碱炼脱酸对花生油中16种多环芳烃脱除效果的研究

刘玉兰 石龙凯 胡爱鹏

(河南工业大学粮油食品学院，郑州 450001)

碱炼脱酸对花生油中16种多环芳烃脱除效果的研究

刘玉兰 石龙凯 胡爱鹏

(河南工业大学粮油食品学院，郑州 450001)

研究了碱炼脱酸过程及碱炼脱酸条件对花生油中多环芳烃脱除效果的影响。结果表明：碱炼脱酸对花生油中多环芳烃有一定的脱除作用，在综合考虑适当减少烧碱用量和油脂碱炼损耗的条件下，采用碱液质量分数5.11%、超碱量0.2%、碱炼温度70 ℃、碱炼时间40 min的优化碱炼脱酸条件，花生油中BaP、HPAHs、PAH4、LPAHs及PAH16的脱除率分别达到85.07%、48.13%、43.21%、56.75%及54.97%。经碱炼脱酸后花生油中Bap含量从24 μg/kg降至符合GB 2716中≤10 μg/kg的限量指标，接近欧盟≤2 μg/kg的限量指标，但PAH4含量达不到欧盟≤10 μg/kg的限量指标，其他多环芳烃组分的残留量仍很高。因此，碱炼脱酸对于多环芳烃含量较高油脂的脱除作用是有限的。

花生油 碱炼 多环芳烃 脱除率

在我国，Bap即苯并(a)芘是GB 2716—2005《食用植物油卫生标准》中规定的重点监控污染物，其限量指标为≤10 μg/kg。然而，Bap只是多环芳烃类化合物的一种。大量的研究发现，仅将Bap作为多环芳烃的标识物并不科学[1-2]，因为食用油脂中轻质多环芳烃含量通常远高于重质多环芳烃含量，虽然轻质多环芳烃的相对致癌性低，但当其总量很高时，其绝对危害性大大增加[3]。因此，近年来美国、欧盟等国家和组织都将食用油脂中多环芳烃的监控从Bap扩展到更多的组分。欧盟No 835/2011规定，食用油中Bap限量为不超过2 μg/kg，PAH4也即苯并(a)蒽、屈、苯并(b)荧蒽、苯并(a)芘等4种多环芳烃的总量应不超过10 μg/kg[4]。美国环境保护署(EPA)将16种多环芳烃化合物列为“优先控制污染物”，也即EPA16，它们是萘、苊烯、苊、芴、菲、蒽、荧蒽、芘、苯并(a)蒽、屈、苯丙(b)荧蒽、苯丙(k)荧蒽、苯并(a)芘、二苯并(a，h)蒽、苯并(g，h，i)苝、茚并(1,2,3-c,d)芘等。欧洲食品安全局(EFSA)综合欧洲食品科学委员会(SCF)和食品添加剂联合专家委员会(JECFA)风险评估结论也提出了15+1种欧盟优控多环芳(EU-priority PAHs)，它剔除了EPA优控中的轻质多环芳烃，新增了更多重质多环芳烃[5]。前些年对食用油脂中多环芳烃的研究大多集中在Bap含量水平、形成原因及脱除方法方面[6-7]。Cejpek等[8]和刘玉兰等[9]的研究发现，碱炼脱酸过程形成的皂脚可以将Bap吸附包裹继而脱除，文献[10-12]的研究发现，用活性炭吸附可以高效脱除食用油中的Bap。最近，研究者开始关注食用油脂中存在的除Bap之外的其他多环芳烃化合物的形成及脱除效果[13]。本试验以浓香花生油为原料，研究碱炼脱酸过程及碱炼脱酸条件对花生油中多环芳烃类化合物尤其是EPA16的脱除效果，希望能通过对油脂精炼工艺条件的优化达到脱除油脂中多环芳烃的目的。

1 材料与方法

1.1 材料和试剂

浓香花生油，取自花生油加工企业，经处理，使其多环芳烃含量超标。

EPA 16种多环芳烃混标(200 μg/mL，98%，溶解于乙腈)：O2si公司；16种氘代同位素内标(97%)：Dr. Ehrenstorfer GmbH公司；乙腈、甲苯及环己烷(色谱纯)：Sigma公司；硅胶固相萃取小柱：Supelco公司；超纯水，Milli-Q超纯水机制取。

1.2 仪器

安捷伦1200型液相色谱仪，配有G1329A自动进样器、G131lA四元混合泵和G1316A柱温箱：美国安捷伦公司；API 5500三重四极杆串联质谱仪，配有光电离离子源和Analyst 1.5.1软件数据处理系统：美国应用生物系统公司；日立L-2130泵：日本日立高新技术公司。

1.3 试验方法

1.3.1 花生油中多环芳烃含量的测定[14]

采用本试验建立的有机溶剂萃取、硅胶固相萃取柱净化、液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)法测定食用油脂中包括BaP在内的EPA 16种多环芳烃。EPA 16的检出限和定量限分别为0.006～0.129 μg/kg及0.02～0.43 μg/kg，回收率86.5%～104.6%，日内精密度小于6%，日间精密度小于5%。

1.3.2 花生油碱炼脱酸

测定花生油的酸价并计算理论加碱量，再选取不同超量碱，碱炼总加碱量为理论加碱量与超量碱之和；将油样加热至反应温度后，调快搅拌速度，将计量好的热碱液缓慢加入油样中，之后调慢搅拌速度维持一定的反应时间，反应完成后以3 000 r/min离心分离，将分离出的碱炼油加入油重15%的蒸馏水(约95 ℃)洗涤2～3遍，至分离出的洗涤水呈中性，之后将碱炼水洗油真空脱水干燥，再冷却，即得到碱炼脱酸油。测定碱炼前后花生油中多环芳烃各组分含量，分别计算苯并芘Bap、欧盟优控4种多环芳烃PAH4、重质多环芳烃HPAHs、轻质多环芳烃LPAHs及美国优控16种多环芳烃PAH16的脱除率。

2 结果和分析

2.1 超碱量对花生油中多环芳烃脱除效果的影响

碱液质量分数3.65%，反应温度70 ℃，碱炼时间30 min，选取超碱量分别为0.2%、0.4%、0.6%、0.8%进行花生油碱炼脱酸，测定原料花生油和碱炼花生油中Bap、HPAHs、PAH4、LPAHs、PAH16含量，并计算脱除率，超碱量对花生油中多环芳烃脱除效果的影响如图1～图3所示。

从图1～图3可以看出，在对花生油进行碱炼时，其中BaP、HPAHs、PAH4、LPAHs和PAH16的含量均随超碱量的增多而明显降低，这可能是因为随着超碱量的增加及形成皂脚量的增多和增稠，皂脚对多环芳烃的吸附效果增强，对多环芳烃的脱除率提高。当超碱量为本试验选用量的最大值0.8%时，各考察指标的含量均达到最小值，分别为1.72、16.20、39.72、375.83及392.03 μg/kg，脱除率分别为92.83%、83.21%、69.27%、43.69%及48.68%。其中，Bap含量从原料的24.00 μg/kg降低至1.72 μg/kg，不仅达到GB 2716—2005《食用植物油卫生标准》中≤ 10 μg/kg的限量规定，同时也符合欧盟≤ 2 μg/kg的限量规定。但对于PAH4，即使在最大的超碱量条件下，其残留量仍不符合欧盟小于10 μg/kg的限量指标。此外，超碱量对多环芳烃整体脱除效果并不理想，特别是对于LPAHs和PAH16，脱除率不到50%。

图1 超碱量对花生油中Bap含量和脱除率的影响

图2 超碱量对花生油中HPAHs、PAH4含量和脱除率的影响

图3 超碱量对花生油中LPAHs、PAH16含量和脱除率的影响

考虑到在油脂碱炼脱酸时，增大超量碱对增大油脂损耗的影响，选取超量碱为0.4%，此时Bap含量可以从原料油中的24 μg/kg降低至10 μg/kg以下，能达到国标要求。

2.2 碱液浓度对花生油中多环芳烃脱除效果的影响

超量碱0.4%，反应温度70 ℃，碱炼时间30 min，选取碱液质量分数分别为3.65%、5.11%、6.58%、8.07%对花生油进行碱炼脱酸，测定原料花生油和碱炼花生油中Bap，HPAHs、PAH4、LPAHs、PAH16含量，并计算脱除率，碱液浓度对花生油中多环芳烃脱除效果的影响如图4～图6所示。

图4 碱液浓度对花生油中Bap含量及脱除率的影响

图5 碱液浓度对花生油中HPAHs、PAH4含量及脱除率的影响

图6 碱液浓度对花生油中LPAHs、PAH16含量及脱除率的影响

从图5～图6可以看出，花生油中BaP、HPAHs、PAH4、LPAHs和PAH16的含量均随着碱液浓度的升高而明显降低，脱除率均呈现上升趋势，这是因为随着碱液浓度的增加和形成皂脚量的增加，对多环芳烃的吸附脱除效果增强而致。当碱液浓度为本试验选用量的最大值8.07%时，各考察指标的含量均达到最小值，分别为1.40、13.96、32.58、308.16及322.12 μg/kg，脱除率分别为94.17%、85.53%、74.78%、53.03%及57.83%。其中Bap含量达到欧盟≤ 2 μg/kg的限量规定。但是PAH4、LPAHs及PAH16的残留量仍然较高。碱液质量分数5.11%时，Bap含量降低至8.80 μg/kg，达到了GB 2716—2005的限量，故可以选择碱液质量分数5.11%。

2.3 碱炼温度对花生油中多环芳烃脱除效果的影响

碱液质量分数5.11%，超量碱0.4%，碱炼时间30 min，选取碱炼温度分别为50、60、70、80 ℃进行花生油的碱炼脱酸，测定原料花生油和碱炼花生油中Bap、HPAHs、PAH4、LPAHs及PAH16含量，并计算脱除率，碱液温度对花生油中多环芳烃脱除效果的影响如图7～图9所示。

图7 碱炼温度对花生油中Bap含量及脱除率的影响

图8 碱炼温度对花生油中HPAHs、PAH4含量及脱除率的影响

图9 碱炼温度对花生油中LPAHs、PAH16含量及脱除率的影响

从图7～图9可以看出，花生油中BaP含量在60 ℃时达到最低值8.20 μg/kg，此时脱除率最高，之后随温度的升高又有所降低；HPAHs含量在50 ℃时基本达到最低值53.70 μg/kg，后随着温度的升高含量略有增加；PAH4、LPAHs、PAH16的含量随温度升高呈现先降低后又升高的趋势，在70 ℃达到最低值时分别为68.2、315.45和370.19 μg/kg，脱除率分别为47.21%、43.59%和51.54%。可能是因为当碱炼温度过高时，因皂脚黏稠度降低对多环芳烃的吸附能力减弱或多环芳烃在油脂中的溶解度提高所造成的。综合4个指标的变化，碱炼温度应控制在不超过70 ℃。

2.4 碱炼时间对花生油中多环芳烃脱除效果的影响

碱液质量分数5.11%，超量碱0.4%，碱炼温度70 ℃，选取碱炼时间分别为20、30、40、50 min进行花生油碱炼脱酸，测定原料花生油和碱炼花生油中Bap、HPAHs、PAH4、LPAHs、PAH16含量并计算脱除率，碱炼时间对花生油中多环芳烃脱除效果的影响如图10～图12所示。

图10 碱炼时间对花生油中Bap含量及脱除率的影响

图11 碱炼时间对花生油中HPAHs、

图12 碱炼时间对花生油中LPAHs、PAH16含量及脱除率的影响

从图10～图12可见，花生油中BaP、HPAHs、PAH4、LPAHs、PAH16的含量均在30 min时达到最低值，之后随碱炼时间的延长又呈现升高的趋势。这可能是因为在较短时间时，皂脚可以对多环芳烃进行快速高效的吸附，但随时间的延长，已经被吸附的多环芳烃又解吸返回至油脂中。在碱炼时间为30 min时，BaP、HPAHs、PAH4、LPAHs、PAH16含量均达到最小值，分别为8.60、54.74、68.2、315.45和370.19 μg/kg，脱除率分别为64.17%、43.27%、47.21%、52.74%和51.54%。

2.5 正交试验设计及结果分析

根据单因素试验结果，采用L9(34)正交表，以碱液浓度，超碱量，碱炼温度和碱炼时间进行四因素三水平的正交试验，并对试验结果进行极差分析，结果见表1。由表1可知：4个因素对BaP脱除率影响大小的顺序为D>A>C>B；对HPAHs脱除率影响大小的顺序为C>D>A>B；对PAH4脱除率影响大小的顺序为A>B>C>D；对LPAHs脱除率影响大小的顺序为A>D>C>B；对PAH16脱除率影响大小的顺序为A>D>C>B。根据BaP、LPAHs、PAH16各因素水平对应的平均值可以推断，采用D3C1B2A1方案的脱除效果最好，即碱炼时间40 min、超碱量0.2%、碱炼温度70 ℃、碱液质量分数5.11%。根据HPAHs、PAH4各因素水平对应的平均值可以推断，采用A1B2C1D1方案的脱除效果最好，即碱液质量分数5.11%、碱炼温度70 ℃、超碱量0.2%、碱炼时间20 min。2个方案相比，仅碱炼时间有差别，在第一方案的条件下做验证试验，BaP、HPAHs、PAH4、LPAHs和PAH16的脱除率分别为85.07%、48.13%、43.21%、56.75%和54.97%。而碱炼脱酸最优条件的选择还要考虑脱除游离脂肪酸和脱色的效果，因此碱炼时间应视具体的碱炼脱酸工艺确定。

表1 花生油L9(34)正交试验表

表1(续)

3 结论

碱炼脱酸对油脂中存在的多环芳烃具有一定的脱除作用，在合理的碱炼脱酸工艺条件下，BaP的脱除率可以达到60%～80%，PAH4、HPAHs的脱除率可以达到40%左右，LPAHs 、PAH16的脱除率可以达到50%左右。评价本试验所用原料花生油样Bap含量24.00 μg/kg、PAH4含量129.2 μg/kg、LPAHs含量667.44 μg/kg、HPAHs含量96.50 μg/kg、PAH16含量763.94 μg/kg的脱除效果，经碱炼脱酸后其Bap含量达到了GB 2716—2005中≤10 μg/kg的限量指标，接近欧盟的限量指标，但PAH4含量远达不到欧盟的限量指标，其他多环芳烃组分的残留量也还很高，因此碱炼脱酸对于高含量多环芳烃的脱除作用是有限的，它可以作为Bap含量超标率不太高的油脂的脱除精炼方法。

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Research on the Influence of Alkali Refining on 16 Polycyclic Aromatic Hydrocabons in Peanut Oil

Liu Yulan Shi Longkai Hu Aipeng

(College of Food Science and Technology, Henan University of Technology, Zhengzhou 450001)

In this paper, the influences of alkali refining process and alkali refining conditions on PAH content were studied. The results showed that the alkali refining had a certain influence on the removal of PAHs. Considering the mount of alkali used and the loss of oil, the optimal conditions were: alkali concentration was 5.11%, ultra-alkali was 0.2%, refining temperature was 70 ℃, refining time was 40 min. Under the best experimental conditions, the removal rate of Bap, HPAHs, PAH4, LPAHs and PAH16 were 85.07%, 48.13%, 43.21%, 56.75% and 54.97%. The concentration of Bap was conformed to the limited standard of GB 2716—2005 (≤10 μg/kg), but was not meet the criteria of EU (≤2 μg/kg). The concentration of PAH4 was exceed the limit standard of EU (≤10 μg/kg) and the residual concentrations of other PAH components were higher too. In conclusion, alkali refining was a good method for oils with lower exceeding standard rate of Bap, due to it had a limited effect on the removal of high concentration of PAHs.

fragrant peanut oil, alkali refining, polycyclic aromatic hydrocarbons, removal effect

TQ646

A

1003-0174(2016)02-0075-06

国家自然科学基金(31271884)，河南省食用油脂倍增计划(豫财贸[2010]169号)，河南省科技攻关(15210 2210262)

2014-07- 09

刘玉兰，女，1957年出生，教授，油料油脂质量与安全