食品接触用再生PET制品中非有意或有意添加物迁移量的筛查及安全评估方法

摘要

本发明公开了一种食品接触用再生PET制品中非有意或有意添加物迁移量的筛查及安全评估方法，通过非靶向筛查的方法对食品接触用再生PET制品在不同迁移条件下的食品模拟物进行检测，对检出的物质通过半定量的方法进行定量，并依据GB9685‑2016等相关法规以及基于毒理学关注阈值法进行安全评估。为食品接触用再生PET材料的风险评估、标准制修订和风险管理评估工作提供参考。

说明书

技术领域：

本发明涉及食品安全领域，具体涉及一种食品接触用再生PET制品中非有意或有意添加物迁移量的筛查及安全评估方法。

背景技术：

食品安全越来越受到广大消费者的重视，食品包装材料的安全性是一个非常重要的环节。食品包装材料与被包装的食品之间通过吸收、溶解、扩散等途径相互交换，可能影响食品风味，产生毒性，危害消费者健康。在投放市场之前，任何用于食品包装的材料或制品都必须进行迁移测试，并将从包装材料中释放出来的物质进行准确的识别和量化。然后，将检出的物质及其迁移量与相关法规中允许使用的物质列表和限值进行比较和安全评估。迁移测试检出的物质除了各种添加剂和原料之类的有意添加物(Intentionally AddedSubstance,IAS)之外，还有许多非有意添加物(Non-Intentionally Added Substance,NIAS)，其主要来源包括聚合物的降解产物、单体的残留杂质、反应过程中的副产物和生产过程中引入的污染物等。这些非有意添加物可能为有害物质，或缺乏毒理学信息和风险评估而未被批准使用，为了确保食品安全，来自食品包装材料的NIAS必须被准确鉴别和量化。

聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)广泛用于饮料瓶、纤维、薄膜等领域，尤其是碳酸饮料、矿泉水、食用油等产品包装几乎都是PET瓶。伴随着日益严重的塑料污染问题和2020新版限塑令的实施，再生利用作为一个核心解决方案而备受重视，尤其是对于产量和消费量巨大的PET食品包装瓶，如果能够在消费后再生，并用于生产食品接触材料，将是实现再生PET高价值循环利用，实现食品塑料包装可持续发展的重大突破。然而一旦不符合安全标准的再生PET制品用于包装食品极易带来安全风险问题。研究表明再生PET材料中污染物来源主要有混入的少量聚醋酸乙烯酯和聚氯乙烯以及粘合剂等产生的乙酸等有机酸、残留的水份、有色污染物、醛类化合物和不当使用残留的洗涤剂和杀虫剂等外来物。此外，也有文献报道了再生PET在清洗、回收和加工过程中受热和光等因素影响会导致材料中的添加剂等化合物发生降解。当含有上述物质的再生PET用于食品接触材料时，可能会迁移到食品中，从而威胁消费者的身体健康。而欧洲EC 2023/2006规定了从源头开始，再生PET必须满足一系列安全指标要求才可用于制造食品包装。但国内对再生PET材料用于食品接触材料的研究正处在起步阶段，在安全标准和政府监管层面，由于担心再生PET的食品安全风险，迄今并未允许再生PET用于食品接触材料生产。而对于食品接触用再生PET材料中的IAS和NIAS等物质的分析检测尚未见有报道，也无关于再生PET中NIAS/IAS测定的规范标准或方法。方法和监测数据的缺失导致难于开展食品接触用PET的风险评估和风险管理工作，因此，亟需开展食品接触用再生PET材料中NIAS/IAS检测方法的相关研究。

由于再生PET食品接触材料中NIAS来源复杂，迁移水平低且相当数量是未知的物质，在缺乏完整化学物质结构数据库、质谱谱图数据库以及标准物等情况下，对这些物质的鉴定和定量测定一直是食品接触材料安全分析所面临的重大技术挑战。

发明内容：

本发明的目的是提供一种食品接触用再生PET制品中非有意或有意添加物迁移量的筛查及安全评估方法，通过非靶向筛查的方法对食品接触用再生PET制品在不同迁移条件下的食品模拟物进行检测，对检出的物质通过半定量的方法进行定量，并依据GB9685-2016等相关法规以及基于毒理学关注阈值(Threshold oftoxicological concern,TTC)法进行安全评估。为食品接触用再生PET材料的风险评估、标准制修订和风险管理评估工作提供参考。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种食品接触用再生PET制品中非有意或有意添加物迁移量的筛查方法，选择基于再生PET制备的成品杯子、圆盒和方盒作为研究对象，使用顶空-气质联用(HS-GC/MS)、气相色谱-质谱联用(GC-MS)和液相-四级杆飞行时间高分辨质谱(LC-QTOF)对迁移出来的挥发性物质、半挥发性物质和不挥发性物质进行鉴定、定量分析。

具体包括以下步骤：

一、迁移实验：选取3款样品，分别是基于再生PET制备的成品杯子、方盒和圆盒，其中杯子分别选择了体积分数为50％乙醇、70℃、2h，体积分数为50％乙醇、40℃、10天和体积分数为95％乙醇、40℃、10天的条件进行迁移实验；而方盒和圆盒选用体积分数为95％乙醇、60℃、2h，体积分数为50％乙醇、40℃、10天和体积分数为95％乙醇、40℃10天的条件进行迁移实验；

二、对步骤一迁移出来的挥发性物质、半挥发性物质和不挥发性物质进行鉴定、定量分析；

对于挥发性物质采用顶空气质联用质谱仪HS-GC/MS进行测试，顶空加热温度85℃；加热时间1h；进样针温度100℃；进样体积1μL；程序升温，进样口温度280℃；进样模式为分流进样，分流比2:1；色谱柱是DB-5MS 30m×250μm×0.25μm；采集模式为全扫描模式；扫描范围20～800m/z；阈值150；当为50％乙醇样品时，取步骤一适量溶液直接顶空上机测试；当为95％乙醇样品，因安全问题不能直接顶空上机测试，需使用蒸馏水稀释成50％乙醇后再上机测试；

对于半挥发性物质采用气质联用质谱仪(GC-MS)进行测试，不分流进样；进样体积：0.1μL；程序升温：进样口温度280℃；色谱柱DB-5MS 30m×250μm×0.25μm；全扫描采集模式；扫描范围为20～800m/z；阈值150；当为50％乙醇样品：加入氯化钠和二氯甲烷，振荡后静置，取下层溶液氮吹浓缩至近干，使用二氯甲烷定容，离心后取上清液上机测试；当为95％乙醇样品：量取适量溶液至分液漏斗，加入氯化钠和二氯甲烷，振荡后静置，取下层溶液氮吹浓缩至近干，使用二氯甲烷定容，离心后取上清液上机；

对于不挥发性物质采用液质四极杆飞行时间高分辨质谱仪(LC-QTOF)DDA模式进行测试：步骤一得到的迁移后的溶液经离心后取1mL进行上机测试；条件为：流动相：A相：0.1％甲酸水，B相：乙腈；洗脱梯度：0～1.5min，5％B；1.5min～15min，5％～40％B；15～25min，40％～98％B；25～32min，98％B；柱温40℃；进样量3μL；全一级离子扫描与全二级离子扫描，正负离子模式；扫描范围一级离子，50～1100m/z；二级离子，20～800m/z；二级离子碰撞能量是10、20和40eV；

采用质谱定性，对液质四极杆飞行时间高分辨质谱仪的测试数据，未知化合物通过Agilent MassHunter Qualitative Analysis软件进行分析，通过实验室自建食品接触材料数据库使用非靶向筛选的方法根据软件的“化合物发现”和“鉴别”功能筛选出候选分子式，通过与未知化合物的测试谱图信息进行了比较分析，理论碎片和实验碎片之间的匹配程度是确认未化合物的关键因素；对于气质联用质谱仪的测试数据，通过AgilentMassHunter和NIST数据库进行测试和鉴别；

标准品选择与待定量化合物物理化学性质相近且不与待定量化合物发生化学反应的物质，本申请选择油酸乙酯、邻苯二甲酸丁基苄酯(BBP-D4)、正十七烷和对苯二甲酸作为内标物，在半定量时选择与内标物结构或性质相近的一种物质进行半定量。

本发明还保护一种食品接触用再生PET制品中非有意或有意添加物迁移量的安全评估方法，对迁移出来的挥发性物质、半挥发性物质和不挥发性物质进行鉴定、定量分析确认了筛查所得到未知化合物的名称和迁移量的相关信息后，对每一个化合物进行安全评估，具体包括两种，一是基于物质许可角度的合规性评估，二是基于TTC方法的暴露水平安全评估。

基于物质许可角度的合规性评估是将检出的化合物在GB9685-2016食品接触塑料材料及制品允许使用添加剂标准进行检索，看是否在国家安全标准允许使用物质列表内列出，如果未列出，是未被允许使用的物质。

本发明的有益效果如下：本申请通过非靶向筛查的方法对食品接触用再生PET制品在不同迁移条件下的食品模拟物进行检测，对检出的物质通过半定量的方法进行定量，并依据相关法规以及基于毒理学关注阈值法进行安全评估。选择基于再生PET制备的杯子、圆盒和方盒等成品样品作为研究对象，使用顶空-气质联用(HS-GC/MS)、气相色谱-质谱联用(GC-MS)和液相-四级杆飞行时间高分辨质谱(LC-QTOF)等分析技术对迁移出来的挥发性物质、半挥发性物质和不挥发性物质进行鉴定、定量分析和安全评估。结果可靠，为食品接触用再生PET材料的风险评估、标准制修订和风险管理评估工作提供参考。解决了再生PET食品接触材料中NIAS来源复杂，迁移水平低且相当数量是未知的物质，对这些物质的鉴定和定量测定一直是食品接触材料安全分析所面临的重大技术难题。

附图说明：

图1是亚油酸甲酯(a)、油酸甲酯(b)和棕榈酸甲酯(c)三个化合物的GC-MS图；

图2是杯子、方盒和圆盒样品的不挥发性物质迁移量的TIC图(95％乙醇(v/v)、40℃、10天)；

图3是三乙二醇二异辛酸酯(a)、三甘醇辛酸癸酸酯(b)和1,2-双-(4-羧基-苯甲酰基)-乙烷(c)三个化合物的EIC图；

图4是三乙二醇二异辛酸酯(a)、三甘醇辛酸癸酸酯(b)和1,2-双-(4-羧基-苯甲酰基)-乙烷(c)三个化合物的质谱图。

具体实施方式：

以下是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。

实施例测试所用样品是由再生PET杯子(底部直径6.2cm×高12.0cm×口部直径12.0cm)、圆盒(底部直径13.5cm×高9.0cm×口部直径16.5cm)和方盒(长15.5cm×宽11.2cm×高5.2cm)等成品样品，是同一批次的样品，是由广西梧州国龙再生资源发展有限公司提供。固体标准物质需配制成标准储备液和标准工作标准溶液。

1290-6546液相色谱-串联高分辨飞行时间质谱仪，美国Agilent公司；5975C-7890B气质联用色谱仪，美国Agilent公司；5975C-7890B气质联用色谱仪(配备G6500-CTC顶空进样装置)，美国Agilent公司；ME204电子分析天平，瑞士METTLER TOLEDO公司；Milli-Q超纯水发生器，美国Millipore公司；AS-7240BT超声波发生器，天津奥特赛恩斯公司。

实施例1：

一、迁移实验

按照GB31604.1进行迁移实验，具体条件如表1所示。样品杯子预期接触的食品主要是水和酒，选择最严格的50％(v/v,下同)乙醇和95％(v/v)乙醇作为食品模拟物；依据总迁移实验条件选择原则，选择70℃和2h的条件进行实验；由于未能检出物质，选择稍微严苛的40℃和10天的条件进行实验。而方盒和圆盒最严格的使用条件是承装热的含油脂的熟食，依据总迁移实验条件选择原则，应选用95％(v/v)乙醇、100℃或回流温度和2小时的实验条件，在实际实验中，从安全角度考虑，95％(v/v)乙醇的最高实验温度为60℃，因此初始条件就调整为95％(v/v)乙醇作为食品模拟物在60℃和2小时的条件下进行实验；由于未能检出物质，继续选择相对严苛的实验条件进行实验。为了与样品杯子进行对比，也使用50％(v/v)乙醇作为食品模拟物在40℃和10天的条件下进行了实验。

表1 迁移实验条件

迁移量的计算：

式中：X表示迁移量，单位mg/kg；C表示样品检出物质的浓度，单位mg/L；V

二、对步骤一迁移出来的挥发性物质、半挥发性物质和不挥发性物质进行鉴定、定量分析；

样品前处理方法：

挥发性物质：对于50％乙醇样品，取5mL溶液直接顶空上机；对于95％乙醇样品，因安全问题不能直接顶空上机测试，需使用蒸馏水稀释成50％乙醇后再上机测试。半挥发性物质：对于50％乙醇样品：加入氯化钠和二氯甲烷，振荡后静置5min。取下层有机相至试管中氮吹浓缩至近干，使用二氯甲烷复溶，离心取上清液定容至1.0mL，上机测试；对于95％乙醇样品：量取适量溶液至分液漏斗，加入氯化钠和二氯甲烷，振荡后静置5min。取下层有机相至试管中氮吹浓缩至近干，使用二氯甲烷复溶后，离心取上清液定容至1.0mL，上机测试。不挥发性物质：迁移后的溶液离心，上清液定容至1.0mL，上机测试。

色谱条件包括三种：

顶空气质联用质谱仪(HS-GC/MS)条件：对于挥发性物质采用HS-GC/MS测试，具体仪器条件为顶空加热温度85℃；加热时间1h；进样针温度100℃；进样体积1μL；程序升温的始温度35℃保持12min，10℃/min的升温速率到100℃保持0min；然后20℃/min的升温速率到250℃保持2min；进样口温度280℃；进样模式为分流进样，分流比2:1；色谱柱是DB-5MS30m×250μm×0.25μm；采集模式为全扫描模式；扫描范围20～800m/z；阈值150。

气质联用质谱仪(GC-MS)条件：对于半挥发性物质采用气质联用质谱仪(GC-MS)测试，具体仪器条件为不分流进样；进样体积：0.1μL；程序升温：初始温度40℃保持1min，5℃/min的升温速率到315℃保持8min；进样口温度280℃；色谱柱DB-5MS 30m×250μm×0.25μm；全扫描采集模式；扫描范围为20～800m/z；阈值150。

液质四极杆飞行时间高分辨质谱仪(LC-QTOF)条件：对于不挥发性物质采用LC-QTOF的DDA模式测试，具体仪器条件如为流动相：A相：0.1％甲酸水，B相：乙腈；洗脱梯度：0～1.5min，5％B；1.5min～15min，5％～40％B；15～25min，40％～98％B；25～32min，98％B；柱温40℃；进样量3μL；全一级离子扫描与全二级离子扫描，正负离子模式；扫描范围一级离子，50～1100m/z；二级离子，20～800m/z；二级离子碰撞能量是10、20和40eV。

质谱定性方法：

所有样品的在每一个迁移实验条件下平行测定三次，取三次测试均出现的化合物进行分析。对LC-QTOF的测试数据，未知化合物通过Agilent MassHunterQualitativeAnalysis软件进行分析。通过实验室自建食品接触材料数据库使用非靶向筛选的方法根据软件的“化合物发现”和“鉴别”功能筛选出候选分子式，通过与未知化合物的测试谱图信息进行了比较分析，理论碎片和实验碎片之间的匹配程度是确认未化合物的关键因素。对于GC-MS的测试数据，通过Agilent MassHunter和NIST数据库进行测试和鉴别。

标准品的选择：

标准品尽可能选择与待定量化合物物理化学性质相近且不与待定量化合物发生化学反应的物质。本文半定量测试选择油酸乙酯、邻苯二甲酸丁基苄酯(BBP-D4)、正十七烷和对苯二甲酸作为内标物，在半定量时选择与内标物结构或性质相近的一种物质进行半定量。

三、安全评估：对迁移出来的挥发性物质、半挥发性物质和不挥发性物质进行鉴定、定量分析确认了筛查所得到未知化合物的名称和迁移量的相关信息后，对每一个化合物进行安全评估，具体包括，一是基于物质许可角度的合规性评估，二是基于TTC方法的暴露水平安全评估。

合规性评估:

合规性评估是基于物质许可的角度进行的，将检出的化合物在GB9685-2016食品接触塑料材料及制品允许使用添加剂标准进行检索，是否在国家安全标准允许使用的物质列表内列出。

暴露水平安全评估:

有限量标准的化合物的评估依据限量标准进行。对于没有限量标准的化合物的评估是基于欧盟规定的食品接触材料暴露评估条件计算得出人群对该目标物的暴露量；即假定一个60kg体重的成年人，每天摄入1kg含目标物的食品接触材料所包装的食品(暴露量＝1kg×最大迁移量mg/kg)。

对于浓度较低且缺乏明确毒理学数据的化学物质，按照通用的TTC方法对目标物质建立评估方法。而对于TTC方法的评估，根据联合国粮农组织(JECFA)颁布的《食品中化学物风险评估原则和方法》(人民卫生出版社编译，2012)中的规定，对于浓度较低且缺乏明确毒理学数据的化学物质，按化合物结构的不同，利用欧洲化学品局建立的Toxtree软件将它们分为CramerⅠ类、Ⅱ类和Ⅲ类，并赋予相应的安全暴露阈值，只要人体暴露量低于相应的阈值，则该化学物质无需引起安全关注。CramerⅠ类：化学结构简单，代谢途径明确，经口毒性很低的化学物；对应的安全暴露阈值为1.8mg/人/天。CramerⅡ类：化学结构介于Ⅰ类和Ⅲ类之间，属于中等毒性物质；对应的安全暴露阈值为0.54mg/人/天。CramerⅢ类

结果如下：

对于挥发性物质，三个样品在使用50％(v/v)乙醇为食品模拟物，在70℃和2h以及40℃和10天的实验条件下，进行测试，扣除空白后未发现需要关注的化合物；当使用95％(v/v)乙醇作为食品模拟物时，在60℃和2h以及40℃和10天的实验条件下，进行测试，扣除空白后也未发现需要关注的化合物。

对于半挥发性物质，我们首先使用50％(v/v)乙醇作为食品模拟物，在70℃和2h的迁移条件进行实验，样品前处理后进行测试，扣除空白未发现需要关注的化合物；然后我们使用稍严苛的测试条件(95％(v/v)乙醇作为食品模拟物，在60℃迁移2h)进行迁移实验，扣除空白也未发现需要关注的化合物；使用50％(v/v)乙醇作为模拟物，在40℃条件下，延长迁移实验时间至10天，按相同方法处理后上机测试，三个样品扣除空白后仍然未发现需要关注的化合物；当使用95％(v/v)乙醇作为模拟物，在40℃条件下，延长实验时间至10天，三个样品都检出了油酸甲酯和亚油酸甲酯(见表2)，其中油酸甲酯化合物用作表面活性基础原料、塑料增塑剂、抗水剂和树脂的韧化剂，是一种有意添加物IAS；而亚油酸甲酯可能是制备或再生过程中引入的污染物，是一种非有意添加物NIAS。其中样品方盒也检出了棕榈酸甲酯，该化合物常用作用作乳化剂、湿润剂、稳定剂及增塑剂的中间体，也是一种有意添加物IAS。

由三个化合物的质谱图可知，三个化合物易于形成对应的分子离子峰(图1)，对于丢失-CH

表2 样品中半挥发性物质迁移量测试结果

对于不挥发性物质，当使用50％(v/v)乙醇或95％(v/v)乙醇作为食品模拟物，在60℃或70℃的温度下，2h的迁移实验条件下，迁移后的溶液经离心后取1mL进行上机测试，扣除空白后未发现需要关注的化合物。当使用50％(v/v)或95％(v/v)乙醇作为模拟物时，在40℃、10天条件下，三个样品都检出了三乙二醇二异辛酸酯，如图2a和表3所示，且在95％(v/v)乙醇条件下检出物质的迁移量大于在50％(v/v)乙醇条件下的。以上结果可能是由于三乙二醇二异辛酸酯在95％(v/v)乙醇溶液中的溶解性更好。该物质是溶剂型耐寒环保增塑剂，具有优良的低温性、耐久性、耐油性、耐紫外线照射和抗静电性，因此，该物质是一种IAS。在40℃和10天条件下，使用95％(v/v)乙醇做模拟物时，三个样品还都检出了三甘醇辛酸癸酸酯(图3b)和1,2-双-(4-羧基-苯甲酰基)-乙烷(图3c)两个物质，前者是塑料工业中经常使用的表面活性剂，是IAS；后者是PET的原料对苯二甲酸和乙二醇的低聚物，是NIAS。检出的三个化合物的质谱图如图4所示，三乙二醇二异辛酸酯形成了[M+H]

表3 样品中不挥发性物质迁移量测试结果

选取迁移量最高的测试结果进行评估。

首先从合规性角度，将检出的化合物在GB9685-2016食品接触塑料材料及制品允许使用添加剂标准进行检索，检出的油酸甲酯、亚油酸甲酯、棕榈酸甲酯、三甘醇辛酸癸酸酯、1,2-双-(4-羧基-苯甲酰基)-乙烷和三乙二醇二异辛酸酯等这6个化合物均未在国家安全标准内列出，是未被允许使用的物质。

对上述化合物进行TTC评估，Cramer的分类显示检出的物质具有脂肪酸酯或芳香酸酯的结构，不具有毒性的官能团，属于含氧的酯类化合物。使用Toxtree分类决策树分析6个酯类化合物，均为CramerⅠ类物质,其对应的阈值为1.8mg/人/天。而检出物质的迁移量范围为：0.00456-0.300mg/kg；它们的暴露量大大低于安全暴露阈值1.8mg/人/天。因此，这6种物质对人体健康危害较小，无需引起安全关注。

表3 TTC法对检出物质的安全评估

注:所有检出物质的迁移实验条件均为95％乙醇,40℃,10天。