堿煉脫酸對花生油中16種多環(huán)芳烴脫除效果的研究

劉玉蘭 石龍凱 胡愛鵬

(河南工業(yè)大學糧油食品學院，鄭州 450001)

堿煉脫酸對花生油中16種多環(huán)芳烴脫除效果的研究

劉玉蘭 石龍凱 胡愛鵬

(河南工業(yè)大學糧油食品學院，鄭州 450001)

研究了堿煉脫酸過程及堿煉脫酸條件對花生油中多環(huán)芳烴脫除效果的影響。結果表明：堿煉脫酸對花生油中多環(huán)芳烴有一定的脫除作用，在綜合考慮適當減少燒堿用量和油脂堿煉損耗的條件下，采用堿液質(zhì)量分數(shù)5.11%、超堿量0.2%、堿煉溫度70 ℃、堿煉時間40 min的優(yōu)化堿煉脫酸條件，花生油中BaP、HPAHs、PAH4、LPAHs及PAH16的脫除率分別達到85.07%、48.13%、43.21%、56.75%及54.97%。經(jīng)堿煉脫酸后花生油中Bap含量從24 μg/kg降至符合GB 2716中≤10 μg/kg的限量指標，接近歐盟≤2 μg/kg的限量指標，但PAH4含量達不到歐盟≤10 μg/kg的限量指標，其他多環(huán)芳烴組分的殘留量仍很高。因此，堿煉脫酸對于多環(huán)芳烴含量較高油脂的脫除作用是有限的。

花生油 堿煉 多環(huán)芳烴 脫除率

在我國，Bap即苯并(a)芘是GB 2716—2005《食用植物油衛(wèi)生標準》中規(guī)定的重點監(jiān)控污染物，其限量指標為≤10 μg/kg。然而，Bap只是多環(huán)芳烴類化合物的一種。大量的研究發(fā)現(xiàn)，僅將Bap作為多環(huán)芳烴的標識物并不科學[1-2]，因為食用油脂中輕質(zhì)多環(huán)芳烴含量通常遠高于重質(zhì)多環(huán)芳烴含量，雖然輕質(zhì)多環(huán)芳烴的相對致癌性低，但當其總量很高時，其絕對危害性大大增加[3]。因此，近年來美國、歐盟等國家和組織都將食用油脂中多環(huán)芳烴的監(jiān)控從Bap擴展到更多的組分。歐盟No 835/2011規(guī)定，食用油中Bap限量為不超過2 μg/kg，PAH4也即苯并(a)蒽、屈、苯并(b)熒蒽、苯并(a)芘等4種多環(huán)芳烴的總量應不超過10 μg/kg[4]。美國環(huán)境保護署(EPA)將16種多環(huán)芳烴化合物列為“優(yōu)先控制污染物”，也即EPA16，它們是萘、苊烯、苊、芴、菲、蒽、熒蒽、芘、苯并(a)蒽、屈、苯丙(b)熒蒽、苯丙(k)熒蒽、苯并(a)芘、二苯并(a，h)蒽、苯并(g，h，i)苝、茚并(1,2,3-c,d)芘等。歐洲食品安全局(EFSA)綜合歐洲食品科學委員會(SCF)和食品添加劑聯(lián)合專家委員會(JECFA)風險評估結論也提出了15+1種歐盟優(yōu)控多環(huán)芳(EU-priority PAHs)，它剔除了EPA優(yōu)控中的輕質(zhì)多環(huán)芳烴，新增了更多重質(zhì)多環(huán)芳烴[5]。前些年對食用油脂中多環(huán)芳烴的研究大多集中在Bap含量水平、形成原因及脫除方法方面[6-7]。Cejpek等[8]和劉玉蘭等[9]的研究發(fā)現(xiàn)，堿煉脫酸過程形成的皂腳可以將Bap吸附包裹繼而脫除，文獻[10-12]的研究發(fā)現(xiàn)，用活性炭吸附可以高效脫除食用油中的Bap。最近，研究者開始關注食用油脂中存在的除Bap之外的其他多環(huán)芳烴化合物的形成及脫除效果[13]。本試驗以濃香花生油為原料，研究堿煉脫酸過程及堿煉脫酸條件對花生油中多環(huán)芳烴類化合物尤其是EPA16的脫除效果，希望能通過對油脂精煉工藝條件的優(yōu)化達到脫除油脂中多環(huán)芳烴的目的。

1 材料與方法

1.1 材料和試劑

濃香花生油，取自花生油加工企業(yè)，經(jīng)處理，使其多環(huán)芳烴含量超標。

EPA 16種多環(huán)芳烴混標(200 μg/mL，98%，溶解于乙腈)：O2si公司；16種氘代同位素內(nèi)標(97%)：Dr. Ehrenstorfer GmbH公司；乙腈、甲苯及環(huán)己烷(色譜純)：Sigma公司；硅膠固相萃取小柱：Supelco公司；超純水，Milli-Q超純水機制取。

1.2 儀器

安捷倫1200型液相色譜儀，配有G1329A自動進樣器、G131lA四元混合泵和G1316A柱溫箱：美國安捷倫公司；API 5500三重四極桿串聯(lián)質(zhì)譜儀，配有光電離離子源和Analyst 1.5.1軟件數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：美國應用生物系統(tǒng)公司；日立L-2130泵：日本日立高新技術公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 花生油中多環(huán)芳烴含量的測定[14]

采用本試驗建立的有機溶劑萃取、硅膠固相萃取柱凈化、液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜(LC-MS/MS)法測定食用油脂中包括BaP在內(nèi)的EPA 16種多環(huán)芳烴。EPA 16的檢出限和定量限分別為0.006～0.129 μg/kg及0.02～0.43 μg/kg，回收率86.5%～104.6%，日內(nèi)精密度小于6%，日間精密度小于5%。

1.3.2 花生油堿煉脫酸

測定花生油的酸價并計算理論加堿量，再選取不同超量堿，堿煉總加堿量為理論加堿量與超量堿之和；將油樣加熱至反應溫度后，調(diào)快攪拌速度，將計量好的熱堿液緩慢加入油樣中，之后調(diào)慢攪拌速度維持一定的反應時間，反應完成后以3 000 r/min離心分離，將分離出的堿煉油加入油重15%的蒸餾水(約95 ℃)洗滌2～3遍，至分離出的洗滌水呈中性，之后將堿煉水洗油真空脫水干燥，再冷卻，即得到堿煉脫酸油。測定堿煉前后花生油中多環(huán)芳烴各組分含量，分別計算苯并芘Bap、歐盟優(yōu)控4種多環(huán)芳烴PAH4、重質(zhì)多環(huán)芳烴HPAHs、輕質(zhì)多環(huán)芳烴LPAHs及美國優(yōu)控16種多環(huán)芳烴PAH16的脫除率。

2 結果和分析

2.1 超堿量對花生油中多環(huán)芳烴脫除效果的影響

堿液質(zhì)量分數(shù)3.65%，反應溫度70 ℃，堿煉時間30 min，選取超堿量分別為0.2%、0.4%、0.6%、0.8%進行花生油堿煉脫酸，測定原料花生油和堿煉花生油中Bap、HPAHs、PAH4、LPAHs、PAH16含量，并計算脫除率，超堿量對花生油中多環(huán)芳烴脫除效果的影響如圖1～圖3所示。

從圖1～圖3可以看出，在對花生油進行堿煉時，其中BaP、HPAHs、PAH4、LPAHs和PAH16的含量均隨超堿量的增多而明顯降低，這可能是因為隨著超堿量的增加及形成皂腳量的增多和增稠，皂腳對多環(huán)芳烴的吸附效果增強，對多環(huán)芳烴的脫除率提高。當超堿量為本試驗選用量的最大值0.8%時，各考察指標的含量均達到最小值，分別為1.72、16.20、39.72、375.83及392.03 μg/kg，脫除率分別為92.83%、83.21%、69.27%、43.69%及48.68%。其中，Bap含量從原料的24.00 μg/kg降低至1.72 μg/kg，不僅達到GB 2716—2005《食用植物油衛(wèi)生標準》中≤ 10 μg/kg的限量規(guī)定，同時也符合歐盟≤ 2 μg/kg的限量規(guī)定。但對于PAH4，即使在最大的超堿量條件下，其殘留量仍不符合歐盟小于10 μg/kg的限量指標。此外，超堿量對多環(huán)芳烴整體脫除效果并不理想，特別是對于LPAHs和PAH16，脫除率不到50%。

圖1 超堿量對花生油中Bap含量和脫除率的影響

圖2 超堿量對花生油中HPAHs、PAH4含量和脫除率的影響

圖3 超堿量對花生油中LPAHs、PAH16含量和脫除率的影響

考慮到在油脂堿煉脫酸時，增大超量堿對增大油脂損耗的影響，選取超量堿為0.4%，此時Bap含量可以從原料油中的24 μg/kg降低至10 μg/kg以下，能達到國標要求。

2.2 堿液濃度對花生油中多環(huán)芳烴脫除效果的影響

超量堿0.4%，反應溫度70 ℃，堿煉時間30 min，選取堿液質(zhì)量分數(shù)分別為3.65%、5.11%、6.58%、8.07%對花生油進行堿煉脫酸，測定原料花生油和堿煉花生油中Bap，HPAHs、PAH4、LPAHs、PAH16含量，并計算脫除率，堿液濃度對花生油中多環(huán)芳烴脫除效果的影響如圖4～圖6所示。

圖4 堿液濃度對花生油中Bap含量及脫除率的影響

圖5 堿液濃度對花生油中HPAHs、PAH4含量及脫除率的影響

圖6 堿液濃度對花生油中LPAHs、PAH16含量及脫除率的影響

從圖5～圖6可以看出，花生油中BaP、HPAHs、PAH4、LPAHs和PAH16的含量均隨著堿液濃度的升高而明顯降低，脫除率均呈現(xiàn)上升趨勢，這是因為隨著堿液濃度的增加和形成皂腳量的增加，對多環(huán)芳烴的吸附脫除效果增強而致。當堿液濃度為本試驗選用量的最大值8.07%時，各考察指標的含量均達到最小值，分別為1.40、13.96、32.58、308.16及322.12 μg/kg，脫除率分別為94.17%、85.53%、74.78%、53.03%及57.83%。其中Bap含量達到歐盟≤ 2 μg/kg的限量規(guī)定。但是PAH4、LPAHs及PAH16的殘留量仍然較高。堿液質(zhì)量分數(shù)5.11%時，Bap含量降低至8.80 μg/kg，達到了GB 2716—2005的限量，故可以選擇堿液質(zhì)量分數(shù)5.11%。

2.3 堿煉溫度對花生油中多環(huán)芳烴脫除效果的影響

堿液質(zhì)量分數(shù)5.11%，超量堿0.4%，堿煉時間30 min，選取堿煉溫度分別為50、60、70、80 ℃進行花生油的堿煉脫酸，測定原料花生油和堿煉花生油中Bap、HPAHs、PAH4、LPAHs及PAH16含量，并計算脫除率，堿液溫度對花生油中多環(huán)芳烴脫除效果的影響如圖7～圖9所示。

圖7 堿煉溫度對花生油中Bap含量及脫除率的影響

圖8 堿煉溫度對花生油中HPAHs、PAH4含量及脫除率的影響

圖9 堿煉溫度對花生油中LPAHs、PAH16含量及脫除率的影響

從圖7～圖9可以看出，花生油中BaP含量在60 ℃時達到最低值8.20 μg/kg，此時脫除率最高，之后隨溫度的升高又有所降低；HPAHs含量在50 ℃時基本達到最低值53.70 μg/kg，后隨著溫度的升高含量略有增加；PAH4、LPAHs、PAH16的含量隨溫度升高呈現(xiàn)先降低后又升高的趨勢，在70 ℃達到最低值時分別為68.2、315.45和370.19 μg/kg，脫除率分別為47.21%、43.59%和51.54%?？赡苁且驗楫攭A煉溫度過高時，因皂腳黏稠度降低對多環(huán)芳烴的吸附能力減弱或多環(huán)芳烴在油脂中的溶解度提高所造成的。綜合4個指標的變化，堿煉溫度應控制在不超過70 ℃。

2.4 堿煉時間對花生油中多環(huán)芳烴脫除效果的影響

堿液質(zhì)量分數(shù)5.11%，超量堿0.4%，堿煉溫度70 ℃，選取堿煉時間分別為20、30、40、50 min進行花生油堿煉脫酸，測定原料花生油和堿煉花生油中Bap、HPAHs、PAH4、LPAHs、PAH16含量并計算脫除率，堿煉時間對花生油中多環(huán)芳烴脫除效果的影響如圖10～圖12所示。

圖10 堿煉時間對花生油中Bap含量及脫除率的影響

圖11 堿煉時間對花生油中HPAHs、

圖12 堿煉時間對花生油中LPAHs、PAH16含量及脫除率的影響

從圖10～圖12可見，花生油中BaP、HPAHs、PAH4、LPAHs、PAH16的含量均在30 min時達到最低值，之后隨堿煉時間的延長又呈現(xiàn)升高的趨勢。這可能是因為在較短時間時，皂腳可以對多環(huán)芳烴進行快速高效的吸附，但隨時間的延長，已經(jīng)被吸附的多環(huán)芳烴又解吸返回至油脂中。在堿煉時間為30 min時，BaP、HPAHs、PAH4、LPAHs、PAH16含量均達到最小值，分別為8.60、54.74、68.2、315.45和370.19 μg/kg，脫除率分別為64.17%、43.27%、47.21%、52.74%和51.54%。

2.5 正交試驗設計及結果分析

根據(jù)單因素試驗結果，采用L9(34)正交表，以堿液濃度，超堿量，堿煉溫度和堿煉時間進行四因素三水平的正交試驗，并對試驗結果進行極差分析，結果見表1。由表1可知：4個因素對BaP脫除率影響大小的順序為D>A>C>B；對HPAHs脫除率影響大小的順序為C>D>A>B；對PAH4脫除率影響大小的順序為A>B>C>D；對LPAHs脫除率影響大小的順序為A>D>C>B；對PAH16脫除率影響大小的順序為A>D>C>B。根據(jù)BaP、LPAHs、PAH16各因素水平對應的平均值可以推斷，采用D3C1B2A1方案的脫除效果最好，即堿煉時間40 min、超堿量0.2%、堿煉溫度70 ℃、堿液質(zhì)量分數(shù)5.11%。根據(jù)HPAHs、PAH4各因素水平對應的平均值可以推斷，采用A1B2C1D1方案的脫除效果最好，即堿液質(zhì)量分數(shù)5.11%、堿煉溫度70 ℃、超堿量0.2%、堿煉時間20 min。2個方案相比，僅堿煉時間有差別，在第一方案的條件下做驗證試驗，BaP、HPAHs、PAH4、LPAHs和PAH16的脫除率分別為85.07%、48.13%、43.21%、56.75%和54.97%。而堿煉脫酸最優(yōu)條件的選擇還要考慮脫除游離脂肪酸和脫色的效果，因此堿煉時間應視具體的堿煉脫酸工藝確定。

表1 花生油L9(34)正交試驗表

表1(續(xù))

3 結論

堿煉脫酸對油脂中存在的多環(huán)芳烴具有一定的脫除作用，在合理的堿煉脫酸工藝條件下，BaP的脫除率可以達到60%～80%，PAH4、HPAHs的脫除率可以達到40%左右，LPAHs 、PAH16的脫除率可以達到50%左右。評價本試驗所用原料花生油樣Bap含量24.00 μg/kg、PAH4含量129.2 μg/kg、LPAHs含量667.44 μg/kg、HPAHs含量96.50 μg/kg、PAH16含量763.94 μg/kg的脫除效果，經(jīng)堿煉脫酸后其Bap含量達到了GB 2716—2005中≤10 μg/kg的限量指標，接近歐盟的限量指標，但PAH4含量遠達不到歐盟的限量指標，其他多環(huán)芳烴組分的殘留量也還很高，因此堿煉脫酸對于高含量多環(huán)芳烴的脫除作用是有限的，它可以作為Bap含量超標率不太高的油脂的脫除精煉方法。

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Research on the Influence of Alkali Refining on 16 Polycyclic Aromatic Hydrocabons in Peanut Oil

Liu Yulan Shi Longkai Hu Aipeng

(College of Food Science and Technology, Henan University of Technology, Zhengzhou 450001)

In this paper, the influences of alkali refining process and alkali refining conditions on PAH content were studied. The results showed that the alkali refining had a certain influence on the removal of PAHs. Considering the mount of alkali used and the loss of oil, the optimal conditions were: alkali concentration was 5.11%, ultra-alkali was 0.2%, refining temperature was 70 ℃, refining time was 40 min. Under the best experimental conditions, the removal rate of Bap, HPAHs, PAH4, LPAHs and PAH16 were 85.07%, 48.13%, 43.21%, 56.75% and 54.97%. The concentration of Bap was conformed to the limited standard of GB 2716—2005 (≤10 μg/kg), but was not meet the criteria of EU (≤2 μg/kg). The concentration of PAH4 was exceed the limit standard of EU (≤10 μg/kg) and the residual concentrations of other PAH components were higher too. In conclusion, alkali refining was a good method for oils with lower exceeding standard rate of Bap, due to it had a limited effect on the removal of high concentration of PAHs.

fragrant peanut oil, alkali refining, polycyclic aromatic hydrocarbons, removal effect

TQ646

A

1003-0174(2016)02-0075-06

國家自然科學基金(31271884)，河南省食用油脂倍增計劃(豫財貿(mào)[2010]169號)，河南省科技攻關(15210 2210262)

2014-07- 09

劉玉蘭，女，1957年出生，教授，油料油脂質(zhì)量與安全