张 鹏1 刘 贺1 刘玮琦1 刘本玮1 刘振伟1 王国亮2

关键词 环氧乙烷； 2- 氯乙醇；熏蒸剂；前处理方法；检测方法；研究进展

Research Progress and Suggestions on the Determination

of Ethylene Oxide in Food

ZHANG Peng1 LIU He1 LIU Wei-Qi1 LIU Ben-Wei1 LIU Zhen-Wei1 WANG Guo-Liang2

Abstract Ethylene oxide is mainly used as a disinfection reagent for medical supplies. However, with its increasingly used in disinfection of food materials, the study of its detection method has become a hot issue recently. Presently, China has not yet developed relevant testing and limit standards that can be widely applied to food products, resulting in a great risk of return of exported food products. This paper introduces the background and current status of ethylene oxide testing in food at home and abroad, reviews the instrumentation and pre-treatment methods, and summarizes the advantages and disadvantages of various instrumentation and pre-treatment methods. In addition, the analysis of testing method selection is also reviewed, and finally recommendations are given for the selection of testing instrumentation and pre-treatment methods, which provide a feasible way for testing standards of ethylene oxide in food in China at this stage. Finally, an outlook on new technologies for the detection of ethylene oxide in food is given, which provides an important reference for future research and application of ethylene oxide detection in food.

Keywords ethylene oxide; 2-chloroethanol; fumigant; pretreatment method; detection method; research progress

环氧乙烷，英文名Ethylene oxide（EO）是一种可燃无色略带甜味的气体。1936年人们发现了环氧乙烷具有灭菌作用，被广泛用作杀菌剂[1-3]，从而取代高温灭菌。目前医疗器具的灭菌广泛采用环氧乙烷熏蒸法[4-6]，其灭菌效果非常好，但缺点也很明显，环氧乙烷是可燃气体，人如果处于环氧乙烷环境中会出现呕吐、头疼、呼吸困难、恶心和皮肤损伤，甚至影响生育，血液中存在的环氧乙烷会引起心血管疾病，尤其是食用后具有遗传毒性，长期摄入会致癌[7-10]。2017年10月27日，世界卫生组织国际癌症机构公布的致癌物清单将环氧乙烷列为一类致癌物，且其衍生产物2-氯乙醇及2-溴乙醇是更加稳定且更难去除的有毒化合物。

因为环氧乙烷对水分含量较低的食品具有非常好的杀菌除虫效果[11-13]，在一些国家被允许作为熏蒸剂用于防治粮食、油料作物、香辛料、干制蔬菜等的害虫，以及广泛用于杀灭包括细菌病原体在内的微生物。在我国，仅处理带有矮腥灰穗病（TCK）的小麦可以使用环氧乙烷进行熏蒸[14]，其最大限量是按照医疗器械环氧乙烷熏蒸的限量要求进行规定[15]，其检测标准与用于医疗用品的标准相同[16]。我国制定了食品接触材料及制品中环氧乙烷和环氧丙烷的测定方法[17]，此方法是为了检测食品外包装或者是食品接触材料未挥发完全而带入的环氧乙烷。

近一年来，食品中环氧乙烷高残留的事件频繁曝出，欧盟和韩国分别于2020年和2021年制定了食品中环氧乙烷的检测方法，但我国尚未制定相关的检测方法和限量标准。

1 欧盟及一些国家食品中环氧乙烷的限量现状

环氧乙烷在食品中主要作为熏蒸剂，国际上普遍将熏蒸剂定义为农药。

欧盟在1994年将环氧乙烷及其衍生物2-氯乙醇列入需要统一最高残留限量化合物清单。2008年，欧盟决定将环氧乙烷和2-氯乙醇之和以环氧乙烷残留量表示，这一残留定义至今仍然有效。2015年，欧盟茶叶、可可和香料的环氧乙烷联合残留物最高残留限量为0.1 mg/kg；坚果、油料、油果和油籽的最高残留限量为0.05 mg/kg；水果、蔬菜、糖料、真菌和豆类的最高残留限量为0.02 mg/kg；谷物和动物性产品的最大残留限量为 0.02 mg/kg；蜂产品的最高残留限量为0.05 mg/kg，这些最高残留限量值沿用至今[18]。

美国EPA于2006年将香料、干草、干蔬菜和油籽（包括芝麻籽）中环氧乙烷和2-氯乙醇的最高残留限量分别修改为7 mg/kg和940 mg/kg，而核桃中的环氧乙烷残留量受到额外管制，最高限量为50 mg/kg。

加拿大早在1971年就将环氧乙烷作为香料熏蒸剂。2013年，加拿大卫生部有害生物管理局再次对环氧乙烷的安全性进行评估，认为有必要将环氧乙烷移出食品添加剂列表。2017年，加拿大卫生部门将环氧乙烷移出《其他用途食品添加剂列表》，将其定为熏蒸剂类农药，仅按照《杀虫剂法案》进行监管，其限量标准与美国保持一致。

在澳大利亚和新西兰，环氧乙烷的最高残留定为20 mg/kg。澳大利亚将逐步淘汰环氧乙烷，目前处理过的产品只有在接受环氧乙烷熏蒸后21 d才允许销售或进口。

在日本，所有农业化学品实施肯定列表制度，虽然环氧乙烷和2-氯乙醇在肯定列表中均没有列出，但根据日本肯定列表对于农业化学品“一律标准”的要求，应采取统一限量，即环氧乙烷和2-氯乙醇的限量值均为0.01 mg/kg。

在韩国，环氧乙烷和2-氯乙醇是未被注册的农药，与日本类似，按照韩国肯定列表系统，未注册或未在肯定列表中的物质应采用统一限量标准，即0.01 mg/kg。2021年8月14—16日，韩国重新制定了2-氯乙醇的临时限量，农畜水产品及其加工品为30 mg/kg，婴幼儿食品为 10 mg/kg[19]。

印度并未设置食品中环氧乙烷和2-氯乙醇的限量标准，导致其输欧的芝麻中环氧乙烷超出欧盟限量，进而引起国际广泛关注。欧盟及一些国家食品中环氧乙烷和2-氯乙醇的限量见表1。

2 我国环氧乙烷检测方法研究进展

由于国内食品相关检测和限量标准缺失，加之对食品中环氧乙烷的研究热度不高，导致国内食品中环氧乙烷检测方法极端匮乏。鉴于国内环氧乙烷检测偏于医疗用品，对食品中环氧乙烷的检测有一定的参考价值，下面列举的方法不局限于食品。

2.1 比色分析法

环氧乙烷在酸性条件下可水解成乙二醇，乙二醇经高碘酸氧化生成甲醛，甲醛与品红-亚硫酸试液反应产生紫红色化合物，通过比色分析可求得环氧乙烷含量。如邓明亮等[20]借助微波萃取技术建立了日常防护型口罩中环氧乙烷的残留量的比色分析方法，其方法检出限为0.6 mg/kg。潘灵芸等[21]采用响应面法建立了口罩中环氧乙烷含量定量检测的乙酰丙酮光度法，其方法检出限为0.02 mg/kg。

2.2 顶空气相色谱法

将样品剪碎，置于顶空进样瓶中，加超纯水后密封，平衡后顶空进样，FID检测器检测。闫顺华等[22]建立了顶空气相色谱法检测口罩、防护服等医疗防护用品中环氧乙烷的残留量，其方法检出限可以达到0.1 mg/kg。梁俪恩等[23]建立了顶空气相色谱法检测调味粉中环氧乙烷残留量的方法，其检出限为0.25 mg/kg。

2.3 顶空气相色谱-质谱法

江丰等[24]使用顶空/气相色谱-质谱法测定食品中环氧乙烷及其代谢物2-氯乙醇残留量。准确称样于顶空瓶中，加入水作为提取剂，轻微摇匀后，顶空气相色谱-质谱仪定量分析。此方法检出限为0.2 mg/kg，此法为国内近5年罕见的食品中环氧乙烷的检测方法。

2.4 吹扫捕集-气相色谱/质谱法

吹扫捕集是一种复杂样品前处理技术，其具有操作简单、灵敏度高，无溶剂污染，容易实现在线监测等优点，雷春妮等[25]建立吹扫捕集-气相色谱/质谱法检测医用口罩中痕量的环氧乙烷，使用内标法定量，其方法检出限为 0.03 mg/kg。

2.5 国内环氧乙烷检测方法总结

国内环氧乙烷的检测方法多用于医疗用品中，围绕环氧乙烷易挥发或易衍生化进行检测方法的构建，使用的仪器设备有分光光度计、气相色谱仪（FID检测器）和气质联用仪等。这些检测方法对比见表2。

3 国外食品中环氧乙烷检测方法研究进展

3.1 欧盟标准检测方法

欧盟对普通干的食品和油、油料、油料作物分别使用不同的前处理方法，见表3。

对于普通水分含量较低的食品使用QuEChERs方法进行样品前处理[26]，环氧乙烷及2-氯乙醇的提取根据不同的样品提取时间为15～45 min，样品中含脂率如低于7%，可以加大取样量至5 g，从而降低检出限的数值。而对于油、油料和油料作物则使用QuOil前处理方法[27]，实际检测中提取剂使用5%水的乙腈，检测仪器为气相色谱串联质谱仪，根据样品情况提取时间改为从5 ～30 min，其他检测步骤与普通水分含量较低的食品检测相同。两种前处理均使用小钢球作为提取助剂。欧盟标准方法缺乏对含水高的食品如果汁、冰淇淋等食品的检测规定。

3.2 韩国共享检测方法

韩国食药部于2021年8月14日正式发布食品中环氧乙烷和2-氯乙醇含量的检测方法[28]。该方法使用氢溴酸将样品中的环氧乙烷转化成2-溴乙醇，使用乙腈提取样品中的2-氯乙醇和2-溴乙醇，利用硫酸镁和氯化钠去除水分及分层，经QuEChERs净化后，使用气相色谱-质谱/质谱仪进行分析，方法检测限为谷物、蔬菜、肉类样品0.02 mg/kg，油脂样品0.05 mg/kg，香料和其他食品样品0.1 mg/kg。

韩国共享的方法不能检测豆类、冰淇淋和胶囊，其前处理步骤较为烦琐。

3.3 国外文献中的检测方法

Gilsbach W等[29]将2-氯乙醇在碱性条件下转化为环氧乙烷，然后将所有环氧乙烷衍生化为碘乙醇，通过乙酸乙酯萃取，使用气相色谱ECD检测器进行检测。德国官方将此方法进行改进并采纳为本国食品检验的方法。

Ayoub K等[30]使用固相微萃取萃取样品中的环氧乙烷，通过顶空-气相色谱FID检测器进行检测，其检测限低至0.002 mg/kg。Du X等[31]同样使用固相微萃取进行萃取富集，全自动顶空气相色谱质谱联用仪检测谷物、油籽、坚果、干果中含环氧乙烷在内的7种熏蒸剂，环氧乙烷的检出限为0.05 mg/kg。

Bononi M等[32]使用NaCl/H2SO4将环氧乙烷转化为2-氯乙醇，乙酸乙酯萃取后，使用气相色谱-质谱仪进行检测。此方法与Tateo F等[33]于2006年发表的检测方法区别不大，检测基质从各种胡椒扩大到了香草、香料和干制蔬菜。Bessaire T等[34]将刺槐豆胶(E410)中的环氧乙烷使用相同方法进行前处理，萃取液通过全自动顶空-气相色谱串联质谱仪检测，其方法检出限为0.010 mg/kg。

3.4 国外检测方法总结

2000年前的检测方法多使用气相色谱分离，氢火焰离子化器（FID）或电子俘获检测器（ECD）检测。FID检测器灵敏度较差，ECD检测器检测过程中干扰较多且气相色谱法无法作为确证方法，在相同色谱条件下，食品中含有的一些杂质很容易让检测结果出现假阳性。

近几年，国外食品中环氧乙烷的检测主要仪器已经偏重于气质联用仪、气相色谱串联质谱仪。前处理技术也由简单顶空进样、衍生化处理向QuEChERs或QuOil后衍生化或全自动顶空进样转变，由于质谱检测具有选择性，检测结果比较准确，不易出现误判。

表4 物理性质表

Table 4 Physical property table

名称摩尔质量沸点 (℃)20℃时蒸气压 (bar)logkow

环氧乙烷44.0510.41.45-0.3

2-氯乙醇80.52128.80.0070.14

甲醇46.0780.20.06-0.3

乙腈41.0578.50.1-0.34

水18.021000.02—

4 食品中环氧乙烷检测方法的选择分析

在上述国内外标准和文献中已经提出了各种分析环氧乙烷的方法，在实际检测中，分析方法的选择取决于分析物和待分析的基质，还需要考虑实验室设备和方法。鉴于很多研究表明环氧乙烷在食品中会转化为2-氯乙醇[34]，因此单单检测食品中环氧乙烷是不够的。表4列出了环氧乙烷、2-氯乙醇及实验室常用溶剂的一些物理性质。

根据上述物理性质可知，选择检测方法时应注意以下几方面：(1)环氧乙烷及2-氯乙醇提取溶剂可选择范围比较广，实验室常用的有机试剂如水、甲醇、乙腈等均可溶解环氧乙烷和2-氯乙醇；(2)环氧乙烷沸点低于室温，为保证定量结果准确，标准品配制和实验提取的过程应充分考虑到温度对检测的影响，推荐使用冷冻离心、冷冻粉碎、冰浴等手段有效降低其因挥发导致的不确定性；(3) 2-氯乙醇沸点相对较高且20℃时的蒸气压较低，顶空进样时可能将多种有机试剂或水一并带入，因此应充分考虑检测样品的性质及提取溶剂性质；(4)与环氧乙烷/2-氯乙醇残留相关的商品主要是香料、油籽和坚果，含脂率较高，在选择溶剂时，应充分考虑去除油脂的重要性，选用能够有效去除脂肪的试剂，前处理方法如冷冻离心、C18吸附剂、正己烷萃取脂肪净化等会使检测结果更加准确[18,28]。

4.1 检测前处理技术

要根据不同的样品性质考虑环氧乙烷及2-氯乙醇的前处理。对于含油量较高的食品，可以采用QuOil方法，这种方法用含有5%水的乙腈进行提取，使用C18和PSA吸附剂脱除一并萃取出的油脂和脂肪酸，同时使用MgSO4降低提取物中的水分。其他食品的前处理也可以参考QuEChERS前处理方法进行检测，在提取环氧乙烷及2-氯乙醇的同时也可以同时提取其他农药残留，使得前处理更加经济实用。

4.2 检测仪器的选择

目前食品中检测有机物使用最广泛的仪器设备分为两类：一类依托液相色谱技术，另一类依托气相色谱技术。根据欧盟农药残留参考实验室前期实验[18]，液相色谱仪及液相色谱质谱联用仪不适用于环氧乙烷和2-氯乙醇的检测，因此，气相色谱仪及其衍生设备才是环氧乙烷和2-氯乙醇的主检设备。

气相色谱仪用于检测环氧乙烷和2-氯乙醇的检测器主要为FID或ECD。灵敏度和检测低限ECD都远大于FID，而环氧乙烷无法直接被ECD检测到，需要将其全部转化为可供ECD检测的衍生物方可检测。但气相色谱仪并非可确证物质的检测仪器，虽然可以通过更换不同极性色谱柱做到双柱定性，但依然不是最好的判定准则。

气相色谱-质谱联用仪和气相色谱串联质谱仪也是实验室常见的主检设备，可以通过顶空进样直接检测环氧乙烷和2-氯乙醇的含量，也可以通过将环氧乙烷转变为2-氯乙醇或2-溴乙醇进行检测。质谱法是国际通认的确证方法，其检测结果更具可信度。

5 结论

综上所述，本文推荐使用气相色谱及其衍生设备作为主检设备，乙腈作为提取溶剂，使用QuQil或QuEChERS前处理方法，根据情况更换溶剂顶空或衍生化后直接检测。目前多种检测前处理技术还未广泛使用在食品中环氧乙烷的检测，如固相萃取、固相微萃取、吹扫捕集技术等。同时，快速检测试剂盒更适用于对食品检测的初筛[35]，也应是未来检测技术的关注热点，未来食品中环氧乙烷和2-氯乙醇的检测将向着前处理更加简单便捷、检测结果更加精确方向发展。未来随着加大环氧乙烷及2-氯乙醇的检测力度势必倒逼食品商更换更加安全的熏蒸剂，但同时可能加大食品商违法使用其他熏蒸剂或联合使用多种熏蒸剂的风险，导致其他熏蒸剂的检测风险增加，其他熏蒸剂的检测或将成为新的检测热点。

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第一作者：张鹏（1982—），男，汉族，内蒙古包头人，本科，工程师，主要从事进出口食品及农产品检验检测，E-mail: zpbs3111456@qq.com

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