可生物降解食品接触材料中非有意添加物的鉴定和风险评估研究进展.pdf

专题论述 食品科学 2023,Vol.44,No.17 363可生物降解食品接触材料中非有意添加物的 鉴定和风险评估研究进展胡 云1，刘 源2（1.扬州市食品药品检验检测中心，江苏 扬州 225001；2.上海交通大学农业与生物学院，上海 200235）摘 要：绿色环保的可生物降解食品接触材料正得到越来越多的应用，但是，这种新型材料中存在原料和添加剂的降解产物、杂质、新形成的化合物和污染物，这些非有意添加物会迁移到食品中，其中许多化合物是未知物质，为了确保消费者的安全，有必要对其进行鉴定和风险评估。本文梳理了可生物降解食品接触材料中的非有意添加物及其可能的来源，概述了最新的样品前处理方法和高分辨质谱分析技术，介绍了毒理学关注阈值法在非有意添加物风险评估中的应用情况，提出生物测定法是常规风险评估方法的有效补充，以期为可生物降解食品接触材料的安全性研究提供参考。关键词：可生物降解食品接触材料；非有意添加物；鉴定；风险评估Research Progress in the Identification and Health Risk Assessment of Non-intentionally Added Substances in Biodegradable Food Contact MaterialsHU Yun1,LIU Yuan2(1.Yangzhou Centre for Food and Drug Control,Yangzhou 225001,China;2.School of Agriculture&Biology,Shanghai Jiao Tong University,Shanghai 200235,China)Abstract:Green biodegradable food contact materials have been increasingly used,but they may contain degradation products from raw materials and additives,impurities,newly formed compounds and pollutants.These non-intentionally added substances,many of which are unknown,can migrate into foods.In order to ensure the safety of consumers,it is necessary to identify these substances and evaluate their health risks.This article summarizes non-intentionally added substances in biodegradable food contact materials and their possible sources,outlines the latest sample pretreatment methods and high-resolution mass spectrometry for the analysis of non-intentionally added substances,and describes the application of the threshold of toxicological concern approach in the health risk assessment of non-intentionally added substances.Moreover,this article proposes that bioassays are effective supplements to conventional risk assessment methods.It is hoped that this review will provide a reference for research on the safety of biodegradable food contact materials.Keywords:biodegradable food contact materials;non-intentionally added substance;identification;risk assessmentDOI:10.7506/spkx1002-6630-20220923-246中图分类号：TS206.4 文献标志码：A 文章编号：1002-6630（2023）17-0363-10引文格式：胡云,刘源.可生物降解食品接触材料中非有意添加物的鉴定和风险评估研究进展J.食品科学,2023,44(17):363-372.DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220923-246.http:/HU Yun,LIU Yuan.Research progress in the identification and health risk assessment of non-intentionally added substances in biodegradable food contact materialsJ.Food Science,2023,44(17):363-372.(in Chinese with English abstract)DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220923-246.http:/收稿日期：2022-09-23基金项目：江苏省市场监督管理局科技计划资助项目（KJ207546）第一作者简介：胡云（1979）（ORCID:0000-0003-0320-0908），女，高级工程师，硕士，研究方向为食品安全。E-mail:目前，既节约能源又对环境友好的可生物降解材料在各国政府的支持下正得到快速发展1-3。这种新型食品接触材料通常由生物成分和聚酯混合制成，有的材料为了达到延长保质期的目的加入了活性组分4-5，因此，364 2023,Vol.44,No.17 食品科学 专题论述材料中的化学成分十分复杂。一些可生物降解食品接触材料在体外生物测定中显示出与最终产品相关而不是与原料相关的毒性6，说明其毒性成分主要来自于和加工有关的有意添加物及非有意添加物（non-intentionally added substances，NIAS）。已有标准（GB 96852016食品安全国家标准 食品接触材料及制品用添加剂使用标准7）和法规（(EU)No 10/20118）对添加剂、加工助剂等有意添加物的使用进行规范。但是，NIAS大多数是未知的，这些未知物并不在上述标准和法规的规定范围之内。食品接触材料中的NIAS是指存在于食品接触材料中的任何反应产物、降解产物及用于包装生产的原料中残留的杂质9。NIAS是食品的污染源之一。NIAS从食品接触材料到食品的迁移受分子质量、食品的性质、食品接触材料类型的影响10-12。一些NIAS有典型的醋味、腐臭 味13，会影响食品的感官特性。据研究，食品接触材料提取物在体外毒理学生物测定中呈现出的细胞毒性和内分泌干扰作用与NIAS有关14。欧盟法规规定，在食品接触材料的风险评估中应考虑NIAS8。对可生物降解食品接触材料中的NIAS进行风险评估，不仅要熟悉材料的配方和工艺，还要熟练掌握复杂的化学分析技术15。通常，化合物的风险评估包括化学结构鉴定、定量、暴露水平分析、毒理学评价4 个步骤。但是，大多数可生物降解食品接触材料中的NIAS没有确定的化学结构和浓度数据，风险评估面临巨大的挑战16。本文分析了可生物降解食品接触材料中NIAS的可能来源，总结了NIAS化学结构鉴定及风险评估方法，希望在提升可生物降解食品接触材料检验检测技术的同时，为生产企业对产品质量的管控和市场监管部门对产品质量安全的有效监管提供理论支撑。1 可生物降解食品接触材料的种类可生物降解聚合物是指易受生物活动（如类似被细菌或真菌等微生物分解的生物活动）降解的聚合物，伴随着摩尔质量的降低，聚合物可能会变成具有理想特性的环境可接受的物质（如水、二氧化碳、甲烷和生物质）17-18。该聚合物的生物降解不仅通过酶的催化活动进行，还通过多种生物活动进行。可生物降解食品接触材料在工业堆肥厂和厌氧消化器中可达到最佳降解效果19-20。有些材料，例如聚羟基丁酸酯（poly-3-hydroxybutyrate，PHB）在水生环境和土壤环境中就能完全生物降解21。材料的可生物降解性取决于其化学结构而不是其来源。根据来源能够将可生物降解食品接触材料分为两类9：一类是生物基可生物降解食品接触材料，如聚乳酸（polylactic acid，PLA）、聚羟基脂肪酸酯（polyhydroxyalkanoates，PHA）、生物-聚丁二酸丁二醇酯（bio-poly(butanediol succinate)，bio-PBS）等；另一类是石油基可生物降解食品接触材料，如聚己内酯（polycaprolactone，PCL）、聚丁二酸丁二醇酯（poly(butylene succinate)，PBS）、聚己二酸丁二醇酯（poly(1,4-butylene adipate)，PBA）、聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯（poly(butyleneadipate-co-terephthalate)，PBAT）等。通常，将多种可生物降解材料共混可获得更加优异的拉伸韧性22和抗冲击性能23。碳酸钙、纤维素纳米晶体、纳米黏土、海藻酸盐等组分能进一步增强可生物降解复合材料的热扩散率24、热稳定性25和黏 弹性26。用百里酚、香芹酚、麝香草酚浸渍或混合的可生物降解复合食品接触材料具有抗氧化活性27，能延长食品的保质期28。2 NIAS的来源普遍观点认为食品包装中的NIAS来自原料和添加剂的降解、杂质、新形成的化合物、污染物9,29。2.1 原料及添加剂的降解可生物降解食品接触材料通常采用熔融共混后 注塑30-31、挤压32、热压33以及薄膜叠压34等高温高压工艺制造，在制造的过程中，聚合物材料会发生一定程度的降解。聚酯PBAT由己二酸、对苯二甲酸、1,4-丁二醇经酯化、缩聚反应生成，与低密度聚乙烯的性能相似，具有良好的热稳定性、透明度、断裂伸长率、抗拉强度和刚度35-36，常与PLA、淀粉等聚合物熔融共混，产生己二酸-丁二醇的聚合物11-12,37、邻苯二甲酸-1,4-丁二醇-己二酸-1,4-丁二醇的环状低聚物38、新戊二醇-己二酸-1,6-己二醇-己二酸的环状低聚物37、邻苯二甲酸-邻苯二甲酸-1,4-丁二醇-1,4-丁二醇-1,4-丁二醇-己二酸的线性低聚物39等降解产物。2,6,10-三甲基十二烷也是生物聚合物聚酯部分的降解产物，因为已经规定了其无可见不良作用水平（no observed adverse effect level，NOAEL）为1 000 mg/（kg mbd）40，所以它在可循环使用的可生物降解餐具中的迁移量备受关注41。有的竹基餐具为了改善机械性能，在原料中加入三聚氰胺树脂，在迁移试验中检测到的三聚氰胺单体的迁移量已经超过了(EU)No 10/2011法规规定的2.5 mg/kg限量要求8，这种由三聚氰胺树脂填充的竹基餐具并不是声称的可生物降解餐具41。聚酯在热降解的过程中，除了形成寡聚体，酯基水解还会产生风味小分子，如有樟脑臭味的2-甲基-2-丙醇42。聚乳酸聚酯作为最具发展前景的食品接触材料，其中的PLA组分在热降解的过程中，通过分子内酯交换或者分子间酯交换形成低聚物丙交酯，这种乳酸的环状二聚体11并不属于(EU)No 10/2011法规的 专题论述 食品科学 2023,Vol.44,No.17 365认可列表范围8，需要严格控制迁移量。在PLA薄膜的迁移试验中检测到的环状和线性乳酸寡聚体也属于PLA组分的降解产物39。在PLA颗粒、薄膜、热成型品中含量丰富的乙醛42产生于羟基末端引发的酯交换 过程43，1020 mg/L的乙醛就能使聚对苯二甲酸乙二醇酯（polyethylene terepthalate，PET）瓶装矿泉水产生水果异味44。这种芳香化合物可以从PLA食品接触材料迁移到食品或饮料，导致感官品质劣变，因此，有研究者认为PLA聚合物中的乙醛是评判PLA产品等级的重要标记物42。聚合物中的添加剂会在辐照等因素的影响下发生降解。在石油基塑料中经常添加的抗氧化剂三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯（Irgafos168），经电子束辐照和伽马射线辐照后化学键会发生断裂，进而形成2,4-二叔丁基苯和具有抗菌、抗炎和抗癌效果的2,4-二叔丁基苯酚45-48。为了改善生物聚合物的热稳定性、提高机械性能49-51，有的淀粉基生物聚合物中加入了Irgafos168，因为迁移试验的条件比较温和，并不会检测到相应的降解产物12。2.2 杂质杂质是指存在于聚合物的原辅料和添加剂中但是没有在初始物质信息数据表中明确的物质15。杂质不是故意添加的，但是在一些可生物降解餐具的迁移试验中可以检测到。PLA餐具中添加的改性剂水合硅酸镁和无机填料碳酸钙含有铝、钡、铁、锌等杂质，这些金属元素在质量浓度为30 g/L的乙酸食品模拟液中的迁移量会随着迁移温度的升高和迁移时间的延长而增加52。在一些竹基餐具的迁移试验中，竹笋中的一些组分如芦竹素、缬氨酸、原儿茶酸、L-组氨酸、咖啡酸、反式松柏醇也被检测到41。这些天然产物中的原儿茶酸和咖啡酸能降低细胞的氧化损伤53-55，对人体健康有益。2.3 新形成的化合物可生物降解食品接触材料在加工过程中会形成反应副产物。一些副产物是聚酯热降解产物醛酮自由基的反应产物43，如环戊酮11和具有黄油味的2,3-戊二酮42。有较高修正频率（modified frequency，MF）的化合物葫芦芭内酯被认为是PLA聚合物颗粒在一定的温度和压力条件下形成的，具有香料和甘草味56。这些小分子的风味物质会迁移到食品中，但是它们对食品感官的影响力11取决于风味阈值和迁移量。可生物降解餐具中的间接添加剂会形成一些氧化代谢产物。间接添加剂是指间接导致或可能合理预期导致其成为任何食品的组成部分，或以其他方式影响任何食品特性的化合物57。间接添加剂并不是直接添加到食品中，而是从食品接触材料迁移到食品中。可生物 降解食品接触材料在迁移试验中被检测到的间接添加剂有爽滑剂11-12、增塑剂12,37、抗氧化剂12、表面活 性剂41和生物灭杀剂37等。爽滑剂环氧大豆油用于改善PLA和淀粉基食品包装材料的机械阻力和柔韧性58-60，主要成分有棕榈酸和肉豆蔻酸等，这些脂肪酸与材料降解生成的醇进一步反应形成氧化代谢产物，如硬脂腈、棕榈酸异丙酯、2-棕榈酸甘油酯，肉豆蔻酸肉豆蔻酯、十四烷酸十六烷基酯、肉豆蔻酸乙酯、9,12-十八碳二烯酸甲酯等12。增塑剂己二酸二(2-乙基己基)酯（di-(2-ethylhexyl)-adipate，DEHA）与邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯（di-(2-ethylhexyl)-phthalate，DEHP）的化学结构类 似61，但是没有与DEHP类似的抗雄激素作用62，其氧化代谢产物单-2-乙基氧代己基己二酸酯（mono-2-ethyloxoexyl adipate）在淀粉基生物聚合材料中被检测到12。可降解食品接触材料会与试验中的溶剂发生反应。在提取沉淀步骤中，PLA颗粒与有机溶剂二氯甲烷反应生成刺激性的有机化合物氯乙酸乙酯和氯乙醛11。PLA材料在迁移试验中检出了新的线性乳酸低聚物，在有机溶剂提取液中却没有出现，这种新化合物可能是材料中的化学成分与食品模拟液发生反应的结果38。与三聚氰胺聚酯混制的竹基生物聚合物在迁移试验中检出了三聚氰胺的衍生物，可能是聚合物与食品模拟液反应新生成的，也可能是聚合物在制造过程中形成的41。2.4 污染物目前，在世界各国政府实施的可循环经济模式下3,63-65，用于回收的食品包装材料中可能出现的污染物受到了越来越多的关注，因为与其相关的NIAS可能会迁移到食品中。这些NIAS来自以下几个方面：1）回收材料的内在污染物，如染料、添加剂及其降解产物；2）材料在使用和回收过程中的降解产物；3）回收材料中的杂质；4）材料被多次回收利用时积累的化学物质；5）食品包装之前使用过和/或滥用导致出现不需要的和/或意想不到的污染物；6）进入回收流程的非食品级材料；7）清洗溶 剂9,66。普遍观点认为回收和生物降解67是可生物降解食品接触材料报废后的2 种互补的处理方式。目前，这种新型食品接触材料虽然允许被回收，但是其占废弃包装的比重非常低，达不到回收利用的盈利要求68，暂未发现可生物降解材料中与污染物相关的NIAS研究。将来，当可生物降解材料逐步取代不可降解的石油基食品接触材料时，来自回收过程的污染物中的NIAS将是不可忽视的涉及安全性评价的重要研究内容。表1总结了从可生物降解食品接触材料中检出的NIAS及其可能的来源。366 2023,Vol.44,No.17 食品科学 专题论述3 鉴定NIAS的分析方法在鉴定NIAS时，可以对可生物降解食品接触材料本身进行分析11,38，也可以对与材料接触的食品模拟 液11-12,37-38,41或者食品39进行分析，通常，材料中含有更多NIAS的信息11。但是，对食品模拟液或者食品的 分析是必要的，因为它们最接近材料的真实使用状态。用仪器鉴定可生物降解食品接触材料中的NIAS，分为不需要前处理和需要前处理2 种不同的策略。解析电喷雾电离质谱（desorption electrospray ionization-mass spectrometer，DESI-MS）69、实时直接分析飞行时间质谱（direct analysis in real time-quadrupole-time of flight 表 1 从可生物降解食品接触材料中检出的NIAS及其可能的来源和分析鉴定方法Table 1 Possible sources and analytical methods of NIAS detected from biodegradable food contact materials 序号NIAS（英文名称）NIAS（中文名称）CAS号分子式食品包装材料类型来源前处理方式挥发性分析方法鉴定、定量参考文献1cyclopentanone环戊酮120-92-3C5H8OPLA薄膜和颗粒醛酮自由基反应溶解沉淀挥发和半挥发GC-MSNIST库鉴定、标准品定量112ethyl chloroacetate氯乙酸乙酯105-39-5C4H7ClO2PLA颗粒在溶解沉淀步骤中与二氯甲烷反应溶解沉淀挥发和半挥发GC-MSNIST库鉴定113lactide丙交酯4511-42-6C6H8O4PLA薄膜和颗粒分子内酯交换、解链解聚、氧化过程溶解沉淀、迁移测试挥发和半挥发GC-MSNIST库鉴定、标准品定量114AA-BD777-95-7C10H16O4PLA薄膜和颗粒、淀粉基生物聚合物粉聚酯降解溶解沉淀，溶剂提取、迁移测试挥发和半挥发GC-MS，APGC-QTOFNIST库鉴定，己二酸-二甘醇的环状酯低聚物半定量11-125 sotolon葫芦芭内酯28664-35-9C6H8O3PLA薄膜薄膜制造过程中的降解HS-SPME直接分析挥发和半挥发GC-O-MSNIST库鉴定、标准品定量116linear HO-(LA)n-H（n38）C9H14O7、C12H18O9、C15H22O11、C18H26O13、C21H30O15、C24H34O17PLA薄膜与食品模拟液反应、PLA的反应产物迁移测试、FPSE非挥发UPLC-QTOF经验公式、候选化学结构、碎片离子鉴定，线状寡聚体HO-(LA)4-H半定量38-397acetaldehyde乙醛75-07-0C2H4OPLA颗粒、薄膜、热成型品酯交换MHS-SPME直接分析挥发性GC-MSNIST库鉴定、标准品定量4282,3-pentanedione2,3-戊二酮600-14-6C5H8O2PLA薄膜副反应MHS-SPME直接分析挥发性GC-MSNIST库鉴定、标准品定量429tetradecanoic acid,ethyl ester肉豆蔻酸乙酯124-06-1C16H32O2淀粉基粉、淀粉基颗粒脂肪酸与材料降解生成的醇之间的反应甲醇提取挥发性GC-MSNIST库鉴定1210isopropyl palmitate棕榈酸异丙酯142-91-6C19H38O2淀粉基粉、淀粉基颗粒润滑剂棕榈酸代谢产物甲醇提取挥发性GC-MS、APGC-QTOFNIST库鉴定、标准品定量1211mono-2-ethyloxoexyl adipate单-2-乙基氧代己基己二酸酯134998-72-4C14H24O5淀粉基粉、淀粉基颗粒增塑剂DEHA的氧化代谢产物甲醇提取挥发性GC-MS、APGC-QTOFNIST库鉴定1212myristyl myristate肉豆蔻酸肉豆蔻酯3234-85-3C28H56O2淀粉基粉、淀粉基颗粒、淀粉基杯润滑剂豆蔻酸的代谢产物甲醇提取、迁移测试挥发性GC-MS、APGC-QTOFNIST库鉴定，癸二酸二辛酯半定量1213TPA-AA-(BD)2（Cramer III）C22H28O8淀粉基生物聚合物粉、淀粉基颗粒、淀粉基杯PBAT降解甲醇提取、迁移测试挥发性GC-MS、APGC-QTOFNIST库鉴定、1,4-trioxa-cyclotridecane-8,13-dione半定量12144-hydroxy-3,5-dimethyl-2-furanone（Cramer III）4-羟基-3,5-二甲基-2-呋喃酮22621-29-0淀粉基杯迁移测试挥发性GC-MSNIST库鉴定、呋喃酮半定量1215arundoin芦竹素4555-56-0C31H52O竹基餐具幼笋中的植物甾醇迁移测试挥发和半挥发GC-MSNIST库鉴定4116valine缬氨酸72-18-4 C5H11NO2竹基餐具幼笋中的氨基酸迁移测试非挥发UPLC-Q/TOF经验公式、候选化学结构、碎片离子鉴定4117melamine三聚氰胺108-78-1 C3H6N6竹基餐具三聚氰胺树脂的残留迁移测试非挥发UPLC-Q/TOF经验公式、候选化学结构、碎片离子鉴定，标准品定量4118caffeic acid咖啡酸C9H8O4竹基餐具幼笋成分迁移测试挥发性、半挥发性、非挥发性DART-SVP4119cyclic oligomer NPG-AA-NPG-AAC22H36O8 PLA多层茶杯聚酯的反应产物迁移测试非挥发UPLC-IMS-Q/TOF经验公式、候选化学结构、碎片离子鉴定，环状低聚物己二酸-二乙二醇半定量3720cyclic(LA)n（n69）C18H24O12、C21H28O14、C24H32O16、C27H36O18PLA薄膜PLA的反应产物迁移测试和FPSEUPLC-QTOF经验公式、候选化学结构、碎片离子鉴定，环状寡聚体(LA)6半定量3921铝、钡、钙、铁、镁、钛、锌PLA餐盘填料滑石粉和碳酸钙中的杂质迁移测试ICP-OES52注：AA.己二酸（adipic acid）；BD.1,4-丁二醇（butane-1,4-diol）；TPA.对苯二甲酸（terephthalic acid）；NPG.新戊二醇（neopentyl glycol）；LA.乳酸酐（lactic anhydride）；GC-MS.气相色谱-质谱联用（gas chromatography-mass spectrometry）；APGC-QTOF.常压气相色谱串联飞行时间质谱（atmospheric pressure gas chromatography coupled to quadrupole-time of flight mass spectrometry）；GC-O-MS.气相色谱-嗅闻-质谱联用（gas chromatography-olfactometry-mass spectrometry）；UPLC-QTOF.超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱（ultra performance liquid chromatography-quadrupole-time of flight-mass spectrometry）；DART-SVP.实时直接分析耦合标准化电压气压（direct analysis in real time coupled to standardized voltage and pressure）；UPLC-IMS-Q/TOF.超高效液相色谱-离子淌度-四极杆串联飞行时间质谱（ultra-high-pressure-liquid chromatography coupled to ion mobility-quadrupole time of flight mass spectrometer）；ICP-OES.电感耦合等离子体发射光谱（inductively coupled plasma optical emission spectrometer）；MHS-SPME.多次顶空固相微萃取（multiple headspace-solid phase micro extraction）；HS-SPME.顶空固相微萃取（headspace-solid phase micro extraction）；FPSE.纤维相吸附萃取法（fabric phase sorptive extraction）。专题论述 食品科学 2023,Vol.44,No.17 367mass spectrometer，DART-QTOF）70等直接质谱分析法不需要对样品进行提取或者萃取。由于没有分离步骤，仅凭质谱片段鉴定目标化合物，因此这是一种基于已鉴定的NIAS对目标样品进行快速筛查的分析方法。同时，这种借助于亚稳态氦的环境电离技术会使目标化合物依据极性产生不同的加合物41。前处理的方法包括有机溶剂提取法、多次顶空-固相微萃取法、纤维相吸附萃取法以及迁移试验法等。有机溶剂提取法有两种，一种是直接用有机溶剂提取材料中的NIAS12；另一种是先用有机溶剂完全溶解材料，再用沉淀剂使材料析出，分析的目标物为上清液中的NIAS11,38。由于提取液得到的是材料本身的NIAS而不是迁移出的NIAS，因此有机溶剂提取法能鉴定出更多数量的NIAS。固相微萃取常用于提取挥发性的迁移物42,37，而纤维相吸附萃取用于萃取和浓缩低聚物39，萃取纤维或者萃取膜的性质以及萃取参数决定了NIAS的性质和数量。在迁移试验中，食品模拟液的性质和迁移实验的条件会影响目标化合物的种类和数量12,41。NIAS的鉴定按目标化合物的挥发性和非挥发性分别用GC-MS和液相色谱串联质谱技术（liquid chromatography-mass spectrometry，LC-MS）进行分析，在解谱时，需要仔细甄别质谱数据中源自有机溶剂的干扰11以及可能出现的系列加合物12,41。图1总结了鉴定可生物降解食品接触材料中NIAS的常规步骤。?MHS-SPME?FPSEGC-MS?APGC-QTOF?UPLC-IMS-Q/TOF?UPLC-Q/TOF?图 1 可生物降解食品接触材料中NIAS的分析流程Fig.1 Flow chart for the analysis of NIAS from biodegradable food contact materials3.1 前处理方法完全溶解可生物降解食品接触材料的有机溶剂含有丰富的迁移物。PLA聚酯用二氯甲烷低温超声1 h至完全溶解，再用2 倍体积的乙醇沉淀聚合物，取上清液浓缩并过滤得到的有机提取液不仅含有酯、酮、醛、酰胺等小分子迁移物，还含有线性乳酸多聚物、己二酸-丁二醇的聚合物、己二酸-丁二醇-己二酸-丁二醇的环状低聚物等主要的迁移物11,38。淀粉基颗粒等生物聚合物可以用甲醇直接提取，提取时将固体颗粒样品压碎，随着表面积的增加，提取效率也随之提高12。MHS-SPME是气相色谱-质谱分析经常采用的前处理步骤。需要优化的参数为：SPME纤维的筛选、提取温度和提取时间。纤维涂层的筛选取决于目标分析物的化学性质。碳分子筛/聚二甲基硅氧烷纤维（carboxen/polydimethylsiloxane，CAR/PDMS）对低分子化合物更加友好，而聚二乙烯苯/碳分子筛/聚二甲基硅氧烷纤维（divinylbenzene/carboxen/polydimethylsiloxane，DVB/CAR/PDMS）则为高分子化合物及羧酸类的极性化合物提供了更好的萃取结果42。用3 种SPME纤维提取从多层茶杯迁移到茶汤中的迁移物37，发现萃取极性、半极性挥发物（相对分子质量（Mr）为80300）的85 m聚丙烯酸酯纤维提取物中没有检测到任何迁移物，萃取挥发性化合物（Mr 60275）的100 m聚二甲基硅氧烷纤维提取物中检测到1 种迁移物，萃取痕量化合物（Mr 40275）的50/30 m DVB/CAR/PDMS提取物中也检测到1 种迁移物，但是，与100 m的纤维提取物相比，响应值更大。SPME的萃取温度高于生物基材料的玻璃化转变温度（5565），一般为7080，萃取时间在2530 min，添加质量浓度300 g/L氯化钠可以获得更好的萃取效果37,42。FPSE是一种新型的样品制备技术39,71，萃取程序包括清洗、提取、反萃取。在萃取质量浓度为30 g/L乙酸模拟液和菠萝汁中的迁移物时，溶胶-凝胶（carbowax，CW）、溶胶-凝胶聚四氢呋喃（polytetrahydrofuran，PTHF）和溶胶-凝胶二甲基硅氧烷（dimethylsiloxane，PDMS）3 种FPSE膜表现出较高的富集因子。经试验优化后，同时使用PTHF膜和CW膜提取效率最高，FPSE膜在提取阶段需要搅拌20 min，在反萃取阶段，需要在甲醇中超声10 min。与直接进样相比，样品经FPSE处理后进样不仅增加了所有低聚物的峰面积，而且检测到了新的低聚物39。在评估NIAS时，通常会进行迁移试验以测定特定迁移物的含量。欧盟法规(EU)No 10/20118和我国国家标准GB 31604.12015食品安全国家标准 食品接触材料及制品迁移试验通则72都规定了具体的食品模拟液的类型，以及与之对应的食品种类。迁移时间和迁移温度一般选择可预见的食品接触材料最坏的使用条件9。迁移条件会影响可生物降解食品接触材料中NIAS的迁移。在对可生物降解茶杯的迁移物研究中，低聚物在冷茶中的迁移量比在热茶中的低1 个数量级以上37，说明温度促进了低聚物的迁移。食品模拟液的性质会影响NIAS的迁移。在淀粉基杯子的迁移试验中，体积分数10%的乙醇和30 g/L乙酸模拟液中未检出任何化合物，但是，体积分数95%的乙醇模拟液中检出了14 种不同的化合物。淀粉基杯子在体积分数95%的乙醇和异辛烷中的迁移总量远高于在葵花籽油中的迁移总量，可能是体积分数95%的 368 2023,Vol.44,No.17 食品科学 专题论述乙醇和异辛烷与生物聚合物发生了相互作用并且部分溶解12。类似地，在PLA薄膜的迁移试验中，只在体积分数95%的乙醇模拟液中鉴定出了2 种NIAS，在体积分数10%乙醇和30 g/L的乙酸模拟液中均未检测到任何化合物11，或许与可生物降解聚合物自身的疏水性有关73。3.2 鉴定挥发性NIAS的分析方法GC-MS技术和APGC-QTOF技术常用于分析挥发性和半挥发性的小分子化合物，是2 种功能强大的互补技术。GC-MS常使用电子碰撞电离（electron ionization，EI）源，这是一种硬电离技术，电离产生的高能量使化合物碎裂，形成可再现的富含特征片段的质谱，通过与美国国家标准与技术研究所（National Institute of Standards and Technology，NIST）数据库中的现有质谱数据进行相似性比较，可实现NIAS的初步鉴定，进一步确认则需要与商用标准品在相似运行条件下的保留时间或Kovats指数匹配。当NIST谱库中没有足够的相似谱图时，需要使用软电离技术APGC-QTOF，通过软件工具可以查看精确质量的母离子并鉴定化合物的结构。可 用的商业标准品可以对已鉴定的化合物进行确认9,15。APGC这种与环境相关的电离易使目标化合物形成各种加合物12，具体的形成过程则取决于离子源的大气成分、气体流速、电晕针相对于采样锥孔的位置以及目标化合物的化学结构和反应特性。用GC-MS和APGC-QTOF分析PLA膜、淀粉基杯子等可生物降解食品接触材料中的挥发性化合物时，EI源电压通常设为70 eV，全扫描模式，采集范围一般为 m/z 50450，用NIST数据库鉴定的化合物至少需要700的匹配度；APGC的API源通常采用正极性模式，采集范围一般为m/z 50650。一些小分子化合物，如甘油，需 要用EI源才能检测到，而抗氧化剂Irgafos168和己二酸-丁二醇-己二酸-丁二醇的环状低聚物只有用APGC源才能检出12，可见，2 种分析方法一起使用才能较为全面地鉴定挥发性和半挥发性的迁移物11。3.3 鉴定非挥发性NIAS的分析方法液相色谱与质谱耦合是分析非挥发性NIAS的最强大技术。从软电离得到的分子离子更利于鉴定化合物结构。但是，与GC-MS不同，LC-MS没有可用的质谱库，因为质谱离子强度会随不同的仪器设计、离子源条件、流动相组成、缓冲液添加剂和样品组分发生变化，实验室之间很难对这些参数进行控制。即便是单一仪器，这些参数也会随时间发生变化74。用于定量的四极杆在全扫描模式下质量数的准确度不够，鉴定能力非常低，需要用到高分辨质谱（high resolution mass spectrometry，HRMS）技术实现质量数的精确测定。现在，具有不同特点的质谱仪在化合物鉴定中发挥出了显著的优势。纳米电喷雾质谱技术可基于500 000半峰宽（full width at half maxima，FWHM）的高精确度（m/z 200）筛查食品包材中聚合反应的残留物、降解产物和添加剂，通过直接分析喷涂有迁移液的纳米电喷雾硅基芯片，获得的质谱图比直接实时质谱分析法更简单，减少了假阳性 率75。联用的离子淌度质谱（ion mobility spectrometry，IMS）作为一种新型二维质谱可提高峰容量并减少复杂食品样品中的基质效应37,76。通过从高能谱中滤除不同漂流时间的共流出化合物的高能离子，从多层茶杯中迁移的5 种Cramer I类环状低聚物被成功鉴定出来，它们在热茶中的迁移量已经超过了1.8 mg/kg的特定迁移量要求37。QTOF质谱能够准确测定前体离子以及产物离子的质量，并提供有关碎片图谱的信息，形成的结构信息能确保正确鉴定未知化合物77。Aznar等38用UPLC-MS-QTOF分别鉴定并比较了PLA聚酯颗粒的有机溶剂提取液、PLA聚酯薄膜的有机溶剂提取液和PLA聚酯薄膜的食品模拟液中的NIAS，从三者NIAS的不同分布推断出了NIAS的可能来源。包含了四极杆、轨道阱分析仪和线性离子阱的三合一高分辨质谱仪能够提高质量分辨能力（在m/z 200时FWHM为 450 000）和扫描速率（30 Hz）78，允许快速和详尽地进行数据采集，通过将得到的MS3质谱与mzCloud谱库进行匹配或者与MassFrontier的计算机质量碎裂途径进行比较，可实现目标化合物的深度识别。对非挥发性迁移物进行分析时，液谱分析通常用含甲酸的水和含甲酸的甲醇作为流动相进行梯度洗脱，质谱分析一般采用正离子模式，毛细管电压2.53.0 kV，锥孔电压2070 V，MSE模式，在501 200 m/z范围内采集，低碰撞能（6 V）采集母离子信息，高碰撞能（1570 V）采集碎片离子信息37-39,41。在迁移物的鉴定过程中，虽然数据库Chem