《Food Chemistry》：Hazardous migrants from food contact materials by
in vitro as well as planar bioassays and high-resolution mass spectrometry
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為解決食品接觸材料(FCMs)中大量未知、未經毒理學研究的非有意添加物質(NIAS)向食品遷移并威脅消費者健康的問題，研究人員開發并應用了非靶向效應導向分析(EDA)策略，對四種咖啡外帶杯和兩種餐食外帶盒的浸出物進行了綜合評估。研究利用體外和平面生物測定結合高分辨質譜(HPTLC-UV/Vis/FLD-EDA-HRMS)，在浸出物中檢出了具有內分泌干擾、細胞毒性、基因毒性和二噁英樣活性的物質，并初步鑒定出2,5-二羥基環己-2,5-二烯-1,4-二酮、4-辛基酚、鄰苯二甲酸二丁酯、(羥乙基)甲基丙烯酸酯和1,6-己二醇二甲基丙烯酸酯等多種危害化合物，揭示了一次性纖維素基食品包裝的潛在健康風險。
您手中的咖啡外帶杯、午餐打包盒，這些日常隨處可見的一次性食品包裝，在為生活帶來便利的同時，也可能悄悄地將有害物質“送”入您的食物中。食品接觸材料種類繁多，從塑料、紙張到復合材料，其中可能含有成千上萬種化學物質。當前法規和常規的靶向分析主要關注已知的有害物質，但大量非有意添加的未知化合物如同“隱形乘客”，其毒性和健康風險仍是一片空白。尤其隨著新冠疫情后外賣和便攜食品消費的激增，對可降解、環境友好型包裝材料的需求上升，但這些材料的安全性是否真的如其宣傳那般可靠，正受到越來越多的質疑。在此背景下，由Anne E. Ringelmann等人組成的研究團隊開展了一項深入研究，旨在系統評估常見一次性食品包裝中危害物質的遷移情況及其潛在健康風險。相關研究成果發表在食品科學領域的權威期刊《Food Chemistry》上。
為了全面評估風險，研究人員選取了市售的四種咖啡外帶杯和兩種餐食外帶盒作為研究對象。他們首先通過衰減全反射傅里葉變換紅外光譜(ATR FT-IR)確認了樣品材質，均為纖維素基材，其中咖啡杯內壁涂有聚乙烯。研究核心采用了兩套互補的策略：一是傳統的體外生物測定法，用于獲取浸出物混合效應的總和活性；二是更先進的平面生物測定法，其將高效薄層色譜分離與生物測定相結合，能夠區分混合物中單個化合物的效應。研究模擬了真實使用條件，分別使用乙醇（模擬脂類食品）和超純水（模擬親水性食品）作為食品模擬物，在70°C或20°C下進行不同時長（5-120分鐘）的遷移實驗，并對浸出物進行不同倍數的富集。隨后，利用包括微毒性試驗（檢測基線毒性）、Ames波動試驗（檢測致突變性）、酵母報告基因試驗（檢測雌激素、雄激素、抗雌激素、抗雄激素及二噁英樣活性）和TTR-TRβ-CALUX試驗（檢測甲狀腺激素轉運干擾活性）在內的多種體外生物測定進行評估。同時，應用平面微生物毒性試驗、平面SOS-UmuC試驗、平面細胞毒性試驗以及平面多重酵母拮抗劑驗證雌激素/雄激素試驗等一系列平面生物測定，在色譜分離的基礎上對單一化合物的毒性進行定位和區分。此外，研究還結合氣相色譜-化學電離-串聯質譜(GC-CI-MS/MS)和高液相色譜-電噴霧-四極桿飛行時間質譜(HPLC-ESI-QTOF-MS)對全氟和多氟烷基物質進行靶向和非靶向篩查。最關鍵的是，研究人員采用高效薄層色譜-電噴霧-高分辨質譜(HPTLC-ESI-HRMS)以及心臟切割洗脫/合并結合高效液相色譜-高分辨質譜的聯用技術，對平面生物測定中發現的活性化合物區帶進行初步鑒定，并通過購買標準品共分析進行驗證。
3. 結果
3.1. 體外生物測定
3.1.1. 體外微毒性試驗：結果顯示，不同浸出物的基線毒性存在差異且隨時間變化復雜。例如，咖啡杯A的水性和乙醇浸出物在120分鐘時表現出高毒性（EC50分別為7.0和7.4），而餐盒B和C的浸出物也顯示出不同程度的毒性。時間進程研究表明，毒性并非線性增加，表明不同物質在不同時間點遷移出來。
3.1.2. 體外Ames波動試驗：所有浸出物在有無代謝活化（S9）的條件下，對所用菌株均未顯示出致突變性。
3.1.3. 體外酵母報告基因試驗：所有測試的浸出物至少在一種內分泌干擾活性檢測中呈陽性。咖啡外帶杯浸出物普遍表現出較高的抗雌激素活性，而餐食外帶盒浸出物則主要表現為雌激素活性。此外，多數樣品還表現出不同程度的二噁英樣活性、抗雄激素活性及雄激素活性。
3.1.4. 體外TTR-TRβ-CALUX試驗：對部分乙醇浸出物的檢測表明，它們都具有與甲狀腺激素轉運蛋白競爭結合、從而干擾甲狀腺激素轉運的活性，其中咖啡杯A的浸出物活性最高。
3.2. GC-CI-MS/MS與HPLC-ESI-QTOF-MS分析
在餐食外帶盒B的堿水解提取物中檢測到高含量的6:2氟調聚醇(6:2-FTOH, 904 mg/kg)，其乙醇浸出物中檢出微量的6:2氟調聚酸(6:2 FTUCA)。咖啡杯浸出物中僅檢出極低含量的6:2-FTOH。這表明餐盒可能使用了氟調聚物基的側鏈聚合物。
3.4. 平面生物測定
平面生物測定憑借其內在的色譜分離能力，提供了更清晰、區分的效應譜圖。
3.4.1. HPTLC-平面微毒性生物測定：生物自顯影圖區分了抑制和增強發光的不同物質區帶，并顯示毒性效應隨遷移時間增加而增強。不同樣品的毒性物質譜圖存在差異。
3.4.2. HPTLC-平面SOS-UmuC-FLD生物測定：在多個浸出物中鑒定出基因毒性化合物區帶（主要在hRF80處），且在餐盒B和C的浸出物中最強。代謝活化（+S9）后，大部分基因毒性信號消失，表明發生了解毒。
3.4.3. HPTLC-平面細胞毒性-FLD/Vis生物測定：在餐盒B和C的浸出物中，于hRF40處發現了明顯的細胞毒性化合物區帶，驗證了此前在基因毒性測定中的推測。
3.4.4. HPTLC-平面多重YAVES/平面YAVAS-FLD生物測定：該多重測定能同時在一張板上區分激動劑和拮抗劑。結果明確顯示，餐盒B的浸出物在hRF35和47處有兩個雌激素活性區帶，而咖啡杯G和A的浸出物則在hRF63處有強烈的抗雌激素活性區帶。平面分離成功區分了樣品中同時存在的雌激素和抗雌激素等相反效應，避免了體外總和測定中可能發生的效應抵消。
3.4.5. 平面生物測定的劑量-效應曲線：對餐盒B的雌激素活性和咖啡杯G的抗雌激素活性繪制了劑量-效應曲線，并計算了近似ED50值，為評估消費者暴露的潛在危害提供了量化參考。
3.4.6. 初步ESI-HRMS鑒定及通過候選物共分析驗證：針對平面測定中發現的突出活性區帶，通過HPTLC-ESI-HRMS和正交二維色譜-質譜聯用技術進行初步鑒定，并通過購買標準品共分析確認了五種優先化合物：雌激素性的2,5-二羥基環己-2,5-二烯-1,4-二酮、4-辛基酚和鄰苯二甲酸二丁酯，細胞毒性的(羥乙基)甲基丙烯酸酯，以及基因毒性的1,6-己二醇二甲基丙烯酸酯。
4. 方法學比較與闡釋及5. 結論
本研究通過對比傳統的體外生物測定和新興的平面生物測定，凸顯了后者的優勢。平面生物測定僅需67倍富集，靈敏度更高，且憑借色譜分離能力，能有效區分混合樣品中的單個化合物效應、識別相反活性并減少基質干擾，從而提供更全面、準確的風險評估。通過聯用高分辨質譜，研究成功地從復雜的遷移物中鑒定出多種微量但具有明確生物活性的危害物質。
該研究得出結論，幾乎所有測試的六種食品接觸材料都釋放出具有基因毒性、細胞毒性、內分泌干擾性（雌激素、抗雌激素、抗雄激素）以及甲狀腺干擾潛力的物質。這揭示了一次性纖維素基食品包裝，無論是否帶有聚乙烯涂層，都可能成為消費者暴露于多種有害化學物質的來源。研究所開發的非靶向效應導向分析策略，特別是結合了平面分離、生物測定與高分辨質譜的聯用平臺，為系統篩查和鑒定食品接觸材料中未知的、非有意添加的危害物質提供了強有力的工具。研究結果強調，當前對“環保”一次性包裝的材料安全評估仍需加強，迫切需要更全面的非靶向監測策略和更嚴格的法規監管，以保障食品安全和消費者健康，未來應擴大對更多類型食品接觸材料的篩查。
