硅橡胶(silicon rubber)是由聚硅氧烷、白炭黑以及各种补强填料在加热和加压条件下硫化生成的有机硅弹性体，其主链是由硅原子和氧原子交替组成的(—Si—O—Si—)，侧链则是以Si—C键连接的各种有机取代基，如甲基、乙基和苯基等，其相对分子质量较大(一般超过1.5×105)[1-2]。硅橡胶制品既具有无机高分子物的耐热性，又具有普通有机高分子的柔顺性，故广泛应用于食品接触材料，如高压锅密封圈，烤盘，蛋糕模具，蒸垫以及婴儿奶嘴等。硅橡胶焙烤模因具有各种各样的模型，如小动物模型、花型、心型、和字母型等，因价廉易得，被广泛用于家庭焙烤中使用，深受人们的喜爱。有研究[3]通过吹扫捕集-气质联用法，发现72种食品接触硅橡胶焙烤制品中D4～D6的检出率均为92%。硅橡胶焙烤模具在使用过程中经受着高温恶劣环境，长时间的使用会促进硅橡胶的热降解反应，而硅橡胶在热氧老化过程中会发生侧链甲基的氧化反应和主链的降解断裂反应，这进而生成小分子环硅氧烷，如D4和D5等[4-7]。D4～D6等小分子环硅氧烷可能具有致癌性和生物富集毒性[8-11]。环硅氧烷D4～D6具有亲脂性[12-13]，而焙烤蛋糕是高脂性食品，在加工过程中硅橡胶焙烤模具中的D4～D6可能迁移至食品中。
目前，FENG等[14]建立了吹扫捕集-气质联用法、固相微萃取-气质联用法和溶剂提取-气质联用法3种方法对硅橡胶制品中D4～D6含量的测定。ZHANG等[15]发现硅橡胶烤盘模具在40 ℃牛奶中浸泡6 h，D4～D6基本不发生迁移，而在40 ℃条件下浸泡在50%乙醇72 h和95%乙醇2 h后D4～D6有检出，D4～D6的最大迁出量分别为42、36和155 ng/mL，该迁移量少可能由于硅橡胶模具中D4～D6的初始含量较少所导致。而关于食品接触材料硅橡胶中环硅氧烷向食品模拟物的迁移，《T/GDAQI 003—2018 食品接触用硅橡胶中挥发性甲基环硅氧烷迁移量的测定》[16]规定，D4～D6每种环硅氧烷的迁移量的定量限为0.2 mg/kg， 但对于硅橡胶焙烤模具中环硅氧烷在真实高温加工下迁移到食品中的检测方法尚未建立。因此，建立对硅橡胶模具烘培后蛋糕中D4～D6含量的简便检测方法以及对蛋糕中D4～D6的迁移量进行阈值评估(TTC)法安全评估具有重要意义。
1 材料与方法
1.1 样品与试剂
硅橡胶焙烤模具(长28.00 cm，宽24.00 cm，高3.50 cm) 为某品牌焙烤模具产品，购买于淘宝；鸡蛋、小麦粉、玉米油、食盐和泡打粉，购买于本地超市；八甲基环四硅氧烷(GC≥98.0%)、十甲基环五硅氧烷(GC≥99.0%),上海阿拉丁有限公司；十二甲基环六硅氧烷(纯度≥97%)，上海源叶生物科技有限公司；乙腈(色谱纯)，美国Fisher公司；无水硫酸钠(AR)，广州化学试剂厂；高纯氦气(纯度≥99.999%)，空气化工气体(东莞)有限公司。
1.2 仪器
7890A-5975C气相色谱-质谱联用仪，美国Agilent公司；EL104电子分析天平(0～120 g，精度0.000 1 g)，梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司；YP10KN电子天平(1～10 000 g，精度1 g)，上海精密科学仪器有限公司；KB3漩涡仪，海门市其林贝尔仪器制造有限公司；SK250LH超声波清洗器，上海导超声仪器有限公司；VH-24远红外线食品烘箱，太原创旭食品机械设备有限公司；CX-6627打蛋器，广东志高空调有限公司；料理机，九阳股份有限公司；尼龙滤膜(孔径0.22 μm)，天津津腾实验设备有限公司；移液器(20～200 μL，100～1 000 μL，5 mL)，德国Brand Transferpette公司。
1.3 试验方法
1.3.1 制作蛋糕
将200 g鸡蛋和200 g玉米油搅拌混匀后，加入200 g白砂糖和4.000 0 g食盐快速搅拌均匀，形成匀浆；将200 g小麦粉与2.400 0 g泡打粉混合，分3次筛入上述匀浆中，每次筛入后都要充分搅拌。将混匀的蛋糕糊分别快速注入硅橡胶模具和铝合金焙烤模具中，模具中不能抹油[17]。注模后要在操作台上轻轻摔打模具，使混入的大气泡振出[18]，用牙签把气泡戳破。调整烤箱的温度至上火温度为180 ℃，下火温度为175 ℃， 开启烤箱恒温一段时间后，焙烤蛋糕30 min，蛋糕表面形成淡淡的焦黄色。以铝合金焙烤模具作为焙烤对照，硅橡胶模具作为试验组，均焙烤3份。
用刀具将离蛋糕边缘1.00 cm宽的部分切下来作为边缘的蛋糕；把蛋糕中间位置的底部高1.00 cm的蛋糕切取下来作为底部的蛋糕；取蛋糕中间长24.00 cm、宽1.00 cm位置作为整体的蛋糕，分别使用料理机快速粉碎，存放离心管中，拧紧盖子，待用。
1.3.2 气质联用色谱条件
GC-MS条件：HP-5MS色谱柱(30 m×250 μm×0.25 μm，美国Agilent公司)；载气为高纯He，纯度≥99.999%；载气流速为1 mL/min，进样口温度为230 ℃；分流比(2∶1)；升温程序为40 ℃保持1 min，以20 ℃/min升温至220 ℃，再以40 ℃/min升温至315 ℃保持4 min。离子源为电子轰击(EI)；电子能量为70 ev；四极杆温度为150 ℃；离子源温度为230 ℃，传输线温度为230 ℃；采用离子检测(SIM)模式，其中D4的m/z为281.00，282.00，133.00；D5的m/z为355.0，267.00，73.00；D6的m/z为341.00，429.00，325.00，73.00；溶剂延迟4.5 min。
1.3.3 样品前处理
焙烤蛋糕属于高脂类食品，在预试验中发现正己烷对D4～D6的提取能力比乙腈好，但油脂能溶于正己烷，故若使用正己烷提取蛋糕中的D4～D6，蛋糕中大部分的油脂也会被提取出来，高含油量的正己烷不适宜直接使用GC-MS检测，因为这会污染仪器，滞留在衬管中的油脂也会对下次进样的D4～D6有一定的吸附作用，进而降低仪器的准确度。由于乙腈与油脂不相溶，且乙腈对蛋糕的D4～D6也具有较好的提取能力，可通过优化提取条件，尽可能地将蛋糕的D4～D6提取出来。
超声时间的优化：取2.000 0 g蛋糕于试管底部，加入1.000 0 g无水硫酸钠和4 mL乙腈，涡旋混匀30 s后，分别在(16±2)℃下超声10、20、30、40、50和60 min，再涡旋1 min，将提取液定容至10 mL，过0.22 μm 有机滤膜后，待上GC-MS。
提取次数的优化：在以上优化的超声时间下，分别重复提取1、2、3和4次，将提取液定容至10 mL，过0.22 μm有机滤膜后，待上GC-MS。
1.3.4 标准曲线及检出限
准确称取一定质量的D4～D6标准品，用乙腈配制和稀释成30 μg/mL的标准储备液，保藏于4 ℃的冰箱中。经过稀释后，配置成120、300、600、1 200和3 000 ng/mL的标准溶液。
1.3.5 回收率及精确度
取D4～D6阴性蛋糕样品2.000 0 g，分别加入200、600和2 000 ng/mL 3个不同浓度的D4～D6标准溶液，以优化的条件进行前处理，平行测定6次，计算其回收率和精密度。
1.3.6 不同位置的蛋糕中D4～D6的含量
对不同位置的蛋糕按照以上优化后的方法进行检测，平行3次。
1.3.7 D4～D6含量的计算
(1)
式中: X为样品中D4～D6的含量，mg/kg；C为标准曲线定量的样品D4～D6质量浓度，ng/mL；C0为空白的D4～D6质量浓度，ng/mL；V为定容体积，mL； m为样品质量，g；1 000为单位换算倍数。
1.3.8 D4～D6的结构分类
利用欧洲化学品局建立的Toxtree软件对化学物进行Cramer结构分类。
1.3.9 EDI的计算
针对无暴露量数据或新发现的物质，需对其暴露量进行估算，才能进一步的与法规的TTC阈值进行比较，从而进行安全评估[19-21]。EDI的计算如式(2)：
EDI=Q×0.007 4 kg×CF×1 000
(2)
式中：EDI为D4～D6估算的每日膳食量，μg/d；Q为D4～D6的迁移量，mg/kg；0.007 4 kg为2010年～2012年中国城乡居民的每人每日平均的糕点膳食量[22]，假设中国城乡居民膳食的糕点均由硅橡胶模具烘培；CF为校正因子；1 000为单位换算倍数。
CF是指与特定包装材料相接触的食品占食品总摄入量的百分数，由于目前仅有部分接触材料的CF值，基于安全评估，对于其他暂无该值的包装材料，取CF的值为1，故本文CF值取1。
1.3.10 结果判断
当化学物的暴露水平低于TTC阈值时，不需要引起健康关注；反之，则需要对该化学物进行进一步毒理学评价或个案评估[19]。
2 结果与分析
2.1 超声时间的优化
由图1可见，在超声时间为0～20 min时，乙腈对蛋糕中的D4～D6的提取能力是逐渐增大，但在超声时间为20～60 min时，乙腈对蛋糕中的D4～D6的提取能力达到最大，基本饱和，故选择超声时间20 min 为最优提取时间。
图1 超声时间对蛋糕中D4～D6提取能力的影响
Fig.1 Influence of ultrasonic time on extraction of D4-D6 from cake
2.2 提取次数的优化
由图2可知，随着重复提取次数的增加，乙腈对蛋糕中的D4～D6的提取效果会增强，但在第3次和第4次提取时，乙腈对D4～D6的提取效果基本不变，这满足一般提取规律。本文选择重复超声提取3次为最优提取次数。
图2 超声提取次数对蛋糕中D4～D6提取效果的影响
Fig.2 Influence of ultrasonic extraction times on extraction of D4-D6 from cake
2.3 方法验证
D4～D6在0.12～3.00 μg/mL线性良好，回归方程分别为: Y=26.663X-722.55、Y=26.663X-722.55和Y=26.663X-722.55，相关系数R2≥0.996 9， 扣除空白背景后，其检出限(信噪比为3)分别为3.10、3.29和6.96 ng/mL，定量限(信噪比为10)分别为10.33、10.97和23.20 ng/mL。
在加标回收试验中，D4～D6的回收率为86.10%～104.62%，相对标准偏差(RSD)为3.16%～7.53%，这表明该方法对硅橡胶中D4～D6的定量具有较好的可信度。
2.4 蛋糕中D4～D6的含量
经检测，发现铝合金模具烘培的蛋糕中未检出D4～D6，而由硅橡胶模具烘培的蛋糕检出D4～D6，这说明了蛋糕中D4～D6来自硅橡胶模具，这可能由于D4～D6具有亲脂性，在高温条件下硅橡胶中D4～D6容易迁移至蛋糕中。由表1看出，底部的蛋糕中D4～D6的含量分别为2.04、7.32和6.20 mg/kg，而边缘的蛋糕中D4～D6含量分别为0.67、3.23和3.62 mg/kg。可见，边缘的蛋糕与硅橡胶模具的接触面积(侧面和底面)比底部的蛋糕的接触面积大，但其D4～D6的含量却低于底部的蛋糕，其含量分别是底部的蛋糕的0.33、0.44和0.58倍。这可能是由于蛋糕在烘培过程中会膨胀，内部形成大小不一的气孔，对迁移出来的D4～D6具有一定的滞留作用，进而在蛋糕底部积累较多的D4～D6，而边缘的蛋糕在烘培过程中直接承受的温度比蛋糕底部的温度高，这会加速边缘的蛋糕中油脂的挥发和抑制边缘的蛋糕的膨胀，进而降低了蛋糕对D4～D6的吸附能力，同时高温也会促进D4～D6的挥发，从而降低了边缘的蛋糕中D4～D6含量。低分子质量环硅氧烷具有挥发性，高温下会促进D4～D6的挥发，其中D4的沸点最低为175 ℃与焙烤温度相近，所以在烘培过程中边缘的蛋糕中的D4更容易逃逸，D5次之。整体的蛋糕中D4～D6的含量分别为1.16、4.10和3.30 mg/kg， 此含量低于底部的蛋糕，高于边缘的蛋糕，符合一般规律。由硅橡胶模具焙烤的蛋糕中D4～D6的总含量为8.56 mg/kg。相关研究[22]也表明，使用硅橡胶烘烤面包过程中，环硅氧烷会迁移到面包中。由此可测，在食品加工过程中，烤盘类硅橡胶中D4～D6会向食品中发生迁移，这可能对人体健康存在一定的健康风险，不可忽视。
表1 不同位置的蛋糕中D4～D6的含量
Table 1 The contents of D4-D6 in cakes at different locations
位置D4/(mg·kg-1)D5/(mg·kg-1)D6/(mg·kg-1)D4～D6/(mg·kg-1)边缘0.673.233.627.52底部2.047.326.2015.56整体1.164.103.308.56
2.5 D4～D6的TTC安全评估
由表2可知，经TTC法判断D4～D6均为Cramer Ⅲ类结构。由MUNRO[23-24]建立的阈值作为TTC阈值标准，故D4～D6的阈值为90 μg/d，见表3。
表2 D4～D6的TTC安全评估
Table 2 The TTC security evaluation of D4-D6
组分英文名化学式分子质量沸点CAS号结构式TTC法分类八甲基环四硅氧烷dimethylcyclotetrasiloxaneC8H24O4Si4296.62175 ℃556-67-2Cramer Ⅲ十甲基环五硅氧烷decamethylcyclopentasiloxaneC10H30O5Si5370.77210 ℃541-02-6Cramer Ⅲ十二甲基环六硅氧烷dodecamethylhexacyclosiloxaneC12H36O6Si6444.92245 ℃540-97-6Cramer Ⅲ
表3 不同分类化合物的TTC阈值
Table 3 The TTC thresholds of different compounds
TTC的类型TTC值/(μg·d-1)TTC值/[μg·kg-1(b.w.)]*Cramer Ⅲ901.5Cramer Ⅱ5409.0Cramer Ⅰ1 80030
注：*表示TTC阈值设定以60 kg体重进行计算的。b.w.表示体重。
以由硅橡胶焙烤模具烘焙的蛋糕中D4～D6的总迁移量来计算EDI值，可得边缘蛋糕中D4～D6的总EDI值、底部蛋糕中D4～D6的总EDI值和整体蛋糕中D4～D6的总EDI值分别为55.65，115.14和63.34 μg/d。该结果与TTC阈值作比较，发现边缘蛋糕中D4～D6的总EDI值和整体蛋糕中D4～D6的总EDI值
3 结论
本文通过用硅橡胶模具和铝合金模具烘培蛋糕；采用溶剂提取-气质联用法，以乙腈为提取溶剂在优化超声提取时间为20 min和提取次数3次下对蛋糕进行前处理，建立对硅橡胶模具烘培的蛋糕中D4～D6含量的简便快速检测方法。采用本文建立的方法检测的蛋糕中D4～D6的含量，发现由铝合金模具焙烤的蛋糕中未检测出D4～D6，而由硅橡胶模具焙烤的蛋糕中D4～D6含量分别为1.16、4.10和3.30 mg/kg。TTC法认为D4～D6属于Cramer Ⅲ类物质，蛋糕中D4～D6的总EDI值低于TTC阈值。这表明该方法可有效简捷检测蛋糕中D4～D6的含量，同时食品接触材料硅橡胶焙烤模具中D4～D6在加工过程中迁移到食品中的安全性不可忽视，需进一步研究硅橡胶中D4～D6迁移到蛋糕中各个位置的具体状况和焙烤用油量对硅橡胶中D4～D6迁移的影响以及D4～D6的相关毒理学。
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