有机磷酸酯（OPEs）是一类应用于商业产品中的阻燃剂，也被用作食品包装材料中的粘合剂和涂层剂，由于其并非化学键合于聚合物中，易释放到环境中，并因亲脂性在食物链中积累，进而在食品中被检出。目前的风险评估仅考虑生鲜食品样品，且仅关注母体OPE化合物，然而人类消费的大部分食品均经过烹饪加工。因此，研究人员旨在研究六种代表性OPE（TBOEP、TPHP、TDCIPP及其各自的二酯）在水、蜂蜜、鸡胸肉和鲑鱼中的热降解情况，并阐明烹饪过程中其降解产物。在模型水溶液体系中，研究发现三酯OPE在100 °C下显著降解，并通过水解形成相应的二酯，而在70 °C下未观察到降解。其中TPHP降解速率最高，半衰期为29.9分钟。在三种食品基质中，降解速率较慢，且趋势与模型溶液中的观察结果不同。研究人员应用非靶向分析（non-targeted analysis）来鉴定不同加热基质中形成的未知降解产物，发现在加热过程中形成了一系列未知化合物。该研究结果表明，降解反应具有特定于每种OPE及所涉及食品基质的特征。
论文解读：水与食品基质中有机磷酸酯（OPEs）的热降解及降解产物研究
研究背景与问题提出
有机磷酸酯（Organophosphate Esters, OPEs）常作为阻燃剂和增塑剂用于商业产品，也作为粘合剂和涂层剂用于食品包装材料中。由于OPEs并非以化学键结合于聚合物，易释放到环境中，并因其亲脂性（lipophilicity）在环境中积累并沿食物链传播，进而污染食品。现有研究已在多种食品中检出OPEs，浓度范围约为1至80 ng g–1ww，并据此评估了通过饮食对人类暴露于OPEs的情况。例如，在蒙特利尔购买的生鲜鸡胸肉、鱼类和黄油样品中，TBOEP、TPHP和TDCIPP是检出率最高的OPEs之一。目前加拿大尚未制定食品中OPEs的最大残留限量（Maximum Residue Limits, MRLs），但表征和定量食品样品中的OPEs及其代谢物对于后续风险评估和保障消费者食品安全至关重要。文献中的毒学研究指出，OPEs会对人类神经和认知系统产生不良健康影响，影响儿童发育行为，并具有内分泌干扰作用。
然而，当前关于OPEs降解反应的报道有限，涉及热降解、光降解、水解和生物转化等；大多数阻燃剂化合物降解研究涉及远高于典型烹饪条件的温度，且几乎无关于食品基质中此类阻燃剂化合物降解的信息。在先前对蒙特利尔食品的研究中，观察到热加工食品（如面包）中OPEs代谢物（相应二酯）与OPEs的比率较高，表明热加工可能导致三酯母体OPE的潜在降解。但总体而言，OPE研究局限于生鲜食品样品，而人类消费的大部分食品是经过烹饪的。此外，水模型已被用于研究烹饪温度下抗生素和抗菌剂的降解产物，但这些降解产物的毒性和暴露水平往往未知，部分降解产物甚至显示出比母体化合物更高的毒性。因此，识别未知降解产物对于更好的暴露评估和毒性测试非常重要。
基于上述背景，研究人员开展了本研究，目的包括：（i）研究三种目标OPE及其二酯代谢物在模型水溶液和三种不同食品基质（蜂蜜、鸡胸肉、鲑鱼）中加热条件下的降解反应；（ii）考察加热温度对这些化合物降解动力学的影响；（iii）应用非靶向分析（non-targeted analysis）阐明可能的新型降解产物。
主要关键技术方法
研究人员选取了六种目标OPE标准品（TBOEP、BBOEP、TPHP、DPHP、TDCIPP、BDCIPP）及相应氘代内标，样品包括模型水溶液、蒙特利尔本地购买的蜂蜜、鸡胸肉和鲑鱼。水样和5%蜂蜜水溶液置于水浴中在70 °C和100 °C下加热不同时间（0、30、60、90、120、240分钟），鸡肉和鲑鱼均质化后加标，在100 °C下加热0、60、240分钟，并开展加热后基质重加热实验。提取方法：蜂蜜样品采用直接进样法，鸡肉和鲑鱼采用甲醇提取、涡旋、超声、离心及PTFE过滤。仪器分析采用液相色谱-四极杆飞行时间质谱（LC-QTOF），配备C18柱，在电喷雾电离正模式（ESI+）和负模式（ESI–）下分析，流动相分别为含0.1%甲酸的水/甲醇和含5 mM乙酸铵的水/甲醇。方法验证通过 procedual blanks 确定检出限（LOD）和定量限（LOQ），食品基质采用基质匹配校准曲线，并计算基质效应。数据分析使用Agilent MassHunter进行靶向定量与定性，一级降解动力学模型计算速率常数k和半衰期t1/2，非靶向分析通过Profinder分子特征提取、Mass Profiler Professional折叠变化与火山图分析筛选特征，结合靶向MS/MS与SIRIUS软件进行结构确证，统计采用SPSS进行配对样本T检验（p<0.05为显著）。
研究结果
3.1 质量保证与质量控制（QA/QC）
研究人员通过主成分分析（PCA）图验证QC样品的位置，显示QC样品明显聚集，表明分析具有重现性，数据可用于非靶向分析。方法学验证显示，模型水溶液中6种目标OPE在10至200 ng mL–1范围内线性良好（R2> 0.97）；食品基质中因鸡肉和鲑鱼基质信号抑制（基质效应 < 50%），采用1至200 ng mL–1基质匹配校准曲线，%RSD低于38.8%。食品基质提取回收率除鸡肉中TDCIPP为152 ± 83.6%外，其余均在81.6 ± 3.63%至125 ± 17.0%可接受范围内。6种内标的保留时间精度RSD低于1.1%，质量精度在3.8 ppm内，表明仪器在两种ESI模式下无显著时间与质量漂移。
3.2 模型水溶液中目标OPE的降解及动力学
在模型水溶液中，70 °C下6种目标OPE均未显著降解；100 °C下，三种三酯OPE（TBOEP、TPHP、TDCIPP）均显著降解，而二酯BBOEP和DPHP未显著降解，BDCIPP在120分钟后显著降解。TPHP降解百分比最高，240分钟加热后超过99%；TBOEP在90分钟后降解趋势变缓，浓度无显著变化。TPHP的降解速率常数k为0.0234 min–1，半衰期为29.9分钟；TDCIPP的k为0.00327 min–1，半衰期为218分钟；TBOEP降解符合一级动力学但R2较低（0.0334），未计算明确半衰期。该研究显示烹饪温度范围内水模型中OPE降解为首次报道，趋势与20 °C下35天的OPE水解研究一致：芳基-OPE（TPHP）在碱性pH下降解最低稳定性，其次为氯代-OPE（TDCIPP），TBOEP较稳定。三酯OPE热降解通过水解形成相应二酯，DPHP生成量超过300 ng mL–1，BBOEP和BDCIPP生成量低于6 ng mL–1；未检测到单酯，与“三酯 >> 单酯 > 二酯”水解反应性一致。二酯OPE毒性方面，DPHP的脂质归一化生物富集因子高于TPHP超10倍，且大鼠经口LD50更低，提示二酯降解产物可能比母体化合物生物富集性更强、毒性更高。
3.3 不同食品基质中目标OPE的降解及动力学
在食品基质中，100 °C下蜂蜜基质中TBOEP和TPHP显著下降（–20.3 ± 6.67%、–18.9 ± 2.94%），TDCIPP未显著降解；二酯中DPHP显著上升，BDCIPP下降超75%，BBOEP无显著降解。70 °C下蜂蜜中TBOEP、TPHP和BBOEP均显著下降，表明蜂蜜组分引发了非高温降解反应。动力学方面，蜂蜜中TBOEP的k与模型水溶液相似，TPHP的k降低超30倍（0.0006 min–1），可能与蜂蜜pH约4.1降低水解速率有关；BDCIPP的k增加，提示其降解可能涉及非水解反应或与蜂蜜组分反应，为首次报道BDCIPP在非生物基质中降解。鸡肉和鲑鱼基质中，100 °C下TBOEP和TPHP均显著下降，鸡肉中降解百分比（56.7 ± 4.12%、45.7 ± 2.99%）为鲑鱼中两倍以上，降解速率也为鲑鱼中三倍以上；鸡肉中DPHP显著上升119 ± 13.1%，鲑鱼中无显著变化，可能与OPEs的亲脂性使其在鲑鱼脂质中分配，对水解反应产生保护效应有关。BDCIPP在鸡肉和鲑鱼中均显著下降（59.8 ± 6.50%、65.4 ± 4.80%），k与模型水溶液接近，提示其降解可能独立于基质水分、脂肪和内容pH。TBOEP在鸡肉中k高于模型水溶液，BBOEP在鲑鱼中加热后浓度上升5.82 ± 0.575%，表明与特定基质相互作用有关。
3.4 模型水溶液中热降解产物的非靶向分析
研究人员对模型水溶液中100 °C下降解的TBOEP、TPHP、TDCIPP和BDCIPP进行非靶向分析，通过折叠变化与火山图分析筛选特征，排除空白中检出的特征，并要求化学式匹配得分80以上。TBOEP的降解产物中，BBOEP和BTBOEP（bis(2-butoxyethyl) 2-hydroxyethyl phosphate, TBOEP-DP2）通过保留时间和MS/MS碎片比对标准品确证（BTBOEP为1级置信度），另发现烷基化产物BBOEP（TBOEP-DP3）及可能的羟基化侧链产物（TBOEP-DP4）。TPHP的降解产物中仅DPHP被确证，未提出其他结构，可能与热降解机制较生物转化更复杂（如羧化或羟基化）有关。TDCIPP的降解产物中仅BDCIPP被确证。BDCIPP的降解产物质量均高于母体，包括可能的长侧链结构（BDCIPP-DP4, m/z 691.5983, C40H83O6P），部分产物化学式含多个磷原子，提示OPE可能在加热过程中相互反应形成更复杂的产物。
3.5 食品基质中OPE相关热降解产物的非靶向分析
食品基质中观察到不同且独特的降解产物，未在空白、非加标和非加热样品中检出，且文献中无报道。蜂蜜、鸡肉和鲑鱼中分别发现新的含磷化合物（如H100-DP5, m/z 233.0427, C5H13O8P；H70-DP2, m/z 298.9405, C6H12Cl3O5P；C100-DP1, m/z 170.9614, C3H6ClO4P等），表明OPE与食品基质相互作用可形成新型降解产物；部分产物结构类似于母体OPE侧链，提示脱离的侧链可能与其它OPE或食品基质进一步反应。这些结果虽未确证结构，但有助于预测热加工下OPE的反应，并显示非靶向工作流程可有效确定复杂基质中的未知化合物。
3.6 加热鸡肉和鲑鱼基质对OPE降解的影响
研究人员通过比较加标于未加热和加热后基质（100 °C加热240分钟）中OPE的降解百分比，发现BBOEP、TPHP、TDCIPP和BDCIPP在两种基质中无显著差异（p > 0.05），表明这些OPE未被困于加热后的基质中；TBOEP在鸡肉和鲑鱼加热后基质中降解百分比显著降低（p < 0.01），提示需进一步研究TBOEP与熟肉基质的特定相互作用；DPHP在鲑鱼基质中差异显著（p < 0.05）是由于浓度显著上升，与TPHP长期加热生成更多DPHP一致。总体而言，大多数OPE的可检测性不受基质加热构象变化影响，与先前认为加标样品变异性高的建议不同；研究均质化样品使反应和速率在食品基质中均质。
讨论与结论总结
该研究总结了以下结论：TBOEP、TPHP和BDCIPP在100 °C下于模型水溶液和三种食品基质中均降解；确证三酯OPE通过水解形成二酯；食品基质中的降解可能涉及更复杂机制，形成一系列当前文献未知的替代降解产物，这些化合物在现有风险评估中未被考虑。本研究首次报道二酯OPE的降解，显示部分二酯（如BDCIPP）在加热下可降解；首次研究了食品基质中热加工下OPE的半衰期，范围小于1小时至1天，远短于环境基质中的数天至数月，表明OPE在加热食品中稳定性低得多。但由于缺乏标准品，所提出的降解产物结构未能确证；非靶向分析显示烹饪过程可产生一系列未知化合物，其性质和毒性需未来研究；OPE与食品基质的具体相互作用可进一步研究以识别降解产物。研究采用极端条件（加热长达4小时、高加标水平）评估OPE降解及产物生成的最坏情况；三种不同侧链化学的三酯OPE在不同基质中降解速率不同，可生成多种未知化合物，降解反应具有化合物和基质依赖性，因此实验结果不应直接外推至其它食品基质，需特定实验测试OPE与食品基质的可能相互作用。研究OPE降解反应的结果可促进通过饮食暴露的更准确评估。
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