橄欖二酯油烘焙蘇打餅干中3-氯丙醇酯、縮水甘油酯產(chǎn)生規(guī)律及其質(zhì)構(gòu)分析

戢穎瑞，羅日明，姚怡心，王衛(wèi)飛，王永華，楊 博，藍東明,*

（1.華南理工大學食品科學與工程學院，廣東 廣州 510640；2.廣東粵膳特醫(yī)營養(yǎng)科技有限公司，廣東 佛山 528200；3.華南理工大學生物科學與工程學院，廣東 廣州 510640）

甘油二酯（diglycerides，DAG）是食用油脂的天然組分，2009年我國18號新資源食品公告規(guī)定，以天然食用植物油為原料經(jīng)酶催化等加工工藝獲得DAG質(zhì)量分數(shù)40%以上的食用油脂為甘油二酯油。大量研究證明，甘油二酯油具有高能量低累積的特點，對人體具有降低體脂、改善脂質(zhì)代謝、調(diào)節(jié)血糖水平等功效。煎炸和烘焙均是國內(nèi)外常見的食品熱加工方式，可以賦予食物特有的口感和風味，油脂是烘焙過程必不可少的原料。煎炸和烘焙食品一般具有較高的油脂含量，以甘油二酯油代替普通煎炸、烘焙油脂可以避免體內(nèi)脂肪過量累積，同時具有改善人體脂質(zhì)代謝等潛在的健康效果。有研究報導，花王甘油二酯油產(chǎn)品高溫熱加工（240 ℃）時會產(chǎn)生縮水甘油酯（glycidyl esters，GE）、3-氯丙醇酯（3-monochloropropane-1,2-diol esters，3-MCPDE）等有害物質(zhì)。目前，食品加工過程中3-MCPDE和GE產(chǎn)生規(guī)律的研究多集中于煎炸工藝，主要考察煎炸溫度、時間、鹽添加量、水分含量、抗氧化劑等因素的影響。烘焙食品中有關(guān)3-MCPDE和GE的研究，主要集中在烘焙條件和非油脂原料對烘焙產(chǎn)品品質(zhì)帶來的作用效果，對不同油脂原料烘焙時3-MCPDE和GE的產(chǎn)生規(guī)律鮮見報道。

3-MCPDE和GE類物質(zhì)是油脂脫臭精煉、煎炸等高溫條件下易產(chǎn)生的有害物質(zhì)。3-MCPDE在體內(nèi)脂肪酶的作用下易水解為具有致癌作用的氯丙醇，GE在體內(nèi)經(jīng)脂質(zhì)代謝產(chǎn)生具有基因毒性的縮水甘油，3-MCPDE和GE在日常食品及嬰幼兒配方食品中越來越受到關(guān)注。普通食用油主要成分是甘油三酯（triglycerides，TAG）和DAG，單甘油酯（monoglycerides，MAG）含量較少一般低于1%。食用油脂和食品中的3-MCPDE和GE主要來源于甘油酯高溫受熱時發(fā)生的化學反應，甘油酯類物質(zhì)在熱處理條件超過一定閾值時（溫度和受熱時間），3 種甘油酯（MAG、DAG、TAG）均可能轉(zhuǎn)化為3-MCPDE和GE。李利君等模擬油脂脫臭（氮氣保護、240 ℃、加熱2 h）過程考察油脂成分對3-MCPDE和GE含量的影響，發(fā)現(xiàn)MAG是形成3-MCPDE和GE最具活性的前體物質(zhì)。劉玉蘭等使用花生油對不同食材進行連續(xù)煎炸和間歇煎炸，發(fā)現(xiàn)隨煎炸時間的延長，煎炸油及空白煎炸油中3-MCPDE含量均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，而GE含量則持續(xù)升高，不同食材煎炸油中3-MCPDE和GE含量有顯著差異。菜籽油二酯油產(chǎn)品在煎炸等熱處理實驗中發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定性較差，更在2009年發(fā)現(xiàn)該產(chǎn)品GE含量遠高于歐盟限值。甘油二酯油的熱加工應用和安全性考察需要進一步研究，目前尚缺少采用甘油二酯油為原料的烘焙食品加工過程中3-MCPDE、GE產(chǎn)生機制及變化規(guī)律的研究報道。

橄欖甘油二酯油和天然橄欖油脂肪酸組成幾乎一致，不飽和脂肪酸含量高，多為單不飽和的油酸，在煎炸、烘焙等食品的熱加工過程中不易發(fā)生氧化等劣變反應。本研究使用不同DAG含量的食用橄欖油制備蘇打餅干。在餅干基本配方的基礎(chǔ)上，考察油脂組成（DAG質(zhì)量分數(shù)）、鹽添加量、烘焙工藝條件等對油脂中3-MCPDE、GE形成和餅干質(zhì)構(gòu)的影響，旨在為甘油二酯類功能性食用油在烘焙食品中應用效果和安全性考察，提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

低筋面粉 肇慶福加德面粉有限公司；食用鹽廣東鹽業(yè)集團有限公司；小蘇打 山東圣琪生物有限公司；高活性干酵母 安琪酵母股份有限公司。

精煉橄欖油（實驗樣品1） 廣東東莞油脂公司；橄欖二酯油（DAG=80%）（實驗樣品2） 廣東粵膳特醫(yī)營養(yǎng)科技有限公司；其中40% DAG和60% DAG的橄欖油是將精煉橄欖油和80%橄欖二酯油按1∶1和1∶3的質(zhì)量比進行物理混合得到；實驗樣品1和實驗樣品2均是油酸為主體，具體脂肪酸組成如表1所示。

表1 精煉橄欖油和橄欖二酯油脂肪酸組成Table 1 Fatty acid composition of refined olive oil and diglyceride-rich olive oil%

3-氯-1,2-丙二棕櫚酸酯、3-氯-1,2-丙二棕櫚酸酯-，棕櫚酸縮水甘油酯、棕櫚酸縮水甘油酯-均為標準品（純度≥97%） 加拿大TRC公司；正己烷（色譜純） 美國Aladdin公司；正庚烷、丙酮、甲苯、苯基硼酸（phenylboronic acid，PBA）、無水四氫呋喃（tetrahydrofuran，THF）、溴化鈉、硫酸、甲醇、硫酸鈉、碳酸氫鈉等（均為色譜純） 美國Sigma公司；實驗用水均為超純水。

1.2 儀器與設(shè)備

TQ8050氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀 日本Shimadzu公司；毛細管色譜柱Equity-1（30 mh0.25 mm，1 μm） 美國Supelco公司；TA-118 XT plus質(zhì)構(gòu)儀 英國Stable Micro System公司；ATO-HB30HT烤箱 北美電器（珠海）有限公司；HGC-12A氮吹儀 天津市恒奧科技發(fā)展有限公司；HWS-26電熱恒溫水浴鍋 上海一恒科學儀器有限公司；KM-1030B數(shù)控超聲波清洗器 寧波新芝生物科技股份有限公司。

1.3 方法

1.3.1 蘇打餅干制作

將面粉（100 g）、酵母（1 g）、小蘇打（0.5 g）、脫脂牛奶（60 g）、精煉橄欖油或橄欖二酯油（20 g）和鹽（1 g）混合形成光滑的面團。室溫下醒發(fā)20 min后，將面團壓成3 mm厚度，切成40 mmh40 mm的餅胚。最后，餅干在160 ℃下烘烤10 min。在相同條件下烤箱直接加熱不含烘焙材料的橄欖二酯油作為空白組。通過改變同一因素下的不同水平，確定不同因素對3-MCPDE和GE的影響程度，單因素試驗條件如表2所示。

表2 烘焙蘇打餅干試驗條件Table 2 Experimental conditions for production of soda biscuit

1.3.2 蘇打餅干硬度和黏度測定

采用質(zhì)構(gòu)儀測定蘇打餅干的硬度和黏度，探頭為P/36 R。設(shè)置參數(shù)：測前速率2 mm/s，測試速率1 mm/s，測后速率2 mm/s，觸發(fā)力5 g。每組樣品重復測試10 次，取平均值。

1.3.3 蘇打餅干中3-MCPDE和GE測定

1.3.3.1 樣品預處理

將蘇打餅干研磨成粉末，使用正己烷進行水浴超聲波提取脂肪后，3-MCPDE和GE參照AOCS Office Method Cd 29a-13的方法進行測定。稱量100～10 mg提取油樣置于帶螺旋蓋的玻璃試管中，隨后在試管中加入內(nèi)標溶液和THF充分溶解。然后加入酸化的溴化鈉溶液，將GE轉(zhuǎn)化為溴丙醇酯?；旌先芤号c1.8%的硫酸-甲醇溶液在40 ℃條件下反應16 h，最后用PBA衍生后放入進樣小瓶中待測。

1.3.3.2 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用檢測

色譜檢測條件：非極性毛細管色譜柱Equity-1（30 mh0.25 mm，1 μm）；進樣溫度250 ℃，進樣量1 μL，不分流進樣；溶劑延遲時間7 min；載氣為氦氣，流速為0.8 mL/min；升溫程序：在初始溫度80 ℃保持1 min后，以10 ℃/min升溫至170 ℃，以3 ℃/min升至200 ℃，最后以15 ℃/min升到300 ℃，保持10 min。

質(zhì)譜檢測條件：電離能量70 eV；離子源溫度230 ℃；接口溫度300 ℃；溶劑延遲時間5 min；采用選擇離子掃描模式檢測，內(nèi)標法定量。設(shè)定4 種衍生物的監(jiān)測離子：3-MCPDE衍生物（定量離子/147，定性離子/196、198）；3-MCPDE-衍生物（定量離子/150，定性離子/201、203）；GE衍生物（定量離子/147，定性離子/240）；GE-衍生物（定量離子/150，定性離子/245）。

1.4 數(shù)據(jù)處理

2 結(jié)果與分析

2.1 3-MCPDE和GE標準曲線

食用油脂和普通食品中3-MCPDE檢測方法已有大量研究，一般采用靈敏度高的氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法。以3-MCPDE和GE的標準物含量與內(nèi)標物質(zhì)量濃度比為橫坐標，相應峰面積之比為縱坐標得到標準曲線方程，線性系數(shù)均大于0.999（表3）。3-MCPDE回收率范圍為89.39%～106.88%，GE回收率范圍為94.92%～110.15%，且二者的相對標準差均在10%以內(nèi)，具有良好的重復性與精密度，可用于檢測本研究餅干樣品中3-MCPDE和GE的含量。

表33 -MCPDE和GE標準曲線方程、回收率及相對標準偏差Table 3 Calibration equations, recoveries and RSDs for 3-MCPDE and GE

2.2 烘焙條件對3-MCPDE和GE的影響

2.2.1 DAG質(zhì)量分數(shù)對蘇打餅干中3-MCPDE和GE含量的影響

DAG質(zhì)量分數(shù)高的油脂在烘焙中的應用研究報道較少，DAG是天然動植物油脂中普遍存在的脂類成分，食用油脂中DAG達到一定質(zhì)量分數(shù)（一般為27.3%）時具有改善脂質(zhì)代謝等顯著的生理功能。本研究考察蘇打餅干烘焙加工時，橄欖油中DAG含量對3-MCPDE和GE產(chǎn)生的影響。由圖1可知，隨著DAG質(zhì)量分數(shù)的增加，空白樣品中3-MCPDE和GE的含量無顯著性差異，餅干樣品中3-MCPDE和GE呈現(xiàn)下降趨勢，3-MCPDE由1.05 mg/kg下降到0.71 mg/kg，而GE由0.29 mg/kg下降到0.22 mg/kg。這說明在常用的食品烘焙加工過程中，增加油脂中DAG質(zhì)量分數(shù)不會引起3-MCPDE和GE的產(chǎn)生，這與現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)基本一致。Merkle等用MAG/DAG添加到食材中進行間歇煎炸實驗，發(fā)現(xiàn)不同MAG/DAG質(zhì)量分數(shù)的煎炸體系中3-MCPDE和GE無顯著差異。此外，張家楓等發(fā)現(xiàn)橄欖油等植物油脂中3-MCPDE和GE的含量與DAG和MAG總量之間并未顯示出明確相關(guān)性，Shimizu等和李加辛的研究結(jié)果證實在高溫精煉狀態(tài)下（240 ℃），與其他甘油酯組分相比，MAG對3-MCPDE和GE的形成影響更顯著。

圖1 不同DAG質(zhì)量分數(shù)制備的餅干中3-MCPDE和GE含量Fig.1 Effect of different DAG contents in olive oil on 3-MCPDE and GE contents in soda biscuit

2.2.2 烘焙溫度對餅干中3-MCPDE和GE含量的影響

甘油酯高溫熱處理條件下，溫度是其產(chǎn)生3-MCPDE和GE最關(guān)鍵因素，本研究以DAG質(zhì)量分數(shù)為80%的橄欖二酯油為原料，鹽添加量1%，在150～180 ℃、烘焙10 min時，發(fā)現(xiàn)3-MCPDE和GE均呈現(xiàn)隨溫度升高而上升的趨勢（圖2）?？瞻讟悠吩诳鞠渲屑訜幔?-MCPDE和GE含量與餅干樣品中具有相同的變化趨勢。這說明蘇打餅干烘焙過程中，其油脂成分是產(chǎn)生3-MCPDE和GE的主要前體物質(zhì)，且烘焙溫度高于170 ℃時3-MCPDE和GE增加速率均加快?，F(xiàn)有研究也表明MAG、DAG質(zhì)量分數(shù)較高的食用油脂，在高于180 ℃的熱處理條件下3-MCPDE和GE顯著增加。由圖2可知，盡管在較高的溫度（180 ℃）下進行烘焙加工，3-MCPDE仍位于歐盟限量安全值（1.25 mg/kg）以下，而餅干和空白組中的GE含量也始終低于0.45 mg/kg，這說明80% DAG質(zhì)量分數(shù)的橄欖二酯油用于烘焙食品加工符合國內(nèi)外食品安全法規(guī)。

圖2 不同烘焙溫度下餅干中3-MCPDE和GE含量Fig.2 Effect of different baking temperatures on 3-MCPDE and GE contents in soda biscuit

2.2.3 鹽添加量對餅干中3-MCPDE和GE含量的影響

油脂高溫加熱時，鹽中含有的NaCl可以為3-MCPDE的形成提供氯源，當使用植物油進行煎炸或烘焙食品時，鹽的過量添加會導致3-MCPDE的產(chǎn)生。由圖3A可以看出，以DAG質(zhì)量分數(shù)80%的橄欖二酯油為原料、160 ℃烘焙10 min，蘇打餅干中3-MCPDE隨鹽添加量的增加有緩慢上升趨勢（0.68～0.75 mg/kg），空白組中3-MCPDE含量為0.64～1.17 mg/kg，并在鹽添加量超過1%時增加速率加快。這說明鹽提供氯源存在一定的濃度閾值，Mogol等研究發(fā)現(xiàn)采用不添加鹽的烘焙配方時3-MCPDE的反應速率常數(shù)分別降低85.4%和57.5%。由圖3B可知，不同鹽添加量進行烘焙和加熱處理時，GE含量沒有顯著變化，這表明在本研究中鹽的存在對GE的形成沒有影響，這與Yildirim等的研究結(jié)論一致。

圖3 不同鹽添加量餅干中3-MCPDE（A）和GE（B）含量Fig.3 Effect of adding different amounts of salt on 3-MCPDE (A) and GE (B) contents in soda biscuit

2.2.4 烘焙時間對蘇打餅干中3-MCPDE和GE含量的影響

高溫下過長的受熱時間是甘油酯中3-MCPDE、GE含量增加的關(guān)鍵因素之一。食用植物油在長時間的煎炸使用時3-MCPDE含量會先增加再降低，這是由于該體系中3-MCPDE的形成低于其分解速率，而GE隨時間的延長逐漸增加且相對更穩(wěn)定。在Wong等持續(xù)長達6 d的煎炸條件下，3-MCPDE呈顯著升高之后下降的趨勢，而GE呈持續(xù)上升趨勢。由圖4可以看出，以DAG質(zhì)量分數(shù)80%的橄欖二酯油為原料、鹽添加量1%，160 ℃烘焙制備蘇打餅干，隨著烘焙時間的延長，餅干中3-MCPDE由0.7 mg/kg增加到0.84 mg/kg遠低于國內(nèi)外規(guī)定的安全限量，而GE含量無顯著性增加。

圖4 不同烘焙時間餅干中3-MCPDE和GE的含量Fig.4 Effect of baking time on 3-MCPDE and GE contents in soda biscuit

2.3 影響MCPDE和GE產(chǎn)生的烘焙因素分析

采用Pearson相關(guān)性分析方法，考察油脂中DAG質(zhì)量分數(shù)、烘焙溫度、鹽添加量及烘焙時間對3-MCPDE、GE的影響，被測變量之間的相關(guān)程度用相關(guān)系數(shù)表示。

由表4可知，在烘焙過程中油脂中DAG質(zhì)量分數(shù)和烘焙時間與3-MCPDE和GE沒有呈現(xiàn)顯著相關(guān)；烘焙溫度與3-MCPDE和GE的含量呈顯著正相關(guān)，且溫度和3-MCPDE含量相關(guān)系數(shù)最高，達到0.998；而鹽添加量與GE相關(guān)性弱，與3-MCPDE表現(xiàn)非常強的相關(guān)性。這些結(jié)果表明，在烘焙過程中3-MCPDE和GE的形成，與加熱溫度和鹽密切相關(guān)，影響程度依次為烘焙溫度＞鹽添加量＞烘焙時間＞DAG質(zhì)量分數(shù)。因此，在烘焙食品過程中，不宜采用過高的加工溫度和鹽添加量，這與Mogol等對烘焙過程中3-MCPDE的反應速率常數(shù)的動力學研究結(jié)果一致。

表4 不同測定指標之間Pearson相關(guān)系數(shù)Table 4 Pearson correlation coefficients between baking conditions and 3-MCPDE and GE contents

2.4 烘焙條件對餅干質(zhì)構(gòu)特性的影響

質(zhì)構(gòu)特性是評價餅干品質(zhì)的重要指標，考察DAG質(zhì)量分數(shù)、烘焙溫度、鹽添加量和烘焙時間對蘇打餅干硬度和黏度的影響。由圖5可知，高溫導致蘇打餅干中的水分快速流失而硬度隨著溫度的升高而增加；蘇打餅干的硬度和黏度隨鹽添加量增加無顯著性變化。在橄欖二酯油中DAG質(zhì)量分數(shù)達到40%以上時蘇打餅干硬度和黏度都明顯更低，DAG質(zhì)量分數(shù)繼續(xù)增加時蘇打餅干的黏度和硬度無明顯差異（圖5A）。由圖5D可以看出，烘焙處理10 min之前過低的硬度或是由于餅干中的含水量較高，隨著烘焙時間的延長，餅干的硬度和黏度都相應升高，10 min和12.5 min之間的硬度和黏度無顯著差異。這是因為與精煉橄欖油相比，橄欖二酯油富含DAG，不但具有甘油二酯食用油的有益生理功能，同時具有更好的乳化特性，在烘焙制品中有更好的持水性可以改善食品的質(zhì)構(gòu)和口感。

圖5 烘焙條件對餅干硬度和質(zhì)構(gòu)的影響Fig.5 Effect of baking conditions on the hardness and gumminess of soda biscuit

3 結(jié) 論

通過對橄欖二酯油烘焙蘇打餅干過程中3-MCPDE和GE形成規(guī)律的影響因素研究，發(fā)現(xiàn)3-MCPDE和GE的形成主要與加熱溫度有關(guān)，其次是鹽添加量、烘焙時間，最后是甘油酯組成（DAG質(zhì)量分數(shù)）。結(jié)果表明，即使在較高的烘焙溫度（180 ℃）、較高的DAG質(zhì)量分數(shù)（80%）時，蘇打餅干中3-MCPDE和GE的含量也遠低于國內(nèi)外食品安全限量（分別為1.25 mg/kg和1 mg/kg），橄欖二酯油用于烘焙加工是安全可靠的。烘焙溫度與3-MCPDE和GE呈顯著正相關(guān)（＞0.9），當鹽添加量超過1%時對3-MCPDE的形成有顯著影響，而DAG質(zhì)量分數(shù)對3-MCPDE和GE無顯著影響（＞0.05）。