油脂脫臭過程氯離子含量對3-氯丙醇酯和縮水甘油酯的影響

王璐陽，劉玉蘭,*，馬宇翔，黃會娜，王風艷，王滿意

（1.河南工業(yè)大學糧油食品學院，河南 鄭州 450001；2.中糧營養(yǎng)健康研究院有限公司，北京 102200）

3-氯丙醇酯（3-monochloro-1,2-propanediol ester，3-MCPD酯）和縮水甘油酯（glycidyl esters，GEs）是近年來逐漸被關(guān)注的食用植物油中的安全風險成分[1-4]。3-MCPD酯在人體胃腸道內(nèi)腸胰脂酶作用下分解成3-MCPD而對人體產(chǎn)生毒害作用[5-7]。根據(jù)世界衛(wèi)生組織的評估報告，3-MCPD的最高攝入限量為2 μg/kg[8]。GEs是縮水甘油和游離脂肪酸的酯化產(chǎn)物，德國油脂科學協(xié)會將其定義為2類致癌物[9-11]。

目前，很多研究表明食用油中的3-MCPD酯和GEs主要產(chǎn)生于油脂的精煉過程，尤其是油脂高溫蒸餾脫臭過程[12-16]，且有研究發(fā)現(xiàn)3-MCPD酯的形成機制主要是由于氯離子的親核攻擊環(huán)酰氧鎓離子、甘油骨架上的酯基以及縮水甘油的環(huán)氧基所導致[17]，若在脫臭過程中能消除氯離子則能中斷GEs向3-MCPD酯的轉(zhuǎn)化反應[18]。氯化物在棕櫚油加工中形成3-MCPD酯的機制已有明確報道[19-21]，但對氯離子引入量及其在油脂精煉過程形成3-MCPD酯和GEs的影響程度并不明確，因為油脂精煉過程中所使用加工助劑（如磷酸、燒堿、脫色白土、水、蒸汽等）均可能含有氯離子并將氯離子引入到油脂中[22]。

僅在油脂脫臭過程中，氯離子的來源可能有兩個：一是脫臭用直接蒸氣攜帶引入的氯離子；二是待脫臭油脂自身帶入的氯離子，這些氯離子可能是植物油料含氯或脫臭之前的其他精煉工序引入的。因此，研究油脂脫臭過程直接蒸汽和待脫臭油中氯離子含量對3-MCPD酯和GEs形成的影響，對控制油脂脫臭過程3-MCPD酯和GEs的生成有重要意義。本實驗通過對油脂脫臭用直接蒸汽及其水源中氯離子含量和待脫臭油脂中氯離子含量的檢測分析，了解油脂脫臭過程氯離子的水平，并采用不同氯離子含量的直接蒸汽對油脂進行蒸餾脫臭，通過檢測脫臭前后油脂中3-MCPD酯和GEs含量及氯離子含量，研究油脂脫臭過程氯離子含量對脫臭油脂中3-MCPD酯和GEs的影響。以期能通過控制氯離子含量來減少甚至避免精煉油脂中3-MCPD酯和GEs的生成。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

待脫臭大豆油，取樣于河南一大豆油加工企業(yè)的油脂精煉生產(chǎn)線；超純水分別取自市售娃哈哈純凈水、實驗室超純水機自制的超純水（電阻率大于18 M??cm）；蒸餾水由實驗室蒸餾水機自制；自來水取自城市管網(wǎng)供水的實驗室自來水管。

標準品：氘代油酸縮水甘油酯（純度≥97%）、油酸縮水甘油酯（純度≥97%）、3-油酸-氯丙醇酯（純度≥97%）、1,2-二亞油酸-3-氯丙醇酯（純度≥97%）、1,2-二月桂酸-3-氯丙醇酯-D5（純度≥97%） 上海安普實驗科技股份有限公司；苯基硼酸（純度≥97%）、正己烷、甲醇、異丙醇、甲基叔丁基醚、乙酸乙酯，均為色譜純；乙醚、溴化鈉、硫酸（質(zhì)量分數(shù)為98%）、硫酸鈉、碳酸氫鈉、無水硫酸鎂，均為分析純；氯化鈉為優(yōu)級純。

1.2 儀器與設(shè)備

Trace1310-ISO氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀、ICS-2100離子色譜儀 美國Thermo Fisher公司；MTN-2800W氮吹濃縮儀 天津奧得賽恩斯儀器有限公司；KQ3200DE數(shù)控超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司；LD5-10臺式大容量離心機 北京京立離心機有限公司；ZD-85數(shù)顯氣浴恒溫振蕩器 江蘇金壇市宏華儀器廠；QL-902渦旋均勻器 海門市其林貝爾儀器制造有限公司；SZCL-2數(shù)顯智能控溫磁力攪拌器 鞏義市予華儀器有限責任公司；DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器 河南省予華儀器有限公司；2XZ-1旋片式真空泵 北京中興偉業(yè)儀器有限公司；Moiresearch摩爾分析型超純水器 重慶摩爾水處理設(shè)備有限公司；YAZD-5升全不銹鋼斷水自控蒸餾水器 紹興市上虞道墟科析儀器廠。

1.3 方法

1.3.1 不同氯離子含量的大豆油脂脫臭

1.3.1.1 利用不同氯離子質(zhì)量濃度水源產(chǎn)生的直接蒸汽進行油脂脫臭

配制不同質(zhì)量濃度氯離子水，置于蒸汽發(fā)生裝置中，稱取約50 g待脫臭大豆油于250 mL三口燒瓶內(nèi)，并放入磁力轉(zhuǎn)子和沸石，將三口瓶放入事先架制好的水蒸汽蒸餾脫臭裝置中，啟動真空泵，在系統(tǒng)絕對壓力400 Pa以下時，將油緩慢加熱至260 ℃，然后開啟直接蒸汽導管旋塞，通入直接蒸汽，在不引起油飛濺的情況下，使通汽量最大且流量恒定，脫臭2 h后，關(guān)閉直接蒸汽旋塞，將油溫降至室溫后破除真空，取脫臭后油脂樣品。

1.3.1.2 對不同氯離子溶液添加量的油脂進行脫臭

將配制好的100 mg/L氯離子溶液分別取0.5、2.5、5 mL分別添加到已準確稱取好50 g油的三口燒瓶內(nèi)，并放入磁力轉(zhuǎn)子和沸石，將三口瓶放入事先架制好的水蒸汽蒸餾脫臭裝置中，室溫攪拌1 h。將氯離子視為全部溶解，則此時油脂中氯離子含量約為1、5、10 mg/kg。按照上述方法進行脫臭。取脫臭后油脂樣品，檢測脫臭前后油脂中氯離子、3-MCPD酯和GEs含量。

1.3.2 水源、蒸汽冷凝水及油脂中氯離子的檢測

1.3.2.1 水源及蒸汽冷凝水中氯離子檢測

參照GB/T 5750.5—2006《生活飲用水標準檢驗方法無機非金屬指標》中離子色譜檢測法。

色譜條件：色譜柱型號AS-16；保護柱型號AG-16；淋洗液25 mmol/L KOH；淋洗液流速1.0 mL/min；柱溫30 ℃；進樣體積10 μL。蒸氣冷凝水中氯離子的保留率計算公式為：

1.3.2.2 油脂中氯離子的檢測

前處理方法在晉榕等[23]測定地溝油中氯離子方法的基礎(chǔ)上進行優(yōu)化：稱取5 g油于30 mL螺紋試管中，用10 mL正己烷溶解待脫臭油再加5 mL超純水。擰緊試管蓋，渦旋30 s使水與有機相充分接觸。超聲30 min以輔助萃取，然后4 500 r/min離心4 min。將試管中的下層水相過有機濾膜至10 mL容量瓶中，定容。用離子色譜儀測定氯離子含量，選擇手動進樣，進樣時過0.22 μm水相濾膜和C18柱（C18柱依序用5 mL色譜純甲醇、10 mL超純水活化）進行測定。

經(jīng)過前處理將油脂中的氯離子提取入水溶液中，因此檢測方法參照水源及蒸汽冷凝水中氯離子檢測。

1.3.2.3 氯離子標準曲線的繪制

配制100 mg/L的氯離子標準溶液：優(yōu)級純氯化鈉在120 ℃烘干4 h，稱取0.164 8 g，用超純水定容至1 000 mL容量瓶中，作為氯離子標準溶液。

用超純水將質(zhì)量濃度為100 mg/L的氯離子標準溶液分別逐級稀釋至質(zhì)量濃度為5、2、0.8、0.4、0.1、0.06、0.03、0.01 mg/L，由低到高依次進樣，繪制標準工作曲線。得到線性回歸方程Y=0.306 3X+0.038，標準工作曲線的相關(guān)系數(shù)R2為0.999 7，表明氯離子在標準溶液的質(zhì)量濃度范圍內(nèi)具有良好的線性關(guān)系。

1.3.3 油脂中3-MCPD酯和GEs的測定

參照GB 5009.191—2016《食品中氯丙醇及其脂肪酸酯含量的測定》以及苗雨田[24]、楊貴芝[25]等文獻資料，采用酸水解的方法間接測定油脂中3-MCPD酯和GEs，以GC-MS法測定，采用同位素內(nèi)標進行定量。

1.3.3.1 測定油脂中3-MCPD酯和GEs的前處理方法

酸水解：分別稱?。?00±5）mg待脫臭大豆油，加入3-MCPD酯和GEs氘代同位素內(nèi)標溶液和甲基叔丁基醚，旋渦使其充分溶解并混勻。加溴化鈉的酸性水溶液50 ℃反應15 min后，加入正己烷使油脂從水相中分離出來，氮吹干并用甲基叔丁基醚復溶。向復溶溶液中添加硫酸-甲醇溶液（1.8%，V/V），充分反應后，加入正己烷洗滌去脂，然后向水相中加入乙酸乙酯-乙醚混合溶液，混勻后取上層溶液轉(zhuǎn)移至有少量無水硫酸鎂的試管中，待衍生化。

衍生化：向待衍生化的溶液中加入苯基硼酸溶液，混勻后氮吹至干。加正己烷復溶，過濾膜至進樣小瓶。

1.3.3.2 GC-MS測定條件

色譜條件：色譜柱，含5%苯基亞芳基聚合物或5%苯基-甲基聚硅氧烷的弱極性毛細管氣相色譜-質(zhì)譜柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm），載氣為氦氣，流速1 mL/min，進樣口溫度250 ℃，進樣量1 μL，不分流進樣，不分流時間0.5 min，溶劑延遲時間5 min。程序升溫：50 ℃保持1 min，以2 ℃/min升至90 ℃，再以40 ℃/min升至270 ℃，并保持5 min。

質(zhì)譜條件：電子電離源，電離能量70 eV，離子源溫度250 ℃，傳輸線溫度280 ℃，掃描方式選擇離子監(jiān)測模式。

3-MCPD酯和GEs的出峰時間如圖1所示，其中3-MCPD酯及其內(nèi)標物的出峰時間分別為18.12 min和18.06 min，GEs及其內(nèi)標物的出峰時間分別為19.69 min和19.62 min。

圖1 GC-MS中3-MCPD酯和GEs出峰時間色譜圖Fig. 1 Chromatograms of 3-MCPD ester and GEs in GC-MS analysis

2 結(jié)果與分析

2.1 脫臭直接蒸汽水源中氯離子含量及其對油脂中3-MCPD酯和GEs的影響

2.1.1 脫臭用直接蒸汽的水源中氯離子含量

表1 不同水源中氯離子含量Table 1 Chloride contents in different water sources

由表1可知，在所取的超純水中不論是娃哈哈純凈水還是超純水機自制的超純水中均未檢測到氯離子。蒸餾水中氯離子含量與自來水相比含量明顯差別較大，而蒸餾水是通過自來水蒸發(fā)冷凝得到的，由此可知自來水在蒸發(fā)過程中可能會攜部分氯離子到冷凝水中。自來水中氯離子質(zhì)量濃度最高可達到242.58 mg/L，在GB 5749—2006《生活飲用水衛(wèi)生標準》中規(guī)定了生活飲用水中氯化物質(zhì)量濃度不超過250 mg/L，可能是因為在自來水消毒處理處理過程中，常用的消毒水中除臭氧外均含有氯，所以導致消毒處理后的水中氯離子含量較高。

2.1.2 不同氯離子質(zhì)量濃度水源的蒸汽冷凝水中氯離子含量及保留率

表2 不同氯離子質(zhì)量濃度水源的蒸汽冷凝水中氯離子含量及保留率Table 2 Chloride content in steam condensate of water sources with different chloride concentrations

根據(jù)常用水中氯離子的質(zhì)量濃度范圍，用超純水配制氯離子質(zhì)量濃度為20、50、100、200 mg/L的水樣，加熱蒸發(fā)并收集其蒸汽冷凝水，測定冷凝水中氯離子含量，計算其氯離子保留率，結(jié)果見表2。當水源中氯離子質(zhì)量濃度為20 mg/L時，其對應蒸汽冷凝水中氯離子未能檢出；當水源中氯離子質(zhì)量濃度在50～200 mg/L時，蒸汽冷凝水中氯離子含量隨水源中氯離子含量的增加而升高，氯離子的保留率約為0.1%。由此可知，在油脂脫臭過程中，當所用蒸汽的水源中氯離子質(zhì)量濃度大于50 mg/L時，氯離子即會隨著其蒸汽進入到待脫臭油中，可能與油脂中的某些物質(zhì)發(fā)生反應生成3-MCPD酯和GEs。

2.1.3 水源中氯離子含量對脫臭油脂中3-MCPD酯的影響

根據(jù)常用水中氯離子的質(zhì)量濃度范圍，用超純水配制氯離子質(zhì)量濃度為1、5、20、50、100、200 mg/L的水樣，根據(jù)工廠的油脂脫臭條件（絕對壓力400 Pa以下、脫臭溫度260 ℃、脫臭時間2 h）對脫色后的大豆油進行脫臭。

由圖2可以看出，當水源中氯離子質(zhì)量濃度在5 mg/L以下時，3-MCPD酯含量保持在1.66 mg/kg左右，沒有隨水源中氯離子質(zhì)量濃度的增加而升高；當水源中氯離子達到20 mg/L時，脫臭油脂中3-MCPD酯含量稍有增加；當水源中氯離子超過50 mg/L時，脫臭油脂中3-MCPD酯含量大幅升高；水源中氯離子質(zhì)量濃度達到200 mg/L時，脫臭油脂中3-MCPD酯含量更是升高至4.413 mg/kg，是低質(zhì)量濃度氯離子水源（1～10 mg/L）脫臭油脂中含量的2.6 倍。結(jié)果明確顯示出，油脂脫臭用直接蒸汽的水源中若含有高質(zhì)量濃度的氯離子必然會造成脫臭油脂中3-MCPD酯含量的升高。這是因為脫臭用直接蒸汽攜帶的大量氯離子會與油脂中3-MCPD酯的前體物質(zhì)進行反應[17,26]，從而使3-MCPD酯含量升高。

圖2 水源中氯離子含量對脫臭油脂中3-MCPD酯的影響Fig. 2 Effect of chloride ion content in water source on 3-MCPD ester content in deodorized oil

2.1.4 水源中氯離子含量對脫臭油脂中氯離子含量的影響

圖3 水源中氯離子質(zhì)量濃度對脫臭油脂中氯離子含量的影響Fig. 3 Effect of chloride concentration in water source on chloride content in deodorized oil

分別采用氯離子質(zhì)量濃度為1、5、20、50、100、200 mg/L水源產(chǎn)生的直接蒸汽對油脂脫臭，之后對脫臭前后油脂中氯離子含量進行檢測分析，研究水源中氯離子含量對脫臭油中氯離子含量的影響，結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，待脫臭油中氯離子含量為0.280 1 mg/kg，采用不同氯離子質(zhì)量濃度的水源產(chǎn)生的直接蒸汽對油脂脫臭后，對應脫臭油中氯離子含量（0.2～0.25 mg/kg）均低于待脫臭油，并未隨水源中氯離子質(zhì)量濃度增大而造成脫臭油脂中氯離子含量升高，但脫臭油脂中3-MCPD酯含量卻隨水源中氯離子含量增大而呈現(xiàn)持續(xù)升高的現(xiàn)象。其原因可能是直接蒸汽引入到脫臭系統(tǒng)的氯離子并未呈游離態(tài)溶解在油脂中，而是在高溫條件下與油脂中的某些組分發(fā)生反應形成了3-MCPD酯，且待脫臭油本身含有的氯離子在高溫條件下也可能發(fā)生反應形成3-MCPD酯，以致最終造成脫臭油中氯離子含量比待脫臭油中的還要低。

2.2 待脫臭油中氯離子質(zhì)量濃度對脫臭油3-MCPD酯和GEs的影響

2.2.1 待脫臭油中氯離子添加量的影響

在已準確稱取的50 g待脫臭油中分別添加質(zhì)量濃度為100 mg/L的氯化鈉溶液0、0.5、2.5、5 mL[27]。用超純水作為脫臭用直接蒸汽的水源對油脂進行脫臭，待脫臭油中氯離子溶液添加量對脫臭油中3-MCPD酯和GEs的影響如圖4所示。

圖4 待脫臭油中氯離子溶液添加量對脫臭油中3-MCPD酯和GEs的影響Fig. 4 Effect of chloride sodium addition on 3-MCPD ester and GEs contents in deodorized oil

經(jīng)測定，待脫臭油中3-MCPD酯和GEs含量分別為0.817 mg/kg和2.551 mg/kg。由圖4可知，當待脫臭油脂中未添加氯化鈉溶液時，脫臭后油脂中3-MCPD酯和GEs的含量分別為2.908 mg/kg和10.104 mg/kg，分別是待脫臭油的3.5 倍和3.9 倍。隨著氯化鈉溶液添加量的增加，脫臭油脂中3-MCPD酯的含量持續(xù)升高，即使0.5 mL的最小氯化鈉溶液添加量，脫臭油中3-MCPD酯含量也達到4.49 mg/kg，是未添加脫臭油中生成量的1.5 倍，是待脫臭油的5.5 倍。當氯化鈉溶液添加達到5 mL最大量時，3-MCPD酯的含量達到了7.84 mg/kg，是未添加脫臭油中生成量的2.7 倍，是待脫臭油的9.5 倍。而脫臭油中GEs的生成量，分別在氯化鈉溶液添加量為0.5 mL和2.5 mL時，顯著升高至16.36 mg/kg和19.85 mg/kg，分別是未添加脫臭油中生成量的1.6 倍和1.9 倍，是待脫臭油中含量的6.4 倍和7.7 倍。但當添加量達到5 mL的最大量時，脫臭油中GEs生成量增幅有所減小。有研究表明，脫臭油脂中10%～60%的3-MCPD酯可能是由GEs轉(zhuǎn)化而成[28]，或者氯離子的親核作用所導致。隨著反應的進行，氯離子、3-MCPD酯和GEs這3 種物質(zhì)之間最終會達到動態(tài)平衡[29]。

2.2.2 油脂脫臭前后氯離子含量對比分析

當向待脫臭油脂中添加不同量的氯化鈉溶液后，待脫臭油脂中氯離子含量發(fā)生變化，脫臭后油脂中氯離子含量與待脫臭油中氯離子含量對比如圖5所示。未添加氯離子溶液時，脫臭油中氯離子含量低于待脫臭油，添加氯離子溶液后脫臭油中氯離子含量均比待脫臭油含量高，且均保持在0.35 mg/kg左右。這表明添加了氯離子溶液的油脂在脫臭過程中，氯離子部分用來生成了3-MCPD酯，未完全反應的氯離子則保留在脫臭油脂中，所以脫臭油中的氯離子相比于待脫臭油中的含量要高。此外，雖然溶解在油脂中的氯離子較少，但有研究表明有機酸具有一定的催化作用，能提高氯化反應生成3-MCPD酯，這是因為在形成3-MCPD酯的前體——?；跷屉x子過程中，sn1位與sn2位的交聯(lián)需要H+的催化[28,30]。因此，在油脂生產(chǎn)過程中應該盡可能控制氯離子引入，從而抑制3-MCPD酯和GEs的生成。

圖5 待脫臭油中氯離子溶液添加量對脫臭油中氯離子含量的影響Fig. 5 Effect of chloride sodium addition on chloride content in deodorized oil

3 結(jié) 論

油脂脫臭用直接蒸汽中氯離子含量隨其水源中氯離子含量的增加而升高，但在水源中氯離子質(zhì)量濃度為0～242.58 mg/L時，其對應飽和蒸汽中氯離子的保留率約為0.1%。當油脂脫臭用直接蒸汽水源中氯離子質(zhì)量濃度達到50～200 mg/L時，脫臭油脂中3-MCPD酯含量大幅升高至低質(zhì)量濃度氯離子水源（1～10 mg/L）脫臭油脂含量的2.6倍，但脫臭油脂中氯離子含量并未升高。當向待脫臭油中添加氯化鈉溶液造成待脫臭油脂中氯離子含量升高時，均導致脫臭油中3-MCPD酯和GEs含量的升高。在添加質(zhì)量濃度為100 mg/L的氯化鈉溶液0.5～5 mL時（相當于在油脂中添加量為1～10 mg/kg），脫臭油中3-MCPD酯生成量為4.49～7.84 mg/kg，是待脫臭油含量的5.5～9.5 倍。脫臭油中GEs生成量為14.88～19.84 mg/kg，是待脫臭油含量的5.8～7.7 倍。但待脫臭油脂中氯離子含量的逐漸增加并未造成脫臭油中氯離子含量的升高，脫臭油中氯離子含量在0.35 mg/kg左右。研究結(jié)果顯示，油脂脫臭用直接蒸汽中氯離子含量和待脫臭油脂中氯離子含量均會對脫臭油脂中3-MCPD酯和GEs的生成造成影響，因此根據(jù)研究結(jié)果顯示，在實際生產(chǎn)中應將脫臭所用水源中的氯離子控制在5 mg/L以下，并同時盡可能脫除待脫臭油脂中的氯離子，且嚴格控制脫臭前精煉各步驟中氯離子的引入，使待脫臭油中氯離子控制在不被檢出的范圍內(nèi)，從而降低脫臭油中3-MCPD酯和GEs生成量，確保和提升食用植物油的品質(zhì)安全。