescent whitening agents in plastic packaging materials was significantly promoted at higher temperature.Moreover, the possibility of migration of fluorescent whitening agents from plastic packaging materials into the foods increased with contact time.
Keywords:fluorescent whitening agent; polyethylene (PE) plastics; food packaging materials; food simulants; migration
DOI:10.7506/spkx1002-6630-201802047
中图分类号：TS207.5
文献标志码：A
文章编号：1002-6630（2018）02-0298-05
引文格式：张云, 吕水源, 张信仁, 等. 食品包装PE材料中荧光增白剂迁移规律的分析[J]. 食品科学, 2018, 39(2): 298-302.
DOI:10.7506/spkx1002-6630-201802047. http://www.spkx.net.cn
ZHANG Yun, LÜ Shuiyuan, ZHANG Xinren, et al. Migration of fluorescent whitening agents from polyethylene food packaging materials[J]. Food Science, 2018, 39(2): 298-302. (in Chinese with English abstract)
DOI:10.7506/spkx1002-6630-201802047. http://www.spkx.net.cn
收稿日期：2017-02-22
基金项目：福建省科技计划项目（2015Y0001）；国家质检总局科技计划项目（2013IK204）
第一作者简介：张云（1984—），男，工程师，硕士，研究方向为食品及其接触产品安全检测。E-mail：48965461@qq.com