不同油脂精煉過程中氯離子、3-氯丙醇酯和縮水甘油酯含量的變化

劉玉蘭，王璐陽，馬宇翔，黃會(huì)娜，劉昌樹，王月華

(1.河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院，鄭州 450001； 2.佳格投資(中國)有限公司，江蘇 太倉 215400；3.山東三星玉米產(chǎn)業(yè)科技有限公司，山東 鄒平 256209)

油脂即甘油三脂肪酸酯，在一定條件下持續(xù)高溫受熱會(huì)形成少量的3-氯丙醇酯(3-MCPD酯)和縮水甘油酯(GEs)[1]。3-MCPD酯和GEs是近年來人們高度關(guān)注的食用油及含油食品中的安全風(fēng)險(xiǎn)成分[2]。3-MCPD酯是氯丙醇酯類物質(zhì)(即三酰甘油的?；?個(gè)或2個(gè)氯取代形成的化合物)中含量占居絕對(duì)高比例的一種成分，因此常以3-MCPD酯含量作為評(píng)價(jià)氯丙醇類物質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)的指標(biāo)[3]。GEs即甘油中1,2位羥基脫水縮合形成環(huán)氧基而另一個(gè)羥基與脂肪酸發(fā)生酯化反應(yīng)所生成的酯化產(chǎn)物，是一類末端環(huán)氧酯，可代謝生成縮水甘油和脂肪酸，并且在一定條件下轉(zhuǎn)變成3-MCPD[4]。因此，通常將3-MCPD酯和GEs 并做同一類食品安全風(fēng)險(xiǎn)成分進(jìn)行研究。3-MCPD酯自身帶有毒性，其分解產(chǎn)物3-MCPD更是一種致癌性污染物，具有腎臟、生殖和遺傳毒性[5-6]。GEs本身不具有致癌性，但在體內(nèi)通過脂質(zhì)代謝分解產(chǎn)生的縮水甘油是具有基因毒性的致癌物(人類2A級(jí)致癌物)[7]。為此，國際上已有多個(gè)國家及地區(qū)對(duì)食用油中3-MCPD酯和GEs的限量進(jìn)行評(píng)估，2018年歐盟委員會(huì)(EC)發(fā)布了修訂后的(EU)1881/2006號(hào)法規(guī)，規(guī)定食用植物油中GEs的限量為1 mg/kg，嬰兒食品用油中GEs限量為0.5 mg/kg。2019年7月23日，著名的OFI(Oils & Fats International)雜志披露，歐盟委員會(huì)建議將食用植物油中3-MCPD酯的限量設(shè)定為1.25 mg/kg，嬰幼兒食品及配方食品的限量設(shè)定為0.75 mg/kg[8]。目前，我國雖然還尚未對(duì)食用植物油中3-MCPD酯和GEs含量做出明確限定，但業(yè)界已高度關(guān)注[9-10]。

近年的研究表明，不同食用植物油產(chǎn)品中3-MCPD酯和GEs含量有很大差異[11-12]，并且其中的3-MCPD酯和GEs主要是在油脂精煉過程的高溫脫臭工序形成[13-14]。油脂脫臭工藝條件(主要是溫度和時(shí)間)及脫臭過程氯離子的存在是影響3-MCPD酯和GEs形成的最主要因素[15]，油脂脫臭用直接蒸汽可能會(huì)將氯離子帶入脫臭系統(tǒng)[16]，但待脫臭油中是否也含有氯離子并將其帶入脫臭系統(tǒng)、不同植物油中氯離子含量差異以及在精煉過程其含量的變化規(guī)律如何等，均未見報(bào)道。不同品種油脂的毛油中是否含有3-MCPD酯和GEs及在精煉過程其含量如何變化等，也均未見報(bào)道。因此，本試驗(yàn)從不同的植物油加工企業(yè)采集油脂精煉生產(chǎn)線的毛油、各工序半成品、脫臭油等樣品，對(duì)其中氯離子、3-MCPD 酯和GEs含量進(jìn)行檢測(cè)，分析研究不同油脂精煉過程這3種成分的變化及之間的相關(guān)性，以期為油脂精煉過程3-MCPD酯和GEs的風(fēng)險(xiǎn)防范和控制提供支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

大豆油、菜籽油、花生油、葵花籽油、玉米油、米糠油，分別取自相應(yīng)油脂加工企業(yè)的精煉生產(chǎn)線。其中毛油為采用溶劑浸出或預(yù)榨浸出方法提取的，脫膠脫酸油為采用堿煉脫酸兼帶脫除膠體雜質(zhì)后的油脂，脫色油為采用固體吸附劑吸附脫色后的油脂，脫臭油為采用高溫、高真空、水蒸氣蒸餾脫除臭味組分后的油脂。

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%)標(biāo)準(zhǔn)品，上海安普實(shí)驗(yàn)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?jǐn)?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(jí)純。

Trace1310-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)、ICS-2100離子色譜儀，美國Thermo Fisher公司；KQ3200DE數(shù)控超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司；Moiresearch摩爾分析型超純水器，重慶摩爾水處理設(shè)備有限公司；MTN-2800W氮吹濃縮儀，美國奧特賽恩斯儀器有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 油脂中氯離子含量的測(cè)定

(1)樣品前處理。稱取5 g油樣于30 mL螺紋試管中，用10 mL正己烷溶解，再加5 mL超純水，擰緊試管蓋，渦旋30 s使水與有機(jī)相充分接觸。超聲30 min以輔助萃取(超聲功率100%，溫度20℃)，然后4 500 r/min離心4 min。將試管中的下層水相過0.22 μm有機(jī)濾膜至10 mL容量瓶中，定容。測(cè)定時(shí)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)后進(jìn)離子色譜儀檢測(cè)。

(2)氯離子含量檢測(cè)。參照GB/T 5750.5—2006《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法 無機(jī)非金屬指標(biāo)》中離子色譜法檢測(cè)氯離子含量。

(3)氯離子標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制。將優(yōu)級(jí)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，配制成質(zhì)量濃度為100 mg/L的氯離子標(biāo)準(zhǔn)溶液。用超純水將質(zhì)量濃度為100 mg/L的氯離子標(biāo)準(zhǔn)溶液分別逐級(jí)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(jìn)樣用離子色譜儀檢測(cè)，以氯離子質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，離子強(qiáng)度為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行擬合，得線性回歸方程Y=0.306 3X+0.038，標(biāo)準(zhǔn)曲線的相關(guān)系數(shù)(r2)為0.999 7。

1.2.2 油脂中3-MCPD酯和GEs的測(cè)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(cè)定》及王璐陽等[16]的方法，油樣經(jīng)酸水解、衍生化后用GC-MS測(cè)定，通過保留時(shí)間(3-MCPD 酯及其內(nèi)標(biāo)物的出峰時(shí)間分別為18.12 min 和18.06 min，GEs及其內(nèi)標(biāo)物的出峰時(shí)間分別為19.69 min和19.62 min)定性，采用同位素內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行定量。

GC條件：HP-5MS毛細(xì)管色譜柱(30 m×0.25 mm，0.25 μm)；載氣為高純氦氣(純度≥99.999%)，流速1 mL/min；升溫程序?yàn)?5℃保持12 min，以20℃/min升至165℃，保持10 min，再以20℃/min升至300℃，并保持8 min；進(jìn)樣口溫度250℃；不分流進(jìn)樣，進(jìn)樣量1 μL。

MS條件：傳輸線溫度280℃，離子源溫度250℃；電子轟擊離子源，電離能量70 eV；掃描方式為離子監(jiān)測(cè)模式。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010、Origin 2018軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，采用Duncan法進(jìn)行顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同油脂精煉過程氯離子含量的變化

對(duì)大豆油、菜籽油、花生油、葵花籽油、玉米油、米糠油6個(gè)不同品種油脂精煉過程中氯離子含量進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如圖1所示。

從圖1可見，6個(gè)不同品種毛油樣品中均含有氯離子，其含量為0.412～1.087 mg/kg，氯離子含量排序?yàn)槊卓访?菜籽毛油>大豆毛油>玉米毛油>花生毛油>葵花籽毛油。毛油中氯離子的來源可能有兩個(gè)方面：一是油料自身含有金屬離子[17]，在制油過程中遷移進(jìn)入毛油中，而油料中的氯離子可能緣于其母體植物生長過程的土壤、水肥及農(nóng)藥等[18]；二是油料在浸出制油過程中所接觸的加工助劑如浸出溶劑、直接蒸汽等帶入的氯離子，甚至在浸出混合油的沉降除粕末過程中加入鹽水，使氯離子大量進(jìn)入浸出毛油中[16]。毛油經(jīng)脫膠脫酸后，其中氯離子含量均有不同程度的降低，降幅的差別可能與不同毛油脫膠脫酸采用工藝條件的差異有關(guān)。通常，根據(jù)毛油中膠體雜質(zhì)含量和酸價(jià)的不同，水化脫膠和堿煉脫酸時(shí)的加水量和加堿量是不同的，因此形成的油腳和皂腳數(shù)量及性狀也不同，導(dǎo)致油腳和皂腳對(duì)氯離子的吸附脫除程度不同，此外在堿煉脫酸后的水洗過程中，水洗加水量及水洗次數(shù)的不同也會(huì)影響氯離子的脫除程度。油脂經(jīng)吸附脫色后，除花生油外其他油脂中氯離子含量均有較大幅度的降低，這歸因于固體吸附劑如活性白土、凹凸棒土、活性炭等對(duì)氯離子的吸附作用，但不同吸附劑對(duì)氯離子的吸附脫除作用是不同的。劉玉蘭等[19]的研究表明，常用的油脂脫色吸附劑自身含有氯離子(10個(gè)吸附劑樣品中氯離子含量為8.950～187.881 mg/kg)，采用不同種類和不同用量的吸附劑對(duì)油脂進(jìn)行吸附脫色，結(jié)果會(huì)造成脫色油中氯離子含量升高或降低(當(dāng)吸附劑自身氯離子含量高和用量大時(shí)，吸附脫色過程氯離子向油脂中的遷移量大于吸附脫除量，反之則吸附脫除量大于遷移量)，采用活性炭YS-900對(duì)油脂進(jìn)行吸附脫色能使油脂中氯離子含量降低83.2%。脫色油再經(jīng)水蒸氣蒸餾脫臭后，脫臭油中仍含有0.088～0.310 mg/kg氯離子，但脫臭油中氯離子含量或升高或降低，沒有明確的規(guī)律性，其差異可能與脫臭用直接蒸汽中氯離子含量有關(guān)，當(dāng)直接蒸汽中氯離子含量較高時(shí)，脫臭油中氯離子含量也隨之升高，同時(shí)也受脫臭過程形成3-MCPD酯的多少有關(guān)，因?yàn)?-MCPD酯的生成必然伴隨油脂中氯離子的消減。

圖1 不同油脂精煉過程氯離子含量變化

2.2 不同油脂精煉過程3-MCPD酯和GEs含量的變化

對(duì)大豆油、菜籽油、花生油、葵花籽油、玉米油、米糠油6個(gè)不同品種油脂精煉過程中3-MCPD酯和GEs含量進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如圖2所示。

從圖2可見，6個(gè)不同品種的毛油樣品中均含有3-MCPD酯和GEs，3-MCPD酯含量為0.084～0.863 mg/kg，GEs含量為0.028～0.721 mg/kg。3-MCPD 酯含量排序?yàn)橛衩酌?米糠毛油>菜籽毛油>大豆毛油>花生毛油>葵花籽毛油；GEs含量排序?yàn)橛衩酌?米糠毛油>菜籽毛油>大豆毛油>葵花籽毛油>花生毛油。一般認(rèn)為，在油脂高溫脫臭過程中伴隨3-MCPD酯和GEs的形成導(dǎo)致了成品油脂中含有這兩種風(fēng)險(xiǎn)成分，對(duì)于毛油中是否含有3-MCPD酯和GEs卻少有報(bào)道。但本試驗(yàn)結(jié)果顯示，毛油中已經(jīng)存在了不同程度的3-MCPD酯和GEs。毛油中存在3-MCPD酯和GEs的原因可能是在制油過程中或高溫炒籽(如濃香花生油生產(chǎn)中160～180℃高溫炒籽過程)或高溫濕潤蒸炒(料坯在壓榨取油前的濕潤蒸炒溫度為120～130℃)或浸出毛油的蒸發(fā)和汽提脫溶(溫度可達(dá)130℃)所致[20]。但毛油中3-MCPD酯和GEs含量均處于很低水平。

隨油脂精煉過程的進(jìn)行，至油脂脫臭之前，3-MCPD酯和GEs含量雖然有所波動(dòng)，但均保持在較低水平。所有油脂經(jīng)脫臭后，3-MCPD酯和GEs含量均大幅升高，其中：脫臭玉米油中3-MCPD酯和GEs含量達(dá)到3.523 mg/kg和2.637 mg/kg，分別是待脫臭油的2.48倍和8.37倍；脫臭葵花籽油中其含量分別達(dá)到1.306 mg/kg和0.978 mg/kg，是待脫臭油的11.26倍和12.07倍；脫臭大豆油中其含量分別達(dá)到1.435 mg/kg和1.823 mg/kg，是待脫臭油的4.77倍和2.26倍；脫臭菜籽油中其含量分別達(dá)到10.021 mg/kg和4.774 mg/kg，是待脫臭油的18.94倍和19.10倍；脫臭花生油中其含量分別為1.543 mg/kg和1.288 mg/kg，是待脫臭油的25.89倍和24.30倍；脫臭米糠油中其含量分別為4.029 mg/kg和4.258 mg/kg，是待脫臭油的5.30倍和11.48倍。參照歐盟(EC)修訂后的(EU)1881/2006號(hào)法規(guī)中3-MCPD酯不大于1.25 mg/kg和GEs不大于1.0 mg/kg的限量指標(biāo)，6個(gè)不同品種的脫臭油中這兩種風(fēng)險(xiǎn)成分的含量基本均超出限量。

圖2 不同油脂精煉過程3-MCPD酯和GEs含量變化

分析不同油脂經(jīng)脫臭過程3-MCPD酯和GEs含量升幅差異的原因：①可能與不同油脂加工廠所采用脫臭工藝條件的差別有關(guān)，不同的油脂加工廠會(huì)根據(jù)毛油質(zhì)量及所期望的脫臭油質(zhì)量指標(biāo)(如酸價(jià)、過氧化值、煙點(diǎn)、色澤等)來調(diào)整油脂脫臭條件(如溫度、時(shí)間、真空度和直接蒸汽用量等)，脫臭條件的差異(如溫度230～260℃、時(shí)間30～60 min)對(duì)脫臭過程3-MCPD酯和GEs形成的影響程度不同，即造成脫臭油中這兩種風(fēng)險(xiǎn)成分含量的差異；②結(jié)合脫臭前后油脂中氯離子含量變化進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)脫臭階段3-MCPD酯和GEs含量增幅最大的花生油在脫臭前后氯離子含量的降幅最大，這表明除脫臭工藝條件的影響之外，氯離子含量對(duì)3-MCPD酯和GEs的生成會(huì)產(chǎn)生重要影響；③不同毛油及其待脫臭油的甘油酯組成不同，如甘一酯、甘二酯含量不同，也會(huì)對(duì)脫臭過程3-MCPD酯和GEs的生成造成不同影響(甘一酯、甘二酯被認(rèn)為是形成3-MCPD酯和GEs的前體物質(zhì))，以致對(duì)脫臭油中這兩種風(fēng)險(xiǎn)成分的含量造成影響[21-22]。為此，若要有效防范和控制油脂脫臭過程3-MCPD酯和GEs形成、減少脫臭油中3-MCPD酯和GEs含量，必須從優(yōu)化脫臭工藝條件(主要是降低脫臭溫度和縮短脫臭時(shí)間)、減少脫臭系統(tǒng)氯離子含量(包括待脫臭油中氯離子含量和脫臭用直接蒸汽中氯離子含量)及減少待脫臭油中甘一酯、甘二酯含量等3個(gè)方面采取措施。同時(shí)，還需要對(duì)油脂中3-MCPD酯和GEs的脫除技術(shù)進(jìn)行研究。近期的研究表明[12,23]，采用優(yōu)選的固體吸附劑可以有效吸附脫除油脂中GEs(脫除率達(dá)95%)，但對(duì)3-MCPD酯的脫除效果很差；采用分子蒸餾能比較理想地脫除油脂中3-MCPD酯和GEs[24]，兩種成分的脫除率可分別達(dá)到79%和85.0%以上，但分子蒸餾過程會(huì)造成油脂中維生素E和甾醇的大量損失[25]，對(duì)食用植物油的營養(yǎng)品質(zhì)造成不良影響。

3 結(jié) 論

從不同油脂加工廠采集精煉生產(chǎn)中的大豆油、菜籽油、花生油、葵花籽油、玉米油、米糠油，對(duì)其中的氯離子、3-MCPD酯和GEs含量進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：所有毛油樣品中均含有不同程度的氯離子、3-MCPD酯和GEs，氯離子含量為0.412～1.087 mg/kg，3-MCPD酯含量為0.084～0.863 mg/kg，GEs含量為0.028～0.721 mg/kg；經(jīng)精煉過程的脫膠、脫酸和吸附脫色工序，油脂中氯離子含量基本呈下降趨勢(shì)(除花生油在吸附脫色后含量升高之外)，經(jīng)水蒸氣蒸餾脫臭后氯離子含量或升高或降低，沒有明確的規(guī)律性；在油脂脫臭之前的各工序，3-MCPD酯和GEs含量均保持在較低水平波動(dòng)，經(jīng)水蒸氣蒸餾脫臭后油脂中3-MCPD酯和GEs含量均大幅升高，脫臭油中這兩種成分的含量分別達(dá)到1.306～10.021 mg/kg和0.978～4.774 mg/kg，含量分別為待脫臭油中含量的2.48～25.89倍和2.26～24.30倍，脫臭工序是導(dǎo)致成品油中3-MCPD酯和GEs大幅升高的最關(guān)鍵工序，脫臭油中3-MCPD酯和GEs含量處于較高的食品安全風(fēng)險(xiǎn)程度。為了有效防范和控制油脂脫臭過程3-MCPD酯和GEs形成、減少脫臭油中3-MCPD酯和GEs含量，必須對(duì)油脂脫臭工藝條件進(jìn)行優(yōu)化和精準(zhǔn)控制，并減少待脫臭油和脫臭用直接蒸汽中的氯離子含量，降低待脫臭油中甘一酯、甘二酯含量，同時(shí)還需要對(duì)上述各因素之間的相互作用進(jìn)行持續(xù)系統(tǒng)研究，這是基于食用植物油質(zhì)量安全提升的油脂精煉工藝技術(shù)發(fā)展的重要內(nèi)容。