王全新 赵丹 张宇含 王仲敏 柴铭骏 马兴

Abstract Laminated steel is an eco-friendly packaging material that combines the dual properties of polymer plastic film and metal sheet, and inner wall film is one of its core technologies. These inner wall films can form various oligomers during the polymerization process, some of which may migrate to food during the contact between laminated iron containers and food. Therefore, detailed research on the migration of oligomers is crucial. In this paper, six kinds of polyethylene terephthalate (PET) and polybutylene terephthalate (PBT) cyclic oligomers were taken as the research objects, and an ultra-high performance liquid chromatography-quadrupole time-of-flight mass spectrometry (UPLC-QTOF-MS) oligomer detection technology was established. The liquid-liquid extraction method was used to detect and analyze oligomers that may exist in some laminated iron canned foods on the market. The recovery rates of all target substances were around 80%-120%. The migration amounts of oligomers changed dramatically with food composition, storage and circulation environment and other factors. Therefore, it is necessary to increase the monitoring intensity by improving the detection methods to enhance the safety of canned food.

Keywords laminated steel food containers; oligomer; detection

目前，传统的金属包装行业推出了一种新型的金属包装容器——覆膜铁。市场上所有类型的以叠层铁为材料的罐头食品都存在低聚物迁移到相应食品中的可能性，而且迁移的低聚物的数量会随着食品成分、储存和流通环境等发生巨大的变化。因此，应通过完善检测方法的方式加大监测力度，以提升罐装食品的安全性^[1]。

覆膜铁是将聚酯薄膜与镀铬铁进行层压复合而制成的，膜是核心技术之一，用于覆膜铁制造的薄膜需满足以下条件：首先要与镀铬基板之间具有良好的贴合能力，防止其在加工过程中发生脱落；还需具有良好的阻隔性能，避免对金属板材的腐蚀，以保持食品内容物的性质；另外，还需要具有良好的湿润密闭性^[2]。

然而，这些聚酯薄膜在与食品接触的过程中会不可避免地向食品发生迁移，其中就包括低聚物的迁移，这些可迁移低聚物的种类众多且其存在的模式非常复杂，一方面是随着用于聚合物生产的单体数量不断增加，且分解过程众多，聚酯材料会出现低聚物的高度可变性；另一方面是随着聚合物共混、接枝和交联作用，一种材料中存在的低聚物的数量和多样性也在增加，导致食品接触薄膜层中低聚物的迁移潜力增加。

覆膜铁是一种兼具高分子塑料薄膜和金属板材双重性能的环保包装材料。覆膜铁用镀铬板替代了传统的镀锡板，解决了锡资源短缺的问题；与涂料铁相比，覆膜铁不含双酚A等毒性物质，而且其生产过程绿色环保、成本低，将是未来金属包装领域的发展方向。因此，有必要对覆膜铁罐装食品进行深入研究，以确保其安全性^[3]。本实验拟以市场上的31种覆膜铁罐装食品为研究对象，采用超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱（UPLC-QTOF-MS）技术对食品中的聚对苯二甲酸乙二醇酯（polyethylene terephthalate，PET）及聚对苯二甲酸丁二酯（polybutylene terephthalate，PBT）环状低聚物进行检测，以便评估目前市面上覆膜铁罐装食品的安全性。

1 材料与方法

1.1 试剂与仪器

主要实验仪器：ExionLCTM AD UPLC-X500R QTOF（美国AB SCIEX公司）；Agilent 1290 UPLC-Agilent 6546 UHD QTOF（美国安捷伦仪器公司）；KQ-500DE超声波清洗仪（中国江苏昆山超声波仪器有限公司）；TG18K高速离心机（上海舜制仪器制造有限公司）；VORTEX05涡旋混匀器（上海达姆实业有限公司）；AB204-N分析天平（梅特勒-托利多仪器有限公司）；UGC-45C圆形水浴氮吹仪（北京优晟联合科技有限公司）；QSE-12D固相萃取仪（上海比朗仪器制造有限公司）等。

主要实验试剂：PET环状三聚体、PET环状四聚体、PET环状五聚体、PBT环状二聚体、PBT环状三聚体均购自北京汇科同创科学仪器有限公司，乙腈、甲醇、六氟异丙醇均购自上海霍尼韦尔贸易有限公司，二氯甲烷，正己烷、甲酸、甲酸铵、2,2,2-三氟乙醇均购自德国Meck公司，无水乙醇、无水MgSO₄、NaCl、PSA、Al₂O₃均购自中国医药上海化学试剂公司。

1.2 实验样品

从市场上共收集了31种覆膜铁罐装食品，包括水果罐头、肉类罐头、饮料和啤酒4种食品类型，其中水果罐头有11种、肉类罐头有4种、饮料有14种、啤酒有2种。

1.3 标准溶液配置

1）混合标准溶液（10 mg/L）：分别准确量取PET环状二聚体、PET环状三聚体、PET环状四聚体、PET环状五聚体、PBT环状二聚体和PBT环状三聚体6种标准储备溶液（1000 mg/L）0.1 mL至10 mL容量瓶中，然后用乙腈定容至刻度线，混匀。

2）系列标准混合溶液：分别精确量取0.010 mL、0.025 mL、0.050 mL、0.100 mL、0.250 mL、0.500 mL混合标准工作液（10 mg/L）于5 mL容量瓶中，用乙腈定容至刻度线，分别得到浓度为20 μg/L、50 μg/L、100 μg/L、200 μg/L、500 μg/L、1000 μg/L的混合标准溶液。

1.4 前处理方法

固相萃取：将食品样品全部均质（约2 min），取5.0 g样品放入离心管中，加入适量混合标准溶液，然后在室温下稳定15 min后再进行样品提取。向离心管中加入10 mL含0.1%甲酸的乙腈溶液，涡旋5 min。将处理后的样品放入冰箱（4℃）储存一夜。第二天从冰箱中取出样品于4000 r/min离心10 min，吸取上清液在常温下进行氮吹，氮吹至溶液剩余约1 mL，向溶液中加入5 μL甲酸，混匀。使用甲醇和含0.1%甲酸的水对固相萃取柱（Agilent Bond Elut C₁₈，500 mg，3 mL）进行预处理，然后将上述混合溶液转移入柱，最后使用1 mL乙腈洗脱分析物，将所得溶液过滤膜，使用UPLC-QTOF-MS分析。

QuEChERS（Quick、Easy、Cheap、Effective、Rugged、Safe）方法：将食品样品全部均质，称取2.0 g样品放入50 mL离心管中，向离心管中加入8 mL六氟异丙醇/2，2，2-三氟乙醇/乙醇（2∶2∶4）、3 g无水MgSO₄和800 mg NaCl，将混合物涡旋2 min，后于6000 r/min离心10 min。离心结束后，吸取上清液2 mL至15 mL于离心管中，再向离心管中加入100 mg无水MgSO₄、20 mg PSA和200 mg Al₂O₃，将混合物涡旋2 min，后于6000 r/min离心10 min。取1 mL上清液过滤膜，使用UPLC-QTOF-MS分析。

液-液萃取方法：将样品内容物全部均质，然后称取均质样品2.0 g，置于10 mL离心管中，加入适量混合标准溶液。加入8 mL乙腈，将混合物涡旋震荡5 min，超声处理20 min，后于4000 r/min离心10 min。随后吸取上清液在常温下氮吹至干，再用1 mL乙腈复溶，然后过滤膜，使用UPLC-QTOF-MS分析。

2 结果与讨论

2.1 前处理方法的选择

为了获得更好的提取效果，按照1.3节中的处理方法，对水果罐头、饮料、啤酒和肉类罐头4种食品样品进行了提取和分析，比较实验结果并选择最适合本实验的前处理方法。

实验结果如图1所示。结果显示，固相萃取后环状PET三聚体和环状PET四聚体的回收率低于80%，因此该方法不适合本实验中的样品分析。采用QuEChERS对样品进行前处理时，目标物的回收率均低于80%，这可能是样品处理过程中的高损耗造成。相比之下，当样品经过液-液萃取处理时，所有目标物都得到了更高回收率（80%～120%），所以选择液-液萃取法对实验样品进行前处理。

图1 固相萃取、QuEChERS和液-液萃取3种前处理方法对目标物回收率的影响

Fig.1 Influences of three pre-treatment methods of solid-phase extraction, QuEChERS and liquid-liquid extraction on the recovery rate of the target substance

2.2 前处理方法的优化

2.2.1 提取溶剂的优化

为了比较不同萃取溶剂对目标物的影响，本研究使用3种萃取溶剂，即乙腈、甲醇和二氯甲烷，研究每种溶剂对样品中PET环状低聚物和PBT环状低聚物的影响。取9个10 mL离心管将浓度为10 mg/L的每种混合标准溶液100 μL加入一组3个样品中，每种提取溶剂的3个样品平行进行^[4]，实验结果如图2所示。

图2 乙腈、甲醇和二氯甲烷3种提取溶剂对目标物回收率的影响

Fig.2 Influences of three extraction solvents of acetonitrile, methanol and dichloromethane on the recovery rate of the target substance

结果显示，使用甲醇作为萃取溶剂时，6个目标物的回收率都很低，尤其是环状PET二聚体、环状PBT二聚体和三聚体，其低聚物的回收率低于80%。使用二氯甲烷作为萃取剂时，6个目标物种的回收率相比甲醇有所提高，但环状PET二聚体和环状PBT二聚体的回收率仍低于80%，因此二氯甲烷也不适合作为萃取剂。当使用乙腈作为萃取剂时，6个目标物的回收率较好，均在80%～120%之间。因此，本实验使用乙腈作为环状PET和PBT低聚物的萃取剂。

2.2.2 萃取溶剂体积的优化

萃取溶剂的体积也是影响目标物萃取效率的一个重要因素，所以在本实验中也对所使用的萃取溶剂的体积进行了比较分析。选择2 mL、4 mL、6 mL、8 mL和10 mL规格的乙腈研究其对环状PET低聚物和环状PBT低聚物提取效率的影响。准备15个离心管，装入上述不同体积的乙腈溶液，分成5组，每组3个^[5]。

从图3可以看出，随着萃取溶剂的增加，6个目标物的回收率逐渐增加，但当萃取溶剂的使用量达到6 mL时，目标物的回收率开始趋于平稳，直到萃取溶剂的使用量为10 mL时，目标物的回收率就没有再增加的趋势。为了确保提取结果的稳定性，因此选择8 mL的萃取溶剂作为本实验的平台体积。

2.2.3 样品前处理方法的确定

对样品前处理过程所用的萃取溶剂及萃取溶剂体积等进行比较优化后，得到了适合于本实验样品的最优前处理方法，见表1所示。

图3 萃取溶剂体积对目标物回收率的影响

Fig.3 Influences of extraction solvent volume on the recovery rate of the target substance

2.3 前处理方法验证

2.3.1 标准曲线、线性范围、检出限和定量限

向食品样品基质中分别加入不同浓度的目标物标准工作溶液，使得目标物最终样品浓度为10 μg/L、20 μg/L、50 μg/L、100 μg/L、200 μg/L、500 μg/L、1000 μg/L，按照优化后的前处理方法进行分析，每个浓度平行测定3次。以目标物的峰面积为纵坐标，相应的浓度为横坐标绘制标准曲线。如果样品浓度高出线性范围，则将溶液稀释适当倍数后再进行测定。检出限（LOD）和定量限（LOQ）的估计基于信噪比，将标准溶液的浓度逐级稀释至定量离子的响应为3倍信噪比，将此时的标准溶液浓度计为仪器的检出限，再将标准溶液的浓度逐级稀释至定量离子的响应为10倍信噪比，将此时的标准溶液浓度计为检测方法的定量限。检测方法的所有参数总结于表2。

实验结果显示，在4类食品中，6种低聚物在其相应的浓度范围内线性关系良好（R²＞0.990），4类食品中PET环状二聚体的检出限和定量限均是最高的，检出限为15.00～44.12 μg/L，定量限为50.00～147.06 μg/L；此外，在水果罐头中，环状PET四聚体的检出限和定量限也较高，为13.64 μg/L和45.45 μg/L，在啤酒中，环状PBT二聚体的检出限和定量限为7.14 μg/L和23.81 μg/L。

2.3.2 回收率和精密度

分别对4种食品样品（水果、饮料、啤酒和肉类）进行加标，以进行回收率和精密度测试。将50 μg/L、100 μg/L和200 μg/L 3种浓度的混合标准溶液加入上述4种食品样品基质中。使用优化的预处理方法制备样品，并通过UPLC-QTOF-MS进行分析。每个浓度都进行6次平行实验。以此来计算方法平均回收率和相对标准偏差（RSD），所得实验结果见表3。从结果来看，在水果罐头中添加50 μg/L、100 μg/L和200 μg/L的平均回收率为80.66%～102.71%，RSDs为1.32%～6.40%。罐头肉的平均回收率为91.90%～119.11%，RSD 0.77%～7.47%。加标饮料样品的平均回收率为80.59%～119.09%，RSDs为0.43%～5.48%。啤酒样品的平均回收率为80.80%～119.07%，RSDs为0.37%～9.26%。综上所述，4种食品的平均回收率为80.00%～120.00%，RSDs小于10%，表明该方法具有良好的回收率和精密度，能够满足微量物质的测定要求，能够准确测定层叠式铁罐中环状PET和PBT低聚物的含量^[6-10]。

2.4 真实样品检测

从市场上共收集了31种覆膜铁罐装食品，包括水果罐头、肉类罐头、饮料和啤酒4种食品类型，其中水果罐头有11种、肉类罐头有4种、饮料有14种、啤酒有2种，采用优化后的前处理方法对这31种食品样品分别进行检测，检测结果数值均在国标范围内。

通过表4的定量结果，我们整理了4种食品类型中6种低聚物的平均含量对比，如表5所示。由表中数据可以发现，在4种食品类型中，PET环状三聚体的含量均是最多的，PET环状三聚体的平均含量从水果罐头中17.14 μg/kg到肉类罐头中1155.22 μg/kg，远远高于其他种类的低聚物。

实验结果显示PET环状三聚体是从食品接触材料迁移到食品或者食品模拟物中的主要低聚物。另外，与食品模拟物的迁移试验结果作对比，也具有一定的一致性，在覆膜铁空罐的样品测试中，绝大多数的样品迁移试验检测结果也表现出PET环状三聚体的高浓度含量。

在实验所测试的4种食品类型中，低聚物的含量大小顺序为肉类＞饮料＞水果＞啤酒。分析原因可能是肉类罐头在加工过程中，杀菌温度约为121℃，温度较高，高温促使聚合物发生降解，从而使得食品中的PET和PBT环状低聚物含量增加。水果罐头和饮料的杀菌温度相对于肉类罐头较低，而啤酒一般为巴氏杀菌，杀菌温度约为65℃，因此，啤酒中的低聚物含量最低。另外，啤酒的pH值相较于其他3种食品类型也较高，这使得其对内壁覆膜的腐蚀相对较轻，低聚物的迁出量即随之减少。

在水果罐头中，11号样品中的低聚物含量最高，原因是此样品已临近货架期，由此可见，随着罐头食品储藏时间的增加，其迁移到食品中的化合物含量也随之增加。其次，9号样品相较于其他样品，其中的低聚物含量也比较高，分析原因可能是因为9号样品的pH值较低，促使低聚物的迁移含量增加。其他样品之间的低聚物含量相差不大，可能是因为这些样品的储存时间和pH值均比较相近，并且其加工工艺相近，所以其中的低聚物含量比较接近。而1号和3号样品中没有任何低聚物检出或者含量低于检出限，原因可能是这两个样品的生产日期较新，食品内容物和包装容器的接触时间还较短，这也同样证明了低聚物的迁移量将随着食品与包装材料接触时间的延长而增加。

在肉类罐头中，1号和2号样品中的低聚物含量很高，这两种样品已经接近货架期，所以发生迁移的低聚物含量可能已经达到顶峰。

在饮料样品中，8～11号样品的低聚物含量较高，8～11号为咖啡样品，咖啡在制作的过程中，需要经过90～100℃的烘焙过程，一般持续30 min，因此，高温烘焙的过程会促使聚合物发生降解，从而导致较多的低聚物迁出。另外，6号和7号样品的pH值相较于其他样品更低，酸性条件也会加速聚合物的降解，因此6号和7号样品中的低聚物含量高于其他样品。

啤酒样品中低聚物的含量差别不大，可能因为其加工条件、pH值、货架期差异性不大，所以其迁出的低聚物含量也无较大差异。

3 结论

本文采用优化后的方法检测市售的31种罐装食品中的低聚物含量，为覆膜铁罐装食品安全性的研究提供了参考。结果显示，液-液萃取是简单易行的前处理方法，且对6种目标物的提取效果最好。同时，对萃取溶剂的选择、使用体积和复溶试剂等参数进行了优化，得到了最适的液-液萃取前处理方法，该方法线性良好、精密度高，可以用于覆膜铁罐装食品中低聚物的检测。

参考文献

[1]夏利勇, 邓潮玉, 齐永杰. 覆膜铁技术在我国的发展前景预测[J]. 中国包装工业, 2013(4): 12+14.

[2]徐飞燕, 雷超, 乔帅, 等.食品包装材料安全性能分析和检测方法研究[J]. 现代食品, 2021(3): 4-6.

[3]徐慧, 王超, 张潇予. 食品包装材料中有害物质迁移分析及新型材料的应用[J]. 食品安全导刊, 2021(6): 20-21.

[4] 何明枫, 周建伟, 刘东红. 食品罐内涂层中双酚A及其环氧衍生物的迁移及检测研究进展[J]. 食品工业科技, 2015, 36(1): 381-385+389.

[5]胡佳文, 李天宝, 王春利, 等. 金属类食品接触材料和制品的安全性研究进展与相关法规[J]. 福建分析测试, 2014, 23(3): 52-59.

[6]赵强, 孟祥艳, 洪梦寒, 等. 制罐用覆膜铁材料中膜成分的迁移特性[J].上海包装, 2019(10): 51-53.

[7]张清, 郭文渊, 丁树民, 等. 我国覆膜铁新材料的研究与应用[J]. 上海包装, 2017(8): 58-61.

[8]刘志浩, 曾科, 赵宇晖. 覆膜铁: 金属食品包装的“绿色革命” [J]. 包装学报, 2012, 4(4): 9-15.

[9]王乐, 闫宇壮, 方天驰, 等. 新型食品包装材料研究进展[J]. 食品工业, 2021, 42(9): 259-263.

[10]王志伟, 孙彬青, 刘志刚. 包装材料化学物迁移研究[J]. 包装工程, 2004(5): 1-4+10.

表1 4种不同样品的前处理方法

Table 1 Pre-processing methods used for four different samples

表2 6种PET及PBT低聚物的线性范围、标准曲线、决定系数（R²）、检测限和定量限

Table 2 The linear range, standard curve, determination coefficient (R²), detection limit, and quantification limit of six PET and PBT oligomers

表3 水果、肉类、饮料和啤酒4种食品类型中目标物的平均加标回收率和精密度

Table 3 Average spiked recoveries and precisions of target substances in four food types of fruits, meat, beverages and beer

表4 4种食品类型中PET及PBT环状低聚物的定量结果

Table 4 Quantitative results of PET and PBT cyclic oligomers in four food types

注: ND为未检出

表5 4种食品类型中6种低聚物的平均含量

Table 5 Average contents of six oligomers in four food types

注: ND为未检出