食用油加工過(guò)程中3-氯丙醇脂肪酸酯生成的影響因素研究

王風(fēng)艷 周澍堃 劉孟濤 李曉龍 王滿(mǎn)意

(營(yíng)養(yǎng)健康與食品安全北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；老年?duì)I養(yǎng)食品研究北京市工程實(shí)驗(yàn)室；中糧營(yíng)養(yǎng)健康研究院有限公司，北京 102209)

食用油加工過(guò)程中3-氯丙醇脂肪酸酯生成的影響因素研究

王風(fēng)艷 周澍堃 劉孟濤 李曉龍 王滿(mǎn)意

(營(yíng)養(yǎng)健康與食品安全北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；老年?duì)I養(yǎng)食品研究北京市工程實(shí)驗(yàn)室；中糧營(yíng)養(yǎng)健康研究院有限公司，北京 102209)

本研究3-氯丙醇脂肪酸酯(3-MCPDE)在4種常用食用油脂中的含量，及影響其生成的主要因素。分析了大豆油、菜籽油、玉米油、葵花籽油4個(gè)油品中的3-MCPDE含量，所選油脂樣品中均檢測(cè)出3-MCPDE，并且3-MCPDE含量由高到低的順序?yàn)橛衩子?葵花籽油>菜籽油>大豆油。以玉米毛油為原料，考察了脫膠、脫酸、脫色、脫臭等精煉工段對(duì)3-MCPDE的影響。結(jié)果表明，3-MCPDE主要在脫臭階段生成，并且隨著脫臭溫度的上升，3-MCPDE生成量上升，隨著脫臭時(shí)間的延長(zhǎng)，3-MCPDE的含量先增加后趨于平穩(wěn)。考察了在脫色玉米油中添加不同量的氯和甘油二脂(DAG)2種前體物質(zhì)對(duì)脫臭玉米油中3-MCPDE的影響。結(jié)果表明隨著氯含量及DAG含量的增加，3-MCPDE呈現(xiàn)先迅速增長(zhǎng)后趨于平穩(wěn)的趨勢(shì)。

氯丙醇脂肪酸酯 食用油 加工過(guò)程 危害因子

1978年，3-氯-1,2-丙二醇(3-MCPD)被發(fā)現(xiàn)是酸水解蛋白等含脂食品的加工污染物從而引起廣泛關(guān)注。隨著研究的不斷深入，人們發(fā)現(xiàn)食品中的3-MCPD多數(shù)以酯的形式存在。Svejkovská等[1]于2004年報(bào)道了多種加工食品中存在3-MCPDE。油脂中3-MCPD多數(shù)是以脂肪酸酯的形式存在的(即3-MCPDE)，游離形式很少。大量研究發(fā)現(xiàn)在多種食用油中均檢測(cè)出較高水平的3-MCPDE[2-5]，自此油脂中3-MCPDE污染的問(wèn)題逐漸被重視。2009年，在檢測(cè)日本花王集團(tuán)的“Econa”烹調(diào)油產(chǎn)品中3-MCPDE的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品中同時(shí)存在大量的縮水甘油酯，導(dǎo)致“Econa”烹調(diào)油及其相關(guān)12類(lèi)產(chǎn)品被迫下架。

目前，已經(jīng)有多個(gè)國(guó)家和地區(qū)的研究機(jī)構(gòu)開(kāi)始對(duì)油脂中的3-MCPDE含量進(jìn)行了監(jiān)測(cè)評(píng)估[6-7]。德國(guó)化學(xué)與獸醫(yī)調(diào)查研究所(CVUA)的抽樣調(diào)查結(jié)果顯示，天然未精煉的植物油沒(méi)有或存在微量3-MCPDE(<0.1mg/kg),經(jīng)過(guò)精煉以后的植物油中3-MCPDE含量顯著(>0.4 mg/kg)。盧躍鵬等[8]對(duì)10個(gè)植物油品種的491批次食用植物油樣本中的3-MCPDE含量進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，結(jié)果顯示3-MCPDE檢出率為83.3%，檢出結(jié)果范圍為0.104～8.580mg/kg油，其中，以棕櫚油和油茶籽油中3-MCPDE的含量最高。3-MCPDE問(wèn)題已經(jīng)成為油脂行業(yè)廣泛關(guān)注的難題。

德國(guó)聯(lián)邦風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估機(jī)構(gòu)(BfR)和歐盟食品安全局(EFSA)評(píng)估后認(rèn)為3-MCPDE可以在胃腸道內(nèi)完全水解生成3-MCPD。3-MCPD具有腎臟毒性，被國(guó)際癌癥組織(IARC)劃分為2B類(lèi)致癌物。聯(lián)合國(guó)食品添加劑專(zhuān)家委員會(huì)(JECFA)進(jìn)行評(píng)估后制定了3-MCPD的限量標(biāo)準(zhǔn)，TDI值為每日不超過(guò)2 μg/kg體重。

3-MCPDE對(duì)油脂行業(yè)的影響已經(jīng)非常明顯，然而目前國(guó)內(nèi)外的研究主要集中于3-MCPDE的形成機(jī)理及檢測(cè)方法等的研究，而對(duì)于如何控制或降低油脂中的3-MCPDE研究較少。因此，在分析4種常用食用油脂中的3-MCPDE含量的基礎(chǔ)上，對(duì)精煉工段及條件、前體物質(zhì)含量等對(duì)3-MCPDE生成的影響進(jìn)行了研究，以期為油脂中3-MCPDE含量的控制研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

大豆油、菜籽油、玉米油、葵花籽油等4種食用油共39個(gè)樣品：市售。

1.2 儀器與試劑

1.2.1 儀器

安捷倫 GC 7890B-5977 MS氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀、HP-5MS 色譜柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)：安捷倫科技有限公司；TTL-DC Ⅱ氮吹儀：北京同泰聯(lián)科技發(fā)展有限公司。

1.2.2 標(biāo)準(zhǔn)品與試劑

1,2-二亞油酸-3-氯丙醇酯標(biāo)品(純度98%)/氘代同位素1,2-二月桂酸-3-氯丙醇酯(d5-3-MCPDE，純度98%)：加拿大 Toronto Research Chemicals公司；甲基叔丁基醚(色譜純)、苯基硼酸(分析純)：德國(guó)Sigma-Aldrich公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 精煉過(guò)程對(duì)3-MCPDE形成的影響

1.3.1.1 磷酸水化脫膠對(duì)3-MCPDE形成的影響

將玉米毛油稱(chēng)重后邊攪拌邊升溫至75 ℃，加入0.1%油重磷酸溶液，加10%油重的水，保持反應(yīng)30 min，趁熱離心取輕相，測(cè)定油脂中3-MCPDE含量。

1.3.1.2 脫酸對(duì)3-MCPDE形成的影響

將脫膠后玉米油攪拌預(yù)熱至85 ℃，根據(jù)原料酸價(jià)配制堿液，緩慢滴加堿液，攪拌反應(yīng)15 min，趁熱離心取輕相，在105 ℃真空條件下干燥，取樣測(cè)定油脂中3-MCPDE含量。

1.3.1.3 脫色

真空條件下將干燥后玉米油攪拌升溫至110 ℃，加入2.5%的白土反應(yīng)30 min，破除真空將白土過(guò)濾去除，取樣測(cè)定油脂中3-MCPDE含量。

1.3.1.4 脫臭

真空條件下將脫色玉米油加熱至240 ℃進(jìn)行脫臭，真空<0.5 mmHg，脫臭時(shí)間90 min，取樣測(cè)定油脂中3-MCPDE含量。

1.3.2 脫臭條件的影響

取脫色玉米油5份，每份500 g，分別在220、230、240、250、260 ℃下進(jìn)行脫臭，脫臭時(shí)間90 min，取樣測(cè)定油脂中3-MCPDE含量。

另取脫色玉米油5份，每份500 g，在240 ℃下進(jìn)行脫臭，脫臭時(shí)間分別為60、90、120、150、180 min，取樣測(cè)定油脂中3-MCPDE含量。

1.3.3 氯的影響試驗(yàn)

取脫色玉米油5份，每份500 g，分別添加0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mg/kg(以脫色油重量計(jì))的氯，在240 ℃下進(jìn)行脫臭，脫臭時(shí)間90 min，取樣測(cè)定油脂中3-MCPDE含量。

1.3.4 DAG含量影響試驗(yàn)

取脫色玉米油5份，每份500 g，分別添加0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%(以脫色油質(zhì)量計(jì))的DAG，在240 ℃下進(jìn)行脫臭，脫臭時(shí)間90 min，取樣測(cè)定油脂中3-MCPDE含量。

1.3.5 3-氯丙醇酯的檢測(cè)方法

參照AOCS Cd 29a-13方法測(cè)定油脂中的3-MCPDE含量，即在酸性甲醇溶液中，植物油脂中的3-MCPDE會(huì)轉(zhuǎn)化為游離的3-MCPD，3-MCPD用苯基硼酸衍生后進(jìn)行氣相色譜-質(zhì)譜法分析。以3-MCPD含量評(píng)價(jià)植物油脂中3-MCPDE的含量，內(nèi)標(biāo)法定量。

1.3.5.1 酸水解

稱(chēng)取(100±5) mg樣品，加入內(nèi)標(biāo)d5-3-MCPDE標(biāo)準(zhǔn)品溶液和2 mL甲基叔丁基醚(MTBE)，渦旋10 s使其充分混勻。加入1.8 mL硫酸/甲醇溶液后，置于(40±1) ℃恒溫振蕩16 h。反應(yīng)完成后，加入0.5 mL飽和氯化鈉溶液，渦旋以終止反應(yīng)，以待凈化。

1.3.5.2 凈化

向待凈化液中依次加入2 mL硫酸鈉溶液和2 mL正己烷，渦旋后靜置5 min，待分層后棄去正己烷，并用正己烷重復(fù)洗滌1次。隨后加入1 mL乙酸乙酯/乙醚混合溶液，分層后將上層溶液轉(zhuǎn)移至裝有少量無(wú)水硫酸鎂的玻璃試管中，重復(fù)提取3次，待衍生化反應(yīng)。

1.3.5.3 衍生化

向提取液中加入200 μL苯基硼酸，渦旋后靜置。氮吹至全干，然后加入500 μL正己烷復(fù)溶，渦旋后用濾膜過(guò)濾轉(zhuǎn)移至進(jìn)樣小瓶。

1.3.5.4 GC-MS分析

色譜條件：85 ℃保持12 min；以20 ℃/min的速率升溫至165 ℃，保持10 min；然后以20 ℃/min 的速率升溫至300 ℃，保持8 min。進(jìn)樣口溫度250 ℃。載氣為高純氦氣，流速1 mL/min；進(jìn)樣體積1 μL。

質(zhì)譜條件：電子轟擊離子源(EI)，離子源溫度230 ℃；四極桿溫度150 ℃；掃描方式為離子監(jiān)測(cè)(SIM)模式。

2 結(jié)果與討論

2.1 市售4種油品中3-MCPDE含量

此次抽樣調(diào)查發(fā)現(xiàn)所采集的植物油中均存在3-MCPDE的污染，且不同油脂品種3-MCPDE含量水平差異較大，見(jiàn)表1。玉米油中3-MCPDE含量最高，檢出結(jié)果范圍為0.342～2.693 mg/kg，中位數(shù)0.879 mg/kg；其次是葵花籽油，檢出結(jié)果范圍為0.309～1.158 mg/kg，中位數(shù)0.881 mg/kg；菜籽油和大豆油中3-MCPDE含量較低(中位數(shù)0.476 mg/kg和0.425 mg/kg)。分析原因，不同油料中3-MCPDE的前體物質(zhì)(如氯和甘油二酯等)含量不同；在精煉工藝中，不同油料的精煉工藝及精煉參數(shù)也有所差異。

表1 市售食用植物油中3-MCPDE含量的分布情況/mg/kg

相比較2008年CVUA的抽樣調(diào)查，本次調(diào)查中4種精煉植物油3-MCPDE含量均在低含量組(0.5～1.5 mg/kg)，與CVUA將大豆油、菜籽油、葵花籽油歸于低含量組結(jié)果一致；與玉米油歸于中含量組(1.5～4.0 mg/kg)有所區(qū)別。在調(diào)查10份玉米油樣品中，檢出結(jié)果范圍為0.342～2.693 mg/kg，反映了目前市場(chǎng)上不同玉米油3-MCPDE含量差異較大。

2.2 不同精煉工段對(duì)3-MCPDE的影響

以玉米油為研究對(duì)象，考察不同精煉工段對(duì)3-MCPDE形成的影響，結(jié)果如圖1所示。從圖1中可以看出，3-MCPDE主要生成于脫臭階段。脫臭前3-MCPDE含量極低(<0.05 mg/kg)。毛油經(jīng)過(guò)脫膠、脫酸、脫色工藝，3-MCPDE含量沒(méi)有發(fā)生明顯變化。脫臭后3-MCPDE含量顯著升高，從0.046 mg/kg增加至0.379 mg/kg，說(shuō)明脫臭工藝為生成3-MCPDE主要工藝階段，這與文獻(xiàn)[9-11]報(bào)道中對(duì)于菜籽油、葵花籽油及花生油等在各精煉工序中脫臭工序中3-MCPDE生成量最多結(jié)論一致，說(shuō)明高溫是引起3-MCPDE大量生成的重要因素。

圖1 不同精煉工段對(duì)3-MCPDE的影響

2.3 脫臭溫度對(duì)3-MCPDE的影響

考察了不同脫臭溫度對(duì)脫臭玉米油3-MCPDE的生成的影響，結(jié)果如圖2所示。從圖2中可以看出，隨著脫臭溫度的增加，3-MCPDE的生成量顯著增加。與脫臭溫度220 ℃相比，在230～260 ℃溫度范圍內(nèi)3-MCPDE值含量大幅升高，特別是當(dāng)溫度升高至260 ℃，3-MCPDE的含量約為220 ℃時(shí)的6倍。表明樣品油中含有大量的3-MCPDE的前體物質(zhì)(如甘油二酯、氯離子等)，只要有足夠高的溫度，前體物質(zhì)會(huì)大量反應(yīng)轉(zhuǎn)化為3-MCPDE。因此，脫臭溫度是3-MCPDE生成最重要條件之一。

圖2 脫臭溫度對(duì)3-MCPDE的影響

2.4 脫臭時(shí)間對(duì)3-MCPDE的影響

考察了不同脫臭時(shí)間對(duì)3-MCPDE的影響，結(jié)果如圖3所示。從圖3中可以看出，隨著脫臭時(shí)間的延長(zhǎng)，在60～120 min內(nèi)，3-MCPDE的含量顯著增加；隨著脫臭時(shí)間在120～180 min，3-MCPDE的含量趨于平穩(wěn)，這與Shimizu等[12-13]的研究結(jié)果相似。Pudel等[14]研究發(fā)現(xiàn)，脫臭溫度和脫臭時(shí)間對(duì)3-MCPDE的生成均具有顯著影響，當(dāng)脫臭溫度在240 ℃時(shí)隨著脫臭時(shí)間從1.5 h延長(zhǎng)至6 h時(shí)，3-MCPDE的含量呈下降趨勢(shì)，表明在脫臭過(guò)程中3-MCPDE可以隨著水蒸氣一起被蒸餾至脫臭餾出物中。

圖3 脫臭時(shí)間對(duì)3-MCPDE的影響

2.5 氯含量對(duì)3-MCPDE的影響

氯是形成3-MCPDE的主要前體之一[5,13,15-17]。在脫色玉米油中添加不同含量的氯然后再進(jìn)行脫臭，脫臭油中的3-MCPDE含量結(jié)果如圖4所示。從圖4中可以看出，隨著氯離子的添加，在0～0.4 mg/kg的添加量下，3-MCPDE的含量呈現(xiàn)近似直線(xiàn)增加的趨勢(shì)；在0.4～1.0 mg/kg添加量下，3-MCPDE的含量增加趨勢(shì)減緩，在1.0～2.0 mg/kg添加量下，3-MCPDE的含量趨于平穩(wěn)。這一變化趨勢(shì)與Shimizu等[13]的研究結(jié)果一致。在油脂精煉的各個(gè)工段中所使用的酸、堿、脫色助劑、水蒸氣等都有可能向樣品中引入氯離子，因此篩選精煉助劑降低氯的引入是控制3-MCPDE生成重要的措施之一。

圖4 氯含量對(duì)3-MCPDE的影響

2.6 DAG含量對(duì)3-MCPDE的影響

圖5 DAG含量對(duì)3-MCPDE的影響

DAG是形成3-MCPDE的另一個(gè)重要前體[18-20]。在脫色玉米油中添加不同含量的DAG然后再進(jìn)行脫臭，脫臭油中的3-MCPDE含量結(jié)果如圖5所示。從圖5中可以看出，隨著DAG含量的添加，在0%～0.4%的添加量下，3-MCPDE的含量呈現(xiàn)明顯增加的趨勢(shì)；隨著DAG含量的進(jìn)一步增加，3-MCPDE的含量趨于平緩。除DAG之外，油脂樣品中的甘油一酯(MAG)等極性組分也可能是形成3-MCPDE的重要前體[18]，但MAG生成3-MCPDE的速率遠(yuǎn)低于DAG。因此，降低DAG的含量是控制3-MCPDE生成的重要措施之一，可以通過(guò)優(yōu)選低DAG含量的新鮮油脂原料或篩選合適的精煉助劑去除油脂原料中DAG等措施降低3-MCPDE的生成。

3 結(jié)論

食用植物油中普遍存在3-MCPDE污染，不同油種間含量差異較大，所選4種油脂樣品中玉米油的3-MCPDE含量最高。脫臭工段是3-MCPDE生成的最主要工段，脫臭溫度、脫臭時(shí)間均影響3-MCPDE的生成，降低脫臭溫度、縮短脫臭時(shí)間均有利于控制3-MCPDE的生成。氯和DAG等是影響3-MCPDE生成的關(guān)鍵前體物質(zhì)，氯或DAG含量的增加均會(huì)導(dǎo)致3-MCPDE含量的迅速升高，但當(dāng)反應(yīng)趨于平衡時(shí)再增加氯或者DAG的含量則3-MCPDE趨于平穩(wěn)。因此，脫臭溫度和前體物質(zhì)才是控制3-MCPDE生成的關(guān)鍵條件。所以，控制植物油中3-MCPDE含量可行的辦法是：采用優(yōu)質(zhì)原料、降低脫臭溫度、減少輔料中氯離子引入等。

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The Influence Factors of Chloropropanol Fatty Acid Ester’s Formation in Oil Processing

Wang Fengyan Zhou Shukun Liu Mengtao Li Xiaolong Wang Manyi

( Beijing Key Laboratory of Nutrition & Health and Food Safety; Beijing Engineering Laboratory of Geriatric Nutrition Food Research, COFCO Nutrition & Health Research Institute, Beijing 102209)

The contents of 3-MCPDE (calculated as 3-MCPD) in twenty-eight samples of four kinds oil, named soybean oil，rapeseed oil, corn oil and sunflower oil, were measured according to the standard procedure of AOCS-cd-29a-13. Results showed that: 3-MCPDE was detected in all selected oil samples and the levels were varied from 0.25 to 2.693 mg/kg. Corn oil contained the maximum level of 3-MCPDE, followed by sunflower oil, then rapeseed oil and soybean oil. The influence of refining process, i.e. degumming, neutralization, bleaching and

deodorization, on 3-MCPDE formation were evaluated by using crude corn oil as raw material. 3-MCPDE was mainly generated in the deodorization stage. As the deodorization temperature rising, 3-MCPDE content increased; when the extension of deodorization time, 3-MCPDE content first increased then tended to be stable. Chlorine and diacylglycerol (DAG) were known as the main precursors for the formation of 3-MCPDE. Different amounts of chlorine and diacylglycerol (DAG) were added to the bleached corn oil to evaluate their effects on 3-MCPDE after deodorization. The content of 3-MCPDE increased significantly at first, then tended to be stable with increasing chloride and DAG content.

3-monochloropropanel-1,2-diol fatty acid esters, edible oil, processing, contaminant

TS221

A

1003-0174(2017)10-0106-06

“十三五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2016YFD0401405)

2017-04-05

王風(fēng)艷，女，1985年出生，博士，油料油脂加工技術(shù)與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)