大豆油精煉過程中多環芳烴的遷移規律

劉玉蘭，溫運啟，馬宇翔，司勝利，許利麗，劉春梅

（1.河南工業大學糧油食品學院，河南 鄭州 450001；2.河南陽光油脂集團有限公司，河南 鄭州 450100）

多環芳烴（polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs）是指分子中含有兩個或兩個以上苯環的一類碳氫化合物[1]，目前己知的PAHs類成分有200多種，其中很多是已知或潛在的致癌物質，苯并[a]芘（benzo[a]pyrene，BaP）是致癌性很強的PAHs的代表[2-3]。GB 2716—2005《食用植物油衛生標準》中規定BaP限量為10 μg/kg，歐盟No. 835/2011法規規定食用油（不含可可油和椰子油）中BaP限量為2 μg/kg，苯并[a]蒽、?、苯并[b]熒蒽和BaP 4 種PAHs組分（PAH4）的總限量為10 μg/kg[4]。美國環境保護署將萘、苊烯、苊、芴、菲、蒽、熒蒽、芘、苯并[a]蒽、?、苯并[b]熒蒽、苯并[k]熒蒽、BaP、茚并[1,2,3-cd]芘、二苯并[a,h]蒽、苯并[g,h,i]苝 16 種PAHs組分（PAH16）列為優先控制污染物[5-6]。

PAHs廣泛存在于人類生活的自然環境如大氣、水體、土壤、作物和食品中[7]。利用植物油料制取的毛油中也或多或少存在一定量的PAHs，采用完善的科學合理的油脂精煉工藝技術對PAHs有很好的脫除作用[8-10]。但若油脂精煉過程僅考慮脫膠、脫酸、脫色和脫臭效果，不對油脂中PAHs脫除做出嚴格要求和精準技術控制，成品油中PAHs殘留可能依然很高，食用油質量安全風險加大。在油脂精煉生產中影響PAHs脫除效果的因素有很多，包括油脂加工助劑中PAHs含量及風險、油脂精煉工藝技術和工藝條件等。劉玉蘭[11-12]、張東東[13-14]和張小濤[15]等對花生油、芝麻油、葵花籽油、菜籽油精煉過程PAHs脫除的工藝條件和脫除效果做出了研究報道，但鮮見有對大豆油精煉過程PAHs脫除效果的研究報道。劉玉蘭等[16]對油脂加工助劑中鉛含量及其對油脂精煉效果的影響做出了研究報道，但鮮見對油脂加工助劑如磷酸、檸檬酸、燒堿、活性白土、硅藻土等PAHs含量的研究報道。若加工助劑中含有PAHs且含量較高，其中的PAHs就有可能在油脂精煉過程中向油脂中遷移對食用油質量安全造成不良影響，因此有必要對油脂加工助劑的PAHs風險開展研究并進行防范，在生產中選用和采購PAHs含量低、風險小的加工助劑。此外，在油脂精煉生產中，毛油中的雜質及有害成分會隨精煉各工序進入到相應的副產物如油腳、皂腳、廢白土和脫臭餾出物中，這些副產物在后續的綜合利用中特別是做為食用原料加工成其他產品如油腳生產食用磷脂、脫臭餾出物生產VE時，可能也存在食品安全風險，但就此內容鮮見研究報道。為研究加工助劑中PAHs含量和精煉過程PAHs在大豆油中的含量變化及向副產物中的遷移情況，本實驗從大豆油加工廠采集油脂精煉各工序的油脂樣品和對應加工助劑樣品以及精煉副產物樣品，對樣品中PAHs含量進行檢測分析，研究大豆油精煉過程PAHs含量變化及遷移規律，為大豆油生產中PAHs風險的有效防范和控制提供支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大豆油精煉過程的脫膠油、脫酸油、脫色油、脫臭油和對應的加工助劑磷酸、燒堿、活性白土以及精煉副產物油腳、皂腳、廢白土、脫臭餾出物等，均從鄭州一大豆油加工廠的生產線取樣。

PAH16混標（質量濃度為200 μg/mL，純度≥98%）美國O2si公司；PAH16氘代同位素內標（純度≥97%）美國Dr. Ehrenstorfer GmbH公司；硅膠固相萃取小柱（500 mg，3 mL） 美國Supelco公司；乙腈、甲醇、正己烷、二氯甲烷（均為色譜純） 美國VBS公司；色譜柱DB-5MS（60 m×0.25 mm，0.25 μm） 美國Agilent公司。其他使用的試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

ISQ氣相色譜-質譜聯用儀 美國Thermo Fisher Scientific公司；Trace 1310氣相色譜系統（配AI1310自動進樣器、Xcalibur軟件數據處理系統、I570590固相萃取裝置） 美國Supelco公司；LD5-10臺式低速離心機 北京京立離心機有限公司；MTN-2800W氮吹濃縮儀 天津奧特賽恩斯儀器有限公司；DW-FL270超低溫冷凍儲存箱 中科美菱低溫科技股份有限公司。

1.3 方法

1.3.1 油脂中PAHs含量的測定

油脂中PAHs檢測：參照GB/T 23213—2008《植物油中PAHs的測定 氣相色譜-質譜法》和Shi Longkai等[17]優化的SPE-凈化-同位素稀釋-氣相色譜-質譜法。

色譜條件：脈沖不分流模式進樣，進樣量1.0 μL；進樣口溫度300 ℃；載氣為氦氣（純度≥99.999%）；恒流模式，流速1.0 mL/min。升溫程序：80 ℃保持1 min，隨后以20 ℃/min速率升至180 ℃，3 ℃/min升至200 ℃，6 ℃/min升至250 ℃并保持3 min，再以3 ℃/min升至300 ℃并保持16 min。

質譜條件：離子源溫度300 ℃；傳輸線溫度300 ℃；電子電離源；電力能量70 eV；燈絲電流25 μA。

1.3.2 加工助劑及精煉副產物中PAHs含量的測定

加工助劑（磷酸、燒堿和活性白土）中PAHs檢測以及精煉副產物（油腳、皂腳、廢白土、脫臭餾出物）中PAHs檢測參照GB/T 23213—2008和溫運啟等[18]優化的氣相色譜-質譜法。色譜和質譜條件同1.3.1節油脂中PAHs含量測定法。

1.3.3 大豆油精煉過程PAHs脫除率的計算

式中：X為大豆油精煉過程PAHs脫除率/%；A為精煉前油脂中PAHs含量/（μg/kg）；B為精煉后油脂中PAHs含量/（μg/kg）。

2 結果與分析

2.1 大豆油精煉過程BaP、PAH4、PAH16含量變化

圖1 大豆油精煉過程BaP含量變化Fig. 1 Changes in BaP content during refining of soybean oil

從圖1可見，大豆油經水化脫膠和堿煉脫酸后，BaP含量均有降低，脫除率分別為7.56%、23.57%。這可能是油腳和皂腳對BaP有一定的吸附作用所致。采用活性白土（用量1%左右）對大豆油進行吸附脫色后，脫色油中BaP含量略有升高?；钚园淄翆aP的脫除效果很差，在油質量分數3%～5%的條件下，對植物油中BaP的脫除率僅為30%左右甚至更低[19-20]。因此，若活性白土中含有BaP，在油脂脫色過程不僅不能脫除BaP，還可能引起脫色油中BaP含量升高。大豆油經蒸餾脫臭后BaP含量明顯降低，其脫除率在所有精煉工序中最高，達到91.65%。

圖2 大豆油精煉過程PAH4含量變化Fig. 2 Changes in total content of 4 EU priority PAHs during refining of soybean oil

如圖2所示，在大豆油精煉過程中PAH4含量隨精煉過程呈現持續降低。在水化脫膠、堿煉脫酸、活性白土吸附脫色和蒸餾脫臭各工序，大豆油中PAH4的脫除率分別為15.93%、10.41%、19.31%、50.91%，總脫除率為70.16%。

圖3 大豆油精煉過程PAH16含量變化Fig. 3 Changes in total content of 16 USEPA PAHs during refining of soybean oil

從圖3可知，大豆油中PAH16含量在精煉過程中也呈現持續降低。在水化脫膠、堿煉脫酸、白土吸附脫色和蒸餾脫臭各工序，PAH16的脫除率分別為15.45%、11.59%、6.66%、52.99%，總脫除率為67.20%。

綜合圖1～3可知，相比于水化脫膠、堿煉脫酸、吸附脫色和蒸餾脫臭，蒸餾脫臭過程對BaP、PAH4和PAH16有明顯的脫除作用，是大豆油精煉生產中PAHs脫除的關鍵工序。油脂吸附脫色工序PAHs的脫除率并不高，這是因為該吸附脫色過程采用的吸附劑是活性白土，若采用優選的活性炭（譬如Norit活性炭和汪洋活性炭）對BaP和PAHs的脫除效果都顯著好于普通活性炭和活性白土[12-15]。因此，當大豆毛油中PAHs含量較高和風險較大時，為深度脫除油脂中的PAHs，采用復合吸附劑（活性白土+活性炭）進行油脂脫色是合理的工藝技術選擇。

圖4 大豆油精煉過程LPAHs含量的變化Fig. 4 Change in LPAH content during refining of soybean oil

圖5 大豆油精煉過程HPAHs含量的變化Fig. 5 Changes in HPAH content during refining of soybean oil

PAHs的危害與其分子中苯環數目（n）有關，輕質PAHs（LPAHs，n≤4）的危害小于重質PAHs（HPAHs，n＞4）[21-22]。將PAH16中10 種LPAHs和6 種HPAHs分別統計分析，這兩類PAHs在大豆油精煉過程中的含量變化見圖4和圖5。從圖4可知，LPAHs在大豆油精煉過程中持續降低，總脫除率為67.02%，在脫膠、脫酸、脫色、脫臭工序的脫除率分別為14.83%、11.05%、9.26%、52.02%。圖5顯示，HPAHs經白土吸附脫色后脫色后含量有所上升，說明白土對大豆油中HPAHs的脫除效果很差，在整個精煉過程，HPAHs總脫除率為69.46%。

2.2 大豆油精煉用加工助劑中PAHs含量

表1 大豆油精煉用加工助劑中PAHs的含量Table 1 Contents of PAHs in three agents used for refining of soybean oil μg/kg

從表1可以看出，大豆油精煉所用3 種加工助劑均含有PAHs類成分。BaP、PAH4和PAH16含量，磷酸中分別為0.95、2.81 μg/kg和26.18 μg/kg，燒堿中分別為1.84、16.81 μg/kg和112.61 μg/kg，活性白土中分別為0.71、8.85 μg/kg和111.85 μg/kg。磷酸中PAHs含量相對較低，燒堿中含量最高?；钚园淄林蠦aP含量雖不算太高，但PAH16含量相對較高。

加工助劑含有的PAHs在大豆油精煉過程中很可能向毛油中遷移，因為PAHs在油脂中有很好的溶解度。但對照大豆油中BaP、PAH4、PAH16在水化脫膠過程含量分別下降0.33、2.75、44.42 μg/kg，堿煉脫酸過程分別下降0.95、1.51、28.18 μg/kg，可見磷酸和燒堿中的PAHs并未造成油脂中PAHs含量升高。這是因為磷酸水化脫膠所形成的油腳、燒堿堿煉脫酸形成的皂腳均能吸附夾帶脫除一定量的PAHs，正常用量的加工助劑和PAHs含量較低的加工助劑不會造成油脂中PAHs含量升高并對其具有一定的脫除效果。但若過量使用加工助劑，或加工助劑中PAHs含量較高，在油脂精煉過程中對油脂中PAHs的脫除效果可能弱于引入效果，引起油脂中PAHs含量的升高。因此在選用和采購加工助劑時，將其中PAHs含量作為一個風險控制指標，對防范加工助劑對油脂PAHs造成不利影響是必要的。

2.3 大豆油精煉副產物中PAHs含量

表2 大豆油精煉副產物中PAHs含量Table 2 Contents of PAHs in soybean oil re fi ning by-products μg/kg

由表2可以看出，大豆油腳樣品中BaP、PAH4、PAH16的含量分別為0.45、10.14、261.60 μg/kg，其中組分含量較高的是Nap、Phe、Pyr，分別占總量的38.48%、19.18%、12.03%，HPAHs和LPAHs兩類組分的含量分別占總量的3.06%、96.94%。皂腳樣品中BaP、PAH4、PAH16含量分別為0.90、7.39、434.49 μg/kg，其中組分含量較高的是Nap、Phe、Flu、Pyr，分別占總量的27.99%、29.04%、9.94%和10.58%，HPAHs和LPAHs含量分別占總量的2.26%、97.74%。廢白土樣品中BaP、PAH4、PAH16含量分別為0.52、9.69、156.29 μg/kg，組分含量較高為Nap、Phe、Flu、Pyr，分別占總量的21.06%、20.65%、12.61%和23.69%，HPAHs和LPAHs含量分別占總量的4.10%、95.90%。脫臭餾出物樣品中BaP、PAH4、PAH16含量分別為12.49、300.50、2 775.15 μg/kg，其中組分含量較高為Nap、Ace、Fl、Phe，分別占總量的25.01%、20.82%、19.19%和14.60%，HPAHs和LPAHs含量分別占總量的6.33%、93.67%。可知油脂精煉副產物中LPAHs占PAHs總量的絕對大比例，同時主要以Nap、Phe、Pyr、Flu、Ace、Fl幾種占比最大。

將圖1、表1和表2綜合分析可知，大豆油吸附脫色過程BaP含量增高0.87 μg/kg，所使用的白土中BaP含量為0.71 μg/kg，脫色廢白土中BaP含量為0.52 μg/kg。這說明采用活性白土在油脂脫色過程中，活性白土對毛油中BaP的導入效果大于脫除效果。因此選用BaP和PAHs含量更低的活性白土或采用活性炭做為油脂脫色吸附劑對降低油脂脫色過程BaP和PAHs風險是必要的。大豆油腳富含大豆磷脂，通常用來提取飼用、食用及藥用的各種大豆磷脂產品[23]，還有研究報道可從大豆油腳中提取輔酶Q10[24]。大豆油水化脫膠所用加工助劑磷酸及對應脫膠副產物油腳BaP含量較低，風險較小，但LPAHs和PAH16總量仍然較高。大豆油皂腳是生產工業脂肪酸的良好原料[25]，大豆油堿煉脫酸用燒堿及對應副產物皂腳中BaP含量很低，但燒堿中PAH4、LPAHs及PAH16總量仍顯偏高。

BaP、PAH4、PAH16在待脫臭大豆油（即脫色油）中的含量分別為3.95、10.49、200.66 μg/kg，經油脂脫臭過程，脫臭大豆油中的含量降低至0.33、5.15、94.34 μg/kg，大豆油脫臭餾出物中的含量分別為12.49、300.50、2 775.15 μg/kg，分別是脫臭油含量的37.85、58.35、29.42 倍。這一方面是因為PAHs在油脂脫臭過程中被高效從油脂中脫除而遷移至脫臭餾出物中，另一方面是因為油脂脫臭過程產生的餾出物的數量相比于脫臭油的比例很小（油脂脫臭損耗一般不超過1%）[26]，因此造成脫臭餾出物中PAHs含量顯著升高、PAHs污染嚴重。而脫臭餾出物中含有多種活性成分[27]，是生產天然VE和植物甾醇的良好原料[28-30]，還有從大豆油脫臭餾出物中提取角鯊烯的研究報道[31]，但脫臭餾出物超高的PAHs的風險，應引起對其綜合利用安全性的高度關注。

3 結 論

大豆油精煉用加工助劑磷酸、燒堿和活性白土中均含有PAHs，其中PAHs含量多少及精煉生產中加工助劑用量大小均可能對大豆油精煉過程PAHs含量造成影響，因此應將加工助劑中PAHs含量作為大豆油精煉生產的一個風險防范指標；大豆油水化脫膠、堿煉脫酸、吸附脫色和蒸餾脫臭過程對PAHs均有一定的脫除作用，但采用活性白土對油脂吸附脫色過程對BaP幾乎沒有脫除作用（基于白土用量1%的結果）；大豆油精煉副產物油腳、皂腳、廢白土、脫臭餾出物中均含有較高含量的BaP和PAHs，特別是脫臭餾出物中BaP、PAH4 和PAH16含量分別達到12.49、300.50 μg/kg和2 775.15 μg/kg。相比于之前對油脂精煉副產物的研究主要關注其組成成分、綜合利用方法而鮮見對其中PAHs含量及風險的研究報道，更應該引起對其做為食品原料綜合利用安全性的高度關注?？傊?，完善的大豆油精煉過程對BaP和PAHs有很好的脫除作用，使之從大豆油中向精煉副產物中遷移和富集，結果是成品油中PAHs含量和安全風險大幅降低，而副產物中PAHs含量顯著升高，做為食用原料的風險明顯加大，應加強其風險防范。