（食品科学专业论文）食品及其接触包装材料中双酚类环氧衍生物的分析方法比较研究.pdf

浙江工商大学硕士学位论文 j i j ir lfi i ii ti i ij l l f ! l , i y 17 215 41 食品及其接触包装材料中双酚类环氧衍生物的分析方法比较研究 摘要 双酚类环氧衍生物是食品接触包装材料特别是罐头制品内层涂料的一 种原料，同时也作为添加剂、交联剂和环氧稳定剂在食品包装工业中广泛 应用。由于该类化合物易溶于食用油和食物类脂中，并能迁移到油性食品 中，使得双酚类环氧衍生物在食品中残留成为可能。双酚类环氧衍生物在 人体内累积后能产生毒副作用，可造成人类和动物的内分泌系统、免疫系 统、神经系统出现异常，不仅具有“三致”0 用，还会严重干扰人类和动 物的生殖遗传功能，从而危害人类健康。本研究建立了两种食品及其接触 包装材料中双酚类环氧衍生物的分析方法，并对方法进行比较，旨在建立 切实可行的分析食品及其接触包采材料中双酚类环氧衍生物的方法，从而 更好地监控食品及其接触包装材料中双酚类环氧衍生物的残留，确保食品 的安全性。 本实验首先对样品的提取液、提取方式和净化方法进行研究。选择了 两种提取溶剂对食品接触包装材料中双酚类环氧衍生物的提取进行比较； 四种提取溶剂、三种提取方式和三种净化方法对食品内容物中目标化合物 的提取及净化效果进行比较。结果表明乙腈和正己崩丙酮( 5 0 3 0 ，v v ) 分 别对食品接触包装材料和食品内容物中双酚类环氧衍生物的提取率高，微 波辅助萃取的效果好，固相萃取( s p e ) 的净化方法更有效。s p e 的方法优 浙江工商大学硕士学位论文 化结果：选择v ；l r i a n p s d v b 固相萃取柱为净化柱，采用4m l 甲醇、4m l 纯水活化，4m l2 0 甲醇水溶液淋洗，5m l 乙腈洗脱目标物质。 本文建立同时检测食品及其接触包装材料中1 0 种双酚类环氧衍生物的 高效液相色谱( h p l c f l d ) 分析方法，并对色谱柱、流动相体系、检测 波长和其它色谱相关参数进行了选择优化。经方法学验证：双酚类环氧衍 生物的线性范围在1 2 5 - - - 5 0 0 0n g g ( 其中b a d g e h 2 0 在1 2 5 - - - 3 7 5 0n g g ， b a d g e h c l 在5 0 - - 3 7 5 0n g g ，b a d g e 2 h c l 和b a d g e h c i 1 - 1 2 0 在5 o 5 0 0 0n g m l ，b f d g e 在1 2 5 - - 3 7 5 0n g g ，3 r - n o g e 在1 2 5 - - - 6 2 5 0n g g ) ， 线性范围比较宽。双酚类环氧衍生物在各自的线性范围内具有良好的线性 关系，相关系数r 2 范围在0 9 9 9 0 - - - 0 9 9 9 9 之间。最低检出限( l o d ) 在0 7 9 3 7 7n g g 之间，定量限( l o q ) 在2 7 5 - 1 0 9 2n g g 。在空白样品中添加三 个浓度水平的双酚类环氧衍生物标准溶液，l o 种双酚类环氧衍生物的回收 率在7 0 4 6 1 0 3 4 4 之间，日间精密度在0 5 0 - - 9 0 4 ，日内精密度在 0 2 7 - - 6 5 6 之间。该方法操作简便，灵敏度高，可同时分析多组分双酚 类环氧衍生物的残留。 超高效液相色谱质谱联用技术( u p l c m s m s ) 比液相色谱具有更快 的分析速度，能更准确地分析多种双酚类环氧衍生物。本文建立了同时检 测食品及其接触包装材料中1 0 种双酚类环氧衍生物的u p l c m s m s 分析 方法。该方法对流动相体系、色谱和质谱相关参数进行了选择优化。通过 空白样品基质溶液加标定量，有效地降低了基质干扰的影响，回收率和重 现性良好，双酚类环氧衍生物在其线性范围内相关系数为0 9 9 2 7 0 9 9 9 6 之间，具有良好的线性关系。l o q 在0 0 3 4 0n g g - 0 6 5 7 3n g g ，回收率在 n 浙江工商大学硕士学位论文 6 5 7 9 9 1 之间，相对标准偏差在0 5 , - - - 7 2 之间。该方法灵敏度高， 定性定量准确，分析速度快，可以对食品及其接触包装材料中多组分双酚 类环氧衍生物的残留进行分析。 通过对瑚，l c f l d 和切? l c m s m s 方法的比较得出，切，l c m s m s 的分析速度快，分离效率高，即使在液相色谱不能有效分离多种双酚类环 氧衍生物的情况下，质谱检测器的多离子反应监控技术( m r m ) 解决了这 一问题。本研究分析了l o 种双酚类环氧衍生物，但仍可开发出同时检测更 多种双酚类环氧衍生物的方法。h p l c f l d 分析双酚类环氧衍生物的价格+ 比u p l c m s m s 便宜，而且液相色谱比质谱检测器的稳定性高。h p l c f l d 和u p l c m s m s 的灵敏度和准确性高，操作简便，定量限远低于欧盟规定 的食品及其接触包装材料中双酚类环氧衍生物的最低残留限量，因此两种 方法都适合分析食品及其接触包装材料中多组分双酚类环氧衍生物的残 留。 关键词：双酚类环氧衍生物；残留分析；前处理方法；高效液相色谱分析 方法；液相色谱串联质谱分析方法；食品；接触包装材料 i i i 浙江工商大学硕士学位论文 c o m 巴埘s o no fa n a iy s i sm 匣田h o d s f o rb i s p 皿n o ld i ( j y c i d y le t h e r si nf o o da n d t h e 己c o n t a c tp a c k a g n 寸gn “蛆卫r i a i ，s b i s p h e n o ld i g l y c i d y le t h e r sa r er a wm a t e r i a l so ff o o dc o n t a c tp a c k a g i n g 。 m a t e r i a l s ，e s p e c i a l l yf o rt h ei n n e rc o a t i n g so fc a l l s i na d d i t i o n ，b i s p h e n o l d i g l y c i d y le t h e r sa r eu s u a l l yu s e d a sa d d i t i v e ，c r o s s l i n k e ra n d e p o x ys t a b i l i z e ri n t h ef o o di n d u s t r y t h e s ec o m p o u n d sa r ee a s i l yd i s s o l v e di ne d i b l eo i la n df o o d l i p e d ，a n dm a ym i g r a t ei n t ot h eo i l yf o o d ，w h i c hm a k eb i s p h e n o ld i g l y c i d y l e t h e rr e s i d u e si nf o o d p o s s i b l e t h a tb i s p h e n o ld i g l y c i d y le t h e r sa c c u m u l a t e di n h u m a nb o d yh a v et o x i c i t ys i d ee f f e c t ，w h i c hc a u s e de n d o c r i n e , i m m u n o l o g i c a n dn e r v o u ss y s t e m so fh u m a na n da n i m a l sa b n o r m a l t h e s e c o m p o u n d sc o u l d a l s oi n t e r r u p tt h er e p r o d u c t i v ea n d h e r e d i t a r yc a p a b i l i t i e so fh u m a na n da n i m a l s ， w h i c hw o u l de n d a n g e rh u m a nh e a l t h i ti s v e r yn e c e s s a r yt oe x p l o r et h e s a t i s f i e da n a l y t i c a lm e t h o d so fb i s p h e n o ld i g l y c i d y le t h e r si nf o o da n dt h e i r c o n t a c tp a c k a g i n gm a t e r i a l s ，w h i c hw i l li m p r o v em o n i t o r i n go fb i s p h e n o l d i g l y c i d y le t h e rr e s i d u e si nf o o da n dt h e i rc o n t a c tp a c k a g i n gm a t e r i a l sa n d e n s u r ef o o d s a f e t y t w oa n a l y t i c a lm e t h o d so f b i s p h e n o ld i g l y c i d y le t h e r sw e r e d e v e l o p e da n dc o m p a r e di nt h i sp a p e r v 浙江工商大学硕士学位论文 t h ee x t r a c t i o ns o l v e n t ，e x t r a c t i n gw a ya n dc l e a n - u pm e t h o dw e r es t u d i e di n t h ee x p e r i m e n t t w oe x t r a c t i o ns o l v e n t sw e r ec o m p a r e df o rt h ee x t r a c t i o no f b i s p h e n o ld i g l y c i d y le t h e r si nf o o dc o n t a c tp a c k a g i n gm a t e r i a l s f o u re x t r a c t i o n s o l v e n t s ，t h r e ee x t r a c t i n gw a y sa n dt h r e ec l e a n - u pm e t h o d sw e r ec o m p a r e df o r t h ee x t r a c t i o na n dp u r i f i c a t i o ne f f e c t so fb i s p h e n o ld i g l y c i d y le t h e r si nf o o d t h ee x t r a c t i o nr a t eo fa c e t o n i t r i l ea n dn h e x a n e a c e t o n e ( 5 0 3 0 ，v v ) s o l u t i o n s w e r eh i g h e s tf o re x t r a c t i o no ft a r g e ta n a l y t e si nf o o dc a l l sa n df o o dr e s p e c t i v e l y , t h ee x t r a c t i o ne f f e c to fm i c r o w a v e a s s i s t e de x t r a c t i o nw a sb e s ta n dt h ec l e a n - u p m e t h o do fs p ew a sm o r ee f f c c t i v e 、，撕a n p s d v bw a ss e l e c t e da ss p e c a r t r i d g e s p ec a r t r i d g ew a sc o n d i t i o n e dw i t h4 m lm e t h a n o la n d4m l p u r i f i e d w a t e r t h ec a r t r i d g ew a sw a s h e dw i t h4m l2 0 m e t h a n o la q u e o u ss o l u t i o na n d e l u t e dw i t h5m la c e t o n i t r i l e i nt h i sp a p e r , ah i g hp e r f o r m a n c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h y ( h p l c f l d ) m e t h o df o rd e t e r m i n a t i o no fb i s p h e n o ld i g l y c i d y le t h e r si nf o o da n dt h e i r c o n t a c tp a c k a g i n gm a t e r i a l sh a sb e e ne x p l o r e d s e v e r a lp a r a m e t e r so fh p l c w e r eo p t i m i z e df o rt h ed e t e r m i n a t i o no fb i s p h e n o ld i g l y c i d y le t h e r s t h el i n e a r r a n g ew a s1 2 5 - - - 5 0 0 0n g gf o rf o u rb i s p h e n o ld i g l y c i d y le t h e r s ( 1 2 5 - - - 3 7 5 0 n g gf o rb a d g e h 2 0 ，5 0 - 3 7 5 0n g gf o rb a d g e h c l ，5 0 - 5 0 0 0n g m l f o rb a d g e 2 h c la n db a d g e h c l h 2 0 ，12 5 3 7 5 0n g gf o rb f d g e ， 1 2 5 6 2 5 0 n g g f o r3 r - n o g e ) 丽也t h eg o o dl i n e a rr e l a t i o n ，a n dt h e c o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n t sr 2w a s0 9 9 9 0 - - - 0 9 9 9 9 l o da n dl o qw e r eo 7 9 3 7 7n g ga n d2 7 5 1o 9 2n g gf o r10a n a l y t e sr e s p e c t i v e l y t h er e c o v e r i e so f v i 浙江工商大学硕士学位论文 b l a n ks a m p l e ss p i k e da tt h r e 圮l e v e l so fb i s p h e n o ld i g l y c i d y le t h e r sw e r e 7 0 4 6 - - 1 0 3 4 4 ，w h o s ei n t e ra n di n t r ar s dw e r e0 5 0 - - 9 0 4 a n d0 2 7 6 5 6 r e s p e c t i v e l y v a r i o u sb i s p h e n o ld i g l y c i d y le t h e r sc o u l db ed e t e r m i n e db y h p l cb e c a u s eo f h i g hs e n s i t i v i t ya n ds i m p l eo p e r a t i o n u l t r a p e r f o r m a n c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h y - t a n d e mm a s ss p e c t r o m e t r i c ( u p l c m s m s ) c o u l dr e d u c et h ea n a l y s i st i m ea n di m p r o v et h ea n a l y t i c a l c a t e g o r i e so fb i s p h e n o ld i g l y c i d y le t h e r sa sc o m p a r e dt oh p l c u p l c m s m s w a se s t a b l i s h e df o rd e t e r m i n a t i o no ft e nb i s p h e n o ld i g l y c i d y le t h e r si nf o o da n d t h e i rc o n t a c tp a c k a g i n gm a t e r i a l s s e v e r a lp a r a m e t e r so fu p l ca n dm s m s w e r eo p t i m i z e df o rt h ed e t e r m i n a t i o no ft a r g e ta n a l y t e s t h ei n t e r f e r e n c eo f m a t r i xw a sr e d u c e db yt h em a t r i x m a t c h e dc a l i b r a t i o ns t a n d a r d sc 丑l r v e t h e c a l i b r a t i o nc u r v eo fs i xc o n c e n t r a t i o n sf o rt e n b i s p h e n o ld i g l y c i d y le t h e r s s h o w e dg o o dl i n e a r i t ya n dg o o dc o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n t sr 2 ( 0 9 9 2 7 - - 一0 9 9 9 6 ) l o qw a s0 0 3 4 0n g g 0 6 5 7 3n g g t h er e c o v e r yr a n g eo fb i s p h e n o l d i g l y c i d y le t h e r sw a s6 5 7 9 9 1 ，o 5 7 2 ，r e s p e c t i v e l y , w i t hr s d t h ea c c u r a c ya n ds e n s i t i v i t yo ft h em e t h o dw a sg o o df o rs i m u l t a n e o u s d e t e r m i n a t i o no f10b i s p h e n o ld i g l y c i d y le t h e r s t h e r e f o r e , i ti ss u i t a b l et o a n a l y z et a r g e t sb yu p l c m s m si nf o o da n dt h e i rc o n t a c tp a c k a g i n gm a t e r i a l s c o m p a r e dw i t hh p l c f l d ，u p l cr e p r e s e n t e dt h eq u i c ka n a l y t i c a ls p e e d a n dg o o ds e p a r a t i o ne f f i c i e n c y m u l t i p l er e a c t i o nm o n i t o r i n g ( m r m ) o fm s d e t e c t o rc o u l da c h i e v em u l t i r e s i d u ea n a l y s i so f b i s p h e n o ld i g l y c i d y le t h e r si n o n et i m e ，e v e ni fm u l t i c o m p o n e n tb i s p h e n o ld i g l y c i d y le t h e r sc o u l dn o tb e v i i 浙江工商大学硕士学位论文 s e p a r a t e da b s o l u t e l yb yh p l c t e nb i s p h e n o ld i g l y c i d y le t h e r sw e r ea n a l y z e d i nt h es t u d ya n da n a l y t i c a lm e t h o d sw i l lb ed e v e l o p e df o rm o r eb i s p h e n o l d i g l y c i d y le t h e r si nf u t u r e h p l c f l di sc h e a p e rt h a nt h a to fu p l c - m s m s ， a n dt h e s t a b i l i t yi s b e r e rt h a nt h a to fu p l c m s m s h p l c f l da n d u p l c - m s m sa r e s i m p l e ， a c c u r a t ea n ds e n s i t i v ef o rs i m u l t a n e o u s d e t e r m i n a t i o no fv a r i o u sb i s p h e n o ld i g l y c i d y le t h e r s t h el i m i t so fq u a n t i t a t i o n o fw e r ef a rb e l o wm r l sr e g u l a t e db ye u t h e r e f o r e ，h p l c f l da n d u p l c m s m sw e r ef i tt oa n a l y z er e s i d u e so fb i s p h e n o ld i g l y c i d y le t h e r si n f o o da n dt h e i rc o n t a c tp a c k a g i n gm a t e r i a l s k e y w o r d s ：b i s p h e n o ld i g l y c i d y le t h e r s ；r e s i d u ea n a l y s i s ；p r e t r e a t m e n t m e t h o d ；h p l c ；u p l c m s m s ；f o o d ；c o n t a c tp a c k a g i n gm a t e r i a l s 浙江工商大学硕士学位论文 第1 章引言 1 1 双酚类环氧衍生物结构、性质及其危害 在食品接触包装材料，尤其是许多罐头食品( 如水果、蔬菜、软饮料、水产品、奶 粉和咖啡等) 的内层表面涂有一层涂料，通常用来避免罐头内层的腐蚀以及金属离子溶 解食物而造成的污染【1 羽。此外，该涂层还能防止罐装食物的腐烂【4 】。目前，食品罐头 的内层涂料通常采用环氧树脂或乙烯基有机溶胶( 聚氯乙烯，p v c ) 。环氧树脂一般由 双酚a ( b p a ) 或双酚- a 二环氧甘油醚( b a d g e ) 为原料而合成【5 1 。由b a d g e 为单 体生成的环氧聚合物目前广泛的在食品包装的涂料中使用，它们应用于管子、罐头、玻 璃罐盖，微波容器，酒槽和水管中1 6 。在涂料的制作过程中b a d g e 的多种混合物由 b p a 聚合而成。残留的b p a 单体和低聚物能与链终止酚类化合物和溶液的羟基族反应 1 7 - 9 1 。生产的化合物易溶于食用油和食物类脂中，并能迁移到油性食品中【1 0 ，1 1 1 。而在生 产p v c 有机溶胶树脂的制品过程中，通常加入b a d g e ，b f d g e 和3 一6 r - n o g e 作为 添加剂。在烧制有机溶胶涂漆的过程中，盐酸从聚氯乙烯中释放出来，催化这些树脂的 进一步降解。因此，有机溶胶需要添加环氧稳定剂例如b a d g e 或者n o g e 以驱走盐 酬1 2 ，1 3 】。它们的加入量大约是几个含量。残留的b a d g e ，b f d g e 单体能迁移到罐 头食品中，同时多种单氯、二氯羟基混合物也可能出现，例如b f a d g e h c i ， b f d g e 2 h c l ，b a d g e h c i 和b a d g e 2 h c l 。此外，残留的环氧树脂混合物发生水解， 导致b a d g e h 2 0 、b a d g e 2 h 2 0 、b a d g e h c i h 2 0 等一次或二次水解产物的形成【1 知1 5 1 。 目前的研究表吲1 6 1 ，b a d g e 在水溶性食品中环氧环很容易打开，所以在饮料中残留较 少。相反，在油相环境中较难以水解，且多以聚合物形式存在，因而常在肉类或含油性 的食品中检出高含量的b a d g e ，有的高达1 11 3m g k g t l 7 1 。r a u t e r 等调查了澳大利亚 产的6 7 份罐头食品。结果显示在超过1 5 的样品中b a d g e 在lm g k g 以上、4 5 样 品在0 1 1m g k g 之间，只有大约1 5 的样品未检出。 b a d g e 是由苯酚，丙酮和环氧氯丙烷合成的，它只包含p ，p 异构体【1 9 1 。b a d g e 单体通过氯代反应，能生成单氯或二氯羟基混合物例如b a d g e h c l 和b a d g e 2 h c i 。 此外，b a d g e 还能在一定的条件下发生水解，导致b a d g e h 2 0 、b a d g e 2 h 2 0 、 b a d g e h c i h 2 0 等一次或二次水解产物的形成。n o g e 是由苯酚、甲醛和环氧氯丙烷 浙江工商大学硕士学位论文 合成，带着两个或多个芳香环的混合物总称。两个环的n o g e 就是b f d g e 。它包含了 p , p ，o , p 和0 , 0 b f d g e 三个同分异构体【2 0 】。图1 - 1 是十种双酚类环氧衍生物的化学 结构式。表1 - 1 反映了十种双酚类环氧衍生物名称及分子量信息。 阶令k + i 4 c i 弋 i s a i x ) l s - 2 j 4 归 1 1n 啾： i ! ob 鞘d g e l n o g e 3 d n 萨 2n 0 6 e 4r i n g s + + 3n o g e 5r i n g s ： 夕 4n o g e 6 嘶 ： ： ：? 。弋卜氛卜弋+ 7 i i i 乡2 _ r l f i g 1 - 1t h ec h e m i c a ls t r u c t u r eo f b a d g e - r o l a t e da n dn o g e - r e l a t e dc o m p o u n & 2 浙江工商大学硕士学位论文 表1 1 十种双酚类环氧衍生物名称及分子量 t a b l e1 - 1t h en a m ea n dm o l e c u l a rw e i g h to f b a d g e - r e l a t e da n dn o g e - r e l a t e dc o m p o u n d s n o g e r e l a t e dc o m p o u n d s 欧美研究表明b p a 、b a d g e 、n o g e 均是一种“环境激素 【2 l 2 2 ，即使在摄入量 极低的情况下也会给人类健康造成危害，而且也会危及生态环境 2 3 - 2 6 1 。b a d g e 由于在 体外实验中的结果而被怀疑有致癌性【2 7 2 s 。这可能归因于环氧基族化合物的快速酶水 解，除b a d g e 2 h 2 0 # f t 2