烹饪油烟排放特征的研究

赵丽丽

摘   要：饮食文化是我国文化的一大特色，有炸、炒、煎、烤、蒸等烹饪方式。油烟中含有大量的气溶胶以及各种有害气体成分，对城市空气以及室内环境都有很大影响。总结前人对烹饪油烟的研究，从形成机理、形貌特征两个方面的定量和定性分析进行汇总归纳，为油烟治理提供理论基础。

关键词：烹饪油烟;形成机理;排放特征

饮食文化是我国文化的一大特色，以地区化和多样化为特征。烹饪方式有炸、炒、煎、烤、蒸等。但烹饪油烟中含有大量的气溶胶以及各种有害气体成分，包括烷烃、烯烃、多环芳烃、脂肪酸、卤代烃、羰基化合物、离子、金属元素等[1]。流行病学研究表明，长期暴露于烹饪油烟中不利于身体健康，易引起如肺癌、鼻炎、肺功能衰竭等病症[2]。

烹饪油烟是指在烹饪行为中，食物制作和加工挥发的油脂、有机质及其加热分解或裂解产物，是一种有机气溶胶颗粒物和挥发性有机物（Volatile Organic Compounds，VOCs）的混合物。烹饪行为中产生的油烟可能因扩散、通风条件不良等因素影响室内环境，且当油烟排放至室外后，有机气溶胶颗粒是造成城市大气雾霾的罪魁祸首之一，VOCs气体也成为大气二次气溶胶的主要前体物。

1    烹饪油烟对环境的影响

近年来，随着城市大气雾霾污染的逐渐加重，针对大气颗粒物污染源的研究越来越多。烹饪源对城市雾霾有很大的影响，以北京市为例，烹饪源PM2.5占大气PM2.5质量分数的7.5%～21.2%[3-4]。

1.1  对室内环境的影响

在传统观念中，人们提到的室内空气质量往往以住宅内的装修材料挥发出来的甲醛、苯系物等总挥发性有机物（Total Votatile Organic Compound，TVOC）的質量分数作为评判优劣的标准，而忽略室内空气中的颗粒物污染。颗粒物是室内重要的污染源，可随呼吸进入人体呼吸道甚至肺泡，这些进入人体的颗粒物作为有毒物质的载体，对人体的危害极大[5]。室内颗粒物主要来源于室内人为行为和室外颗粒物的渗透。Koutrakls等[6]对纽约州能源研究发展局（Energy Research and Development Agency，ERDA）研究的部分数据进行了分析，并运用简单的质平衡模型计算了室内污染源和室外环境空气对室内颗粒物浓度的贡献率。发现在没有明显室内污染的情况下，室内PM2.5质量分数30%～40%来自室内污染源，而烹调行为的贡献率占到25%～30%。Glytsos等[7]针对几种不同的室内行为引起的室内颗粒物质量分数的变化特征进行分析，发现烹饪行为明显导致室内颗粒物浓度的增加，并且其中纳米颗粒物占数量质量分数的80%以上。这与郭伟等[8]针对不同场所的人为行为导致室内颗粒物浓度变化的研究结果一致。郭伟研究发现，烹饪会使室内颗粒物的数量浓度急剧增加，但质量浓度并没有数量浓度的增幅明显。另外，Kim等研究也发现，烹饪能释放多种有害物质，增加室内污染等级，危及烹饪者以及家庭成员的健康。

1.2  对室外环境的影响

烹饪行为对室外环境也有一定的贡献，特别是像中国这样注重饮食文化的国家。我国的烹饪油烟排放源头包括住宅、餐馆以及具有餐饮功能的商业建筑。在住宅和具有餐饮功能的商业建筑排放源中，通过油烟机未经处理直接排放或集中通过烟道排放至室外环境。在餐馆排放源中，烹饪油烟不经过处理或者通过油烟净化设备简单处理后排放至大气中。这些排放到大气的烹饪油烟成为引起大气污染的重要排放源之一。2001年出台的《饮食业油烟排放标准》中，对油烟的排放标准存在缺陷，导致“抽样检测合格但目测有很浓的烟雾”的现象发生。不论是现有油烟净化设备或者国家标准均未对油烟中的颗粒物特别是细颗粒物（动力学直径<2.5 μm）加以关注。

国内外不少学者研究发现，烹饪源是城市有机气溶胶的主要来源之一。Rogge等研究发现，在洛杉矶地区，大约有21%的一次有机细颗粒物是由烹饪排放引起的。Sun等研究发现，纽约地区大气中的PM1.0，有机气溶胶占总质量的54%，而烹饪和交通排放的有机气溶胶占总有机气溶胶的30%左右。Huang等使用高分辨率飞行时间质谱仪（HR-TOF-AMS）对2008年奥运会期间北京及周边地区空气中的亚微气溶胶颗粒进行源分析，发现烹饪排放的有机气溶胶占总有机气溶胶的24.4%。Sun等也对北京地区夏季空气中的有机和无机气溶胶进行调查分析，发现在进餐时间内，空气中由烹饪排放引起的烃类有机气溶胶明显增加。潘月云等建立了广东省大气污染物的排放清单，显示餐饮源是室外空气有机碳（Organic Carbon，OC）的第二大贡献源。

2    烹饪油烟的物理特征

颗粒物的物理特征主要包括形貌特征、排放质量分数以及粒径分布3个方面。烹饪过程的颗粒物排放研究主要集中在模拟厨房和实际环境两个方面。

2.1  形成机理

烹饪过程中产生的油烟通常由颗粒相和气相的污染物组成，颗粒相的污染物包含油滴、燃烧源充分燃烧导致的碳颗粒、雾滴以及部分气相污染物的凝结颗粒。这些颗粒物的粒径较小，通常在200 nm以下。中式烹饪需要大量的油以及较高的烹饪温度，因而产生大量的烟雾，这些烟雾冷凝成核形成细颗粒物。Buonanno等研究发现，在烹饪过程中，燃烧源燃烧形成的碳颗粒、食物中的水分以及烹饪过程加入的水分蒸发冷凝形成的水颗粒、食物中部分脂肪酸降解过程产生的碳颗粒，这些颗粒物表面凝结或吸附气态污染物以及颗粒之间的碰并等，都是油烟中颗粒物的形成途径。

2.2  形貌特征

目前，关于烹饪油烟中颗粒物形貌特征的报道较少，而颗粒物的形貌对反映颗粒物特征尤为重要。不同形状的颗粒物表面积差别很大，其表面的有害物质吸附量也有不同。另外，颗粒物形状的研究对颗粒物的脱除也有重要的参考价值。

Buonanno等通过透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，TEM）对烹饪产生的颗粒物形貌进行观察，如图1所示。从图1中可以看出，油烟中产生的颗粒物呈枝状，其分形维度低于2。另外，图1中的原始粒子近似为核模态细颗粒，通过扩散、凝并、碰并等作用形成积聚模态颗粒。温梦婷等采用电厂发射扫描电镜（Field Emission Scanning Electron Microscope，FESEM）发现烹饪油烟中的颗粒物形貌有3种：球状、固态及液态，认为球状颗粒来自燃烧排放的碳颗粒，固态颗粒多为无定型结构，可能为有机颗粒物，液态颗粒呈扁平状等不规则形状。3种形状的颗粒数量比例为3%、43%、44%。

3    结语

烹饪过程中产生的油烟对室内和室外环境都有影响，与人类的健康息息相关。目前，我国对烹饪油烟的排放管理相对较松，在住宅和具有餐饮功能的商业建筑排放源中，通过油烟机后未经处理直接或集中通过烟道排放至室外环境。在餐馆排放源中，烹饪油烟不经过处理或者通过油烟净化设备简单处理后排放至大气中。总结前人研究成果，从形成机理、形貌特征两个方面的定量和定性分析进行汇总归纳，以便充分了解烹饪油烟，为治理油烟污染提供基础。

[参考文献]

[1]汪笃权，左晓斌，李小玲，等.饮食油烟检测及成分分析[J].现代农业科技，2010（9）：284-285.

[2]SZE-TO G N，WU C L，CHAO C Y H，et al.Exposure and cancer risk toward cooking-generated ultrafine and coarse particles in Hong Kong homes[J].HVAC&R Research，2012，18（2）：204-216.

[3]朱   春，李旻雯，缪盈盈，等.城市烹饪油烟颗粒物排放特性分析[J].绿色建筑，2014（5）：57-60.

[4]王桂霞，董雪玲，许立男.餐饮源排放颗粒物的污染特征[C].上海：2012年环境污染与大众健康学术会议（CEPPH2012），2012.

[5]徐   亚，赵金平，陈进生，等.室内空气中颗粒物污染特征研究[J].环境污染与防治，2011（1）：52-56.

[6]KOUTRAKIS P，BRIGGS S L K，LEADERER B P.Source apportionment of indoor aerosols in suffolk and onondaga counties[J].New York：Environmental Science & Technology，1992，26（3）：521-527.

[7]GLYTSOS T，ONDRÁČEK J，DŽUMBOVÁ L，et al. Characterization of particulate matter concentrations during controlled indoor activities[J].Atmospheric Environment，2010，44（12）：1 539-1 549.

[8]郭   偉，程   燕，晁攸闯，等.人为活动对室内空气质量的影响[J].中国粉体技术，2013（5）：12-18.