不同酸价米糠毛油碱炼脱酸过程甘油酯组成及3-氯丙醇酯和缩水甘油酯含量的变化

刘玉兰，李泽泽，陈文彦，张家枫，马宇翔

（河南工业大学粮油食品学院，河南 郑州 450001）

我国稻谷年产量超过两亿 t。米糠是稻米加工过程的副产物，年产量约1 500万 t。米糠含油率18%～20%，若将全部米糠资源用于制油，米糠油产量将超过 200万 t[1]。米糠油的脂肪酸组成合理，并且含有丰富的谷维素、生育酚、植物甾醇等活性营养成分，是公认的营养价值很高的食用植物油。随着我国经济的快速发展和人民生活水平的大幅提高，食品安全问题受到更加广泛的关注。作为一日三餐必不可少的食用油，其食品安全同样也受到更多关注。油脂科研工作者和油脂生产企业高度重视食用油中安全风险成分的防范和控制[2]，通过对先进技术的研发应用，持续提升产品的安全品质和营养品质，为消费者提供更好的食用油产品。

3-氯丙醇（3-chloro-1,2-pxopanediol，3-MCPD）酯和缩水甘油酯（glycidyl fatty acid esters，GEs）是近年来受到关注的食品中包括食用油中的安全风险成分[3-4]。3-MCPD酯对人体健康的危害除自身带有一定的毒性之外[5-6]，其在肠道中被脂肪酶水解生成3-MCPD经人体吸收也产生毒性[7]。2011年，国际癌症研究机构将3-MCPD列为2B级即“可能的人类致癌物”[8-9]。德国风险评估委员会根据毒理学实验提出GEs本身不具有致癌性，但其在体内经脂质代谢产生的缩水甘油是具有基因毒性的致癌物[6]。经研究发 现[10-12]，影响食用油脂中3-MCPD酯和GEs含量的因素可能有多种，归纳为两类即待精炼毛油品质和油脂精炼工艺条件。油脂高温脱臭过程是3-MCPD酯和GEs形成的最主要工序[13]，而在此过程中氯离子的存在能够促使3-MCPD酯和GEs的形成[14]。Freudenstein等[15]研究认为甘一酯和甘二酯是3-MCPD酯的前体物质，能够促进3-MCPD酯和GEs的形成。而这些前体物质主要由待精炼毛油带入及油脂脱臭之前的各精炼工序带入，如待精炼毛油中含有的游离脂肪酸、甘一酯、甘二酯及氯离子[16-17]， 油脂脱臭之前的水化脱胶、碱炼脱酸、吸附脱色等工序使用的加工助剂如磷酸、碱液、热水、固体吸附剂中含有的氯离子等[18-20]。王璐阳等[21]研究报道了油脂脱臭过程直接蒸汽中氯离子含量与脱臭后油脂中3-MCPD酯和GEs含量呈正相关。Zulkurnain等[22]的研究也得到基本一致的结论。但有关待精炼毛油中甘一酯、甘二酯含量与酸价之间的相关性以及在毛油碱炼脱酸过程中甘一酯、甘二酯随酸价降低与否和降低幅度的相关研究鲜见报道。

本研究选择酸价普遍较高的米糠毛油作为实验原料，对不同酸价米糠毛油中甘一酯、甘二酯、3-MCPD酯、GEs含量进行检测，分析研究米糠毛油酸价与上述物质含量的关系，然后选取酸价差别比较大的2 种米糠毛油进行碱炼脱酸，对碱炼脱酸油中上述指标进行检测，分析不同酸价米糠毛油在碱炼脱酸过程中甘一酯、甘二酯、3-MCPD酯、GEs含量的变化，以及谷维素、VE、植物甾醇、塑化剂等成分的变化，以期为米糠油精炼过程3-MCPD酯和GEs的风险防范与控制以及提升米糠油安全品质和营养品质提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

不同酸价的米糠浸出毛油样品4 个，均取自米糠油加工企业。

标准品：氘代油酸缩水甘油酯（纯度≥97%）、油酸缩水甘油酯（纯度≥97%）、3-油酸-氯丙醇酯（纯度≥ 97%）、1,2-二亚油酸-3-氯丙醇酯（纯度≥97%）、1,2-二月桂酸-3-氯丙醇酯-D5（纯度≥97%） 上海安普实验科技股份有限公司；5α-胆甾烷醇标准配品（纯度≥95%） 美国Sigma公司；α-生育酚、β-生育酚、 γ-生育酚、δ-生育酚、生育三烯酚标准品（纯度≥98%） 北京三区生物技术有限公司；氯化钠为优级纯；苯基硼酸（纯度≥97%）、正己烷、甲醇、异丙醇、甲基叔丁基醚、乙酸乙酯、乙腈、丙酮、甲苯、乙酸及环己烷，均为色谱纯；乙醚、溴化钠、硫酸（质量分数为98%）、硫酸钠、碳酸氢钠、无水硫酸镁、石油醚、乙醇、冰乙酸、三氯甲烷、氢氧化钾、碘化钾、氯仿、淀粉、硫代硫酸钠、盐酸，均为分析纯；超纯水由Milli-Q超纯水机制得。

1.2 仪器与设备

Ttacel310-ISQ气相色谱-质谱联用仪、HP-5MS（30 m×0.25 mm，0.25 μm）气相毛细管色谱柱 美国 Thermo Fisher公司；7990B气相色谱仪 美国Agilent公司；e 2 6 9 5 液相色谱仪、2 4 2 4 蒸发光检测器、2475荧光检测器 美国Waters公司；UItimate SiO2（4.6 mm×250 mm，5 μm）色谱柱 月旭科技 （上海）股份有限公司；MTN-2800W氮吹浓缩仪 美国奥特赛恩斯仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 米糠毛油的碱炼脱酸

1.3.1.1 低酸价毛油的一次碱炼脱酸

称取180～200 g经脱胶后的米糠毛油，于电热恒温水浴锅中加热至25 ℃，边搅拌边缓慢滴加已计量好的16 °Be’烧碱溶液，反应20 min左右，在出现油皂分离现象时，将油样快速升温至60 ℃，并同时调慢搅拌速度，大约10 min，当油皂明显分离时停止反应。将油样转入玻璃离心管中，在3 000 r/min离心20 min使油、皂分层，将上层的油脂取出，加热至95 ℃左右，然后用微沸的蒸馏水洗涤，直至洗涤废水呈中性，再进行减压干燥脱除水分，即获得一次碱炼脱酸油

1.3.1.2 高酸价毛油的两次碱炼脱酸

对于高酸价米糠毛油若采用一次碱炼工艺，因加碱量和碱液浓度大，容易造成碱炼过程油脂乳化和油脂损耗过高，因此采用两次碱炼脱酸工艺，即先将高酸价毛油按照上述一次碱炼脱酸的条件（同样采用16 °Be’的碱液）进行碱炼脱酸，再选用12 °Be’的碱液对一次碱炼脱酸后的油脂进行二次碱炼脱酸，之后水洗，干燥脱水，即获得两次碱炼脱酸油。

在碱炼脱酸过程中，加碱量为理论加碱量与超量碱之和，理论加碱量按碱炼过程脱除游离脂肪酸的量计算得到，超量碱取油质量的0.2%。

1.3.2 米糠油质量指标的检测

酸价测定参照GB 5009.229—2016《食品中酸价的测定》；过氧化值测定参照GB 5009.227—2016《食品中过氧化值的测定》；色泽测定参照GB/T 22460—2008《动植物油脂 罗维朋色泽的测定》；VE含量测定参照GB/T 26635—2011《动植物油脂生育酚及生育三烯酚含量测定 高效液相色谱法》；谷维素含量测定参照LS/T 6121.1—2017《粮油检验 植物油中谷维素含量的测定 分光光度法》；植物甾醇测定参照GB/T 25223—2010《动植物油脂 甾醇组成和甾醇总量的测定 气相色谱法》；脂肪酸组成测定参照GB 5009.168—2016《食品中脂肪酸的测定》。

1.3.3 甘油酯组分含量的测定

参照孟祥河[23]甘油酯含量的定量分析方法，采用高效液相色谱-蒸发光检测器对米糠油中甘一酯、甘二酯含量进行检测，并计算出甘一酯、甘二酯和甘三酯的相对含量。

高效液相色谱-蒸发光检测器条件：柱温40 ℃，漂移管温度7 0 ℃，蒸发器温度6 0 ℃，N2压力25 Psi，进样量10 μL；流动相为正己烷-异丙醇-乙酸 （98.9∶1∶0.1，V/V）。

1.3.4 3-MCPD酯和GEs的测定

参照GB 5009.191—2016《食品中氯丙醇及其脂肪酸酯含量的测定》第三法以及苗雨田[24]、任我行[25]等方法。

1.3.4.1 样品前处理

称取100 mg（+5 mg）米糠油于具塞玻璃试管中，依次加入3-MCPD酯、GEs内标溶液和甲基叔丁基醚，充分混匀溶解，再加入NaBr酸性水溶液，于50 ℃振荡反应15 min；用NaHCO3溶液终止反应，之后加入正己烷分离提取，将提取物氮吹至干后，用甲基叔丁基醚复溶；通过加入硫酸甲醇溶液，以完成转化反应；终止反应之后，加入硫酸钠和正己烷分离净化，再用乙酸乙酯-乙醚混合溶液分离，用无水硫酸镁去除上层液中的水分；加入苯基硼酸进行衍生化反应，然后氮吹至干，复溶后，过滤装入进样小瓶。

1.3.4.2 色谱条件

色谱柱：含5%苯基亚芳基聚合物或5%苯基-甲基聚硅氧烷的弱极性毛细管气相色谱-质谱柱（30 m×0.25 μm，0.25 μm）；载气为氦气，流速 1 mL/min；进样口温度250 ℃；进样量1 μL，不分流进样，不分流时间0.5 min，溶剂延迟时间5 min；程序升温：50 ℃保持1 min，以2 ℃/min升至90 ℃，再以 40 ℃/min升至270 ℃，并保持5 min。

1.3.4.3 质谱条件

电子电离源；电离能量70 eV；离子源温度250 ℃；传输线温度280 ℃；扫描方式为选择离子监测模式。

1.4 数据处理方法

采用Excel 2010、SPSS 25软件进行数据统计分析，采用Duncan法进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同酸价米糠毛油的碱炼脱酸效果

对4 个米糠毛油样品酸价、过氧化值、色泽的测定结果，以及对其中2 个毛油经碱炼脱酸的效果见表1。

表 1 不同酸价米糠毛油的碱炼脱酸效果Table 1 Deacidification effects of alkali smelting on rice bran oils with different acid values

从表1可见，从不同工厂采集的4 个米糠毛油样品的酸价有明显差异，其中3号毛油的酸价最低，4号毛油的酸价最高，同时4号毛油的色泽也明显较其他毛油深。对低酸价的3号毛油进行一次碱炼脱酸，加碱量为1.78 g，碱液浓度为16 °Be’，经碱炼其酸价由10.34 mg/g降至0.52 mg/g。对高酸价的4号毛油进行两次碱炼脱酸，第1次碱炼的加碱量为3.61 g，碱液浓度16 °Be’，碱炼后其酸价由23.86 mg/g降至7.64 mg/g，第2次碱炼的加碱量为2.41 g，碱液浓度为12 °Be’，碱炼油酸价降至0.51 mg/g。2 个米糠毛油样品经碱炼脱酸，其过氧化值均有所升高。样品3经碱炼其色泽明显变浅，这是碱炼皂脚吸附部分色素的结果。但样品4的色泽基本没有变化，这可能是米糠原料在酸败过程中伴随品质劣变产生的再生色素溶解于毛油中的缘故，这些再生色素明显比天然色素更难于脱除[26]。

2.2 不同酸价米糠毛油碱炼前后甘油酯组分含量的变化

对4 个米糠毛油样品的甘油酯组成及其中2 个毛油样品经碱炼脱酸后甘油酯组成的检测结果见表2。

表 2 不同酸价米糠毛油碱炼前后的甘油酯组分含量Table 2 Contents of glyceride components in rice bran oils with different acid values before and after alkali smelting

由表2可见，4 个米糠毛油随其酸价的升高，其中甘一酯、甘二酯含量明显升高，甘三酯含量随之下降。酸价最高的毛油样品4中甘三酯质量分数仅为70.31%，甘一酯和甘二酯总量（29.69%）显著高于低酸价的其他毛油，比低酸价的毛油样品3中甘一酯和甘二酯总量（15.38%）高出14.31%。这说明当米糠品质发生劣变时，其中甘三酯在脂肪酶的作用下发生酸败分解，逐步分解成为甘二酯、甘一酯、游离脂肪酸，甘二酯、甘一酯作为甘三酯分解为游离脂肪酸的中间产物，伴随着游离脂肪酸的增多而增多，也即随着毛油酸价的升高而含量增多。

由表2还可以看出，米糠毛油经碱炼脱酸后，其中甘一酯、甘二酯含量随酸价的降低有所降低，但降低幅度有限，与酸价降低幅度的差距很大。酸价较低的3号米糠毛油，经碱炼其酸价由10.34降低至0.52，但甘一酯和甘二酯总质量分数仅从15.38%降低至12.24%，高酸价的4号米糠毛油，经碱炼其酸价由23.86 mg/g降低至0.51 mg/g， 但甘一酯和甘二酯总质量分数仅从2 9.6 9%降低至26.29%。这说明碱炼脱酸过程对甘一酯和甘二酯的脱除作用很有限。

2.3 不同酸价米糠毛油碱炼前后3-MCPD酯和GEs含量的变化

对4 个米糠毛油样品中3-MCPD酯、GEs含量及其中2 个毛油样品经碱炼脱酸后3-MCPD酯、GEs含量的检测结果见表3。

表 3 不同酸价米糠毛油碱炼前后的3-MCPD酯和GEs含量Table 3 Contents of 3-MCPD ester and GEs in rice bran oil with different acid values before and after alkali smelting mg/kg

从表3可以看出，4 个米糠毛油中3-MCPD酯含量为1.44～1.98 mg/kg、GEs含量为0.34～0.55 mg/kg。4 个毛油样品中3-MCPD酯含量的排序为样品1＞样品3＞样品4＞ 样品2，而由2.1节可知4 个毛油酸价的排序为样品4＞样品1＞样品2＞样品3，对比可见米糠毛油中3-MCPD酯含量与酸价之间似乎没有呈现正相关，即其含量并未随酸价升高而升高。但酸价最高的毛油样品4中GEs含量最高，酸价最低的毛油样品3中GEs含量最低，米糠毛油酸价与GEs含量似乎呈现正相关，这可能是因为随米糠毛油酸价升高，甘一酯、甘二酯含量升高，更易形成环酰氧鎓离子，为GEs的形成创造了条件[27]。根据周红茹[13]的研究，毛油或未精炼植物油中3-MCPD酯含量在检测限以下或者是微量，然而王璐阳[28]对玉米油、菜籽油、大豆油、花生油、葵花籽油等毛油中3-MCPD酯和GEs含量检测的结果显示，其范围分别为0.084～0.863 mg/kg 和0.028～0.721 mg/kg。本实验测得米糠毛油中存在3-MCPD酯且含量较高，这揭示了酸价显著高于其他品种毛油的米糠毛油中3-MCPD酯和GEs含量可能会达到一个较高水平。

从表3 还可以看出，通过碱炼脱酸，米糠油中3-MCPD含量和GEs含量均有所下降，样品3的降幅分别为26.6%和23.5%，样品4的降幅分别为26.1%和43.6%，这与酸价降低及甘一酯、甘二酯含量降低相对应。说明碱炼脱酸过程包括碱炼脱酸油的水洗过程对3-MCPD和GEs的脱除有一定的作用，其原因可能是3-MCPD酯和GEs在碱炼过程中被皂脚吸附脱除或被水洗脱除，因此致使其含量降低。

2.4 不同酸价米糠毛油及碱炼前后的主要脂肪酸组成

如表4所示，4 种不同酸价米糠毛油中主要脂肪酸组成及其含量相差不大，其中不饱和脂肪酸占总脂肪酸含量的80%左右，主要由油酸（C18:1）和亚油酸（C18:2）组成，油酸质量分数约为36%～40%，亚油酸质量分数约为37%～42%，脂肪酸组成与WHO和FAO推荐的脂肪酸黄金配比很接近。碱炼脱酸前后米糠油中主要脂肪酸组成基本没有变化。

表 4 不同米糠油的主要脂肪酸组成Table 4 Main fatty acid composition of different rice bran oils %

2.5 不同酸价米糠毛油及碱炼前后营养成分含量变化

表 5 不同米糠油中的谷维素含量Table 5 Oryzanol contents in different rice bran oils %

由表5可见，4 个米糠毛油中谷维素质量分数为1.82%～2.62%，谷维素含量丰富。经碱炼脱酸，谷维素含量显著降低。毛油样品3经碱炼后谷维素损失率为76%，毛油样品4经一次碱炼后谷维素损失率为64%，二次碱炼相对于一次碱炼谷维素损失率仅为8.5%，两次碱炼的总损失率为67.2%。可见，对于高酸价的米糠油采用两次碱炼工艺对减少谷维素损失是有利的，因为在两次碱炼工艺中，每一次碱炼过程均可采用较小的碱液浓度，这有利于谷维素的保留[29]。

表 6 不同米糠油中VE含量Table 6 VE contents in different rice bran oils mg/100 g

由表6可见，米糠毛油中含有组分齐全的4 种生育酚和4 种生育三烯酚，其中以α-生育酚含量最多（占19.6～21.5 mg/100 g），其次是α-生育三烯酚（占12.5～16.6 mg/100 g）。经碱炼脱酸VE含量明显降低，毛油样品3碱炼后VE损失率为19.5%，毛油样品4经两次碱炼后VE损失率为29.8%。碱炼脱酸过程VE的损耗可能是被皂脚吸附，也可能是在碱性条件下发生了自身损耗[30]。

表 7 不同米糠油中甾醇含量Table 7 Sterol contents in different rice bran oils mg/100 g

如表7所示，米糠毛油中含有丰富的植物甾醇，4 个毛油样品中甾醇含量为1 130.19～1 562.97 mg/100 g，其中以谷甾醇含量最高，平均占总甾醇含量的51.1%，其次是菜油甾醇约占19.7%。碱炼脱酸过程造成甾醇含量降低，毛油样品3碱炼后甾醇损失率为23.6%，毛油样品4经两次碱炼后甾醇损失率为39.3%，在一次碱炼中的损失率（29.0%）大于二次碱炼，说明碱液浓度和碱炼次数都会对甾醇损失造成影响，为减少甾醇损失，应尽量采用淡碱并减少碱炼次数。

3 结 论

通过对4 个不同酸价（10.34～23.86 mg/g）米糠毛油样品的检测发现，其中甘油三酯质量分数为70.31%～84.62%，甘一酯和甘二酯质量分数量为15.38%～29.69%，甘一酯和甘二酯含量随毛油酸价的升高而显著升高；3-MCPD酯含量为1.44～1.98 mg/kg，GEs含量为0.34～0.55 mg/kg，这2 种成分与毛油酸价之间未显示出明确的相关性。对2 个酸价差别较大的米糠毛油进行碱炼脱酸后发现，甘一酯、甘二酯含量随油脂酸价的降低而有所降低，但降低幅度有限，低酸价毛油中甘一酯和甘二酯总质量分数仅从15.38%降低至12.24%，高酸价毛油中甘一酯和甘二酯总质量分数仅从29.69%降低至26.29%。3-MCPD酯和GEs含量在碱炼脱酸过程均有明显下降，两个毛油样品中3-MCPD酯和GEs含量的平均降幅分别为26.35%和33.55%，这可能缘于碱炼过程皂脚的吸附脱除作用或水洗脱除作用。此外，碱炼造成米糠油中营养成分的损失，其中谷维素损失率为64%～76%，VE损失率为19.5%～29.8%，甾醇损失率为23.6%～39.3%。