脫色工藝對菜籽油中多環(huán)芳烴脫除效果的影響

王 澍，康翠欣，朱靜璇，盧躍鵬，董俊雄，江小明

(1.武漢食品化妝品檢驗所，武漢 430012； 2.武漢藥品醫(yī)療器械檢驗所，武漢 430075)

菜籽油富含人體必需的亞油酸等不飽和脂肪酸和維生素E等營養(yǎng)成分，具有一定的軟化血管、延緩衰老的功效，是我國主要食用油之一[1]。菜籽油在生產過程中由于受到外部環(huán)境污染和加工工藝不當?shù)挠绊?，會產生多環(huán)芳烴(PAHs)類污染物[2-3]。苯并(a)芘(BaP)在PAHs中致癌性最強，目前相關監(jiān)管機構常把苯并(a)芘作為PAHs中的主要監(jiān)測指標，各個國家及地區(qū)對其在食用油中的含量進行了限定[4-5]。國際食品法典委員會(CAC)規(guī)定食用油中苯并(a)芘的最大限量為5 μg/kg，德國油脂科學學會對油脂中PAHs總量的推薦控制值為25 μg/kg,其中輕質部分小于20 μg/kg，苯并(a)芘小于0.5 μg/kg[6-7]。我國 GB 2716—2005 《食用植物油衛(wèi)生標準》中規(guī)定苯并(a)芘的限量為小于等于10 μg/kg。歐盟 No 835/2011 規(guī)定，食用油和脂肪(可可脂和椰子油除外)中苯并(a)芘的限量為不超過2 μg/kg，苯并(a)蒽、、苯并(b)熒蒽、苯并(a)芘4種多環(huán)芳烴(PAH4)的限量為不超過10 μg/kg[8]。

為了降低這一類污染物在油脂中的殘留量，研究者們發(fā)現(xiàn)脫色工藝對脫除PAHs有著關鍵作用[9]。祝華明[10]、呂名蕊[11]、劉玉蘭[12]等分別研究了吸附劑對茶油、亞麻籽油、葵花籽油中PAHs的脫除效果，在滿足色澤指標的同時能夠有效降低PAHs含量。本文以菜籽油為原料油，考察不同的吸附劑、脫色溫度、脫色時間脫除PAHs的效果，為通過工藝改進去除菜籽油中PAHs提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

菜籽油(堿煉油)：益海嘉里(武漢)糧油工業(yè)有限公司；活性白土：樂平市潔凈漂白土有限公司；1#活性炭：佳木斯市活性炭廠；2#活性炭：重慶飛洋活性炭制造有限公司。乙腈、甲苯、正己烷均為色譜純；苯并(b)熒蒽(100%)：美國AccuStandard公司；苯并(a)蒽(99.4%)、(98.7%)、苯并(a)芘(99.8%)：德國Dr.E公司。

ME204電子天平：梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；Dionex Ultimate 3000高效液相色譜儀：美國戴安公司；AllegraX-15R 臺式冷凍離心機：美國Beckman公司；Vortex-Genie 2渦旋混勻器：美國Scientific Industries公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 脫色實驗

于圓底燒瓶中稱取50.0 g菜籽油，分別加入不同量的活性白土、活性炭以及不同配比的活性白土和活性炭復合脫色劑。初始脫色條件為脫色溫度100℃、真空度0.095 MPa、脫色時間30 min，過濾分離出吸附劑得到脫色油，測定其中PAH4含量，按下式計算PAH4的脫除率。

Y=(C0-C1)/C0×100%

式中:Y為PAH4脫除率,%;C0、C1分別為吸附脫除前、后菜籽油的PAH4含量,μg/kg。

1.2.2 PAH4含量的測定

樣品處理：稱取0.4 g(精確到0.001 g)試樣，加入5 mL正己烷，渦旋混合0.5 min，過中性氧化鋁柱進行凈化，將凈化液在40℃下旋轉蒸至約1 mL，轉移至色譜儀進樣小瓶，在40℃氮氣流下濃縮至近干。用1 mL正己烷清洗茄形瓶，將洗滌液再次轉移至色譜儀進樣小瓶并濃縮至干。準確吸取1 mL乙腈到色譜儀進樣小瓶，渦旋復溶0.5 min,過微孔濾膜后供液相色譜測定。

標準系列溶液的制備：分別吸取100 g/L的苯并(a)蒽、、苯并(b)熒蒽、苯并(a)芘混合標準溶液10.0、50.0、100、200、500 μL，用正己烷定容至1 mL。

液相色譜條件：流動相為乙腈-水(88∶12);流速1.0 mL/min;熒光檢測器，激發(fā)波長384 nm,發(fā)射波長406 nm;柱溫35℃;進樣量20 μL。

2 結果與討論

2.1 活性白土對菜籽油中PAHs的脫除效果

活性白土添加量為油質量的2%、3%、4%、5%、6%時，選擇脫色溫度100℃、脫色時間30 min，對菜籽油中PAHs進行脫除處理，處理后菜籽油中PAHs變化情況如圖1所示。

圖1 活性白土添加量對菜籽油中PAHs的影響

從圖1可以看出，隨著活性白土添加量的增加，吸附脫除后的菜籽油中BaP含量變化不大，而PAH4含量呈下降趨勢，當活性白土添加量超過4%后，PAH4含量無明顯下降，在添加量為6%時，PAH4脫除率最大，為52.85%，效率較低，此時BaP含量為2.97 μg/kg，PAH4含量為10.41 μg/kg，殘留量較高，還不能滿足歐盟限量的指標要求，但由于活性白土具有顯著的脫色效果，綜合考慮其復配型，在后期實驗中可以降低其配比量。

2.2 1#活性炭對菜籽油中PAHs的脫除效果

1#活性炭添加量為油質量的0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%時，選擇脫色溫度100℃、脫色時間30 min，對菜籽油中PAHs進行脫除處理，處理后菜籽油中PAHs變化情況如圖2所示。

圖2 1#活性炭添加量對菜籽油中PAHs的影響

從圖2可以看出，隨著1#活性炭添加量的增加，菜籽油中BaP含量迅速降低。當添加量為0.2%時，BaP含量從堿煉油的4.19 μg/kg降至0.66 μg/kg，PAH4含量從堿煉油的22.08 μg/kg降至4.35 μg/kg，都達到歐盟限量要求；當1#活性炭添加量增至0.6%時，BaP殘留量幾乎沒有，且PAH4含量達到最低值1.62 μg/kg，脫除率達到最高值92.66%。與圖1比較發(fā)現(xiàn)，1#活性炭對BaP、PAH4的脫除效果顯著優(yōu)于活性白土。

2.3 2#活性炭對菜籽油中PAHs的脫除效果

2#活性炭添加量為油質量的0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%時，選擇脫色溫度100℃、脫色時間30 min，對菜籽油中PAHs進行脫除處理，處理后菜籽油中PAHs變化情況如圖3所示。

圖3 2#活性炭添加量對菜籽油中PAHs的影響

從圖3可以看出，2#活性炭對PAH4的脫除效果較明顯，隨著2#活性炭添加量的增加，脫色油中的BaP和PAH4含量顯著降低。當添加量為0.2%時，BaP含量降到0.76 μg/kg，PAH4含量降到5.32 μg/kg，均達到歐盟的限量值要求，當添加量為0.6%時，PAH4脫除率最高可達89.54%。但隨著2#活性炭添加量增加，菜籽油色澤變化不大，脫色效果明顯不如活性白土。兩種活性炭在相同的添加量時，1#活性炭的PAH4脫除率略優(yōu)于2#活性炭。

2.4 活性炭與活性白土的復合吸附劑對菜籽油中PAHs的脫除效果

活性炭單獨使用可以有效降低菜籽油中的PAH4含量，但脫色效果不理想，因此對活性白土和活性炭的復合吸附劑進行考察。分別加入油質量0.1%+1%、0.1%+2%、0.1%+3%、0.2%+2%、0.2%+1%的1#活性炭與活性白土復合吸附劑，分別加入油質量0.2%+1%、0.2%+2%、0.2%+3%、0.3%+2%、0.3%+1%的2#活性炭與活性白土復合吸附劑，選擇脫色溫度100℃、脫色時間30 min，對菜籽油中PAHs進行脫除處理，處理后菜籽油中PAHs含量變化情況如表1、表2所示。

由表1、表2可以看出，復合吸附劑的脫除效果隨著添加量的增加顯著增強，當1#活性炭與活性白土添加量為0.1%+1%時，BaP與PAH4含量分別降到0.84 μg/kg和6.57 μg/kg，均達到我國和歐盟的限量值要求，當添加量為0.2%+1%時，PAH4含量降至更低，且脫除率達到85.14%；2#活性炭與活性白土的復合吸附劑對菜籽油的脫除效果也較明顯，當添加量為0.2%+1%時，BaP與PAH4含量分別降到0.59 μg/kg和4.52 μg/kg，PAH4脫除率達到79.53%，兩種復合吸附劑相比于單一使用活性白土或活性炭效果更好，且在達到同等的脫除率時，活性炭添加量更低，這可能是因為活性白土優(yōu)先脫除油中色素等雜質，為活性炭對PAH4的脫除保留了吸附能力。對比兩種復合吸附劑的效果可發(fā)現(xiàn)，在使用相同比例的復合配比時，1#活性炭效果優(yōu)于2#活性炭，綜合成本和脫色效果等因素，選擇復合吸附劑1#活性炭與活性白土的最佳添加量為0.2%+1%，以此來進行后續(xù)實驗。

表1 1#活性炭與活性白土對菜籽油中PAHs的影響

表2 2#活性炭與活性白土對菜籽油中PAHs的影響

2.5 脫色溫度對菜籽油中PAHs的脫除效果

1#活性炭與活性白土的添加量為0.2%+1%、吸附時間為30 min，在脫色溫度80、90、100、110、120℃下，對菜籽油中PAHs進行脫除處理，處理后菜籽油中PAHs含量變化情況如圖4所示。

圖4 脫色溫度對菜籽油中PAHs的脫除效果

由圖4可知，BaP、PAH4含量隨脫色溫度升高而降低，PAH4的脫除率隨脫色溫度的升高而增加，但脫色溫度超過110℃時，繼續(xù)升高脫色溫度，脫除效果變化不大。綜合考慮能耗和脫色效果等，確定脫色溫度為110℃，此時PAH4脫除率達到93%，菜籽油中BaP含量為0.27 μg/kg，PAH4含量為1.55 μg/kg，均達到歐盟的限量值要求。

2.6 脫色時間對PAHs的脫除效果

1#活性炭與活性白土的添加量為0.2%+1%、脫色溫度為110℃，在吸附時間20、30、40、50 min下，對菜籽油中PAHs進行脫除處理，處理后菜籽油中PAHs含量變化情況如圖5所示。

圖5 脫色時間對菜籽油中PAHs的脫除效果

由圖5可知，PAH4的脫除率隨脫色時間的延長而增加，BaP、PAH4含量降低，但脫色時間超過30 min時，繼續(xù)延長脫色時間，脫除率效果變化不大。綜合考慮能耗和脫色效果等，確定脫色時間為30 min，此時菜籽油中BaP含量和PAH4含量均達到歐盟的限量值要求。

2.7 正交實驗

根據(jù)上述實驗結果，采用 L9(34)正交表，以復合吸附劑添加量、脫色時間、脫色溫度為因素，PAH4脫除率為指標進行三因素三水平的正交實驗，正交實驗設計及結果見表3。

表3 正交實驗設計及結果

由表3可知，對PAH4脫除率的影響程度大小依次為復合吸附劑添加量>脫色溫度>脫色時間，根據(jù)極差分析發(fā)現(xiàn)采用 A3C2B2方案時可以獲得較好的脫除率，即1#活性炭和活性白土復合吸附劑添加量為0.25%+1%、脫色時間30 min、脫色溫度110℃，在此條件下，BaP和PAH4的殘留量分別為0.23、1.17 μg/kg，均達到歐盟的限量值要求，且PAH4脫除率達到94.7%。

3 結 論

采用物理吸附法對菜籽油中PAHs進行脫除，考察了不同種類吸附劑、脫色溫度、脫色時間對其影響，得到了最佳吸附條件為：1#活性炭和活性白土復合吸附劑添加量為0.25%+1%，脫色時間30 min，脫色溫度110℃。在最佳吸附條件下，BaP和PAH4的殘留量分別為0.23、1.17 μg/kg，均達到歐盟的限量值要求，且PAH4脫除率達到94.7%。