食品中PFAS的檢測：QuEChERS最佳前處理

依美國 FDA 研究之食品 PFAS 前處理方案

新興汙染物 PFAS (全氟/多氟烷基物質) 是一大類人工合成的氟化脂肪族化合物，自 1950 年代開始廣泛應用於工業和消費品中。PFAS 具有高度穩定性、持久、不易分解，因此被稱為「永久化學物質 (forever chemicals)」。近年研究顯示，PFAS 已在水、土壤和食物鏈中被普遍檢出，且對人類的健康有一系列的風險。

內容大綱

為何 PFAS 成為食品安全的新焦點？

PFAS (Per- and polyfluoroalkyl substances) 屬於內分泌干擾物質，與多種健康風險息息相關，包括免疫系統功能降低、生殖及發育影響、膽固醇升高、以及增加癌症的風險等。人體暴露於 PFAS 的來源主要包括飲用水和食物攝入，因此除了水質監控外，食品監測也成為全球關注的重點議題。

國際間已積極監測食品中的 PFAS 並進行風險評估，如美國 FDA (U.S. FDA) 自 2019 年起持續測試並發現 PFAS 已在多種食物樣品中被檢出，包括海鮮、肉類、乳製品和農產品；歐洲食品安全局 (EFSA) 在 2020 年也對食品中 PFAS 的風險進行了評估。

延伸閱讀： PFAS 在水樣分析中的檢測與去除策略

食品中的 PFAS 怎麼來？

PFAS 進入食品的主要途徑有兩種：環境累積和與食品接觸的材料。

1. 食物鏈累積 (Bioaccumulation)：PFAS 可經由受汙染的環境、水或生物污泥進入農作物、動物飼料、肉類和水產品中。由於 PFAS 具生物累積性，因此魚類和水產品的 PFAS 濃度相對較高，特別是如蛤蜊、牡蠣、貽貝等濾食性動物 (filter feeders)。
2. 食品接觸材料 (Food Contact Materials, FCM)：PFAS 因疏油、防水的特性，常被用作防油劑 (grease-proofers) 用於食品包材中，如紙袋、紙盒、紙杯等，而這些化學物質有可能從包材遷移 (migration) 到食物中。

目前食品包材現已成為全球監管的重點，例如，歐盟已將 PFAS 列為食品接觸材料 (FCM) 與包裝的重要管理重點，逐步限制含 PFAS 的食品包裝；美國 FDA 自2024 年 2 月起停止食品接觸用途的 PFAS 防油劑在美國市場銷售。

食品 PFAS 的國際法規及標準

歐盟 Regulation (EU) 2023/915已於 2023 年起實施管控特定食品中的四種主要 PFAS (PFOS、PFOA、PFNA、PFHxS) 的最高殘留限量 (maximum level)，如魚類、甲殼類、雙殼貝類、蛋品和肉類。

歐盟 Regulation (EU) 2023/915 的 PFAS 最高殘留限量標準：

* 特定魚種例：波羅的海鯡魚、鰹魚、狗魚、歐洲鯡魚、鰈魚、灰鯔魚、竹筴魚、海燈魚、河鱸魚、銀光魚、野生鮭魚、野生鱒魚、狼魚。

* 其他魚種例：鯷魚、鯉魚、白鯧、鰻魚、河魨、河鱸、白身魚、白魚等。

除歐盟 (EU) 外，美國聯邦法律 (federal regulation) 及台灣食藥署 (TFDA) 目前針對食品 PFAS 尚無正式統一之最高殘留限量。然而，環境部已公告 508 種 PFAS 為禁用之毒性化學物質，食藥署並明確指出不得核准其用於食品器具、容器及包裝之製造與運作。

食品中 PFAS 的檢測挑戰及解法

由於食品基質複雜 (富含脂質、蛋白質、醣類、色素等) 且 PFAS 的極低濃度檢測需求 (ppb, ppt級別)，導致食品中的 PFAS 分析極具挑戰。美國 FDA 建議採用 QuEChERS 作為食品樣品的前處理方法降低基質效應 (matrix effect)，如 FDA C-010.03。

QuEChERS 具備流程簡化、快速、溶劑用量少，且在多種基質上具有良好再現性等多重優勢，但面對複雜食品或需要極低定量極限時，單純的 QuEChERS 可能需要額外的純化步驟。FDA 方法建議使用弱陰離子交換 (WAX) SPE 管柱進行進一步淨化，以確保長鏈和短鏈 PFAS 的回收率和靈敏度符合要求。

• QuEChERS 優勢
  • 快速且多功能：流程快速、簡化，適用於多種複雜的食品基質，特別是蔬果、肉類和水產品。
  • 高效淨化：結合液液萃取和分散固相萃取 (dSPE) 技術，有助於去除脂肪和色素等干擾物。
  • 低耗材/溶劑：相較傳統法，QuEChERS 更節省溶劑、且更容易操作。

延伸閱讀：QuEChERS

食品中 PFAS 的檢測步驟

食品中 PFAS 分析通常參考美國 FDA C-010.03、USDA CLG-PFAS 2.04 等具體分析方法，以及 AOAC SMPR 2023.003、歐盟建議文件 EU 2022/1431 等國際指引與性能要求。下以美國 FDA「食品及飼料中30種全氟與多氟烷基物質檢測方法－液相層析串聯式質譜儀法」 (U.S. FDA Method C-010.03, Determination of 30 Per and Polyfluoroalkyl Substances (PFAS) in Food and Feed using Liquid Chromatography-Tandem Mass Spectrometry (LC-MS/MS)) 為例，食品中 PFAS 檢測主要分為 5 大步驟：

1. 樣品均質 (Homogenization)
   
   使用均質機或粉碎機打散樣品，確保樣品均勻、提高萃取效率及代表性。建議使用聚丙烯 (PP) 材質容器、避免使用任何 PTFE 或其他含氟容器。樣品均質後應立即加入同位素標記 (isotopically labeled) 標準液 (最後萃取液中濃度約為 1 ng/mL)，以校正回收率與基質效應。

2. QuEChERS萃取 (QuEChERS Extraction)
   
   使用乙腈 (Acetonitrile)、甲酸 (formic acid) 及MgSO₄/NaCl 萃取用粉劑 (QuEChERS salt packet)，充分振盪 (vortex) 萃取 PFAS。離心後取上清液 (supernatant) 至含 d-SPE 淨化粉劑 (d-SPE sorbent) 之15 mL 離心管，再次振盪、離心以去除共萃物 (co-extractives)。
    
   

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    * 對於乾燥或低含水樣品，均質後需加水使樣品重新含水 (rehydrate)，確保後續 QuEChERS 萃取效率。

3. SPE 淨化 (SPE Clean-up)
   
   以0.2 µm尼龍材質 (nylon) 針頭過濾器 (syringe filter) 過濾上清液後，再使用弱陰離子交換(WAX) SPE 管柱進一步純化，去除殘留的基質，如脂肪、色素等。
    
   * SPE 管匣：建議使用 Phenomenex Strata™-XL-AW 100 µm Polymeric Weak Anion 200 mg/6 mL。
    
   延伸閱讀：固相萃取 (SPE)

4. 濃縮回溶 (Concentration and Reconstitution)
   
   以氮氣濃縮裝置 (nitrogen evaporator) 在 60°C 進行濃縮 (concentration) ，以甲醇 (methanol) 回溶並加入內標準品 (NIS) 後，再以 0.2 µm尼龍材質 (nylon) 針頭過濾器過濾，準備上機分析。
    
   

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5. 分析與定量 (Analysis and Quantification)
   
   選擇 PFAS 分析適用管柱 (column) 以確保分離效率和解析度，並使用高效液相層析儀耦合串聯質譜儀 (LC-MS/MS) 進行分析。定量通常透過比較待測物與內標準品校正過程損失及基質效應，從而提高準確性。
    
   * 層析管柱：建議使用 Waters XBridge C18管柱，150 mm (長度) x 2.1 mm (內徑), 3.5 µm (粒徑)。

如何避免食品 PFAS 檢測的隱性污染？

PFAS 分析的可靠性取決於嚴格的污染控制。由於 PFAS 易吸附、難分解且普遍存在，即使是低 ppb、ppt 等級的微量污染也可能影響檢測結果，實驗室必須實施嚴格的零污染工作流程。

• 容器及設備：
  • 使用聚丙烯 (Polypropylene, PP) 材質容器。
  • 上機分析時，應使用 PP 材質的 vial 瓶，避免 PFAS 吸附到玻璃表面。
  • 避免使用含氟濾材如 PTFE、FEP、ETFE，應替換為 Nylon 材質的濾器。

• 溶劑與水質：
  • 必須使用經過 PFAS 測試的高純度 LC-MS 級溶劑 (如 Optima級)。
  • 實驗用水必須使用超純水 (如 Milli-Q® 水純化系統)，確保水中無可檢測的 PFAS。

• 避免使用含氟材料：
  • 檢測過程中應嚴格避免使用含氟聚合物的耗材及設備，如 PTFE、FEP 等。
  • 操作者應避免使用可能釋放 PFAS 的防水、防污衣物。

• 控制儀器系統污染：
  
  • 由於 LC 系統的幫浦、管線本身可能釋放 PFAS 背景污染，必要時建議安裝 PFAS 遲滯管柱 (delay column)，將來自儀器系統或流動相溶劑的背景 PFAS 隔離並延遲，降低干擾。

參考文獻

• S. FDA: Testing Food for PFAS and Assessing Dietary Exposure
• S. FDA: C-010.03 - Determination of 30 Per and Polyfluoroalkyl Substances (PFAS) in Food and Feed using Liquid Chromatography-Tandem Mass Spectrometry (LC-MS/MS)
• USDA: CLG-PFAS2.04 - Screening, Determination, and Confirmation of PFAS by UHPLC-MS-MS
• AOAC International: SMPR 2023.003 - Standard Method Performance Requirements for PFAS in Produce, Beverages, Dairy Products, Eggs, Seafood, Meat Products, and Feed
• European Union: Regulation (EU) 2023/915 of 25 April 2023 on maximum levels for certain contaminants in food and repealing Regulation (EC) No 1881/2006
• European Union: Regulation (EU) 2022/1431 of 24 August 2022 on the monitoring of perfluoroalkyl substances in food
• Agilent - Global PFAS regulations, guidance, and regulatory methods (ebook)
• S. FDA - Questions and Answers on PFAS in Food
• 環境部化學物質管理署：全氟及多氟烷基物質(PFAS)管理行動計畫
• 台灣食藥署 (TFDA)：全氟烷基化合物 (PFAS) Q&A

常見問題 (FAQ)

Q1: 哪些食物 PFAS 濃度最高？

A1: 依據美國 FDA 的調查結果，海鮮產品可能面臨較高的環境 PFAS 污染風險，特別是蛤蜊、牡蠣等濾食性動物，因具生物累積性被檢測出高濃度 PFAS 的比例較高。此外，根據台灣食藥署的評估，魚類、水產類和禽畜肉類的 PFAS 濃度也相對較高。

Q2: PFAS 對我有什麼影響？

A2: 歐洲食品安全局 (EFSA) 於 2020 年發表的科學意見中指出 PFOS、PFOA、PFNA 和 PFHxS 可能對發育產生影響，並對血清膽固醇、肝臟、免疫系統和出生體重產生不利影響。該機構認為對免疫系統 (immune system) 的影響最為關鍵。EFSA 為此制定了四種 PFAS 總和的群體耐受每週攝取量 (tolerable weekly intake, TWI) 為 4.4 ng/kg 體重/週。

Q3: QuEChERS 適合哪些食品 PFAS 檢測？

A3: QuEChERS 方法 (如FDA C-010.02, FDA C-010.03) 已經過驗證，適用於廣泛的食品、飼料基質。它特別適用於含有各種脂肪、水分和色素的複雜基質，包括鮭魚、蛤蜊等水產品、肉類、乳製品、蛋類、麵包以及蔬果和飼料 (如青貯飼料和玉米)。這種方法被認為是快速且有效處理大量樣品的首選策略。

Q4: QuEChERS 對所有 PFAS 都有效嗎？

A4: QuEChERS 確實是萃取 PFAS 的有效技術，但由於食品基質的複雜性及 PFAS 的多樣性，並非對所有 PFAS 都保證高回收率，特別是針對某些長鏈 PFAS，如全氟磺酸 (PFSAs) 或長鏈羧酸。另外，在某些複雜基質 (如麵包和青貯飼料) 中，其回收率可能會受到挑戰。因此，改良後的 QuEChERS 必須搭配額外的淨化步驟，例如使用弱陰離子交換 (WAX) SPE 和 ENVI-Carb 吸附劑，才能確保方法對所有目標 PFAS (包括短鏈和長鏈) 均具備足夠的靈敏度和可接受的回收率。

Q4: ROCKER 哪些產品可支援 PFAS 前處理？

A4: PFAS 的檢測濃度往往低至 ppt／ppb，因此前處理流程必須做到 全程無氟污染（PTFE-free），並避免任何可能釋放背景 PFAS 的耗材或設備。ROCKER 針對 PFAS 分析需求提供以下關鍵前處理設備與耗材：
 
1. QuEChERS 振盪器：Tornado 100 試管振盪器
Tornado 100 可在 QuEChERS 萃取步驟中提供穩定且均一的振盪，使乙腈與鹽包充分混合，提升 PFAS 的萃取效率與再現性，同時避免手動振盪造成的操作誤差。
 
2. 濃縮設備：ConVap 真空震盪濃縮系統
通常建議使用吹氮濃縮裝置 (nitrogen evaporator) ，能提供穩定的溶劑蒸發環境。而 ConVap 真空震盪濃縮系統適合大量樣品處理，可同時濃縮多達 48 管，不需外接氮氣，並提供低污染、高效率的濃縮。
 
3. 樣品過濾：Nylon 針頭濾器
RONE 提供 Nylon 針頭濾器 (syringe filter)，可用於上 LC-MS/MS 前的萃取液過濾，是 PFAS 分析中必要的無氟替代方案。