玉米毛油酸價及堿煉脫酸對其甘油酯組成及3-氯丙醇酯和縮水甘油酯的影響

劉玉蘭，張家楓，胡文娜，王月華，王戩東

(1.河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院，鄭州 450001； 2.山東三星玉米產(chǎn)業(yè)科技有限公司，山東 鄒平 256209；3.河北玉星食品有限公司，河北 寧晉 055550)

玉米油含有豐富的不飽和脂肪酸和維生素E、植物甾醇等，是一種營養(yǎng)豐富的食用植物油[1]。近年我國玉米油產(chǎn)量已持續(xù)增長至128.4萬t，玉米年度使用總量達(dá)到1.2億t，排在美國之后居世界第二位[2]。研究發(fā)現(xiàn)，3-氯丙醇酯(3-MCPD酯)和縮水甘油酯(GEs)是近年受到關(guān)注的食用植物油中的一類食品安全風(fēng)險成分[3-5]。研究表明[6-9]，待精煉油脂品質(zhì)和油脂精煉條件可能對3-氯丙醇酯和縮水甘油酯的形成產(chǎn)生重要影響，待精煉油脂中的游離脂肪酸、甘一酯、甘二酯及氯離子均可能是3-氯丙醇酯和縮水甘油酯形成的前體物質(zhì)，這些物質(zhì)在油脂高溫蒸餾脫臭過程中能促使3-氯丙醇酯和縮水甘油酯的形成。若在油脂高溫脫臭之前將這些前體物質(zhì)脫除也即減少待脫臭油脂中這些物質(zhì)的含量，將有助于防范和控制脫臭過程中3-氯丙醇酯和縮水甘油酯的形成[10]。有研究報道玉米油較其他植物油中3-氯丙醇酯和縮水甘油酯含量偏高[11-12]，這是否與玉米毛油酸價較高有關(guān)不得而知，而酸價和甘一酯、甘二酯的含量變化關(guān)系以及堿煉脫酸對甘一酯、甘二酯的降低效果均未見相關(guān)報道，關(guān)于玉米油精煉步驟尤其是堿煉脫酸步驟能否降低3-氯丙醇酯和縮水甘油酯含量的文獻(xiàn)幾乎沒有。為此，本研究從玉米油加工廠采集不同品質(zhì)的玉米毛油，檢測其酸價以及甘一酯、甘二酯、3-氯丙醇酯和縮水甘油酯含量，分析研究玉米毛油酸價與甘一酯、甘二酯及3-氯丙醇酯和縮水甘油酯含量的關(guān)系，之后選取高酸價、低酸價的玉米毛油分別進(jìn)行堿煉脫酸，對堿煉脫酸玉米油中甘一酯、甘二酯、3-氯丙醇酯和縮水甘油酯含量進(jìn)行檢測，分析研究堿煉脫酸對玉米油甘一酯、甘二酯含量以及3-氯丙醇酯和縮水甘油酯含量的影響，同時考察堿煉脫酸對玉米油中維生素E和植物甾醇含量的影響，以期為玉米油精煉過程3-氯丙醇酯和縮水甘油酯的防范和控制提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

3個玉米毛油樣品(樣品1～樣品3，酸價(KOH)分別為3.06、4.10、8.70 mg/g)，均采集于玉米油加工企業(yè)。

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%)、3-油酸-氯丙醇酯(純度≥97%)、氘代油酸縮水甘油酯(純度≥97%)、油酸縮水甘油酯(純度≥97%)，均購于上海安普實驗科技股份有限公司；α-、β-、γ-、δ-生育酚(純度≥98%),α-、β-、γ-、δ-生育三烯酚(純度≥98%)，北京三區(qū)生物技術(shù)有限公司；5α-膽甾烷醇標(biāo)準(zhǔn)品(純度≥95%)，美國Sigma公司。

乙醚、石油醚、無水乙醇、冰乙酸、三氯甲烷、氫氧化鉀、碘化鉀、溴化鈉、硫酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%)、鹽酸、碳酸氫鈉、硫酸鈉、無水硫酸鎂、三氟化硼、乙腈、丙酮均為分析純；甲醇、異丙醇、正己烷、乙酸乙酯、甲基叔丁基醚、苯基硼酸(純度≥97%)、乙腈、甲苯、乙酸、環(huán)己烷均為色譜純。超純水取自市售娃哈哈純凈水。

Tracel310-ISQ氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀、HP-5MS氣相毛細(xì)管色譜柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)，美國Thermo Fisher公司；7990B氣相色譜儀，美國Agilent公司；e2695液相色譜儀、2424蒸發(fā)光散射檢測器，美國Waters公司；UItimate SiO2色譜柱(5 μm,4.6 mm×250 mm)，月旭科技(上海)股份有限公司；2475熒光檢測器，美國Waters公司；MTN-2800W氮吹濃縮儀，天津奧特賽恩斯儀器有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 玉米毛油的堿煉脫酸

取玉米毛油樣品2、樣品3分別進(jìn)行堿煉脫酸，堿煉脫酸的加堿量為依據(jù)毛油酸價計算的理論加堿量與油質(zhì)量0.2%的超量堿之和，樣品2堿煉的堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.58%，樣品3堿煉的堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.07%。稱取200 g左右的玉米毛油于250 mL燒杯中，攪拌并加熱至25℃左右，緩慢加入稱量好的堿液進(jìn)行中和反應(yīng)20 min左右，待油皂離析時降低攪拌速度，并將油溫迅速升至60℃，保持10 min促使皂粒絮凝，以4 500 r/min離心20 min進(jìn)行油、皂分離，分離出的油脂加熱至95℃左右，用同溫蒸餾水洗滌至中性，之后再進(jìn)行減壓干燥脫除水分，即得到堿煉脫酸油。

1.2.2 玉米油質(zhì)量指標(biāo)檢測

酸價測定參照 GB 5009.229—2016；過氧化值測定參照 GB 5009.227—2016；磷脂含量測定參照 GB/T 5537—2008；色澤測定參照 GB/T 22460—2008；維生素E含量測定參照 GB/T 26635—2011；植物甾醇含量測定參照GB/T 25223—2010；脂肪酸組成測定參照GB 5009.168—2016。

1.2.3 3-氯丙醇酯和縮水甘油酯含量的測定

參照GB 5009.191—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中氯丙醇及其脂肪酸酯含量的測定》第三法及文獻(xiàn)[13-14]，采用酸水解的方法間接測定玉米油中3-氯丙醇酯和縮水甘油酯含量。首先對樣品進(jìn)行酸水解，將3-氯丙醇酯轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x態(tài)的3-氯丙醇，凈化之后進(jìn)行衍生處理，將3-氯丙醇轉(zhuǎn)化為3-氯丙醇衍生物，進(jìn)GC-MS檢測，以3-氯丙醇和縮水甘油的含量來表示3-氯丙醇酯和縮水甘油酯的含量。采用同位素內(nèi)標(biāo)進(jìn)行定量。

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(xì)管氣相色譜-質(zhì)譜柱(柱長30 m，內(nèi)徑0.25 μm，膜厚0.25 μm)；載氣，高純氦氣(純度≥99.999%)，恒流模式，流速為1 mL/min；進(jìn)樣口溫度250℃；進(jìn)樣量1 μL，不分流進(jìn)樣；升溫程序，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：離子源，電子轟擊源(EI)；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(SIM)。監(jiān)測離子：3-MCPD衍生物，定量離子m/z147，定性離子m/z146、196、198；3-MCPD-d5衍生物，定量離子m/z150，定性離子m/z149、201、203；3-MBPD衍生物，定量離子m/z240，定性離子m/z147、242；3-MBPD-d5衍生物，定量離子m/z245，定性離子m/z150、247。

1.2.4 甘一酯、甘二酯含量的測定

參照孟祥河[15]的方法，采用高效液相色譜-蒸發(fā)光散射檢測器對玉米油中甘一酯、甘二酯含量進(jìn)行檢測，并計算甘一酯、甘二酯和甘三酯相對含量。

高效液相色譜-蒸發(fā)光散射檢測器檢測條件：UItimate SiO2色譜柱(5 μm,4.6 mm×250 mm)；柱溫40℃；漂移管溫度70℃；蒸發(fā)器溫度60℃；N2壓力172.37 kPa；流動相為正己烷-異丙醇-乙酸(體積比98.9∶1∶0.1)；進(jìn)樣量10 μL。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同酸價玉米毛油堿煉脫酸前后的品質(zhì)比較

對3個玉米毛油及其中2個玉米毛油堿煉脫酸后的主要質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行檢測，結(jié)果如表1所示。

表1 不同酸價玉米毛油堿煉脫酸前后的質(zhì)量指標(biāo)

注：“-”表示未檢測。

由表1可以看出，隨3個玉米毛油樣品酸價的升高，其過氧化值也隨之升高，同時色澤加深，磷脂含量也升高，說明玉米毛油酸價與其綜合品質(zhì)有明顯關(guān)系，可以反映毛油品質(zhì)。對樣品2和樣品3堿煉脫酸后，其酸價(KOH)均降低至0.2 mg/g以下，同時過氧化值也有所降低，色澤得到明顯改善。

2.2 不同酸價玉米毛油堿煉脫酸前后甘油酯組成的變化

對3個玉米毛油及其中2個玉米毛油堿煉脫酸后的甘油酯組成進(jìn)行測定，結(jié)果如表2所示。

表2 不同酸價玉米毛油堿煉脫酸前后的甘油酯組成 %

注：相對樣品1，*表示差異顯著(p<0.05),**表示差異極顯著(p<0.01);各樣品脫酸油與其毛油比，#表示差異顯著(p<0.05)，##表示差異極顯著(p<0.01)。

從表2結(jié)合表1可以看出，毛油酸價(KOH)從3.06 mg/g增加至4.10 mg/g時，甘一酯含量幾乎沒有變化，甘二酯、甘三酯含量變化具有顯著性差異(p<0.05)，毛油酸價(KOH)從3.06 mg/g增加至8.70 mg/g時，甘一酯含量具有顯著性差異(p<0.05)，甘二酯、甘三酯含量變化具有極顯著差異(p<0.01)。說明隨毛油酸價升高，甘一酯含量少許升高、甘二酯含量明顯升高，致使甘三酯含量明顯降低。酸價最高的毛油樣品3中甘三酯含量僅為82.60%，甘一酯、甘二酯總量高達(dá)17.40%。這可能與作為玉米胚原料的玉米籽粒的成熟度有關(guān)[16]，也可能與玉米胚儲存、油脂制取過程中甘三酯的酸敗水解有關(guān)。因為在油料種子成熟期若甘三酯的合成反應(yīng)不完全，會造成甘三酯合成中間產(chǎn)物(甘二酯、甘一酯)含量的增多，同時在油脂制取過程若發(fā)生甘三酯的水解，就會分步水解形成甘二酯、甘一酯和游離脂肪酸等分解產(chǎn)物。

從表2還可以看出，隨堿煉脫酸過程玉米油酸價的降低，甘二酯含量極顯著降低(p<0.01)，甘三酯含量顯著或極顯著升高(p<0.05，p<0.01)，但甘一酯含量的降幅不顯著。如樣品3經(jīng)堿煉脫酸后甘二酯、甘一酯總量僅降低了4.47個百分點，樣品2中甘二酯、甘一酯總量僅降低了3.34個百分點，這說明堿煉脫酸過程對甘二酯、甘一酯的脫除效果有限。

2.3 不同酸價玉米毛油堿煉脫酸前后3-氯丙醇酯和縮水甘油酯含量

對3個玉米毛油及其中2個毛油堿煉脫酸后3-氯丙醇酯和縮水甘油酯含量進(jìn)行檢測，結(jié)果如表3所示。

表3 不同酸價玉米毛油堿煉脫酸前后3-氯丙醇酯和縮水甘油酯含量 mg/kg

從表3可以看出，3個玉米毛油樣品中均檢測出3-氯丙醇酯和縮水甘油酯，且3-氯丙醇酯含量均隨毛油酸價升高而升高。Bertrand等[17]認(rèn)為精煉食用油中3-氯丙醇酯和縮水甘油酯含量與毛油中前體物質(zhì)的含量密切相關(guān)。對照表1、表2可知，隨樣品1、樣品2、樣品3毛油酸價的升高，其中磷脂含量、甘二酯、甘一酯含量均呈遞增趨勢，而這些均被認(rèn)為是形成3-氯丙醇酯的前體物質(zhì)。2個玉米毛油樣品在經(jīng)過堿煉脫酸后，3-氯丙醇酯含量均有明顯下降，這可能歸于3-氯丙醇酯被皂腳吸附或被水洗脫除。3個玉米毛油樣品中縮水甘油酯含量并未隨酸價升高而升高，2個堿煉脫酸油中含量也未顯示出明顯降低。

2.4 不同酸價玉米毛油堿煉脫酸前后營養(yǎng)成分含量

不同酸價玉米毛油堿煉脫酸前后維生素E、植物甾醇組分含量的變化分別見表4和表5。

表4 不同酸價玉米毛油堿煉脫酸前后維生素E組分含量 mg/100 g

由表4可以看出，3個玉米毛油樣品中維生素E含量為82.52～88.27 mg/100 g，較一般植物油中的含量高[18]。維生素E是一種天然抗氧化劑，玉米油中豐富的維生素E賦予其很好的氧化穩(wěn)定性和營養(yǎng)價值。玉米油中的維生素E除含有常見的4種生育酚之外，還含有較少見的4種生育三烯酚，玉米毛油中生育三烯酚總量在維生素E中的占比達(dá)到18.70%～20.58%。經(jīng)堿煉脫酸，玉米油中維生素E有一定程度的損失(毛油樣品2、毛油樣品3中的損失率分別為21.68%、24.53%)。這與陳歷水等[19]的研究結(jié)果基本一致。

表5 不同酸價玉米毛油堿煉脫酸前后植物甾醇含量 mg/100 g

植物甾醇是一種天然活性物質(zhì)，具有抑制膽固醇的吸收、預(yù)防動脈粥樣硬化等心血管疾病、保護(hù)皮膚等功能。從表5可以看出，3個玉米毛油樣品的植物甾醇含量為979.6～1 494.4 mg/100 g，相比于菜籽油、花生油、大豆油等油脂，有更高的植物甾醇含量，但低于稻米油[20]。其中谷甾醇含量最高，豆甾醇含量最少。堿煉脫酸過程會造成植物甾醇含量的大幅降低，樣品 2、樣品3的植物甾醇損失率分別為32.67%、39.99%。因此，為避免植物甾醇的損失，堿煉過程應(yīng)盡可能采用淡堿或其他優(yōu)化的工藝條件。

3 結(jié) 論

通過對3個不同酸價玉米毛油樣品的檢測可知，毛油中甘一酯、甘二酯含量隨毛油酸價的升高而明顯升高，甘三酯含量明顯降低，毛油酸價(KOH)為3.06～8.70 mg/g時，毛油中甘一酯和甘二酯總量為6.39%～17.40%，甘三酯含量為82.60%～93.61%，3-氯丙醇酯含量為2.09～3.23 mg/kg，縮水甘油酯含量為0.40～0.51 mg/kg。分別對酸價(KOH)4.10、8.70 mg/g的2個玉米毛油進(jìn)行堿煉脫酸后，甘一酯和甘二酯總量分別降低了3.34、4.47個百分點，3-氯丙醇酯含量有所降低，但縮水甘油酯的含量變化不大。說明堿煉脫酸過程對降低甘一酯、甘二酯含量的作用有限，對3-氯丙醇酯有一定的脫除作用，但對縮水甘油酯的影響很小。此外，堿煉脫酸過程造成維生素E損失率21.68%～24.53%，植物甾醇損失率32.67%～39.99%。研究結(jié)果提示對于酸價較高的玉米毛油因其含有較高含量的甘一酯和甘二酯，且堿煉脫酸過程難以將其有效脫除，這些3-氯丙醇酯和縮水甘油酯的前體物質(zhì)若隨待脫臭油脂進(jìn)入高溫蒸餾脫臭系統(tǒng)，就會促使3-氯丙醇酯和縮水甘油酯的形成，造成成品玉米油中3-氯丙醇酯和縮水甘油酯含量明顯升高。為防范和控制這種風(fēng)險，應(yīng)關(guān)注基于甘一酯、甘二酯脫除的玉米油精煉工藝技術(shù)的研發(fā)。