大豆油吸附脫色過(guò)程氯離子含量變化及對(duì)脫臭油中3-氯丙醇酯和縮水甘油酯的影響

劉玉蘭，黃會(huì)娜，王璐陽(yáng)，王滿意，王鳳艷

(1.河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院，鄭州 450001； 2.中糧營(yíng)養(yǎng)健康研究院有限公司，北京 102200)

3-氯丙醇酯(3-MCPD酯)和縮水甘油酯(GEs)是近年來(lái)受到關(guān)注的食用植物油中的安全風(fēng)險(xiǎn)成分，研究發(fā)現(xiàn)其主要在油脂精煉的脫臭過(guò)程生成，油脂脫臭溫度、脫臭時(shí)間，待脫臭油中氯離子、甘一酯、甘二酯含量等對(duì)3-MCPD酯和GEs的生成均有顯著影響[1-4]。對(duì)3-MCPD酯形成機(jī)制的研究認(rèn)為，在油脂長(zhǎng)時(shí)間高溫脫臭過(guò)程中氯離子的親核攻擊會(huì)導(dǎo)致3-MCPD酯的形成[5-6]。油脂中的氯離子可能來(lái)源于植物油料[7-8]，也可能來(lái)源于油脂加工過(guò)程所使用的加工助劑。油脂加工常用的加工助劑有正己烷、磷酸、燒堿、水、活性白土、活性炭、凹凸棒土、硅藻土、硅膠等[9]。作為油脂吸附脫色的常用固體吸附劑如活性白土、活性炭、凹凸棒土、硅藻土、硅膠等在油脂吸附脫色過(guò)程也能兼顧吸附脫除一些其他雜質(zhì)，如懸浮雜質(zhì)、膠體雜質(zhì)和金屬離子等，但若自身含有較高含量的氯離子，那么在對(duì)油脂的吸附脫色過(guò)程中，就有可能將氯離子引入油脂中，從而造成脫色油即待脫臭油中氯離子含量升高，繼而促使脫臭過(guò)程3-MCPD酯和GEs大量形成[10]。近期有學(xué)者對(duì)油脂吸附脫色過(guò)程3-MCPD酯和GEs的含量變化做了研究[11]，但目前尚未有對(duì)活性白土、活性炭、凹凸棒土等油脂脫色吸附劑中氯離子含量的研究報(bào)道，也未見(jiàn)明確的對(duì)吸附劑中氯離子的檢測(cè)方法，基于活性白土和活性炭的性狀與土壤結(jié)構(gòu)類似，本文首先參照土壤中氯離子檢測(cè)方法，對(duì)吸附劑中氯離子的檢測(cè)方法進(jìn)行優(yōu)化，之后對(duì)吸附脫色前后油脂中的氯離子含量進(jìn)行檢測(cè)，再對(duì)吸附脫色油進(jìn)行脫臭，檢測(cè)油脂脫臭前后3-MCPD酯和GEs含量。分析研究用不同吸附劑吸附脫色后油脂中氯離子含量變化，以及待脫臭油中氯離子含量對(duì)脫臭油中3-MCPD酯和GEs的影響，以期為油脂精煉生產(chǎn)中3-MCPD酯和GEs的風(fēng)險(xiǎn)防范和控制提供支持。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

1.1.1 原料與試劑

待脫色大豆油，取自河南一大豆油加工企業(yè)的油脂精煉車間。

1060FF白土、sl1060白土，樂(lè)平市潔凈漂白土有限公司；H-1活性炭、H-2活性炭、YS-900活性炭、TQ活性炭，重慶飛洋活性炭有限公司；凹凸棒土，盱眙歐柏特粘土有限公司；硅藻土，山東一油脂加工企業(yè)提供；SORBSIL?R92硅膠、SORBSIL?R40硅膠，美國(guó)PQ公司提供。

油酸縮水甘油酯(純度≥98%)、油酸縮水甘油酯-D5 (純度≥98%)、1,2-二油酸-3-氯丙醇酯(純度≥98%)、1,2-二油酸-3-氯丙醇酯-D5(純度≥98%)標(biāo)準(zhǔn)品，均購(gòu)于Toronto Research Chemicals。

苯基硼酸(純度≥97%)、甲醇、異丙醇、乙酸乙酯、甲基叔丁基醚、正己烷，均為色譜純；乙醚、硫酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%)、溴化鈉、碳酸氫鈉、無(wú)水硫酸鎂、硫酸鈉，均為分析純；氯化鈉為優(yōu)級(jí)純；水為電阻率不小于18 MΩ的超純水。

1.1.2 儀器與設(shè)備

Trace1310-ISQ氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，美國(guó)Thermo Fisher公司；ICS-2100離子色譜儀，美國(guó)Thermo Fisher公司； 2XZ-1旋片式真空泵；KQ3200DE 數(shù)控超聲波清洗器；ZD-85 數(shù)顯氣浴恒溫振蕩器；Moiresearch摩爾分析型超純水器；實(shí)驗(yàn)室自組裝油脂脫色、脫臭裝置。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 吸附劑中氯離子含量的檢測(cè)

采用離子色譜檢測(cè)吸附劑中氯離子含量。參照呂亮等[12]對(duì)土壤中氯離子含量檢測(cè)方法并進(jìn)行前處理?xiàng)l件優(yōu)化。

樣品前處理：稱取10 g吸附劑于燒杯中，加50 mL超純水超聲(超聲功率100%，溫度20℃)提取一定時(shí)間后，靜置1 h，于4 000 r/min離心10 min，將上層清液過(guò)濾至250 mL容量瓶中，定容。用離子色譜儀測(cè)定氯離子含量，選擇手動(dòng)進(jìn)樣，進(jìn)樣時(shí)過(guò)C18柱(C18柱依序用5 mL甲醇、10 mL超純水活化)和0.22 μm水系濾膜。

離子色譜條件：AS-16分析柱(4 mm×250 mm)，AG-16保護(hù)柱(4 mm×50 mm)，淋洗液KOH溶液25 mmol/L，淋洗液流速1.0 mL/min，柱溫30℃，進(jìn)樣體積10 μL。

1.2.2 油脂中氯離子含量的檢測(cè)

采用離子色譜檢測(cè)油脂中氯離子含量。前處理方法采用王璐陽(yáng)等[3]關(guān)于油脂中氯離子的檢測(cè)方法。將油樣用正己烷溶解后，加入超純水，用超聲輔助提取，離心后用注射器吸取下層水相過(guò)0.22 μm有機(jī)濾膜至10 mL容量瓶中，定容。用離子色譜儀測(cè)定，選擇手動(dòng)進(jìn)樣，進(jìn)樣時(shí)過(guò)C18柱和0.22 μm水系濾膜。

離子色譜條件同1.2.1。

1.2.3 利用不同吸附劑對(duì)油脂進(jìn)行吸附脫色

稱70 g待脫色大豆油油于三口燒瓶中，開(kāi)啟真空泵，在操作壓力小于等于8 kPa、90℃攪拌下真空脫水至油面霧氣消失(攪拌時(shí)避免引起油脂飛濺)，加熱至100℃，加入油質(zhì)量3%的吸附劑，吸附脫色20 min，離心分離后取上層油脂進(jìn)行過(guò)濾，得到吸附脫色油。

1.2.4 對(duì)不同吸附脫色油進(jìn)行蒸餾脫臭

稱取50 g吸附脫色油于三口燒瓶中，在操作壓力小于等于200 Pa下將油緩慢加熱至260℃，通入直接蒸汽，調(diào)整蒸汽量(在不使油飛濺的情況下，加大通汽量并保持流量恒定)進(jìn)行脫臭，脫臭2 h后，停止通蒸汽，將油溫降至70℃后破除真空，得到脫臭油。

1.2.5 油脂中3-MCPD酯和GEs含量的測(cè)定

參照GB 5009.191—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中氯丙醇及其脂肪酸酯含量的測(cè)定》及苗雨田[13]、任我行[14]等的研究，采用間接方法，利用GC-MS 測(cè)定脫臭油中3-MCPD 酯和GEs的含量，用同位素內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行定量。

色譜條件：HP-5MS毛細(xì)管色譜柱(30 m×0.25 mm，0.25 μm)；載氣為高純氦氣(純度≥99.999%)，流速1 mL/min；升溫程序?yàn)?5℃保持12 min，以20℃/min升至165℃，保持10 min，再以20℃/min升至300℃，并保持8 min；進(jìn)樣口溫度250℃；不分流進(jìn)樣，進(jìn)樣量1 μL。

質(zhì)譜條件：傳輸線溫度280℃，離子源溫度250℃；電子轟擊離子源，電離能量70 eV，掃描方式為離子監(jiān)測(cè)模式。

2 結(jié)果與分析

2.1 吸附劑中氯離子檢測(cè)方法的優(yōu)化

因吸附劑自身的吸附性較強(qiáng)，為了充分提取其所含的氯離子，故對(duì)超聲時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化，比較了超聲15、30、45、60 min對(duì)活性白土中氯離子的提取效果，結(jié)果如表1所示。

表1 超聲時(shí)間對(duì)活性白土中氯離子提取效果的比較

由表1可知，超聲15 min時(shí)提取的氯離子含量為16.79 mg/kg，超聲30、45 min和60 min時(shí)氯離子含量相較于超聲15 min有所升高，但隨著超聲時(shí)間的延長(zhǎng)氯離子含量增加不明顯。說(shuō)明超聲15 min時(shí)，可能因時(shí)間較短導(dǎo)致吸附劑中氯離子提取不充分，使得所測(cè)定的氯離子含量較低，超聲時(shí)間達(dá)30 min時(shí)，吸附劑中的氯離子能夠較充分地被提取，但超過(guò)30 min后繼續(xù)延長(zhǎng)超聲時(shí)間，氯離含量增長(zhǎng)已不明顯，為了避免資源浪費(fèi)，優(yōu)化的超聲時(shí)間為30 min。據(jù)此，在對(duì)吸附劑中氯離子含量檢測(cè)時(shí)采用30 min的超聲時(shí)間。

2.2 常用的油脂脫色吸附劑中氯離子含量

采用優(yōu)化的檢測(cè)條件對(duì)常用的油脂脫色吸附劑中氯離子含量進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如表2所示。

表2 油脂脫色吸附劑中的氯離子含量

由表2可知，10個(gè)油脂脫色吸附劑中氯離子含量均較高，其含量為11.93～187.88 mg/kg，不同吸附劑中氯離子含量差別很大，如硅藻土中氯離子含量是YS-900活性炭中氯離子含量的15.7倍。不同型號(hào)的同種吸附劑中氯離子含量也有較大差別，如TQ活性炭中氯離子含量是YS-900活性炭中氯離子含量的12.2倍，這可能與活性炭的制備方法有關(guān)[15]，活性炭制備時(shí)的活化方法有ZnCl2法、KOH法和H3PO4法，最常用的ZnCl2活化法[16]可能在制備過(guò)程使高含量的氯離子引入活性炭中。不同型號(hào)的活性白土中氯離子含量差別也較大，sl1060白土中的氯離子含量是1060FF白土中氯離子含量的1.5倍，這可能與活性白土酸化過(guò)程中所用酸的種類及濃度等工藝條件有關(guān)[17-18]。

2.3 不同吸附劑對(duì)吸附脫色油中氯離子含量的影響

采用表2中的6個(gè)吸附劑樣品(樣品1～樣品6)分別對(duì)大豆油進(jìn)行吸附脫色，對(duì)應(yīng)得到6個(gè)脫色油樣，即脫色油1～脫色油6(編號(hào)為1～6)。不同吸附劑脫色后油脂中氯離子含量如圖1所示。

圖1 不同吸附劑脫色后油脂中氯離子含量

由圖1可見(jiàn)，待脫色油中氯離子含量為0.137 mg/kg，不同吸附劑脫色后油脂中氯離子含量差別很大。脫色油4即TQ活性炭脫色油中氯離子含量為0.195 mg/kg，較脫色前升高了42.3%。除TQ活性炭之外，其他5種吸附劑吸附脫色的脫色油中氯離子含量均有不同程度降低，其中降幅最大的為脫色油1，即YS-900活性炭脫色油，其油脂中氯離子含量為0.023 mg/kg，較脫色前降低了83.21%，降幅最小的是脫色油6，即sl1060白土脫色油，其油脂中氯離子含量為0.115 mg/kg，較脫色前降低了16.06%。因此，若以降低氯離子含量為目標(biāo)，YS-900活性炭的效果最好。

2.4 不同吸附脫色油經(jīng)脫臭后3-MCPD酯和GEs含量

分別對(duì)1個(gè)未經(jīng)吸附脫除氯離子的油脂樣品及6個(gè)不同吸附劑脫色后的油脂即脫色油1～脫色油6進(jìn)行脫臭，對(duì)應(yīng)得到7個(gè)脫臭油樣品，即未脫色脫臭油和脫臭油1-脫臭油6(編號(hào)為1～6)，測(cè)定脫臭油中3-MCPD酯和GEs含量，結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同吸附劑脫色油經(jīng)脫臭后3-MCPD酯和GEs含量

由圖2可見(jiàn)：未經(jīng)吸附脫色的油脂經(jīng)脫臭后3-MCPD酯和GEs的含量分別為6.658 mg/kg和8.213 mg/kg；脫臭油4即經(jīng)TQ活性炭吸附脫色后再經(jīng)脫臭的油脂中3-MCPD酯和GEs含量分別為16.887 mg/kg和18.307 mg/kg，分別是未吸附脫色直接脫臭的油脂中相應(yīng)含量的2.54倍和2.23倍；其他5個(gè)脫色后再經(jīng)脫臭的油脂中3-MCPD酯均比未脫色直接脫臭的油脂中的含量降低，GEs含量除脫臭油1即YS-900活性炭吸附脫色脫臭油有所升高外，其他4個(gè)吸附脫色脫臭油中GEs含量均有所降低。對(duì)應(yīng)不同吸附脫色油中氯離子含量的差別，可以看出，選用合理的吸附劑降低待脫臭油中的氯離子含量，可以減少脫臭油中3-MCPD酯和GEs含量。

由圖2還可以看出：經(jīng)YS-900活性炭和H-2活性炭吸附脫色后氯離子含量明顯降低的油脂(脫色油1、脫色油3)，再經(jīng)脫臭，脫臭油中3-MCPD酯的生成量低于GEs生成量；而經(jīng)H-1活性炭、1060FF白土、sl1060白土吸附脫色后氯離子含量降幅較小的油脂(脫色油2、脫色油5和脫色油6)，再經(jīng)脫臭，其3-MCPD酯生成量均比GEs生成量要高。已有研究表明[19-20]，GEs的主要前體物質(zhì)是甘一酯、甘二酯，3-MCPD酯的主要前體物質(zhì)是甘一酯、甘二酯和氯離子，還有研究認(rèn)為高溫條件下生成的GEs會(huì)在氯離子攻擊下形成3-MCPD酯[21]，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，氯離子、3-MCPD酯和GEs這3種物質(zhì)之間最終會(huì)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡[20]，因此當(dāng)油中3-MCPD酯形成的關(guān)鍵前體物質(zhì)氯離子[21]含量減少時(shí)，3-MCPD酯的形成過(guò)程被限制，導(dǎo)致3-MCPD酯含量較低；而形成3-MCPD酯的過(guò)程被限制，可能會(huì)導(dǎo)致其前體物質(zhì)甘一酯、甘二酯等向形成GEs的過(guò)程促進(jìn)，另外氯離子的減少可能會(huì)限制GEs形成3-MCPD酯的反應(yīng)，從而最終使GEs含量較高。因此，由于YS-900活性炭、H-2活性炭脫色后油中氯離子含量少，所以脫臭時(shí)轉(zhuǎn)化為3-MCPD酯的量會(huì)較少，從而導(dǎo)致3-MCPD酯含量較低、GEs含量較高，而H-1活性炭、1060FF白土和sl1060白土脫色油中氯離子含量較高，所以3-MCPD酯生成量均比GEs生成量高。鑒于此，雖然YS-900活性炭能夠使待脫臭油中的氯離子降低較多，但卻會(huì)導(dǎo)致油脂脫臭過(guò)程生成較多的GEs，所以，以同時(shí)降低脫臭過(guò)程3-MCPD酯和GEs的生成量為目標(biāo)，H-2活性炭作為吸附脫色劑是最好的。

3 結(jié) 論

采用優(yōu)化的氯離子含量檢測(cè)方法，對(duì)常用油脂脫色吸附劑中氯離子含量進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，10個(gè)吸附劑樣品中氯離子含量為11.93～187.88 mg/kg，氯離子含量差別很大，其中含量最高的為硅藻土，含量最低的為YS-900活性炭，4個(gè)活性炭樣品中，TQ活性炭中氯離子含量是YS-900活性炭中含量的12.2倍。用6個(gè)吸附劑樣品分別對(duì)大豆油進(jìn)行吸附脫色(吸附劑用量均為油質(zhì)量的3%)，發(fā)現(xiàn)除TQ活性炭之外，其他5個(gè)吸附劑均使脫色油脂中氯離子含量不同程度地降低，其中YS-900活性炭使脫色油脂中氯離子含量降低了83.21%。經(jīng)不同吸附劑脫色后的油脂再經(jīng)260℃下脫臭2 h，發(fā)現(xiàn)經(jīng)吸附脫色降低待脫臭油中氯離子含量之后，能夠減少脫臭過(guò)程3-MCPD酯和GEs的生成。并且經(jīng)吸附劑大幅降低油脂中氯離子含量時(shí)，脫臭油中3-MCPD酯含量明顯降低，而GEs降幅較小，3- MCPD酯的生成量低于GEs；當(dāng)油脂吸附脫色后氯離子含量降幅較小時(shí)，GEs的生成量低于3-MCPD酯。以同時(shí)降低脫臭過(guò)程中3-MCPD酯和GEs生成量為目標(biāo)，采用H-2活性炭作為吸附劑對(duì)油脂進(jìn)行吸附脫色并脫除氯離子，效果是最好的。