《Food Packaging and Shelf Life》：Migration of volatile compounds from reusable coffee capsules are safe for the consumers?
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：全球咖啡消费量的增长推动了单剂量系统的普及，由此产生了大量环境废弃物。由聚丙烯（PP）制成的可重复使用塑料胶囊作为一种可持续解决方案应运而生，但其在高温高压冲泡条件下的化学安全性在很大程度上仍未得到充分研究。本研究评估了四种市售可重复使用胶囊模型中挥发性有意
：全球咖啡消费量的增长推动了单剂量系统的普及，由此产生了大量环境废弃物。由聚丙烯（PP）制成的可重复使用塑料胶囊作为一种可持续解决方案应运而生，但其在高温高压冲泡条件下的化学安全性在很大程度上仍未得到充分研究。本研究评估了四种市售可重复使用胶囊模型中挥发性有意添加物质（IAS）和非有意添加物质（NIAS）的迁移情况。迁移试验直接在商用意式浓缩咖啡机内使用食品模拟物进行，以模拟家庭使用场景。研究人员对第一次和第三次迁移提取液进行了分析。鉴定出的IAS包括抗氧化剂如丁基羟基甲苯和3,5-二叔丁基-4-羟基氢化肉桂酸甲酯，以及增塑剂如2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇二异丁酸酯和己二酸二(2-乙基己基)酯；而NIAS主要包括降解产物如2,6-二叔丁基苯醌和7,9-二叔丁基-1-氧杂螺(4,5)癸-6,9-二烯-2,8-二酮。所有鉴定出的迁移物含量均远低于各自的特定迁移限量（SML）。迁移水平在第三次使用后普遍下降，表明材料具有稳定性。此外，“机器空白”试验揭示咖啡机本身对挥发性化合物迁移有显著贡献。这些可重复使用胶囊对消费者使用是安全的，但未来的风险评估应综合考虑胶囊和机器部件带来的联合化学暴露。
论文解读文章：
一、研究背景与问题提出
咖啡作为全球消费量最大的饮品之一，其日均消费量已从2012年的约14亿杯增长至目前的约30亿杯。随着咖啡冲泡技术从手工方式向机器化系统演进，单剂量胶囊系统彻底改变了市场格局。然而，一次性胶囊在使用后被丢弃，产生大量垃圾填埋废弃物，且许多铝制或塑料胶囊未能得到妥善回收，对可持续性构成严峻挑战。为应对这一问题，胶囊制造商开发了可重复使用选项作为“最可持续”的解决方案之一。这些通常由聚丙烯（PP）或硅胶制成的塑料替代品可重复填充消费者偏好的咖啡粉，并可重复使用多达80次。尽管其提供了环保且经济高效的方案，但在高温高压下的重复使用引发了关于化学安全和物质迁移的重大关切。
迁移被定义为物质因浓度梯度从包装材料向食品中的质量转移。在意式浓缩咖啡冲泡过程中，热加压水（通常为60°C至90°C）与塑料胶囊接触会加剧这一过程。关注化学品大致分为有意添加物质（IAS）和非有意添加物质（NIAS）。IAS包括抗氧化剂、增塑剂和紫外线稳定剂等技术添加剂；NIAS则包括原料中的杂质、反应中间体以及添加剂或聚合物在制造或高温使用过程中降解产生的分解产物。欧盟法规（EU）No. 10/2011为拟接触食品的塑料材料制定了具体要求，包括特定迁移限量（SML）和总迁移限量（OML）。对于咖啡胶囊等重复使用物品，法规要求通过三次连续测试验证合规性，确保第三次提取的迁移水平不超过第一次。
尽管已有既定监管标准，但目前关于市售咖啡胶囊迁移的科学研究仍然有限。已有研究多集中于一次性咖啡胶囊，涉及PET和PBT低聚物、BHT、二苯甲酮、邻苯二甲酸二异丁酯以及全氟烷基物质和多氟烷基物质（PFAS）等，但尚无研究评估可重复使用咖啡胶囊的潜在物质迁移。因此，本研究旨在提供市售可重复使用咖啡胶囊使用安全性的数据。
二、研究设计与技术方法
研究人员从亚马逊购买了四种市售可重复使用咖啡胶囊样品，均兼容Dolce Gusto咖啡机，容量约为5克咖啡粉。其中两种胶囊（F和L）制造商声称过滤器由不锈钢制成，分别由硅胶和聚丙烯制成；另外两种胶囊（FO和N）配备塑料过滤器，由聚丙烯制成。迁移试验依据欧盟法规（EU）10/2011附件V进行，选择食品模拟物C（20%乙醇），因为咖啡属于“清饮料”类别且pH值大于4.5。不同于其他食品接触塑料材料，本研究直接在Dolce Gusto咖啡机中使用可重复使用胶囊进行迁移测试，将咖啡机水箱装满食品模拟物，收集约40mL样品并进行重量控制，以最真实地再现家庭使用场景。为评估“重复使用”合规性，研究人员收集并分析了第一、第二和第三次迁移试验的提取液，每次试验进行三次独立重复。此外，在所有情况下均进行了“机器空白”试验，即不放置可重复使用胶囊而仅让模拟物通过咖啡机，以排除咖啡机本身的迁移贡献。
分析采用固相微萃取-气相色谱-质谱联用（SPME-GC/MS）技术。研究人员优化了SPME条件，比较了PDMS和DVB/CAR/PDMS两种纤维在60°C、70°C和80°C温度及10、15和20分钟提取时间下的表现，最终选定PDMS纤维、60°C、15分钟作为最优条件。化合物鉴定使用NIST化学网络书谱库（匹配度>85%），并与实验室可用标准品谱图比对，通过正构烷烃（C10至C30）标准溶液测定科瓦茨保留指数以辅助确认。定量分析基于可用标准品建立校准曲线，迁移数据以μg/dm2表示，考虑收集的模拟物体积约40mL和胶囊表面积为0.8417 dm2。
三、研究结果
3.1 SPME-GC/MS条件的优化
研究人员在60°C、70°C和80°C（15分钟）下对两种SPME纤维类型（PDMS和DVB/CAR/PDMS）和四种胶囊类型进行了迁移提取液分析。结果表明，DVB/CAR/PDMS纤维鉴定出的化合物数量少于PDMS纤维，因此选择PDMS纤维进行进一步优化研究。在提取时间优化中，10、15和20分钟在60°C下比较，总体而言15分钟提取时间获得最多化合物数量和最大峰面积。最终确定SPME分析条件为：PDMS纤维、60°C、15分钟。
3.2 迁移提取液的SPME-GC/MS分析
在优化分析条件后，研究人员分析了第一次、第二次和第三次迁移试验获得的提取液。同时分析“机器空白”以排除仅来自咖啡机的挥发性化合物迁移。表1列出了迁移研究中初步鉴定的挥发性化合物，包括其CAS号、适用SML及在食品接触塑料行业的主要应用。共鉴定出23种化合物，涵盖IAS和NIAS类别。IAS包括BHT（SML为500 μg/dm2）、TXIB（SML为833 μg/dm2）、邻苯二甲酸二异丁酯（SML为10,000 μg/dm2）、DEHA（SML为3000 μg/dm2）和奥克立林（SML为8.33 μg/dm2）等。NIAS主要包括2,6-二叔丁基苯醌和7,9-二叔丁基-1-氧杂螺(4,5)癸-6,9-二烯-2,8-二酮，两者均为Irganox 168的副产物或降解化合物。
定量结果显示，四种胶囊类型中检测到9至16种迁移挥发性化合物。L胶囊表现出最大的迁移量，特别是在第一次迁移中2,4-双(二甲基苄基)苯酚和DEHA等IAS化合物以及2,6-二叔丁基苯醌和邻苯二甲酸双(6-甲基庚基)酯等NIAS化合物的迁移量突出。F胶囊的迁移浓度总体较低，其中2,4-双(二甲基苄基)苯酚和2,4-二叔丁基苯酚浓度最高。N胶囊除三种化合物外浓度较低，其中2,4-二叔丁基苯酚（IAS）和7,9-二叔丁基-1-氧杂螺(4,5)癸-6,9-二烯-2,8-二酮（NIAS）在第三次迁移中表现突出，但迁移值仍非常低。FO胶囊在定量化合物中也显示低浓度。
“机器空白”分析鉴定出多种IAS，包括两种常见的紫外线过滤添加剂（2-乙基己基水杨酸酯和胡莫柳酯）、增塑添加剂（邻苯二甲酸二异丁酯和1-十八醇）以及外部润滑剂（十八烷酸）。奥克立林作为具有SML（8.3 μg/dm2）的紫外线吸收添加剂，在“机器空白”中的半定量浓度比SML低100倍。NIAS方面，鉴定出2,6-二异丙基萘等化合物，其在可重复使用胶囊中未检出。
3.3 可重复使用胶囊的使用安全性
研究结果表明，所有鉴定和定量的挥发性化合物均未超过欧盟法规（EU）No. 10/2011规定的SML，实际值远低于这些限值。例如，BHT在L_m1/L_m3和FO_m1提取液中的浓度分别为1.06 μg/dm2和0.96 μg/dm2，远低于500 μg/dm2的SML；TXIB和十六烷酸低于定量限（LOQ）（0.01 μg/dm2），远低于其SML（分别为800 μg/dm2和10,000 μg/dm2）；DEHA在L_m1提取液中迁移量为0.23 μg/dm2，而其SML为3000 μg/dm2。“机器空白”中具有SML的化合物同样均低于限值。四种可重复使用胶囊之间未观察到显著差异，表明使用不锈钢或塑料过滤器对挥发性化合物迁移没有贡献。总体而言，正如重复使用材料的预期，挥发性化合物的迁移在后续使用后下降，所有情况下迁移量均不构成消费者健康风险。
四、讨论与结论
研究讨论指出，鉴定出的化合物可分类为IAS和NIAS。IAS包括用于塑料工业的十八烷酸和单硬脂酸甘油酯、用作抗氧化剂和热稳定剂的2,4-双(二甲基苄基)苯酚、用作增塑剂的DEHA、广泛用于食品包装材料的合成酚类添加剂2,4-二叔丁基苯酚、用作抗氧化剂的Ralox35、用作偶联剂的TEOS以及BHT。NIAS包括TXIB（非PP塑料中使用的增塑剂，可能来自交叉污染或降解过程）、邻苯二甲酸双(6-甲基庚基)酯（非PP制造中使用的增塑剂）、7,9-二叔丁基-1-氧杂螺(4,5)癸-6,9-二烯-2,8-二酮（抗氧化剂降解产物）、十八烷酸乙酯（降解反应产物）和2,6-二叔丁基苯醌（抗氧化剂如Irganox-168的降解产物）。佳乐麝香作为增香剂在L胶囊中鉴定出，可能为法规未列出的添加剂或可能的NIAS。
研究结论指出，在使用食品模拟物（20%乙醇）并在最接近此类咖啡机实际制备咖啡的条件下进行迁移测试后，所研究的可重复使用胶囊均未超过法规规定的SML。因此，就鉴定、定量和半定量的挥发性化合物而言，在咖啡机中使用这些可重复使用胶囊不应构成消费者健康风险。然而，仍需进一步研究评估非挥发性化合物的迁移。此外，鉴定出一些已授权但无SML的IAS以及由降解和/或相互作用反应产生的NIAS，其中部分化合物已在其他类型塑料食品接触材料的类似迁移研究中被鉴定。未来研究可扩展至使用食品模拟物D1（50%乙醇）评估研磨咖啡中油脂、风味化合物等亲脂性物质的潜在迁移。四种可重复使用胶囊之间未观察到显著差异，表明不锈钢或塑料过滤器的使用不贡献挥发性化合物迁移。最后，咖啡机本身由塑料制成并与食品模拟物接触，表现出挥发性化合物迁移，建议未来研究综合考虑不同咖啡机组件（如水箱、胶囊支架）和可重复使用咖啡胶囊组件（如过滤网、杯体、密封圈）的联合信号，因为消费者在制备机器咖啡时同时暴露于两种材料。该研究发表于《Food Packaging and Shelf Life》。
