PET是國內瓶裝飲料的主要包裝材料,其塑料瓶裝飲料中鄰苯二甲酸酯檢出率較高,但檢出濃度均在國家規定限值以內,因此塑料瓶裝飲料中含有的微量DBP和DEHP等是正常的遷移現象。今后應該研究在增大樣本量的同時,可以對飲料的基本營養成分進行分析,如脂肪含量等,以進一步探討可能影響飲料中鄰苯二甲酸酯水平的因素。
2011年7月份,全球最大的增塑劑污染飲料事件——臺灣的“起云劑”風波引起各界密切關注,其主要污染物是鄰苯二甲酸酯類(phthalates)化合物的重要成員。鄰苯二甲酸酯類化合物,其化學結構通常是由1個剛性平面芳烴和2個可塑的非線性脂肪側鏈組成(見圖1),在塑料中以氫鍵或范德華力與聚烯烴類塑料分子連接,彼此保留各自獨立的化學性質,因而當接觸包裝食品中所含的水、油脂等物質時,鄰苯二甲酸酯便會從塑料包裝中遷移到食品中造成污染。
動物實驗表明,有些鄰苯二甲酸酯具有肝、肺、腎、心臟及生殖等多組織系統的毒性,其中以雄性生殖系統損害最為明顯。此外,對女性生殖發育方面可能也存在著不同程度的影響。國內外研究提示血液中鄰苯二甲酸酯的水平與女孩乳房過早發育、女性子宮內膜異位癥等有關。鄰苯二甲酸酯廣泛存在于環境中,可以通過食物攝入、呼吸和皮膚接觸等途徑進入人體。據估計,人體每天攝入的鄰苯二甲酸酯約為30μg/kg(按體重計),其中主要來源是攝入含有該物質殘留的食品。鄭仲等對塑料包裝袋中的鄰苯二甲酸酯含量進行分析,結果發現97%的塑料袋含有鄰苯二甲酸酯,檢出率較高的有DBP、DEHP兩種物質,楊科峰等通過檢測食用油中鄰苯二甲酸酯的含量,發現使用鐵油桶的食用油鄰苯二甲酸酯含量明顯低于使用塑料容器。本研究是通過測定市場上常見的3類塑料瓶裝飲料中DEHP、DEP和DBP的含量,了解國內市場塑料瓶裝飲料中鄰苯二甲酸酯的污染水平,并分析塑料瓶裝飲料中鄰苯二甲酸酯含量的各種影響因素,為塑料瓶裝飲料安全的風險評估提供依據。
1 材料與方法
1.1 儀器與設備
島津GC2010氣相色譜儀(日本島津公司);TGML-16G高速冷凍離心機(上海安亭科學儀器廠);渦旋混勻器(上海醫大儀器廠);TJ-360超聲波發生器(上海生源超聲波儀器廠);ANPEL DC12氮吹儀(上海安普科學儀器有限公司);Mettle分析天平(梅特勒-托利多儀器公司)。
1.2 材料與試劑
鄰苯二甲酸酯標準品:DEP(CAS No.84-66-2,CP,≥99.5%)、DBP(CAS No.84-74-2,AR,≥99.5%)、DEHP(CAS No.117-81-7,CP,≥99.0%),均為化學純,購自國藥集團化學試劑有限公司。
正己烷(CAS No.110-54-3,AR,≥97.0%),分析純,購自國藥集團化學試劑有限公司,使用前均經蒸餾純化;高純氮(上海比歐西,純度為99.999%)。
1.3 樣品采集與處理
樣品:超市購49種塑料瓶裝飲料,種類包括茶飲料、果汁飲料和咖啡奶類飲料等;檢測樣品覆蓋國內各大知名飲料品牌。準確吸取5mL樣品于30mL玻璃管中,加入5mL正己烷,渦旋混勻2min,轉移至10mL具塞玻璃離心管中,超聲振蕩提取20min后,以4000r/min離心10min(r=13.0cm),吸取上清液于10mL潔凈玻璃管中。再以5mL正己烷重復提取一次,合并提取液經0.22μm微孔濾膜過濾后,45℃氮吹濃縮至近干,加正己烷定容到200μL,轉入氣相色譜專用樣品管待測。本實驗過程中禁止使用塑料制品。
1.4 氣相色譜分析條件
載氣:N2;總流量:74.8mL/min;柱流量:2.32mL/min;色譜柱:HP-5 MS毛細管柱(30m×0.25mm×0.25μm);進樣方式:自動,不分流;進樣量:1μL;進樣口溫度:280℃;檢測器:氫火焰離子化檢測器(FID);檢測器溫度:330℃;柱溫程序:采用程序升溫法,初溫150℃,2min后以20℃/min升溫至300℃,保持5min;離子化方式:氫火焰離子化(FI);信號采集:采樣速度40m/s。
1.5 標準曲線、回收率與精密度試驗
標準曲線:分別準確吸取一定量的DEP、DBP和DEHP混合標準儲備液,用正己烷配制成一系列混合標準溶液,分別為0.5、1.0、5.0、10.0、20.0mg/L,自動進樣量為每次1μL,反復測定6次,以峰面積對溶液濃度做線性回歸分析。結果,3種鄰苯二甲酸酯在0.5~20.0mg/L濃度范圍內線性關系良好,其相關系數均大于0.999。
回收率與精密度試驗:隨機選取10個不同品種的飲料,在3個濃度水平進行加標回收試驗,由結果可知,當添加水平為0.02~0.20mg/L時,平均加標回收率為81.4%~106.3%,相對標準偏差為2.5%~8.3%,可滿足塑料瓶裝飲料中鄰苯二甲酸酯的分析要求。飲料中加DEP、DBP、DEHP標準品的色譜圖如圖2所示。
1.6 統計學分析
使用SPSS 16.0軟件進行分析,由于飲料中DBP和DEHP含量呈偏態分布,數據經自然對數轉換后進行分析,用幾何均數(GM)進行描述;單因素分析采用方差分析、t檢驗等;利用線性回歸模型做多因素分析。
2 結果
2.1 塑料瓶裝飲料中DBP和DEHP的檢出率及含量分布
49種瓶裝飲料中鄰苯二甲酸酯的檢測結果(表1)表明,由于DEP檢出率為0,故未對其進一步分析。飲料中DBP、DEHP的含量經正態性檢驗均呈偏態分布,經對數轉換后呈正態分布,采用幾何均數(GM)表示平均含量。結果顯示DBP、DEHP的檢出率較高,平均濃度分別為0.038mg/L(95%可信區間為0.021~0.089mg/L)和0.071mg/L(95%可信區間為0.046~0.245mg/L)。茶飲料中DBP和DEHP的檢出濃度范圍分別為0~0.047mg/L和0.045~0.146mg/L。果汁飲料中DBP的最高檢出濃度達0.127mg/L,DEHP的檢出范圍為0.060~0.371mg/L;咖啡乳飲料中檢出DBP和DEHP的最大值分別為0.081mg/L和0.089mg/L,最小值分別為0.032mg/L和0.033mg/L。
2.2 不同飲料中DBP、DEHP含量比較
根據文獻資料,分別對可能影響塑料瓶裝飲料中DBP、DEHP水平的因素進行單因素分析。本研究中主要納入飲料種類、存儲時間及pH值3大因素。其中存儲時間(月)表示檢測日期距離生產日期的時間長短,分別為1.5~12個月不等;pH值代表檢測飲料的酸堿度,范圍在3.5~7.0之間。將這三大影響因素分組,比較不同組間DBP、DEHP水平的對數值。49種飲料按種類分為3組,采用方差分析(ANOVA)對不同種類飲料中DBP、DEHP含量進行均值差數檢驗,由于三組飲料中DBP、DEHP濃度的對數值均呈方差齊性(Levene方差齊性檢驗P值分別為0.097和0.926),兩兩比較采用LSD法。表2顯示,果汁飲料和咖啡乳類飲料中DBP的含量(分別為P=0.003和P=0.002)均高于茶飲料;茶飲料和咖啡乳類飲料中DEHP的含量(分別為P=0.001和P=0.002)均低于果汁飲料。以存儲時間3個月為分界點,將數據轉化為分類資料,結果顯示飲料中DBP和DEHP含量(分別為P=0.171和P=0.240)在不同存儲時間組內差異無統計學意義。根據pH值將飲料分為酸性(pH≤4)和弱酸性(pH>4),酸性飲料組DEHP含量(0.079mg/L)高于弱酸性飲料組的含量(0.058mg/L),差異有統計學意義(P=0.004)。
2.3 飲料中DBP、DEHP含量影響因素分析
利用線性回歸模型做多因素分析,以DBP、DEHP濃度的對數值為應變量,將飲料種類、存儲時間和pH值等可能影響因素納入一般線性模型中,結果顯示,果汁飲料和咖啡奶類飲料的DBP含量仍顯著高于茶飲料的含量(P<0.05);飲料中DEHP含量在不同酸度組中差異仍具有統計學意義(P=0.008),且果汁飲料中DEHP含量較茶飲料中高(P=0.010);存儲時間因素未對各組間DBP、DEHP的含量造成影響。
分別剔除無統計學意義的因素后,以DBP濃度的對數值為應變量,以飲料種類為自變量擬合一般線性模型,結果如表3所示,與茶飲料相比,果汁飲料中DBP濃度的對數值要高出0.36個單位(P=0.003),咖啡乳飲料中DBP濃度的對數值要高出0.50個單位(P=0.002)。
以DEHP濃度的對數值為應變量,以飲料種類、飲料pH值為自變量擬合一般線性模型,結果見表3,與茶飲料相比,果汁飲料中DEHP濃度的對數值要高出0.47個單位(P=0.006);酸性組飲料中DEHP濃度的對數值比弱酸性組飲料高0.30個單位(P=0.036)。
3 討論
鄰苯二甲酸酯作為增塑劑被廣泛應用于食品包裝、飲料包裝等多種塑料制品中,其安全性是國內外的研究熱點之一。本研究結果表明,盡管飲料中DBP、DEHP含量(分別為0.038mg/L和0.071mg/L)并未超過《食品容器、包裝材料用添加劑使用衛生標準》(GB 9685—2008)[12]規定的塑料食品包裝材料中DBP和DEHP的特定遷移量(分別為0.3mg/L和1.5mg/L),但遠高于“飲用水源水中有害物質最高允許濃度”中規定的DBP、DEHP限值(分別為3μg/L和8μg/L)。
塑料瓶裝飲料中鄰苯二甲酸酯的來源可能有生產原料中殘留的鄰苯二甲酸酯、生產過程人為添加、生產過程接觸到的塑料和包裝材料中鄰苯二甲酸酯的溶出。本研究結果發現,不同飲料種類中鄰苯二甲酸酯的含量差異有統計學意義。果汁飲料中DBP、DEHP含量顯著高于茶飲料,這可能與水果受鄰苯二甲酸酯污染較嚴重有關。咖啡乳飲料中DBP含量顯著高于茶飲料,這可能與咖啡乳飲料中脂肪含量較高而增大鄰苯二甲酸酯溶出有關。與臺灣“塑化劑”風波中,運動型飲料DEHP的檢出濃度高達30mg/L相比,本實驗樣品中DEHP最高濃度僅為0.371mg/L,遠低于臺灣受污染飲料中的DEHP水平,因此人為添加增塑劑的可能性很小。
由于本研究檢測的49種塑料瓶裝飲料,所用的塑料瓶98%為聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)瓶,根據《食品容器、包裝材料用添加劑使用衛生標準》規定,PET塑料中DBP、DEHP的最大使用量分別為10%和40%。雖然有報道指出,PET材料在其生產過程中,不需添加DBP和DEHP作為塑料助劑,但國外研究顯示PET包裝可能溶出環境內分泌干擾物,其中包括鄰苯二甲酸酯。因此塑料包裝可能是飲料中DBP、DEHP檢出率高的一個重要原因。
影響塑料包裝中鄰苯二甲酸酯溶出的因素有很多,包括包裝材料中鄰苯二甲酸酯濃度、脂肪含量、貯存時間、pH值、貯存溫度、陽光照射等。本研究認為pH值可能影響塑料瓶裝飲料中鄰苯二甲酸酯的溶出。有研究顯示,塑料顆粒中的鄰苯二甲酸酯在中性條件下的水溶液中溶出量很小,但酸性和堿性條件下,促進鄰苯二甲酸酯水解,溶出量顯著增加。本研究結果中飲料DEHP水平與pH值呈顯著負相關,與該規律吻合。此外,有研究提示飲料中鄰苯二甲酸酯遷移量與存儲時間存在相關性,該研究發現,PET瓶包裝的乳酸菌飲料中DEHP的遷移濃度在25d內呈不斷上升趨勢,存儲時間25d時遷移量達到總遷移水平的80%。本次測量的49種塑料瓶裝飲料生產日期距測量日期的時間為1.5個月到12個月,均已超過25d,所以并未觀察到存儲時間對DBP和DEHP水平有顯著影響作用。
因此,本研究認為飲料中鄰苯二甲酸酯主要來源于飲料生產原料中鄰苯二甲酸酯的少量殘留以及生產過程接觸到的塑料或包裝中鄰苯二甲酸酯的少量溶出,其水平遠低于世界衛生組織推薦的DEHP成人每日允許攝入量25μg/kg(按體重計),不會對人體造成損傷。