在大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的背景下，將消費(fèi)后回收聚對苯二甲酸乙二醇酯（Recycled PET，rPET）重新用作食品接觸材料受到越來越多的關(guān)注[1]。由于中國的塑料回收體系、消費(fèi)者的消費(fèi)行為與歐美國家有較大的差異性，來自歐美國家的rPET污染物調(diào)查數(shù)據(jù)可能并不適用于我國。若不對我國rPET中污染物的種類進(jìn)行充分調(diào)查并進(jìn)行科學(xué)的安全評估，則rPET在我國被作為食品接觸材料進(jìn)行同級回收循環(huán)利用就會(huì)存在潛在安全風(fēng)險(xiǎn)。

研究背景

聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）大量應(yīng)用于飲用水和飲料包裝行業(yè)，其大量使用和對消費(fèi)后rPET不合理的處理帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。回收再利用PET瓶子成為減輕環(huán)境污染的重要方案之一，受到全球的廣泛關(guān)注。歐盟規(guī)定到2025年，食品接觸用PET瓶子需含有至少25%的回收塑料，到2030年要達(dá)到30%[1]。然而，rPET中可能存在的化學(xué)物質(zhì)如食物殘留、回收過程引入的污染物和降解產(chǎn)物等，如不充分去除，可能會(huì)對消費(fèi)者的身體健康構(gòu)成潛在的威脅。為確保安全，歐盟和美國提出了通過挑戰(zhàn)測試來評價(jià)再生PET（rPET）的安全性。盡管已有歐盟、美國和日本等國家已批準(zhǔn)rPET用于食品接觸材料。然而，由于中國消費(fèi)者的消費(fèi)習(xí)慣、回收體系與歐美的差異較大。因此，亟需開展針對中國的rPET污染物水平研究，確立符合中國國情的替代污染物方案，為推進(jìn)落實(shí)rPET在中國被批準(zhǔn)用作食品接觸材料提供技術(shù)支持。

污染物水平調(diào)查中檢出的化合物數(shù)量眾多，需要快速篩選出其中的高風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)，這些高關(guān)注物質(zhì)能否高效快速去除是關(guān)系到rPET作為食品接觸材料安全使用的重要因素之一。因此，十分有必要開展再生PET中檢出物質(zhì)危害分級研究。

本研究基于UPLC-Q-TOF-MS技術(shù)分析并定性出rPET熱堿洗瓶片中的非揮發(fā)性有機(jī)化合物，利用毒理學(xué)數(shù)據(jù)庫、Cramer物質(zhì)分類和in-silicon測試潛在基因毒性結(jié)構(gòu)，根據(jù)關(guān)注程度對檢出物質(zhì)進(jìn)行危害分級研究，建立了快速識(shí)別出需高關(guān)注化合物的危害分級研究方法。通過建立的方法，可以快速高效低成本的識(shí)別出在rPET中檢出的非揮發(fā)性物質(zhì)中高關(guān)注物質(zhì)。

研究對象和技術(shù)方法

本研究共收集了來自中國13個(gè)省市的126批次rPET瓶片樣品，樣品由三家PET回收公司提供。原材料均來自消費(fèi)后的飲品PET瓶，所有樣品均經(jīng)過一系列回收處理流程，包括收集、去除污染物、水洗、去除金屬和標(biāo)簽、破碎、在堿性條件下熱洗以及干燥，但未采用如固態(tài)增黏（SSP）等進(jìn)一步的凈化技術(shù)，用到的技術(shù)手段和方法主要包括：

使用UPLC-Q-TOF MS和自建食品接觸材料數(shù)據(jù)庫對檢測出的非揮發(fā)性有機(jī)化合物進(jìn)行快速有效的定性和半定量，對正離子模式、負(fù)離子模式下檢出的非揮發(fā)性有機(jī)化合物分別進(jìn)行了研究。

使用毒理學(xué)數(shù)據(jù)庫SVHC、CMR、EDC、IARC和SML限值，結(jié)合Cramer分級篩選出非揮發(fā)性有機(jī)化合物中需要特別關(guān)注的高關(guān)注物質(zhì)。

基于in-silico分析具有潛在基因毒性結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，使用軟件OECD (Q)SAR Toolbox v4.5和Toxtree v3.1共同完成。通過10個(gè)與基因毒性相關(guān)的算法篩選出結(jié)構(gòu)上具有潛在基因毒性的結(jié)構(gòu)預(yù)警物質(zhì)，結(jié)合文獻(xiàn)分析對有結(jié)構(gòu)預(yù)警的物質(zhì)進(jìn)行確認(rèn)分析，最終篩選出具有潛在基因毒性的物質(zhì)。

▲ 本研究的圖片摘要

研究結(jié)果

rPET瓶片主要含有苯衍生物和寡聚物，這些成分可能是由于生產(chǎn)或使用過程中的不完全聚合和降解造成。

使用UPLC-Q-TOF-MS對126批次rPET瓶片中的非揮發(fā)性有機(jī)化合物進(jìn)行非靶向篩查，共定性出55種化合物，經(jīng)Classyfire分為苯衍生物、脂肪酸類、有機(jī)氮化合物、有機(jī)氧化合物、環(huán)狀寡聚物、線性寡聚物及其他物質(zhì)等7類。其中苯衍生物占比最大（25%），包含多種鄰苯二甲酸酯類增塑劑。另有環(huán)狀寡聚物（14%）和線性寡聚物（14%）、脂肪酸類化合物（11%）等。檢測頻率與保留時(shí)間分布如圖2b所示，苯衍生物濃度變化最小，而寡聚物濃度范圍最廣。寡聚物可能源于PET生產(chǎn)聚合不足、加工或使用時(shí)的降解。寡聚物分子量在254.079至768.1690 Da，出現(xiàn)頻率高，結(jié)構(gòu)相似。環(huán)狀寡聚物檢出情況與線性寡聚物類似。

▲ 圖二 (a)基于化學(xué)品類別的餅狀圖，(b)檢測頻率分布?xì)馀輬D，(c)按化學(xué)品類別分組的濃度分布

rPET含有多種高關(guān)注級別的潛在有害化合物，建議對其進(jìn)行有效監(jiān)控。

通過危害分級研究將所有物質(zhì)按關(guān)注度從高到低分為五個(gè)水平，水平V為最高，水平I為最低。水平V化合物占檢出物的9%（圖3a）包括鄰苯二甲酸二甲氧基乙酯等，均列于SVHC/CMR等數(shù)據(jù)庫，顯示潛在毒性風(fēng)險(xiǎn)，需關(guān)注其在rPET中的遷移。其中，米氏酮和4-硝基苯酚常用于制造染料，可能來源于回收過程中PET瓶未充分去除的標(biāo)簽[2]。在rPET中檢出鄰苯二甲酸酯可能由于回收過程中的交叉污染而引入的[3,4]。另有36%的化合物（20種）歸為水平IV，其中2-巰基苯并噻唑有致癌風(fēng)險(xiǎn)，1，3-二苯基胍可能具生殖毒性。環(huán)狀寡聚物也歸屬IV，以上物質(zhì)需要引起安全關(guān)注。由圖3c可知，關(guān)注等級為IV物質(zhì)的平均分子量更高。

▲ 圖三 (a)每一級化學(xué)品的比例，(b)每一級毒性數(shù)據(jù)庫中的化學(xué)品數(shù)量，(c)每一級化學(xué)品的分子質(zhì)量分布

潛在基因毒性化合物的篩選與評估重要性。

為排除不適合Cramer規(guī)則的基因毒性物質(zhì)，我們利用Toxtree v3.1和OECD (Q)SAR Toolbox v4.5對檢出物質(zhì)中的潛在基因毒性物質(zhì)進(jìn)行了篩選，僅當(dāng)兩種方法同時(shí)發(fā)出預(yù)警時(shí)，該化合物才被認(rèn)為具有潛在基因毒性。結(jié)果表明，水平V的米氏酮和4-硝基苯酚，以及等級II的2,4,5-三甲基苯胺均顯示具有潛在基因毒性結(jié)構(gòu)。米氏酮和2,4,5-三甲基苯胺的結(jié)果與已報(bào)道數(shù)據(jù)一致[5-8]，而4-硝基苯酚為非基因毒性化合物[9]。特別地，2,4,5-三甲基苯胺在多種算法中均顯示具有潛在基因毒性結(jié)構(gòu)，表明僅依賴數(shù)據(jù)庫的優(yōu)先化篩選可能不足以全面評估化合物的潛在基因毒性，如本文中的2,4,5-三甲基苯胺可能會(huì)被忽視。

▲ 圖4 基于OECD (Q)SAR v4.5和Toxtree v3.1的in silico潛在基因毒性模擬過程

參考文獻(xiàn)

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▲ 文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2024.141508