大豆油吸附脫色過程氯離子含量變化及對脫臭油中3-氯丙醇酯和縮水甘油酯的影響

劉玉蘭，黃會娜，王璐陽，王滿意，王鳳艷

(1.河南工業大學 糧油食品學院，鄭州 450001； 2.中糧營養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)是近年來受到關注的食用植物油中的安全風險成分，研究發現其主要在油脂精煉的脫臭過程生成，油脂脫臭溫度、脫臭時間，待脫臭油中氯離子、甘一酯、甘二酯含量等對3-MCPD酯和GEs的生成均有顯著影響[1-4]。對3-MCPD酯形成機制的研究認為，在油脂長時間高溫脫臭過程中氯離子的親核攻擊會導致3-MCPD酯的形成[5-6]。油脂中的氯離子可能來源于植物油料[7-8]，也可能來源于油脂加工過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程也能兼顧吸附脫除一些其他雜質，如懸浮雜質、膠體雜質和金屬離子等，但若自身含有較高含量的氯離子，那么在對油脂的吸附脫色過程中，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，繼而促使脫臭過程3-MCPD酯和GEs大量形成[10]。近期有學者對油脂吸附脫色過程3-MCPD酯和GEs的含量變化做了研究[11]，但目前尚未有對活性白土、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道，也未見明確的對吸附劑中氯離子的檢測方法，基于活性白土和活性炭的性狀與土壤結構類似，本文首先參照土壤中氯離子檢測方法，對吸附劑中氯離子的檢測方法進行優化，之后對吸附脫色前后油脂中的氯離子含量進行檢測，再對吸附脫色油進行脫臭，檢測油脂脫臭前后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脫臭油中3-MCPD酯和GEs的影響，以期為油脂精煉生產中3-MCPD酯和GEs的風險防范和控制提供支持。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

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的油脂精煉車間。

1060FF白土、sl1060白土，樂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提供；SORBSIL?R92硅膠、SORBSIL?R40硅膠，美國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%)標準品，均購于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(質量分數為98%)、溴化鈉、碳酸氫鈉、無水硫酸鎂、硫酸鈉，均為分析純；氯化鈉為優級純；水為電阻率不小于18 MΩ的超純水。

1.1.2 儀器與設備

Trace1310-ISQ氣相色譜-質譜聯用儀，美國Thermo Fisher公司；ICS-2100離子色譜儀，美國Thermo Fisher公司； 2XZ-1旋片式真空泵；KQ3200DE 數控超聲波清洗器；ZD-85 數顯氣浴恒溫振蕩器；Moiresearch摩爾分析型超純水器；實驗室自組裝油脂脫色、脫臭裝置。

1.2 實驗方法

1.2.1 吸附劑中氯離子含量的檢測

采用離子色譜檢測吸附劑中氯離子含量。參照呂亮等[12]對土壤中氯離子含量檢測方法并進行前處理條件優化。

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℃)提取一定時間后，靜置1 h，于4 000 r/min離心10 min，將上層清液過濾至250 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℃，進樣體積10 μL。

1.2.2 油脂中氯離子含量的檢測

采用離子色譜檢測油脂中氯離子含量。前處理方法采用王璐陽等[3]關于油脂中氯離子的檢測方法。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0.22 μm有機濾膜至10 mL容量瓶中，定容。用離子色譜儀測定，選擇手動進樣，進樣時過C18柱和0.22 μm水系濾膜。

離子色譜條件同1.2.1。

1.2.3 利用不同吸附劑對油脂進行吸附脫色

稱70 g待脫色大豆油油于三口燒瓶中，開啟真空泵，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(攪拌時避免引起油脂飛濺)，加熱至100℃，加入油質量3%的吸附劑，吸附脫色20 min，離心分離后取上層油脂進行過濾，得到吸附脫色油。

1.2.4 對不同吸附脫色油進行蒸餾脫臭

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含量的測定

參照GB 5009.191—2016《食品安全國家標準 食品中氯丙醇及其脂肪酸酯含量的測定》及苗雨田[13]、任我行[14]等的研究，采用間接方法，利用GC-MS 測定脫臭油中3-MCPD 酯和GEs的含量，用同位素內標法進行定量。

色譜條件：HP-5MS毛細管色譜柱(30 m×0.25 mm，0.25 μm)；載氣為高純氦氣(純度≥99.999%)，流速1 mL/min；升溫程序為85℃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；進樣口溫度250℃；不分流進樣，進樣量1 μL。

質譜條件：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，掃描方式為離子監測模式。

2 結果與分析

2.1 吸附劑中氯離子檢測方法的優化

因吸附劑自身的吸附性較強，為了充分提取其所含的氯離子，故對超聲時間進行優化，比較了超聲15、30、45、60 min對活性白土中氯離子的提取效果，結果如表1所示。

表1 超聲時間對活性白土中氯離子提取效果的比較

由表1可知，超聲15 min時提取的氯離子含量為16.79 mg/kg，超聲30、45 min和60 min時氯離子含量相較于超聲15 min有所升高，但隨著超聲時間的延長氯離子含量增加不明顯。說明超聲15 min時，可能因時間較短導致吸附劑中氯離子提取不充分，使得所測定的氯離子含量較低，超聲時間達30 min時，吸附劑中的氯離子能夠較充分地被提取，但超過30 min后繼續延長超聲時間，氯離含量增長已不明顯，為了避免資源浪費，優化的超聲時間為30 min。據此，在對吸附劑中氯離子含量檢測時采用30 min的超聲時間。

2.2 常用的油脂脫色吸附劑中氯離子含量

采用優化的檢測條件對常用的油脂脫色吸附劑中氯離子含量進行檢測，結果如表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[15]，活性炭制備時的活化方法有ZnCl2法、KOH法和H3PO4法，最常用的ZnCl2活化法[16]可能在制備過程使高含量的氯離子引入活性炭中。不同型號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程中所用酸的種類及濃度等工藝條件有關[17-18]。

2.3 不同吸附劑對吸附脫色油中氯離子含量的影響

采用表2中的6個吸附劑樣品(樣品1～樣品6)分別對大豆油進行吸附脫色，對應得到6個脫色油樣，即脫色油1～脫色油6(編號為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，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，YS-900活性炭的效果最好。

2.4 不同吸附脫色油經脫臭后3-MCPD酯和GEs含量

分別對1個未經吸附脫除氯離子的油脂樣品及6個不同吸附劑脫色后的油脂即脫色油1～脫色油6進行脫臭，對應得到7個脫臭油樣品，即未脫色脫臭油和脫臭油1-脫臭油6(編號為1～6)，測定脫臭油中3-MCPD酯和GEs含量，結果如圖2所示。

圖2 不同吸附劑脫色油經脫臭后3-MCPD酯和GEs含量

由圖2可見：未經吸附脫色的油脂經脫臭后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TQ活性炭吸附脫色后再經脫臭的油脂中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含量的2.54倍和2.23倍；其他5個脫色后再經脫臭的油脂中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個吸附脫色脫臭油中GEs含量均有所降低。對應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)，再經脫臭，脫臭油中3-MCPD酯的生成量低于GEs生成量；而經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的主要前體物質是甘一酯、甘二酯，3-MCPD酯的主要前體物質是甘一酯、甘二酯和氯離子，還有研究認為高溫條件下生成的GEs會在氯離子攻擊下形成3-MCPD酯[21]，隨著反應的進行，氯離子、3-MCPD酯和GEs這3種物質之間最終會達到動態平衡[20]，因此當油中3-MCPD酯形成的關鍵前體物質氯離子[21]含量減少時，3-MCPD酯的形成過程被限制，導致3-MCPD酯含量較低；而形成3-MCPD酯的過程被限制，可能會導致其前體物質甘一酯、甘二酯等向形成GEs的過程促進，另外氯離子的減少可能會限制GEs形成3-MCPD酯的反應，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，所以脫臭時轉化為3-MCPD酯的量會較少，從而導致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，但卻會導致油脂脫臭過程生成較多的GEs，所以，以同時降低脫臭過程3-MCPD酯和GEs的生成量為目標，H-2活性炭作為吸附脫色劑是最好的。

3 結 論

采用優化的氯離子含量檢測方法，對常用油脂脫色吸附劑中氯離子含量進行了檢測，結果發現，10個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個吸附劑樣品分別對大豆油進行吸附脫色(吸附劑用量均為油質量的3%)，發現除TQ活性炭之外，其他5個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%。經不同吸附劑脫色后的油脂再經260℃下脫臭2 h，發現經吸附脫色降低待脫臭油中氯離子含量之后，能夠減少脫臭過程3-MCPD酯和GEs的生成。并且經吸附劑大幅降低油脂中氯離子含量時，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；當油脂吸附脫色后氯離子含量降幅較小時，GEs的生成量低于3-MCPD酯。以同時降低脫臭過程中3-MCPD酯和GEs生成量為目標，采用H-2活性炭作為吸附劑對油脂進行吸附脫色并脫除氯離子，效果是最好的。