食品接触用纸和纸制品的质量、安全性和感官特性皆与其所释放的挥发性有机物（VOCs）高度相关，故纸制品的VOCs一直是行业内非常关注的热点之一。
近日，国家食品接触材料检测重点实验室(广东)（IQTC）联合华南理工大学制浆与造纸国家重点实验室以食品接触用原纸板及其原材料为研究对象，对其中的VOCs进行了表征和溯源研究，并在食品科技领域TOP期刊Food Packaging and Shelf Life（JCR Q1，IF=8.749）发表了题为“Characterization of volatile organic compounds in food contact paperboards and elucidation of their potential origins from the perspective of the raw materials”的研究论文。
IQTC李函珂博士为论文第一作者，IQTC李丹研究员和华南理工大学马彤梅教授为共同通讯作者。中山大学公共卫生学院医学统计学系和西班牙萨拉戈萨大学（University of Zaragoza）为本论文合作单位。该研究得到了国家重点研发计划项目2022YFF0607202、2022YFF0607201和广东省自然科学基金2022A1515010334的资助。
纸制品是使用*为广泛的食品接触材料之一，其安全问题一直广受关注，IQTC牵头修订的GB4806.8-2022即将于2023年6月30日起正式实施。由于纸制品所用原材料多为成分复杂的天然植物，如桉树、杨树、竹子、亚麻、棉花等，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，这就导致纸制品中含有的化学物质远比塑料、橡胶等材质的食品接触材料复杂[1]。
在可能导致纸制品安全问题的各种因素中，挥发性有机物（VOCs）更容易得到较高的关注度：一是由于VOCs会加速纤维素降解，从而破坏纸制品的结构并降低食品的保质期；二是由于VOCs相比于其他化合物更容易在消费者进食的过程中被吸入或摄入，故具有潜在风险的VOCs更容易对消费者健康造成负面影响；三是由于某些具有较低气味阈值的VOCs可能会影响所包装食品的感官特性（如气味或异味），从而影响消费者的消费体验和接受程度。鉴于此，食品接触用纸制品中的VOCs得到了较为广泛的研究[2-5]。然而，由于目前采用的VOCs表征技术仍以传统一维GC-MS技术为主，可定性化合物通常不超过40个，难以追溯这些VOCs的来源。
IQTC近年来开展了多项食品接触用纸制品中安全因子表征的相关研究[6-8]，并与国内多家造纸企业建立了良好的合作关系。
在本研究中，IQTC从相关企业收集了23批次样品，包括9批次食品接触用原纸板（RPBs）、4批次漂白化学热磨机械浆（BCTMP）、6批次干浆板（DPSs）和4批次桉树木料（WCs），并采用顶空-固相微萃取-全二维气相色谱-四极杆飞行时间质谱（HS-SPME-GCxGC-qTOF-MS）技术对上述样品中的VOCs进行了系统表征。同时，还基于表征结果对食品接触用原纸板中检出的VOCs进行了溯源分析[9]。
如图1所示，对于RPBs、BCTMP、DPSs和WCs这四种类型的样品，经HS-SPME-GC×GC-QTOF-MS分析，分别定性出331、154、295和191种VOCs，包括芳香烃类化合物、芳香族含氧化合物、萜类及其衍生物、脂肪族含氧化合物、非芳香烃类化合物和其他共6大类化合物，表明GC×GC-qTOF-MS技术在复杂样品的VOCs表征上比传统的GC-MS技术更具优势；另一方面，经进一步统计分析，上述化合物在不同样品中呈现出特异性分布，且检出频次存在较大差异，如：BCTMP中定性出比WCs更多的芳香族含氧化合物，表明桉树木料中的木质素在制浆和漂白过程中发生了解聚；DPSs中的脂肪族含氧化合物分布与RPBs相似，表明前者可能是后者中脂肪族含氧化合物的主要来源；RPBs中出现了较多的烷基苯类化合物（RI=1500~1900），而这些化合物在原材料中均未检出，表明其可能在后续的生产过程中引入。
进一步对食品接触用原纸板与其原材料中VOCs进行相关性分析。如图2所示，聚类分析和主成分分析均表明各类样品中检出的VOCs具有显著差异。欧式距离分析表明，WCs与BCTMP和WCs与DPSs的VOCs相似性具有显著差异，这表明DPSs与BCTMP或采用了不同的制浆工艺。此外，Jaccard指数分析表明，DPSs与RPBs比BCTMP与RPBs具有更高的VOCs相似性，表明DPSs或对RPBs中的VOCs贡献更大。
在RPBs中检出的331个VOCs中，153个VOCs在BCTMP、DPSs或WCs中检出，表明这些VOCs可追溯至原材料；而其余178个VOCs仅在RPBs中检出，表明这些VOCs很可能在后续生产流程中产生，其来源包括但不限于涂布添加剂、施胶剂、大分子降解产物、表面活性剂、抗氧化剂、消泡剂、杀菌剂、环境污染物等。
上述研究表明，食品接触用原纸板及其原材料中的VOCs数量繁多且呈现样品特异性分布。特别值得关注的是，制浆和漂白过程对原纸板中的VOCs有显著影响，且对原纸板中VOCs贡献程度*大的原材料是干浆板。溯源分析表明，相当数量的VOCs是天然存在的化学物质，比如萜类和脂肪族含氧化合物，而亦有相当数量的VOCs与生产过程等人为因素相关，如烃类和芳香族含氧化合物。
IQTC的上述研究也得到了Food Packaging and Shelf Life审稿人的高度认可，其中一位审稿人指出该研究对纸和纸板的测试有很大贡献（The paper contributes highly to the testing of paper and paper boards）。上述研究阐明了食品接触用原纸板及其原材料中VOCs的种类和来源，为相关行业的从业人员提供了有价值的参考，有助于进一步提升纸质食品包装的质量并保障消费者健康。
IQTC也将继续与高校、科研院所和相关企业密切合作，深入研究与食品接触用纸制品中VOCs相关的问题，包括质量问题、安全性问题、感官异味问题等，致力于为行业提供切实可行的技术解决方案。
来源 | 国家食品接触材料检测重点实验室（广东），IQTC
作者 | 李函珂 博士
责编 | 李丹 研究员
参考文献
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转自“食品接触材料科学”微信公众号
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