食用油加工过程中3-氯丙醇脂肪酸酯生成的影响因素研究

王风艳 周澍堃 刘孟涛 李晓龙 王满意

(营养健康与食品安全北京市重点实验室；老年营养食品研究北京市工程实验室；中粮营养健康研究院有限公司，北京 102209)

食用油加工过程中3-氯丙醇脂肪酸酯生成的影响因素研究

王风艳 周澍堃 刘孟涛 李晓龙 王满意

(营养健康与食品安全北京市重点实验室；老年营养食品研究北京市工程实验室；中粮营养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种常用食用油脂中的含量，及影响其生成的主要因素。分析了大豆油、菜籽油、玉米油、葵花籽油4个油品中的3-MCPDE含量，所选油脂样品中均检测出3-MCPDE，并且3-MCPDE含量由高到低的顺序为玉米油>葵花籽油>菜籽油>大豆油。以玉米毛油为原料，考察了脱胶、脱酸、脱色、脱臭等精炼工段对3-MCPDE的影响。结果表明，3-MCPDE主要在脱臭阶段生成，并且随着脱臭温度的上升，3-MCPDE生成量上升，随着脱臭时间的延长，3-MCPDE的含量先增加后趋于平稳。考察了在脱色玉米油中添加不同量的氯和甘油二脂(DAG)2种前体物质对脱臭玉米油中3-MCPDE的影响。结果表明随着氯含量及DAG含量的增加，3-MCPDE呈现先迅速增长后趋于平稳的趋势。

氯丙醇脂肪酸酯 食用油 加工过程 危害因子

1978年，3-氯-1,2-丙二醇(3-MCPD)被发现是酸水解蛋白等含脂食品的加工污染物从而引起广泛关注。随着研究的不断深入，人们发现食品中的3-MCPD多数以酯的形式存在。Svejkovská等[1]于2004年报道了多种加工食品中存在3-MCPDE。油脂中3-MCPD多数是以脂肪酸酯的形式存在的(即3-MCPDE)，游离形式很少。大量研究发现在多种食用油中均检测出较高水平的3-MCPDE[2-5]，自此油脂中3-MCPDE污染的问题逐渐被重视。2009年，在检测日本花王集团的“Econa”烹调油产品中3-MCPDE的过程中发现产品中同时存在大量的缩水甘油酯，导致“Econa”烹调油及其相关12类产品被迫下架。

目前，已经有多个国家和地区的研究机构开始对油脂中的3-MCPDE含量进行了监测评估[6-7]。德国化学与兽医调查研究所(CVUA)的抽样调查结果显示，天然未精炼的植物油没有或存在微量3-MCPDE(<0.1mg/kg),经过精炼以后的植物油中3-MCPDE含量显著(>0.4 mg/kg)。卢跃鹏等[8]对10个植物油品种的491批次食用植物油样本中的3-MCPDE含量进行监测分析，结果显示3-MCPDE检出率为83.3%，检出结果范围为0.104～8.580mg/kg油，其中，以棕榈油和油茶籽油中3-MCPDE的含量最高。3-MCPDE问题已经成为油脂行业广泛关注的难题。

德国联邦风险评估机构(BfR)和欧盟食品安全局(EFSA)评估后认为3-MCPDE可以在胃肠道内完全水解生成3-MCPD。3-MCPD具有肾脏毒性，被国际癌症组织(IARC)划分为2B类致癌物。联合国食品添加剂专家委员会(JECFA)进行评估后制定了3-MCPD的限量标准，TDI值为每日不超过2 μg/kg体重。

3-MCPDE对油脂行业的影响已经非常明显，然而目前国内外的研究主要集中于3-MCPDE的形成机理及检测方法等的研究，而对于如何控制或降低油脂中的3-MCPDE研究较少。因此，在分析4种常用食用油脂中的3-MCPDE含量的基础上，对精炼工段及条件、前体物质含量等对3-MCPDE生成的影响进行了研究，以期为油脂中3-MCPDE含量的控制研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

大豆油、菜籽油、玉米油、葵花籽油等4种食用油共39个样品：市售。

1.2 仪器与试剂

1.2.1 仪器

安捷伦 GC 7890B-5977 MS气相色谱-质谱联用仪、HP-5MS 色谱柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)：安捷伦科技有限公司；TTL-DC Ⅱ氮吹仪：北京同泰联科技发展有限公司。

1.2.2 标准品与试剂

1,2-二亚油酸-3-氯丙醇酯标品(纯度98%)/氘代同位素1,2-二月桂酸-3-氯丙醇酯(d5-3-MCPDE，纯度98%)：加拿大 Toronto Research Chemicals公司；甲基叔丁基醚(色谱纯)、苯基硼酸(分析纯)：德国Sigma-Aldrich公司。

1.3 试验方法

1.3.1 精炼过程对3-MCPDE形成的影响

1.3.1.1 磷酸水化脱胶对3-MCPDE形成的影响

将玉米毛油称重后边搅拌边升温至75 ℃，加入0.1%油重磷酸溶液，加10%油重的水，保持反应30 min，趁热离心取轻相，测定油脂中3-MCPDE含量。

1.3.1.2 脱酸对3-MCPDE形成的影响

将脱胶后玉米油搅拌预热至85 ℃，根据原料酸价配制碱液，缓慢滴加碱液，搅拌反应15 min，趁热离心取轻相，在105 ℃真空条件下干燥，取样测定油脂中3-MCPDE含量。

1.3.1.3 脱色

真空条件下将干燥后玉米油搅拌升温至110 ℃，加入2.5%的白土反应30 min，破除真空将白土过滤去除，取样测定油脂中3-MCPDE含量。

1.3.1.4 脱臭

真空条件下将脱色玉米油加热至240 ℃进行脱臭，真空<0.5 mmHg，脱臭时间90 min，取样测定油脂中3-MCPDE含量。

1.3.2 脱臭条件的影响

取脱色玉米油5份，每份500 g，分别在220、230、240、250、260 ℃下进行脱臭，脱臭时间90 min，取样测定油脂中3-MCPDE含量。

另取脱色玉米油5份，每份500 g，在240 ℃下进行脱臭，脱臭时间分别为60、90、120、150、180 min，取样测定油脂中3-MCPDE含量。

1.3.3 氯的影响试验

取脱色玉米油5份，每份500 g，分别添加0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mg/kg(以脱色油重量计)的氯，在240 ℃下进行脱臭，脱臭时间90 min，取样测定油脂中3-MCPDE含量。

1.3.4 DAG含量影响试验

取脱色玉米油5份，每份500 g，分别添加0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%(以脱色油质量计)的DAG，在240 ℃下进行脱臭，脱臭时间90 min，取样测定油脂中3-MCPDE含量。

1.3.5 3-氯丙醇酯的检测方法

参照AOCS Cd 29a-13方法测定油脂中的3-MCPDE含量，即在酸性甲醇溶液中，植物油脂中的3-MCPDE会转化为游离的3-MCPD，3-MCPD用苯基硼酸衍生后进行气相色谱-质谱法分析。以3-MCPD含量评价植物油脂中3-MCPDE的含量，内标法定量。

1.3.5.1 酸水解

称取(100±5) mg样品，加入内标d5-3-MCPDE标准品溶液和2 mL甲基叔丁基醚(MTBE)，涡旋10 s使其充分混匀。加入1.8 mL硫酸/甲醇溶液后，置于(40±1) ℃恒温振荡16 h。反应完成后，加入0.5 mL饱和氯化钠溶液，涡旋以终止反应，以待净化。

1.3.5.2 净化

向待净化液中依次加入2 mL硫酸钠溶液和2 mL正己烷，涡旋后静置5 min，待分层后弃去正己烷，并用正己烷重复洗涤1次。随后加入1 mL乙酸乙酯/乙醚混合溶液，分层后将上层溶液转移至装有少量无水硫酸镁的玻璃试管中，重复提取3次，待衍生化反应。

1.3.5.3 衍生化

向提取液中加入200 μL苯基硼酸，涡旋后静置。氮吹至全干，然后加入500 μL正己烷复溶，涡旋后用滤膜过滤转移至进样小瓶。

1.3.5.4 GC-MS分析

色谱条件：85 ℃保持12 min；以20 ℃/min的速率升温至165 ℃，保持10 min；然后以20 ℃/min 的速率升温至300 ℃，保持8 min。进样口温度250 ℃。载气为高纯氦气，流速1 mL/min；进样体积1 μL。

质谱条件：电子轰击离子源(EI)，离子源温度230 ℃；四极杆温度150 ℃；扫描方式为离子监测(SIM)模式。

2 结果与讨论

2.1 市售4种油品中3-MCPDE含量

此次抽样调查发现所采集的植物油中均存在3-MCPDE的污染，且不同油脂品种3-MCPDE含量水平差异较大，见表1。玉米油中3-MCPDE含量最高，检出结果范围为0.342～2.693 mg/kg，中位数0.879 mg/kg；其次是葵花籽油，检出结果范围为0.309～1.158 mg/kg，中位数0.881 mg/kg；菜籽油和大豆油中3-MCPDE含量较低(中位数0.476 mg/kg和0.425 mg/kg)。分析原因，不同油料中3-MCPDE的前体物质(如氯和甘油二酯等)含量不同；在精炼工艺中，不同油料的精炼工艺及精炼参数也有所差异。

表1 市售食用植物油中3-MCPDE含量的分布情况/mg/kg

相比较2008年CVUA的抽样调查，本次调查中4种精炼植物油3-MCPDE含量均在低含量组(0.5～1.5 mg/kg)，与CVUA将大豆油、菜籽油、葵花籽油归于低含量组结果一致；与玉米油归于中含量组(1.5～4.0 mg/kg)有所区别。在调查10份玉米油样品中，检出结果范围为0.342～2.693 mg/kg，反映了目前市场上不同玉米油3-MCPDE含量差异较大。

2.2 不同精炼工段对3-MCPDE的影响

以玉米油为研究对象，考察不同精炼工段对3-MCPDE形成的影响，结果如图1所示。从图1中可以看出，3-MCPDE主要生成于脱臭阶段。脱臭前3-MCPDE含量极低(<0.05 mg/kg)。毛油经过脱胶、脱酸、脱色工艺，3-MCPDE含量没有发生明显变化。脱臭后3-MCPDE含量显著升高，从0.046 mg/kg增加至0.379 mg/kg，说明脱臭工艺为生成3-MCPDE主要工艺阶段，这与文献[9-11]报道中对于菜籽油、葵花籽油及花生油等在各精炼工序中脱臭工序中3-MCPDE生成量最多结论一致，说明高温是引起3-MCPDE大量生成的重要因素。

图1 不同精炼工段对3-MCPDE的影响

2.3 脱臭温度对3-MCPDE的影响

考察了不同脱臭温度对脱臭玉米油3-MCPDE的生成的影响，结果如图2所示。从图2中可以看出，随着脱臭温度的增加，3-MCPDE的生成量显著增加。与脱臭温度220 ℃相比，在230～260 ℃温度范围内3-MCPDE值含量大幅升高，特别是当温度升高至260 ℃，3-MCPDE的含量约为220 ℃时的6倍。表明样品油中含有大量的3-MCPDE的前体物质(如甘油二酯、氯离子等)，只要有足够高的温度，前体物质会大量反应转化为3-MCPDE。因此，脱臭温度是3-MCPDE生成最重要条件之一。

图2 脱臭温度对3-MCPDE的影响

2.4 脱臭时间对3-MCPDE的影响

考察了不同脱臭时间对3-MCPDE的影响，结果如图3所示。从图3中可以看出，随着脱臭时间的延长，在60～120 min内，3-MCPDE的含量显著增加；随着脱臭时间在120～180 min，3-MCPDE的含量趋于平稳，这与Shimizu等[12-13]的研究结果相似。Pudel等[14]研究发现，脱臭温度和脱臭时间对3-MCPDE的生成均具有显著影响，当脱臭温度在240 ℃时随着脱臭时间从1.5 h延长至6 h时，3-MCPDE的含量呈下降趋势，表明在脱臭过程中3-MCPDE可以随着水蒸气一起被蒸馏至脱臭馏出物中。

图3 脱臭时间对3-MCPDE的影响

2.5 氯含量对3-MCPDE的影响

氯是形成3-MCPDE的主要前体之一[5,13,15-17]。在脱色玉米油中添加不同含量的氯然后再进行脱臭，脱臭油中的3-MCPDE含量结果如图4所示。从图4中可以看出，随着氯离子的添加，在0～0.4 mg/kg的添加量下，3-MCPDE的含量呈现近似直线增加的趋势；在0.4～1.0 mg/kg添加量下，3-MCPDE的含量增加趋势减缓，在1.0～2.0 mg/kg添加量下，3-MCPDE的含量趋于平稳。这一变化趋势与Shimizu等[13]的研究结果一致。在油脂精炼的各个工段中所使用的酸、碱、脱色助剂、水蒸气等都有可能向样品中引入氯离子，因此筛选精炼助剂降低氯的引入是控制3-MCPDE生成重要的措施之一。

图4 氯含量对3-MCPDE的影响

2.6 DAG含量对3-MCPDE的影响

图5 DAG含量对3-MCPDE的影响

DAG是形成3-MCPDE的另一个重要前体[18-20]。在脱色玉米油中添加不同含量的DAG然后再进行脱臭，脱臭油中的3-MCPDE含量结果如图5所示。从图5中可以看出，随着DAG含量的添加，在0%～0.4%的添加量下，3-MCPDE的含量呈现明显增加的趋势；随着DAG含量的进一步增加，3-MCPDE的含量趋于平缓。除DAG之外，油脂样品中的甘油一酯(MAG)等极性组分也可能是形成3-MCPDE的重要前体[18]，但MAG生成3-MCPDE的速率远低于DAG。因此，降低DAG的含量是控制3-MCPDE生成的重要措施之一，可以通过优选低DAG含量的新鲜油脂原料或筛选合适的精炼助剂去除油脂原料中DAG等措施降低3-MCPDE的生成。

3 结论

食用植物油中普遍存在3-MCPDE污染，不同油种间含量差异较大，所选4种油脂样品中玉米油的3-MCPDE含量最高。脱臭工段是3-MCPDE生成的最主要工段，脱臭温度、脱臭时间均影响3-MCPDE的生成，降低脱臭温度、缩短脱臭时间均有利于控制3-MCPDE的生成。氯和DAG等是影响3-MCPDE生成的关键前体物质，氯或DAG含量的增加均会导致3-MCPDE含量的迅速升高，但当反应趋于平衡时再增加氯或者DAG的含量则3-MCPDE趋于平稳。因此，脱臭温度和前体物质才是控制3-MCPDE生成的关键条件。所以，控制植物油中3-MCPDE含量可行的办法是：采用优质原料、降低脱臭温度、减少辅料中氯离子引入等。

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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”国家重点研发计划(2016YFD0401405)

2017-04-05

王风艳，女，1985年出生，博士，油料油脂加工技术与产品开发