随着可持续发展理念的深入，可降解材料聚乳酸（PLA）因其生物可降解、环境友好等特点，展现出良好的市场发展前景，如PLA吸管替代传统一次性塑料吸管。然而食品安全不仅来自食品本身，食品接触材料也可能存在有害物质迁移至食品导致的食品安全隐患。对于传统的食品接触用塑料，已有众多学者研究它们的安全性，而生物降解材料在食品接触方面的使用还处于起步阶段，材料特性也与传统塑料不同，带来的风险可能更加不明确。

1、FT-IR测定结果

对PLA吸管样品进行FT-IR分析表征，结果如图1所示。根据DB46/T 519—2020《全生物降解塑料制品红外光谱拉曼光谱指纹图谱快速检测法》和文献[13-15]对其主要成分进行分析。由于样品来源不同，生产工艺未知，样品中的成分比例可能存在较大差异，而且添加助剂的使用也会导致吸收峰发生重叠和偏移现象，无法借助1 000 cm^-1以下指纹峰准确分析基材种类。1 749 cm^-1附近为酮的C＝O伸缩振动吸收峰，1 450 cm^-1附近为—CH₃不对称变形振动吸收峰，1 385 cm^-1附近为—CH₃对称变形振动吸收峰，1 180 cm^-1附近为—C—O—C—伸缩振动吸收峰，以上吸收峰作为PLA的判断依据。聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）在多处有相似特征吸收，通过其特有结构吸收峰差异进一步分析，PBAT在1 268 cm^-1左右出现与苯环相连的—CO吸收峰，而PBS在1 330 cm^-1左右出现—C—O—C—吸收峰。由此判断吸管的主要组成材料如表1所示。

为尽可能得到足够多的检出物质，对样品所用萃取溶剂进行选择优化，对比了甲醇、二氯甲烷、乙酸乙酯、异辛烷、正己烷对吸管样品中挥发性化合物的萃取效果。结果表明，二氯甲烷具有中等极性，对样品中物质的提取效果最好。选用超声辅助二氯甲烷溶剂萃取。在超声5、10、20、30 min情况下，物质出峰情况无明显变化，故选用超声时间为5 min。

为了优化对挥发性物质的提取效率，将平衡温度（100、120、140、160 ℃）、平衡时间（10、20、30、40 min）、样品量（0.50、1.00、1.50、2.00 g）分别进行对比。平衡温度120、140、160 ℃下样品物质的出峰情况无明显差异，而100 ℃条件下的出峰数目明显少于其他温度；平衡时间从10 min延长到20 min时，峰面积均有所增加。延长平衡时间超过20 min后，无明显变化；随着样品量的增加，一些低响应峰面积会明显增加。因此最终条件选取平衡温度120 ℃、平衡时间20 min、样品量2.00 g。

3、GC-MS定性分析

4、HS-GC-MS定性分析

如图3所示，定性出173种挥发性物，烷烃类化合物占39.88%，酯类物质占11.56%，芳香烃和烯烃类物质分别为10.41%、9.82%。49种化合物自身具有气味，32种物质属于食品添加剂，共检出高关注物质32种如表3所示。样品中检测出一些萜类物质，如对薄荷三烯、3-蒈烯、α-侧柏烯、柠檬烯等。柠檬烯是一种低成本、低毒性的可生物降解萜烯物质，可能来自清洁产品中的香料物质和溶剂。环己酮、环戊酮可由醛、酮反应生成，可能是来自农药残留。醛类物质可由酯交换反应生成，醇类化合物可能是由酯基水解产生，烷烃可能是聚合过程中引入的物质，也可能是添加剂或加工助剂的降解产物。苯甲醛带有苦杏仁味，用作食品添加剂、化妆品、香水和洗涤剂中的香料，会随着保存时间的增加而变黄，这可能是PLA长时间保存后变黄的原因。磷酸三乙酯是一种有机磷酸酯类增塑剂，能起到阻燃作用，也可用于制备农业杀虫剂，并具有一定的神经毒性、生殖毒性和细胞毒性特征。样品中还检出扩链剂2,6-二异丙苯基异氰酸酯及其原料2,6-二异丙基苯胺，该物质可用2-乙基己醇作端封剂合成多碳化二亚胺类抗水解剂。此外还发现抗氧剂246，邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二异丁酯及双(2-乙基己基)邻苯二甲酸酯的代谢产物2-乙基己醛。

5、GC-MS与HS-GC-MS比较

通过GC-MS和HS-GC-MS共检测到200种物质，14种物质在2种检测方式中都被检测到。HS-GC-MS比GC-MS检测定性出更多挥发性大的烷烃类物质和低分子质量化合物，这是由于HS进样不受溶剂影响。而GC-MS可以较好地检出更多挥发性较低的物质，并且所需的样品量更少。值得注意的是，2-乙基己基氯乙酸酯仅在GC-MS中检测到，该物质可通过2-乙基己酸乙酯与萃取剂二氯甲烷反应生成，而在HS-GC-MS中检出2-乙基己酸乙酯，因此可以推测2-乙基己酸乙酯是PLA吸管中存在的物质，而2-乙基己基氯乙酸酯可能是由二氯甲烷的前处理带入。萃取剂不应与检测物质发生反应，但在实际筛查中很难实现高效的萃取剂与物质不发生反应。GC-MS通过不同的萃取试剂对所需物质进行萃取，样品消耗量小。HS-GC-MS将样品直接置于HS瓶中，该方法快速、便捷，有利于易挥发性化合物的检测。这2种技术各有优势，相互补充，可以更完整、更准确地分析PLA吸管中的挥发性物质。

通过FT-IR鉴定市售PLA吸管主要成分，采用GC-MS分析样品中挥发性化合物。结果表明，市售PLA吸管样品都不同程度地含有PBS和PBAT。经二氯甲烷萃取GC-MS检测发现17种重点关注物质，通过HS-GC-MS分析得到32种重点关注物质，这些物质存在一定安全隐患，需要加强监管。同时在吸管样品中检出多种塑料添加剂，如抗氧化剂、增塑剂、扩链剂等，还发现了可能来源于生产过程中的残留化合物，如洗涤剂、杀虫剂等，以及一些来自植物的萜类物质。GC-MS和HS-GC-MS提供互补信息，这2种技术结合使用有利于全面分析筛查挥发性物质的来源和安全性。从食品安全角度考虑，需要对PLA吸管进行更好地规范、引导和监管。本研究为今后的市售PLA吸管的安全风险评价提供研究基础和数据支持。

本文《基于FT-IR和GC-MS分析市售PLA吸管中挥发性物质》来源于《食品科学》2022年43卷24期258-265页，作者：张株瑞，杨青华，童星，王志伟，胡长鹰。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220302-029。