郑 艺,金晨憬,何计国*
(中国农业大学食品科学与营养工程学院,北京 100083)
苯并(a)芘广泛存在于环境中,其毒性为芳香烃类化合物中最强,占环境中致癌多环芳香烃类化合物的1%~20%,具有强致癌性、致畸性和致突变性[1-3]。人体摄取苯并(a)芘后会诱发肿瘤和导致细胞染色体损失[4]。研究发现,苯并(a)芘与人体食道癌、肺癌、肝脏癌、胃肠癌相关[5]。
据统计,成人每天摄入的多环芳烃中有90%来自于食物,其中摄入的苯并(a)芘约为100 ng。油炸是国内外常用的食品加工方式之一,油炸食品因其特殊的风味和口感深受人们喜爱。然而目前对于煎炸油脂的选择没有明确的标准和要求,对于煎炸油脂的使用安全没有明确的检测方法和规定。油炸过程中由于温度、食物特性等影响,油脂会发生复杂的化学变化,主要包括水解、氧化、聚合等。随着煎炸时间的延长以及煎炸油脂的循环使用,油脂的劣变程度不断加深,生成极性物质以及有害物质苯并(a)芘,威胁人类健康,其带来的食品安全问题日益受到人们的重视[6-11]。目前,对于苯并(a)芘的研究对象主要为食用油,针对油炸食品在加工过程中苯并(a)芘含量变化规律缺乏系统的研究。因此,对油炸过程中油炸食品苯并(a)芘含量变化进行检测和评估对于指导人们选择适宜的煎炸油脂具有极其重要的作用。
不同种类的油脂具有不同的组成成分。由于不饱和脂肪酸较饱和脂肪酸含有更多不稳定的双键,使其更容易发生氧化反应,形成自由基和/或小分子,因此在高温油炸过程中,不饱和脂肪酸比重较高的油脂更容易发生自动氧化反应,稳定性和食用安全性降低[12-16]。市面上商品食用油的种类多种多样,花生油、大豆油和菜籽油为中国居民的日常用油[17],棕榈油因其热稳定性好、价廉物美等特点,在世界范围内煎炸行业得到广泛应用[18-19]。薯条、油条和鸡块是食用广泛的油炸食物。因此,本实验选取花生油、大豆油、菜籽油、24°棕榈油和42°棕榈油分别煎炸薯条、油条和鸡块,通过检测油脂的极性组分,油炸食品的含油量和苯并(a)芘含量,探究不同油脂对油炸食品中苯并(a)芘含量的影响。
花生油、大豆油、菜籽油、24°棕榈油、42°棕榈油益海嘉里有限公司;薯条、油条、鸡块 肯德基餐饮健康公司;苯并(a)芘分子印迹柱 上海安谱实验科技股份有限公司;甲苯、乙腈、正己烷、二氯甲烷(均为色谱纯) 欧普森试剂公司;石油醚(沸程30~60 ℃,分析纯) 北京化工厂;苯并(a)芘标准品(≥99.0%)美国Sigma公司。
FCE-3000索氏提取器 上海乔跃电子有限公司;ROV-E7电力炸炉 美得彼烹饪设备制造有限公司;RE-3000旋转蒸发仪 上海亚荣生化仪器厂;AL 104-IC分析天平 梅特勒-托利多仪器有限公司;BZF-50真空干燥箱上海博迅公司;Chromaster液相色谱仪 日本日立高新技术公司;MJ-WBL2501B粉碎机 广东美的电器制造有限公司;TD4A-WS离心机 长沙维尔康湘鹰离心机有限公司;VORTEX-5涡旋振荡器 海门市其林贝尔仪器制造有限公司;KQ-300VDE超声波清洗器 昆山市超声仪器有限公司;MTN-2800D氮气吹干装置 天津奥特赛恩斯仪器有限公司;FG-24固相萃取装置 天津市富城达科技有限公司;BCD-602W电冰箱 青岛海尔股份有限公司;Testo 270极性组分检测仪 德图仪器有限公司。
1.3.1 油炸实验
将炸锅进行清洗和调试,油炸温度设置为176 ℃,薯条的油炸时间为165 s,油条的油炸时间为150 s,鸡块的油炸时间为210 s。选择花生油、大豆油、菜籽油、24°棕榈油和42°棕榈油为煎炸用油,将适量的新油加入恒温油炸锅的中位线处,待温度达到176 ℃时将薯条、油条或鸡块分批定量定时放入锅中油炸,然后将油炸后的食品置于滤网上放置2~3 min,沥去多余油脂。
每种食物上、下午各煎炸3 批,薯条每批炸适量(约滤网的1/2),油条每批炸3 根,鸡块每批炸15 块,油炸一批的顺序为薯条、油条、鸡块。每种煎炸油监测5 d,选取上午的第1批和下午第3批薯条、油条、鸡块进行检测,共10 批,相应命名为该物料的第1、2、3、4、5、6、7、8、9、10批。油炸间隔期将油锅设置为保温状态,即121 ℃。每天油炸结束后进行滤油操作,第2天油炸前添加新油至炸锅中位线处。
鉴于油炸样品油脂易析出,在制备样品后5 min内将样品粉碎,搅匀,用于后续的脂肪提取实验。
1.3.2 油炸食品含油量测定
脂肪含量按照GB 5009.6—2016《食品中脂肪的测定》[20]中的索氏抽提法进行测定,测3 次取其平均值。
称取粉碎后的油炸样品5~10 g,用滤纸筒包裹放入索氏抽提器的抽提筒内,连接已干燥至质量恒定的接收瓶,并记录接受瓶初始质量。加入石油醚至接收瓶内容积的三分之二处,于索氏抽提器上水浴加热,使石油醚不断回流抽提,一般抽提10~12 h。提取结束后取下接收瓶,于旋转蒸发仪上水浴蒸发并回收石油醚,1 h后取下接受瓶,冷却至室温后称质量。样品中脂肪含量按式(1)计算:
式中:X为试样中脂肪质量分数/%;m1为质量恒定后接收瓶和脂肪质量/g;m0为抽提前接收瓶质量/g;m2为试样质量/g。
1.3.3 食用油中极性组分监测
食用油中极性组分的监测主要通过极性组分检测仪完成。每天炸锅煎炸任务结束后,滤油操作之前,将温度保持在121 ℃,静置15 min后进行测定,每种油脂监测5 d。将油脂没过极性组分检测仪探头的最低线,但不能超过最高线,轻轻晃动检测仪,待屏幕上示数稳定后读数。
1.3.4 油炸食品中苯并(a)芘的测定
油炸食品中苯并(a)芘含量按照GB 5009.27—2016《食品中苯并(a)芘的测定》[21],利用反相高效液相色谱,荧光检测器进行测定。称取1.3.2节中提取的油脂试样约0.4 g(精确到0.001 g),加入5 mL正己烷,旋涡混合0.5 min,采用苯并(a)芘分子印迹柱进行油脂试样的净化。依次用5 mL二氯甲烷及5 mL正己烷活化柱子,将待净化液转移进柱子,待液面降至柱床时,用6 mL正己烷淋洗柱子,弃去流出液。用6 mL二氯甲烷洗脱并收集净化液到试管中。将净化液在40 ℃氮气吹干,准确吸取1 mL乙腈涡旋复溶0.5 min,过微孔滤膜后供液相色谱测定。
色谱条件:C18色谱柱(250 mm×4.6 mm,5 μm);流动相:乙腈-水(88∶12,V/V);流速1.0 mL/min;荧光检测器:激发波长384 nm,发射波长406 nm;柱温35 ℃;进样量20 μL。
样品中苯并(a)芘的含量按式(2)计算:
式中:X为试样中苯并(a)芘含量/(μg/kg);ρ为由标准曲线得到的样品净化溶液质量浓度/(ng/mL);V为试样最终定容体积/mL;m为样品质量/g。
数据用Excel处理,实验数据取3 次测定的平均值,所有数据均以形式表示。显著性差异采用ANOVA和HSD检验,P<0.05,差异显著。
2.1.1 对薯条含油量的影响
表1 不同油脂和煎炸时间对薯条含油量的影响( =18)Table 1 Effects of different oils on oil content of French fries on day 1 to day 5 of frying ( =18)
由表1可知,在176 ℃、165 s的煎炸条件下,5 种油脂煎炸第5天薯条的含油量显著高于煎炸第1、2天薯条的含油量(P<0.05),表明煎炸时间的延长会影响薯条的含油量。
不同油脂对薯条含油量的影响不同,大豆油和24°棕榈油每天煎炸薯条的含油量均显著高于42°棕榈油薯条的含油量(P<0.05)。煎炸后4 d,菜籽油每天煎炸薯条的含油量均高于42°棕榈油薯条的含油量。花生油和42°棕榈油每天煎炸薯条的含油量无显著性差异(P>0.05)。因此,在此油炸条件下,为尽量降低薯条含油量,应选择花生油或42°棕榈油为煎炸油。
2.1.2 对油条含油量的影响
表2 不同油脂和煎炸时间对油条含油量的影响( =18)Table 2 Effects of different oils on oil contents of Youtiao on day 1 to day 5 of frying ( = 18)
根据表2可知,在176 ℃、150 s的煎炸条件下,煎炸第5天花生油、大豆油和24°棕榈油煎炸油条的含油量显著高于煎炸第1天和第2天油条的含油量(P<0.05)。菜籽油和42°棕榈油煎炸油条的含油量随煎炸时间的延长无显著性差异(P>0.05),表明煎炸时间会影响花生油、大豆油和24°棕榈油煎炸油条的含油量,而对菜籽油和42°棕榈油无影响。
不同油脂对油条含油量的影响不同,花生油每天煎炸油条的含油量显著均低于其他4 种油脂煎炸油条的含油量(P<0.05),大豆油、菜籽油、24°棕榈油、42°棕榈油煎炸油条的含油量不存在显著性差异(P>0.05),表明花生油与4 种油脂对油条的含油量具有不同的影响。因此,在此油炸条件下,为尽量降低油条含油量,应选择花生油为煎炸油。
2.1.3 对鸡块含油量的影响
表3 不同油脂和煎炸时间对鸡块含油量的影响( =18)Table 3 Effects of different oils on oil content of chicken nuggets on day 1 to day 5 of frying ( = 18)
根据表3可知,在176 ℃、150 s的煎炸条件下,除大豆油以外其他4 种油脂煎炸第5天鸡块的含油量高于煎炸第1天和第2天鸡块的含油量,差异显著(P<0.05),表明煎炸时间会影响花生油、菜籽油、24°棕榈油和42°棕榈油煎炸鸡块的含油量。
不同油脂对鸡块含油量的影响不同,花生油每天煎炸鸡块的含油量均显著低于24°棕榈油煎炸鸡块的含油量(P<0.05),且除个别时间以外,大部分煎炸时间下花生油煎炸鸡块的含油量显著低于大豆油、菜籽油和42°棕榈油煎炸鸡块的含油量(P<0.05),表明花生油与4 种油脂对鸡块的含油量具有不同的影响。因此,在此油炸条件下,为尽量降低鸡块含油量,应选择花生油为煎炸油。
在煎炸过程中,大气氧、食物中的水分以及高温条件会促使油脂相互作用,发生聚合、氧化和水解等反应,导致极性化合物的生成。极性化合物能够反映油脂在加热和煎炸食品时的劣变程度[22]。此外,有研究表明[23],极性组分与多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)之间存在相关性。因此其含量的测定被广泛用来评价煎炸油的品质以及预测PAHs的生成。
图1 不同油脂煎炸过程中极性组分的变化(n==33)Fig. 1 Changes in polar components of five oils during frying (n = 3)
由图1可知,5 种油脂的初始极性组分含量均较低,说明5 种油脂品质优良。在连续煎炸5 d后,极性组分含量都没有超过国家食用油卫生标准的规定(≤27%)。随着煎炸时间的增加,5 种油的极性组分含量呈逐渐增大趋势。煎炸5 d后,花生油、大豆油、菜籽油、24°棕榈油和42°棕榈油的极性组分质量分数分别增加了3.50%、5.50%、4.00%、3.67%和3.34%。大豆油的极性组分质量分数增加最多,这与周雅琳等[24]研究结果一致,42°棕榈油的极性组分质量分数增加最少。
2.3.1 5 种油脂初始苯并(a)芘含量的检测结果
根据表4可知,5 种油脂的初始苯并(a)芘含量均符合国家标准(≤10 μg/kg)。不同油脂初始苯并(a)芘含量存在显著性差异(P<0.05),按初始苯并(a)芘含量从高到低排序为花生油>大豆油>42°棕榈油>菜籽油>24°棕榈油。
表4 5 种油脂初始苯并( )芘含量( =3)Table 4 Contents of of benzo( )pyrenein fifive oils (n = 3)
2.3.2 对薯条苯并(a)芘含量的影响
表5 不同油脂和煎炸批次对薯条苯并( )芘含量的影响( =3)Table 5 Effects of different oils on contents of benzo( )pyrene in 10 batces of French fries ( = 3)
根据表5可知,所有油脂煎炸的薯条中苯并(a)芘含量均符合GB 2762—2012《食品中污染物限量》[25]中规定,即油炸食品中苯并(a)芘≤5 μg/kg,随着煎炸批次的增多,5 种油脂煎炸的薯条中苯并(a)芘含量也发生显著性变化,其中花生油每批次之间都存在显著性差异(P<0.05)。除42°棕榈油,其他4 种油脂煎炸后期薯条中苯并(a)芘含量高于煎炸前期薯条中苯并(a)芘含量。这表明煎炸批次会影响油脂煎炸薯条中苯并(a)芘含量,除42°棕榈油,煎炸批次的增加会导致其他油脂煎炸薯条中苯并(a)芘含量增加。
不同油脂对薯条中苯并(a)芘含量的影响不同。将5 种油脂煎炸薯条中苯并(a)芘含量进行比较发现,花生油每批次煎炸薯条中苯并(a)芘含量最高,42°棕榈油每批次煎炸薯条中苯并(a)芘含量最低,且二者差异显著(P<0.05);菜籽油和24°棕榈油大部分批次煎炸薯条中苯并(a)芘含量没有显著性差异(P>0.05)。
因此,在此油炸条件下,为尽量降低薯条中苯并(a)芘含量,42°棕榈油是煎炸油的最佳选择。
2.3.3 对油条苯并(a)芘含量的影响
根据表6可知,所有油脂煎炸的油条中苯并(a)芘含量均≤5 μg/kg,符合国家规定[25]。随煎炸批次的增多,5 种油脂煎炸后期油条中苯并(a)芘含量高于煎炸前期(P<0.05)。表明煎炸批次会影响5 种油脂煎炸油条中苯并(a)芘含量,且随着批次的增加,油条中苯并(a)芘含量增加。
不同油脂对油条中苯并(a)芘含量的影响不同。将5 种油脂煎炸油条中苯并(a)芘含量进行比较发现,花生油每批次煎炸油条中苯并(a)芘含量最高,其次是24°棕榈油、菜籽油,大豆油和42°棕榈油大部分批次煎炸油条中苯并(a)芘含量无显著性差异(P>0.05),表明在本实验的煎炸过程中大豆油和42°棕榈油对油条中苯并(a)芘含量具有相似的影响。
表6 不同油脂与煎炸批次对油条苯并( )芘含量的影响( =3)Table 6 Effects of different oils on contents of benzo( )pyrene in 10 batches of Youtiao ( = 3)
因此,在此油炸条件下,为尽量降低油条中苯并(a)芘含量,大豆油和42°棕榈油是煎炸油的最佳选择。
2.3.4 对鸡块苯并(a)芘含量的影响
7 不同油脂与煎炸批次对鸡块苯并( )芘含量的影响( =3)Table 7 Effects of different oils on contents of benzo( )pyrene in 10 batches of chicken nuggets ( = 3)
根据表7可知,所有油脂煎炸的鸡块中苯并(a)芘含量均≤5 μg/kg,符合国家规定[25]。随煎炸批次的增多,除42°棕榈油,其他4 种油脂煎炸后期鸡块中苯并(a)芘含量高于煎炸前期(P<0.05)。这表明煎炸批次会影响其他油脂煎炸鸡块中苯并(a)芘含量,除42°棕榈油,随批次的增加,其他4 种油脂煎炸鸡块中苯并(a)芘含量增加。
不同油脂对鸡块中苯并(a)芘含量的影响不同。将5 种油脂煎炸鸡块中苯并(a)芘含量进行比较发现,花生油每批次煎炸鸡块中苯并(a)芘含量最高,42°棕榈油煎炸鸡块中苯并(a)芘含量最低(P<0.05);煎炸前期大豆油、菜籽油和24°棕榈油煎炸鸡块中苯并(a)芘含量不存在显著性差异(P>0.05),但从第7批开始,菜籽油煎炸鸡块中苯并(a)芘含量显著低于大豆油和24°棕榈油煎炸鸡块苯并(a)芘含量(P<0.05)。
因此,在此油炸条件下,为尽量降低鸡块中苯并(a)芘含量,42°棕榈油是煎炸油的最佳选择。
煎炸油的稳定性对油炸食品品质有十分重要的影响,煎炸油的稳定性取决于脂肪酸和天然抗氧化剂的成分。不同类型油脂用于油炸食物时,其物理和化学性质会影响油脂的氧化程度和油炸过程中发生的水解反应[26-28]。花生油最主要的脂肪酸组成为油酸38.55%、亚油酸37.22%、棕榈酸11.36%;大豆油最主要脂肪酸组成为亚油酸54.35%、油酸20.75%、亚麻酸8.18%;菜籽油最主要脂肪酸组成为油酸61.91%,其次是亚油酸20.55%、亚麻酸9.16%;24°棕榈油最主要脂肪酸组成为棕榈酸42.63%、油酸28.19%、亚油酸22.27%以及硬脂酸4.05%;42°棕榈油是在24°棕榈油的基础上了添加硬脂酸。随着熔点升高,棕榈油不饱和脂肪酸含量逐渐降低,而饱和脂肪酸含量逐渐升高[29]。内源性抗氧化剂,如VE,能将ROO—转变成化学性质不活泼的ROOH,自身被氧化成生育醌,以中断脂类过氧化的连锁反应,达到有效抑制脂类过氧化作用的效果[30]。VE包括生育酚和三烯生育酚2 类,生育三烯酚比生育酚具有更优越的抗氧化性能,其抗氧化能力远大于生育酚,是目前最有效的脂溶性自由基连锁中断抗氧化剂[31]。
随着油脂煎炸时间的延长,在高温和有氧的环境下油脂自由基发生聚合反应,生成二聚、多聚甘油和二聚、多聚酸,聚合甘油和聚合酸使油脂的黏度上升。黏度增加和产品的表面特性可能是导致油炸食品从炸锅中取出时含油量增加的最关键因素[32]。油脂稳定性越好,油脂黏度上升越缓慢,油炸食品含油量变化幅度越小。随着煎炸时间的延长,油脂稳定性降低,黏度上升,油炸食品含油量也不断上升。由于油炸食品的含油量与油脂稳定性有关,其必然受油脂脂肪酸组成和天然抗氧化剂成分的影响,故本实验中,大豆油和菜籽油煎炸的食品含油量较高,与其富含不饱和脂肪酸有关,花生油煎炸的食品含油量较低,与其含有的饱和脂肪酸有关。但油脂吸收是很复杂的过程[33],除了与油脂稳定性有关,还受多方面因素影响,因此其结果具有综合性。
极性组分与苯并(a)芘生成具有一定的相关性[23,34],且是反映油脂品质的指标之一。本实验结果显示,油脂的极性组分随煎炸时间的延长而呈上升趋势,说明油脂在煎炸过程中逐渐发生劣变。煎炸油的脂肪酸组成直接影响油脂的极性组分,大豆油和菜籽油富含不饱和脂肪酸,特别是亚麻酸(18∶3),其对氧化非常敏感,因为它含有3 个双键,而油酸(18∶1)不具有反应性,因为它只含有1 个双键[35]。故大豆油和菜籽油易发生氧化和聚合反应,生成极性物质,但由于大豆油和菜籽油也含有大量抗氧化成分VE,故煎炸早期大豆油和菜籽油极性组分增幅较小。花生油中含有6%~7%的长链脂肪酸,故极性组分变化幅度较小;棕榈油中饱和脂肪酸较多,饱和度适中,且不含亚麻酸,这使得棕榈油与其他油脂相比具有较好的耐煎炸性能。
实验结果表明,随煎炸批次的增加,不同油脂煎炸食品中苯并(a)芘含量逐渐增加,但个别批次油炸食品中苯并(a)芘含量减少,这种现象与油炸过程中苯并(a)芘的生成和苯并(a)芘的挥发有关。煎炸过程中由于水解、氧化、聚合等反应不断发生,苯并(a)芘生成处于动态平衡的过程。油脂加热到一定程度会产生油烟,这主要是由一些低沸点物质,如游离脂肪酸等引起的,油脂的脂肪酸组成不同,其烟点也不同,苯并(a)芘会随加热产生的油烟挥发[36]。若苯并(a)芘挥发量大于苯并(a)芘生成量,则会导致检测的苯并(a)芘含量下降,而当苯并(a)芘生成量大于挥发量时,检测的苯并(a)芘含量上升。5 种油脂对油炸食品苯并(a)芘含量的影响不同,这种差异由多种因素决定:1)油脂的脂肪酸组成不同。在煎炸过程中,油脂不饱和脂肪酸含量越多,煎炸稳定性越差,苯并(a)芘的生成量越大。大豆油和菜籽油富含不饱和脂肪酸,棕榈油含有较多的饱和脂肪酸,特别是42°棕榈油。2)油脂中VE含量不同。不同油脂所含VE总量以及各种类含量不同,从而对油脂煎炸稳定性的影响也不同。刘玉兰等[37]探究米糠油、大豆油、棕榈油和米糠调和油在油炸过程中VE的变化,结果发现,棕榈油原油中VE总量较低,但其含有大量生育三烯酚。大豆油和菜籽油虽然富含不饱和脂肪酸,但大量的VE对大豆油和菜籽油煎炸劣变程度具有一定的缓解作用。随煎炸批次的增多,VE损失较快,对油脂劣变的缓解作用急剧下降。本研究中42°棕榈油煎炸的食品中苯并(a)芘生成量较低,煎炸性能稳定,与其富含饱和脂肪酸和生育三烯酚有关。3)原油苯并(a)芘的含量。原油中苯并(a)芘的含量奠定了油炸食品苯并(a)芘生成的基础。本实验中花生油煎炸的食品中苯并(a)芘含量显著高于其他4 种油脂,这与Hao Xuewei等[38]的研究结果一致。花生油初始原油中苯并(a)芘含量明显高于其他油脂,这可能是造成其煎炸食品中苯并(a)芘含量最高的重要原因。4)油炸食品含油量。苯并(a)芘具有亲脂性,油炸过程中油脂和食物会发生物质与热量交换,苯并(a)芘会随油脂一起吸附于食品中。因此,含油量和油炸食品苯并(a)芘含量有关。虽然花生油煎炸的食品含油量较低,但其原油中苯并(a)芘含量较高,故油炸食品中苯并(a)芘含量也较高;大豆油和菜籽油煎炸食品的含油量和苯并(a)芘含量变化较为一致。
食物在油炸过程会产生苯并(a)芘,本研究探求了不同种类的油脂对不同食品原料油炸过程中苯并(a)芘产生的影响。本实验中随煎炸时间的延长,不同油脂煎炸食品的含油量也逐渐增加,花生油和42°棕榈油煎炸的薯条含油量较低,花生油煎炸的油条和鸡块含油量较低。本实验中油脂极性组分随煎炸时间的延长呈上升趋势,大豆油的极性组分质量分数增加最多,为5.50%;42°棕榈油的极性组分质量分数增加最少,为3.34%。本实验中随煎炸批次的增加,不同油脂煎炸食品中苯并(a)芘含量也逐渐增加,花生油煎炸的食品中苯并(a)芘含量最高,薯条为1.64 μg/kg,油条为1.73 μg/kg,鸡块为1.15 μg/kg。42°棕榈油煎炸的食品中苯并(a)芘含量最低,薯条为0.04 μg/kg,油条为0.10 μg/kg,鸡块为0.05 μg/kg。花生油煎炸的食品含油量较低,但苯并(a)芘含量较高,42°棕榈油煎炸的食品苯并(a)芘含量较低,煎炸稳定性较好,适合作为煎炸油使用。