活性炭对茶油苯并(α)芘脱除效果研究

崔 玲，周美林，邱朝坤

（1.秭归县公共检验检测中心，湖北 宜昌 443600；2.武汉设计工程学院，湖北 武汉 430205）

茶油富含维E、维D、胡萝卜素、磷脂、角鲨烯等生物活性成分[1]，具有增强人体免疫力、降低血脂和胆固醇含量、预防动脉粥样硬化和冠心病等心血管疾病的功能[2]。茶油还被《中国药典2015版》收录，主要作为注射用茶油的原料及软膏基质[3]。茶油在国内高档油消费市场有着十分重要的地位，市场占有率也逐步提升。2019年我国油茶种植面积已达到453.33万hm2，油茶籽年产量262万t，占全球油茶资源的95%以上，并形成千亿产值规模[4]。

茶油的制取工艺通常采用压榨法、浸出法、超临界萃取法、水代法等，已有研究表明，山茶油的制取方法不同，产量和品质会存在差异[5]，尤其是影响食品安全的苯并（α）芘含量会有较大差别，热榨工艺制作的茶油苯并（α）芘含量远高于冷榨法[6]。

鉴于苯并（α）芘对人体的危害，食品安全国家标准——食品中污染物限量（GB 2762—2017）中规

定，油脂及其制品中苯并（α）芘限量标准为10μg/kg。因此，如何降低茶油中苯并（α）芘含量具有十分重要的意义。目前，常用的方法有物理吸附法[7]、低温沉降法[8]、溶剂萃取法[9]等，其中活性炭吸附法具有成本低、效果好、易推广等优点。活性炭与树脂、硅胶、沸石等吸附剂相比，具有更加发达的孔隙结构和巨大的比表面积，且化学性质稳定、耐酸耐碱[10]，除此之外，活性炭的表面还有丰富的官能团，这些官能团赋予了活性炭独特的化学性能，能与多种物质进行结合[11]，起到吸附的效果，因而活性炭被广泛应用于茶油中苯并（α）芘的脱除工艺。试验主要对活性炭类型和吸附条件进行优化，以期为茶油苯并（α）芘去除技术提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验试剂

A活性炭：8024-0，粉末状，荷兰诺瑞特公司（NORIT Nederland）提供；B活性炭，分析纯，粉末状，天津市科密欧化学试剂有限公司提供；C活性炭：分析纯，颗粒状，天津市科密欧化学试剂有限公司提供；氧化铝（层析用BKHI-200），上海纳辉干燥试剂厂提供；苯并（α）芘标准品（纯度≥99.0%）；正己烷、乙腈、四氢呋喃为色谱纯；其余试剂为分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司提供。

1.2 仪器设备

BL3-120型超声波清洗机、THXH-I型旋涡混合器，上海比郎仪器有限公司产品；WGL-II型比色计，杭州其伟光电科技有限公司产品；AL204型电子天平，梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司产品；SHB-III型循环水真空泵，巩义市英高科仪器厂产品；RE52CS型旋转蒸发器，上海亚荣生化仪器厂产品；SS-4型电热恒温水浴锅，北京市用光明医疗仪器厂产品；DHG-9240A型电热恒温干燥箱，上海精宏实验设备有限公司产品；SX2-2.5-12型箱式电阻炉、KSW-5-12型电炉温度控制器，天津市中环试验电炉有限公司产品；U3000型高效液相色谱仪（附荧光检测器），美国Agilent公司产品。

1.3 试验方法

1.3.1 毛油活性炭吸附

取压榨茶籽毛油2 L，并用滤纸过滤，除去毛油中的固体物质。取过滤后的毛油25 g置于100 mL干燥清洁的小烧杯中，加入一定质量的活性炭，将烧杯放入85℃水浴锅中，待油温达到85℃开始计时，中途不断用玻璃棒搅拌，30 min后取出烧杯，静置冷却至室温后过滤，测定其中苯并（α）芘含量及色泽。

1.3.2 苯并（α）芘含量的测定

按照食品安全国家标准——食品中多环芳烃的测定（GB 5009.265—2016）中高效液相色谱法测定茶油中苯并（α）芘含量。

1.3.3 茶油色泽的测定

采用罗维朋比色法（比色槽25.4 mm）测定样品油的红值和黄值。

2 结果与分析

2.1 苯并（α）芘标准曲线

苯并（α）芘质量浓度与峰面积对应关系见表1。

表1 苯并（α）芘浓度与峰面积对应关系

根据苯并（α）芘质量浓度和峰面积绘制的标准曲线线性方程为Y=53 642X+18 695，线性相关系数R2为0.999 4，其质量浓度和峰面积呈良好线性关系。

2.2 活性炭种类对茶油苯并（α）芘的吸附效果

研究了不同类型活性炭对茶油苯并（α）芘吸附效果，同时考查了活性炭对茶油色泽的影响。

不同类型活性炭对茶油苯并（α）芘的吸附效果见表2。

表2 不同类型活性炭对茶油苯并（α）芘的吸附效果

从表2可以看出，在同等添加量下，活性炭A对茶油苯并（α）芘吸附效果最优，其对苯并（α）芘吸附率远高于活性炭B和活性炭C。当其添加量为0.2%时，对茶油苯并（α）芘吸附率高达97.86%，茶油中苯并（α）芘含量低至1.92μg/kg，远低于国家标准（GB 2762—2017中限量为10μg/kg），也低于一些茶油地方标准或团体标准，如湖南省油茶产业协会团体标准——湖南茶油（T/HNYC 001-2019）中规定苯并（α）芘限量为8μg/kg，浙江制造团体标准——山茶油（T/ZZB 0429—2018）中规定苯并（α）芘限量为5μg/kg。因而采用活性炭A仅需很少的添加量就能将茶油中苯并（α）芘含量降到合格范围内。而活性炭B和活性炭C对茶油中苯并（α）芘的吸附能力相对较弱，对于活性炭B，其添加量达到10%时，茶油中苯并（α）芘吸含量才能降至国家标准（GB 2762—2017）以下；而对于活性炭C，即使其添加量为20%，茶油中苯并（α）芘含量仍然高达36.92μg/kg，脱除效果极其不理想。

同时，由于粉末活性炭内比表面积比颗粒活性炭大得多[12]，粉末状活性炭对苯并（α）芘的吸附能力更高、吸附效果更好。

活性炭除了能够吸附苯并（α）芘，还具有一定的脱色能力。活性炭A脱色效果与其添加量呈正相关，而活性炭B和活性炭C在试验中的添加量和吸附条件下脱色能力不是很明显。油脂精炼中可通过添加价格更低廉但脱色效果更好的活性白土辅助脱色。

综合考虑，采用0.4%活性炭A进行苯并（α）芘脱除能达到效益最大化。

2.3 吸附时间对茶油苯并（α）芘吸附效果

采用0.4%活性炭A对茶油中苯并（α）芘进行脱除，研究不同吸附时间苯并（α）芘脱除效果。

吸附时间对茶油苯并（α）芘吸附效果见表3。

表3 吸附时间对茶油苯并（α）芘吸附效果

从表3可以看出，随着吸附时间的延长，苯并（α）芘脱除率呈先上升后下降趋势，当吸附时间为30 min时，脱除率达到最高99.21%。在吸附的前30 min内，随着时间的延长，活性炭吸附的苯并（α）芘不断增加，但继续延长吸附时间，解析效应开始呈现，因而苯并（α）芘脱除率开始下降。当吸附时间为25 min时，茶油中苯并（α）芘含量已经远远低于各类茶油标准，因而选择最佳吸附时间为20~30 min。

2.4 吸附温度对茶油苯并（α）芘吸附效果

采用0.4%活性炭A对茶油中苯并（α）芘进行脱除，研究不同吸附温度下苯并（α）芘脱除效果。

吸附温度对茶油苯并（α）芘吸附效果见表4。

表4 吸附温度对茶油苯并（α）芘吸附效果

从表4可以看出，吸附温度越高，苯并（α）芘脱除率越高，当吸附温度为75℃时，茶油苯并（α）芘含量已经下降到1.44μg/kg；当吸附温度为95℃时，茶油苯并（α）芘含量为0.17μg/kg，且脱除率已经高达99.81%。由于苯并（α）芘本身就是油料高温下脂类、蛋白质等热解的产物，因而不宜继续提高吸附温度。综合考虑能量消耗成本和吸附效果，最佳吸附温度为75~95℃。

3 结论

研究了不同类型活性炭对茶油苯并（α）芘的吸附效果，结果表明活性炭A添加量为0.4%，在75~95℃下吸附25~30 min，茶油中苯并（α）芘脱除效果较好，能够使苯并（α）芘含量满足各类标准要求，同时兼顾了经济效益。下一步将研究搅拌速率、活性炭粒径等条件对吸附效果的影响，以及活性炭对茶油中活性成分的吸附损失情况。