纸制品是除塑料制品以外用量最大的食品接触材料类型。食品接触用纸的质量、安全和感官性能一直被行业高度关注。本文以食品接触用原纸板为研究对象，对其中的挥发性有机物(VOCs)进行分析和表征，并对气味与毒性进行评估和预测。
研究论文以“Analysis of volatile organic compounds and potential odor compounds in food contact paperboards using headspace two-dimensional GC-QTOF-MS”为题，于近日发表在英文SCI期刊Food Additives & Contaminants Part A上。
该研究得到了国家重点研发计划项目2022YFF0607202资助。
原文链接：https://doi.org/10.1080/19440049.2023.2259029
1.研究背景
纸制品是除塑料外使用最为广泛的食品接触材料，常见如纸杯、纸盒、纸碟、纸包装等。由于纸制品所用原材料多为成分复杂的天然植物，且其生产过程包括制浆、漂白、成型、施胶、干燥、涂布等多个步骤，期间会引入多种化学品，例如过程助剂、功能性添加剂、天然产物、自氧化产物、聚合物及其降解产物、污染物等，导致纸制品中含有的化学物质比塑料、橡胶等材质更为复杂。
由于纸张内部植物纤维间的疏松多孔结构，导致纸制品容易吸附与释放VOCs，而VOCs与感官气味密切相关，同时也与健康安全性密切相关，因此纸制品的挥发性有机物（VOCs）一直受到行业高度关注。如果没有有效阻隔层情况下，VOCs一方面可能会随同所接触的食品被消费者一同摄入，对消费者的健康产生负面影响，另一方面可能会影响纸制品的感官，并影响其包装食品的感官。为更全面对纸制品中的VOCs进行识别与分析，尤其是气味阈值低和安全风险较高的物质，近年来已经发展出多种样品前处理技术和仪器分析技术，如溶剂提取、顶空分析、固相微萃取、GC-MS、GC-QTOF等。
2.研究内容
项目组从相关企业收集了17批次食品接触用原纸板样品，采用顶空-固相微萃取-全二维气相色谱-四极杆飞行时间质谱技术（HS-SPME-GC×GC-QTOF-MS），对样品中的VOCs进行识别分析。主要包括：
对比不同顶空与色谱参数，优化得到最佳分析检测条件，开发出基于全二维气相色谱和高分辨质谱技术的筛查分析方法；
使用项目组建立的筛查分析方法，对17批纸板样品中的VOCs进行筛查，并得到半定量分析结果；
通过计算检出物质的气味活性值（OAV），找出影响纸板样品气味感官的关键气味物质；
使用toxtree软件，对关键气味物质进行风险评估。
研究技术路线如下图所示：
▲ 本研究的技术路线
3.研究结果
通过HS-SPME-GC×GC-QTOF-MS对代表性纸样在不同顶空条件下进行分析参数的优化，包括不同顶空时间、顶空温度与固相微萃取纤维头种类等参数。通过对检测出的色谱峰数量与定性物质的类型进行比较，发现使用DVB/C-WR/PDMS萃取头效果更好，可以检测到种类与数量更多的物质；再根据得到各物质峰面积的大小，确定使用在使用该款萃取头在80℃下平衡30 min对纸样中的VOCs萃取效果最好。
▲ (a)使用不同纤维萃取头检出的VOCs数量和总峰面积；(b)不同温度下检出的VOCs数量和总峰面积；(c)不同平衡时间下检出的VOCs数量和总峰面积；(d)不同纤维萃取头检出的VOCs类型。
图2 纸样在不同顶空条件下的色谱检测的峰总面积和VOCs数量
使用优化后的仪器分析条件，对17批次食品接触用原纸板样品进行检测，总共检出了344种化合物。通过对各种化合物进行半定量并分别计算其OAV，发现有12种物质对纸板样品的气味产生重要影响：壬醛、(E)-2-壬烯醛、辛醛、1-辛醇、癸醛、丁醇、庚醛、2-乙基-己醇、1-辛烯-3-醇、(E)-2-辛烯醛、己醛、十一醛。
使用toxtree软件对关键气味物质的毒性预测，发现纸板中的2-甲基萘, 2-戊基呋喃，糠醛，1-辛烯-3-酮和1-辛烯-3-醇等VOCs可能会具有潜在危害性，需要引起关注。
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来源 | 国家食品接触材料检测重点实验室（广东），IQTC
作者 | 曾莹 测试工程师
责编 | 李丹 研究员
