玉米油精煉過程氯離子含量變化及其對3-氯丙醇酯和縮水甘油酯含量的影響

劉玉蘭，王璐陽，黃會娜，王滿意，安 駿

（1.河南工業大學糧油食品學院，河南 鄭州 450001；2.中糧營養健康研究院有限公司，北京 102209；3.中糧油脂研發中心，天津 300451）

3-氯丙醇（3-monochloro-1,2-propanediol，3-MCPD）酯和縮水甘油酯（glycidyl esters，GEs）是近年被關注的食品安全問題[1-2]。研究表明3-MCPD酯的形成機制是在中間體環酰氧鎓離子存在的條件下，氯離子通過親核攻擊酰氧鎓離子從而生成3-MCPD酯[3]，因此氯離子在3-MCPD酯的形成過程中起關鍵作用[4-5]，并且環酰氧鎓離還可通過去質子形成GEs，GEs的環氧基也可能會在氯離子的親核作用下開環形成3-MCPD酯[6-8]。食用植物油中3-MCPD酯和GEs主要是在油脂精煉過程中產生的[9-10]。食用植物油精煉主要包括水化脫膠、堿煉脫酸、吸附脫色、蒸餾脫臭等過程，待精煉的毛油及精煉過程所使用的加工助劑（如磷酸、燒堿、脫色白土、水、蒸汽等）均可能含有氯離子并將氯離子引入到油脂中[11-12]，且脫臭工序是3-MCPD酯和GEs形成的主要工序[13-15]，因此在脫臭工序無論是待脫臭油脂還是加工助劑（脫臭水蒸氣）引入的氯離子均可能造成脫臭油中3-MCPD酯和GEs含量的大幅升高。

在利用氯離子含量多寡鑒別地溝油的研究中發現，合格食用油中氯離子質量濃度約為0.055～2.70 mg/L[16-17]，但對油脂精煉過程氯離子含量及其變化情況尚不明確，更鮮見氯離子含量與3-MCPD酯和GEs含量關系的報道。本實驗選取毛油酸價較高的、精煉生產中可能會生成較多3-MCPD酯和GEs的玉米油為原料[18]，從不同工廠采集玉米毛油及精煉各工序半成品和成品油，對其氯離子含量、3-MCPD酯和GEs含量進行檢測分析，并在實驗室對玉米毛油進行精煉，對精煉各工序所得油脂樣品中氯離子含量及3-MCPD酯和GEs含量進行檢測，將實際生產過程與實驗室精煉過程中氯離子含量及3-MCPD酯和GEs含量變化情況進行對比分析，研究玉米油精煉過程中氯離子含量變化規律以及對3-MCPD酯和GEs含量的影響，以期為玉米油精煉中3-MCPD酯和GEs的風險防范和控制提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

玉米毛油、待脫臭油和脫臭成品油分別取自安徽、河北、山東等地的玉米油加工廠。玉米油精煉過程的脫膠脫酸油、吸附脫色油取自安徽的玉米油加工廠。

氘代油酸縮水甘油酯（純度≥9 7%）、油酸縮水甘油酯（純度≥9 7%）、3-油酸-氯丙醇酯（純度≥97%）、1,2-二亞油酸-3-氯丙醇酯（純度≥97%）、1,2-二月桂酸-3-氯丙醇酯-D5（純度≥97%）上海安普實驗科技股份有限公司；苯基硼酸（純度≥97%）、正己烷、甲醇、異丙醇、甲基叔丁基醚、乙酸乙酯，均為色譜純；氫氧化鉀、氫氧化鈉、磷酸二氫鉀、硫酸聯氨、鉬酸鈉、乙醚、溴化鈉、硫酸（質量分數為98%）、硫酸鈉、碳酸氫鈉、無水硫酸鎂均為分析純；氯化鈉為優級純。

1.2 儀器與設備

Trace1310-ISQ氣相色譜-質譜聯用儀、ICS-2100離子色譜儀 美國Thermo Fisher公司；RE-52AA旋轉蒸發器 上海亞榮生化儀器廠有限公司；KQ3200DE數控超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司；MTN-2800W氮吹濃縮儀 天津奧特賽恩斯儀器有限公司；LD5-10低速離心機 北京京立離心機有限公司；QL-902渦旋均勻器 海門市其林貝爾儀器制造有限公司；ZD-85數顯氣浴恒溫振蕩器 江蘇金壇市宏華儀器廠；SZCL-2數顯智能控溫磁力攪拌器 鞏義市予華儀器有限責任公司；Moiresearch摩爾分析型超純水器重慶摩爾水處理設備有限公司；2XZ-1旋片式真空泵北京中興偉業儀器有限公司；SRJX-4-13高溫箱式電阻爐北京市永光明醫療儀器廠。

1.3 方法

1.3.1 實驗室的玉米油精煉

1.3.1.1 水化脫膠

測定玉米毛油的磷脂含量為2.557 mg/g，計算加水量為1.279 g。采用中溫水化脫膠。稱取毛油200 g于500 mL燒杯中，放入轉子，于數顯加熱型磁力攪拌器中攪拌至65 ℃后，調快攪拌速度，用滴管分別將稱量好的蒸餾水緩慢加入油樣中，保持恒定的速度攪拌30 min。降低攪拌速度，促使膠體絮凝，見油腳離析時2～3 min后停止攪拌。水化脫膠結束后，以4 500 r/min離心25 min，離心后取上層水化油，即得水化脫膠油。

1.3.1.2 堿煉脫酸

測定玉米毛油的酸價（以KOH計）為4.802 mg/g，計算理論加堿量，選取0.1%的超量堿，總加堿量為理論加堿量與超量堿之和（25.17 mL）。采用初溫75～80 ℃、終溫90～95 ℃、6 °Be′堿液的條件進行堿煉。稱取水化脫膠油100 g于250 mL燒杯中，放入轉子，于數顯加熱型磁力攪拌器中攪拌至75 ℃后，調快攪拌速度，用滴管將稱量好的堿液緩慢加入油樣中，降低攪拌速度，攪拌一定的時間，見油皂離析時降低攪拌速度，以1 ℃/min的速率升溫至堿煉終溫95 ℃，保持恒溫攪拌10 min，待油皂明顯分離時停止攪拌。堿煉結束后，以4 500 r/min離心25 min，離心后取上層堿煉半凈油于250 mL燒杯中加熱至洗滌溫度（95 ℃左右），然后轉入125 mL溫熱過的分液漏斗中，每次按油質量的15%添加微沸蒸餾水洗滌2～3 次，直至分液漏斗中洗滌放出來的廢水平pH值呈中性為止。將洗滌后的油轉入燒杯中，在電爐上加熱攪拌脫水，先升溫至100 ℃左右，脫水15～20 min，再升溫至125 ℃左右，脫水10 min，將油樣置于干燥器中冷卻。

1.3.1.3 吸附脫色

稱取80 g堿煉脫酸玉米油，置于三口燒瓶中，在負壓條件下加熱至90 ℃攪拌脫水，直至油面上看不到霧氣。隨后將稱取油質量3%的白土加入油脂中，脫色30 min。加熱攪拌時最大轉速不得引起油脂飛濺，達到設定的吸附時間后停止攪拌加熱，在真空條件下冷卻至70 ℃以后，關閉真空泵，冷卻水。將油、吸附劑混合物倒入離心桶中4 500 r/min離心20 min，后過濾分離出吸附劑，即得到脫色凈油。

1.3.1.4 蒸餾脫臭

稱取50 g吸附脫色后的玉米油于250 mL三口燒瓶內，并放入磁力轉子和沸石，將三口瓶放入事先架制好的水蒸氣蒸餾脫臭裝置中，啟動真空泵，在系統壓力400 Pa以下時，將油緩慢加熱至260 ℃，然后開啟直接蒸汽導管旋塞，通入直接蒸汽，在不引起油飛濺的情況下，使通汽量最大且流量恒定，脫臭2 h后，關閉直接蒸汽旋塞，將油溫降至室溫后破除真空，取脫臭后油脂樣品。

1.3.2 油脂中氯離子的檢測

前處理方法在晉榕[19]測定地溝油中氯離子方法的基礎上進行優化。稱取5 g油于30 mL螺紋試管中，用10 mL正己烷溶解待脫臭油再加5 mL超純水。擰緊試管蓋，渦旋30 s使水與有機相充分接觸。超聲30 min以輔助萃取，然后4 500 r/min離心4 min。將試管中的下層水相過有機濾膜至10 mL容量瓶中，定容。用離子色譜儀測定氯離子含量，選擇手動進樣，進樣時過0.22 μm水相濾膜和C18柱（C18柱依序用5 mL色譜純甲醇、10 mL超純水活化）進行測定。

經過前處理將油脂中的氯離子提取入水溶液中，因此參照GB/T 5750.5—2006《生活飲用水標準檢驗方法 無機非金屬指標》中離子色譜檢測法。配制100 mg/L的氯離子標準溶液：優級純氯化鈉在120 ℃烘干4 h，稱取0.164 8 g，用超純水定容至1 000 mL容量瓶中，作為氯離子標準溶液。用超純水將質量濃度為100 mg/L的氯離子標準溶液分別逐級稀釋至質量濃度為5、2、0.8、0.4、0.1、0.06、0.03、0.01 mg/L，由低到高依次進樣，繪制標準工作曲線。離子色譜中氯離子的出峰時間為4.25 min。

繪制標準工作曲線，得到線性回歸方程Y=0.306 3X＋0.038，R2=0.999 7，表明氯離子在標準溶液的質量濃度范圍內具有良好的線性關系。

1.3.3 油脂中3-MCPD酯和GEs的測定

參照GB 5009.191—2016《食品中氯丙醇及其脂肪酸酯含量的測定》以及苗雨田等[20]、楊貴芝[21]實驗結果，采用酸水解的方法間接測定油脂中3-MCPD酯和GEs，以GC-MS法測定，采用同位素內標進行定量。

色譜條件：色譜柱，含5%苯基亞芳基聚合物或5%苯基-甲基聚硅氧烷的弱極性毛細管氣相色譜-質譜柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm），載氣為氦氣，流速1 mL/min，進樣口溫度250 ℃，進樣量1 μL，不分流進樣，不分流時間0.5 min，溶劑延遲時間5 min。程序升溫：50 ℃保持1 min，以2 ℃/min升至90 ℃，再以40 ℃/min升至270 ℃，并保持5 min。

質譜條件：電子電離源，電離能量70 eV，離子源溫度250 ℃，傳輸線溫度280 ℃，掃描方式：選擇離子監測模式。

3-MCPD酯及其內標物的出峰時間分別為18.12 min和18.06 min，GEs及其內標物的出峰時間分別為19.69 min和19.62 min。繪制標準工作曲線，得到3-MCPD酯的線性回歸方程Y=0.713 587X－0.027 527 2，R2=0.999 7，GEs的線性回歸方程為Y=0.437 975X－0.042 300 1，R2=0.999 7，表明3-MCPD酯和GEs在標準溶液的濃度范圍內具有良好的線性關系。

1.4 數據統計分析

實驗結果均為3 次實驗的平均值，采用Origin 2018軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 不同玉米油中氯離子含量和3-MCPD酯及GEs含量

從不同玉米油加工廠取不同批次的毛油、待脫臭油和成品油，檢測其中氯離子、3-MCPD酯和GEs含量，結果如表1所示。

表1 不同玉米油樣品中氯離子、3-MCPD酯和縮水甘油酯含量Table 1 Contents of chloride ion, 3-MCPD ester and GE in different corn oil samples mg/kg

由表1可以看出，不同玉米油樣品中均含有氯離子、3-MCPD酯和GEs，其中氯離子的含量范圍為0.024～2.029 mg/kg，3-MCPD酯和GEs含量范圍在0.393～4.541 mg/kg和0.246～13.584 mg/kg之間。其中氯離子含量在毛油中最高，含量為0.628～2.029 mg/kg。毛油中氯離子來源可能是油料種子中氯離子帶入[22]，油料在生長過程中氯離子來源十分廣泛，土壤、空氣、施肥均會有可能影響油料種子中氯離子含量[23]，因此在其制油過程可能會引入到油脂中，從而導致毛油中氯離子含量較高。而毛油中的3-MCPD酯和GEs的含量范圍分別為0.393～1.083 mg/kg和0.246～0.721 mg/kg，其中3-MCPD酯含量最高的為山東產地，GEs含量最高的為河北產地。對比不同地區的樣品發現，安徽產地的2 個毛油樣品中氯離子含量高于山東、河北兩個產地的毛油，其中安徽產地毛油樣品2中氯離子含量最高為2.029 mg/kg，顯著高于其他毛油中氯離子含量，對比其毛油中3-MCPD酯含量發現，除略高于河北油樣2之外，均低于其余毛油中含量，GEs含量也均低于山東、河北的毛油樣品。

待脫臭玉米油中氯離子含量為0.110～0.374 mg/kg，與毛油相比含量均降低，此階段3-MCPD酯和GEs含量分別為0.933～1.422 mg/kg和0.246～0.432 mg/kg，與毛油相比3-MCPD酯含量均有所升高，而GEs含量除安徽樣品和山東樣品2中有所升高外，其余樣品中GEs含量均降低。其中氯離子降低幅度最大的為安徽產地的樣品2，其氯離子含量降低了94.6%，但3-MCPD酯和GEs含量分別升高了70.6%和63.6%。3-MCPD酯升高幅度最大的為河北樣品2，含量增加了毛油的2.6 倍，其氯離子含量降低了64.4%，說明伴隨著氯離子含量的降低，3-MCPD酯有所升高，但并未隨著氯離子降低量的增多而增多。

脫臭成品油中3-M C P D酯和G E s含量分別為3.523～4.541 mg/kg和1.501～13.584 mg/kg，明顯高于毛油和待脫臭油。有文獻報道，油脂脫臭階段是3-MCPD酯生成的主要階段，氯離子是影響3-MCPD酯形成的重要成分[24]，在油脂脫臭過程中3-MCPD酯形成可能要消耗氯離子，造成氯離子含量降低[25-26]，從表1可以看出，在脫臭階段油脂中氯離子含量除了山東樣品1和河北樣品1中氯離子含量有所升高外，其余樣品的氯離子含量均降低，山東樣品1和河北樣品1中氯離子含量分別升高了0.231 mg/kg和0.041 mg/kg，同時3-MCPD酯含量分別增長了2.4 倍和1.5 倍，油脂樣品中氯離子含量會在脫臭過程有所升高，這可能是由于脫臭工序所用直接蒸汽引入了氯離子，且引入量大于生成3-MCPD酯所消耗量，從而導致多余的氯離子保留在了脫臭油脂中[27]，使脫臭油中氯離子含量升高。此外，對比其含量來看，3-MCPD酯和GEs增幅最大的為安徽樣品1，其中3-MCPD酯和GEs分別增長了3.5 倍和32.1 倍，此時氯離子含量降低了0.287 mg/kg，在此階段中含量降低最多，因此對氯離子降低量與3-MCPD酯和GEs生成量之間的關系需要進一步研究。

2.2 玉米油精煉過程氯離子含量和3-MCPD酯及GEs含量變化

圖1 玉米油精煉過程氯離子含量變化Fig. 1 Changes in chloride ion content during corn oil refining

由圖1可以看出，在脫膠脫酸工序氯離子降幅最大，從2.029 mg/kg降至0.380 mg/kg，含量降低了81.3%，經過脫色工序，油脂中氯離子含量從0.380 mg/kg降至0.109 mg/kg，降低了71.3%，而在脫臭工序氯離子含量從0.109 mg/kg降至0.024 mg/kg，降低了78.0%。在脫膠脫酸工序氯離子含量降低最多。

圖2 玉米油精煉過程3-MCPD酯和GEs含量變化Fig. 2 Changes in 3-MCPD ester and GEs contents during corn oil refining

由圖2可以看出，經過脫膠脫酸，3-MCPD酯從0.547 mg/kg降至0.452 mg/kg，含量降低了17.4%，而GEs含量從0.264 mg/kg升高至0.554 mg/kg，含量升高52.3%；在脫色工序3-MCPD酯從0.452 mg/kg升高至0.933 mg/kg，含量增加了1.1 倍，GEs含量從0.554 mg/kg降至0.423 mg/kg，含量降低了23.6%。而經脫臭過程，3-MCPD酯和GEs含量均明顯增高，分別從0.933 mg/kg和0.423 mg/kg大幅增加至3.899 mg/kg和13.584 mg/kg，分別增加了3.2 倍和31.1 倍。

對比精煉過程中氯離子含量變化與3-MCPD酯和GEs含量變化可以看出，在脫膠脫酸和脫色階段氯離子含量逐漸下降，但3-MCPD酯含量并未隨著氯離子含量的降低而逐漸升高，究其原因3-MCPD酯形成的主要因素有氯離子、溫度、游離脂肪酸等[28]，在脫臭前的各精煉工序因溫度較低，因此氯離子含量對3-MCPD酯的形成影響很小，氯離子可能隨著油腳、皂腳、廢白土的分離而被脫除。脫臭工序是3-MCPD酯生成的主要階段，在此階段氯離子降低了78%，3-MCPD酯和GEs含量分別增加了3.2 倍和31.1 倍，有研究表明待脫臭油脂中氯離子會在脫臭過程影響3-MCPD酯的生成[29]，因此脫臭過程氯離子含量的降低可能對3-MCPD酯形成做出了貢獻。

2.3 實驗室玉米油精煉過程氯離子、3-MCPD酯和GEs含量變化

為排除實際的精煉生產中氯離子引入的來源多、不易控制等因素，在實驗室條件下對安徽工廠所取玉米毛油進行精煉，測定其精煉各步驟油脂中氯離子、3-MCPD酯和GEs含量，結果如圖3、4所示。

圖3 實驗室條件下玉米油精煉過程氯離子含量變化Fig. 3 Changes in chloride ion content during corn oil refining under laboratory conditions

由圖3可見，玉米油中氯離子含量隨精煉過程而逐漸減少，與實際生產過程變化趨勢一致。隨著精煉的進行，氯離子含量從2.029 mg/kg逐漸降至0.110 mg/kg，其中降幅最大的是堿煉脫酸過程，氯離子含量從1.760 mg/kg降低至0.420 mg/kg，降低了76.1%，這可能是由于氯離子的親水性大于親油性，在堿煉和堿煉后的水洗過程中皂腳和洗滌水帶走了較多的氯離子。脫膠過程氯離子從2.029 mg/kg降低至1.760 mg/kg，降低了13.3%，其原因可能是脫膠形成的油腳會帶走部分氯離子，從而使油脂中氯離子含量有所降低。脫色過程吸附劑可能對氯離子產生吸附作用，使氯離子含量在脫色過程從0.420 mg/kg降至0.303 mg/kg，降低了27.9%，其降低量低于實際精煉過程的脫色階段，可能與脫色過程條件不同等因素有關。脫臭過程所用直接蒸汽的水源為超純水，在排除了直接蒸汽將氯離子帶入玉米油的條件下，脫臭前后氯離子含量從0.303 mg/kg降低至0.110 mg/kg，降低了0.193 mg/kg，高于實際生產過程中的降低量。

圖4 實驗室玉米油精煉過程3-MCPD酯和GEs含量變化Fig. 4 Changes in 3-MCPD ester and GEs contents during corn oil refining under laboratory conditions

由圖4可以看出，3-MCPD酯和GEs含量在脫臭前含量較低，分別為0.215～0.547 mg/kg和0.264～0.343 mg/kg，經過脫臭后含量明顯增加。對比脫臭前各個精煉階段，脫膠、脫酸、脫色過程中3-MCPD酯含量持續降低，而實際生產中3-MCPD酯在脫膠脫酸后含量降低，但經過脫色后有所升高，其原因可能是與所用脫色劑以及脫色條件等因素不同有關；GEs在水化脫膠過程有所升高，在堿煉脫酸后雖然有所降低但仍高于毛油中含量，隨后經過吸附脫色后含量降低，整體與實際生產過程變化相一致，但在脫臭前的精煉過程中3-MCPD酯和GEs含量并未隨著氯離子含量的降低而呈現規律性變化。經過260 ℃脫臭2 h后3-MCPD酯和GEs含量急劇增加，含量分別達到9.691 mg/kg和95.336 mg/kg，與待脫臭油相比分別增長了44.1 倍和343.1 倍，增長量是實際生產過程中增加量的12.6 倍和10.7 倍，究其原因除脫臭溫度和時間可能有區別外，對比其氯離子含量變化可以看出，實驗室條件下氯離子含量降低了0.193 mg/kg，而實際生產過程中僅降低了0.085 mg/kg，由此說明脫臭階段氯離子降低量越多，生成的3-MCPD酯越多，而待脫臭油脂中氯離子含量越多，就可能會為脫臭過程提供更多的氯離子用于生成3-MCPD酯[30]，因此在精煉階段嚴格控制油脂中氯離子的含量能夠降低脫臭階段油脂中3-MCPD酯和GEs的生成。

3 結 論

經檢測本實驗選取的18 個玉米油樣品中均含有氯離子和3-MCPD酯及GEs，其中氯離子含量在毛油中最高，含量為0.628～2.029 mg/kg，毛油中3-MCPD酯和GEs的含量范圍分別為0.393～1.083 mg/kg和0.246～0.721 mg/kg；毛油經脫膠、脫酸、脫色精煉后所得待脫臭油中氯離子含量降至0.110～0.374 mg/kg，3-MCPD酯和GEs含量分別為0.933～1.422 mg/kg和0.246～0.432 mg/kg，與毛油相比3-MCPD酯含量有所升高，GEs含量變化不明顯；脫臭成品油中3-MCPD酯和GEs含量明顯升高，分別為3.523～4.541 mg/kg和1.501～13.584 mg/kg，增幅最大的樣品1分別增長了3.5 倍和32.1 倍，同時其氯離子含量降低最多。對工廠與實驗室精煉各工序玉米油樣品的檢測分析顯示，氯離子含量隨精煉過程而逐漸降低，降幅最大的是水化脫膠和堿煉脫酸工序（降幅為76.1%～81.3%），3-MCPD酯和GEs在脫臭之前的各工序含量變化不大，經脫臭均大幅升高，實驗室樣品的增加幅度明顯大于工廠樣品，這可能與脫臭條件的差別有關（實驗室脫臭真空度小于工廠），也可能與待脫臭油脂中氯離子含量的差異有關（實驗室待脫臭油脂中氯離子含量明顯高于工廠樣品），因此嚴格控制待脫臭玉米油中的氯離子含量，對減少脫臭玉米油中3-MCPD酯和GEs的形成是有利的。研究結果明確了玉米油精煉過程氯離子和3-MCPD酯及GEs含量的變化規律，以及待脫臭玉米油中氯離子含量對脫臭油脂中3-MCPD酯和GEs含量的影響，對玉米油精煉乃至其他植物油生產中3-MCPD酯和GEs的風險防范和控制都具有指導意義。