氯丙醇酯类化合物的风险评估与应对措施研究进展

胡 帆，金绍强，朱炳棋，田春霞，陈万勤，罗金文

(浙江省食品药品检验研究院，杭州 310052)

氯丙醇酯类化合物的风险评估与应对措施研究进展

胡 帆，金绍强，朱炳棋，田春霞，陈万勤，罗金文

(浙江省食品药品检验研究院，杭州 310052)

氯丙醇酯类化合物是含油脂类食品中对人体健康具有危害性的污染物质,具有肾脏、生殖毒性及潜在的致癌性。氯丙醇酯是当前油脂中污染物领域的研究热点。氯丙醇酯主要产生于精制过程的脱臭步骤，目前对于其具体的反应机制研究尚不完全。针对国内外食品中氯丙醇酯的暴露情况、形成与降解机制、影响因素等关键点进行了的综述，总结归纳了现行有效的应对措施，为我国食品中该类污染物的监管措施提供理论基础。

氯丙醇酯；风险评估；应对措施；影响因素；反应机制

氯丙醇酯(MCPD酯)是氯丙醇类化合物与脂肪酸在高温条件下酯化形成的食源性污染物，由于氯取代位置的不同可分为3-氯-1,2-丙二醇酯(3-MCPD酯)与2-氯-1,2-丙二醇酯(2-MCPD酯)。氯丙醇酯类化合物是近年来含油脂类食品安全问题领域的研究热点，最早于1980年由法国科学家在水解植物蛋白中发现，20多年后才确认为食物中的污染物质[1]。开展氯丙醇酯类化合物的研究来指导含油脂类食品的安全生产，对我国油脂行业的健康发展具有非常重要的意义。本文从暴露评估、反应机制、影响因素3个方面进行氯丙醇酯类化合物的风险评估，并总结现行有效的应对措施，为该类污染物的监管提供理论基础。

1 暴露评估

3-MCPD在2013年被国际癌症研究组织(IARC)认定为2B级致癌物，即可能致癌但目前数据尚不充分。食用油中3-MCPD酯与2-MCPD酯的含量比例为2∶1～3∶1[2]，因此动物学实验主要集中在研究3-MCPD对人体的危害上。欧洲食品安全局(EFSA)2013年开展初步暴露评估，分析数据后发现游离态的3-MCPD与酯化的3-MCPD结果无显著性差异，因此评估假设两者具有相同的生物活性。目前毒理学评价是建立在3-MCPD酯在胃肠道内脂肪酶的水解作用下完全转化为游离态氯丙醇的基础上[3]。长期暴露实验表明3-MCPD可引起肾脏、生殖器官的DNA损伤，白细胞、骨髓及肝脏的病变影响不明显[4]；3-MCPD还可协同调节淋巴细胞反应与活性，抑制机体的免疫能力[5]。目前有限的数据不足以证明摄入的2-MCPD对人体健康存在危害，但有研究指出最高剂量时，2-MCPD可导致横纹肌、心脏、肾脏与肝脏出现严重的损伤，未可见有害作用水平(NOAEL)值为2 mg/(kg·d)[6]。

3-MCPD酯高平均检出率的食品大类为动植物油脂(1.02 mg/kg)，包括人造黄油及其制品(1.5 mg/kg)，混合来源脂肪(1.23 mg/kg)与植物油脂(0.82 mg/kg)。中等平均检出率的食品大类为谷物及其制品(0.033 mg/kg)，烟熏鱼类制品(0.037 mg/kg)与腌制肉制品(0.047 mg/kg)[7]。精制棕榈油是使用范围最广泛、MCPD酯与甘油醛酯膳食摄入水平最高的食用成分，精制棕榈油含有1～10 mg/kg的3-MCPD酯，其他精制油3-MCPD酯含量通常只有1～2 mg/kg[8]。EFSA报告显示欧盟范围内3-MCPD酯膳食摄取率最高的食品种类为人造黄油及其制品(70%)，植物油脂(28%)与烘焙类制品(6%～26%)[9]。Li等[10]对143份中国市场上的油脂样品进行了检测，其中的3-MCPD酯每日平均摄入量低于食品添加剂联合专家委员会(JECFA)暂定的每日最大耐受量2 μg/kg，但摄入量95%、97.5%与99%均超过了限定值，提示了暴露过量的风险存在。欧共体委员会专家认为其最低阈值应以不得检出为宜[11]。美国油类化学家学会(AOCS)要求食用标准级别的精制油中的MCPD酯含量应低于2 μg/mL，用于婴幼儿食品的精制油中的MCPD酯含量应低于0.5 μg/mL[12]。

Li等[13]对中国市场上30种食用油进行检测，单酯中氯丙醇亚麻酸酯检出率最高(10/30)，其在花生油中含量最高，为0.458 mg/kg，其余有检出的单酯为亚油酸酯、棕榈酸酯与油酸酯；检出的双酯包括氯丙醇二棕榈酸酯(25/30)、油酸酯-亚麻酸酯(22/30)、二油酸酯(22/30)、棕榈酸酯-亚油酸酯(21/30)、油酸酯-亚油酸酯(21/30)、二亚油酸酯(19/30)、亚油酸酯-硬脂酸酯(17/30)、油酸酯-硬脂酸酯(12/30)、棕榈酸酯-硬脂酸酯(5/30)、二亚麻酸酯(4/30)，其中氯丙醇二亚油酸酯为含量最高的双酯(2.528 mg/kg)。Yamazaki等[14]对大豆、菜籽与红花等10个品种的食用油进行检测，结果发现4个样品单酯有检出，平均含量 0.10～0.69 mg/kg，其中棕榈油中油酸酯含量最高；10个样品中双酯均有检出，菜籽油中二亚油酸酯含量最高，为16 mg/kg，具有相同单酯基的双酯(9/10)含量范围0.11～16 mg/kg，具有不同单酯基的双酯(8/10)含量范围0.11～0.77 mg/kg。Dubois等[15]对29个棕榈油制品进行检测，MCPD酯含量0.3～8.8 mg/kg，2-MCPD 酯在总MCPD酯中的比例在35%±5%，其中单酯含量ND～1.9 mg/kg，双酯含量0.1～8.8 mg/kg，双酯占MCPD酯总数的89%±8%。

2 反应机制

2.1 形成过程

目前已确认MCPD酯是在脱臭过程产生的，但研究结果表明精制过程的其他步骤会严重影响终产物中MCPD酯的含量，因此推测MCPD酯前体的形成或消除反应发生在脱臭步骤之前[16]。通常认为酰基甘油与氯是形成MCPD酯的前体物质，但对于具体的反应机制尚无明确定论，文献报道了多种可能的形成途径，典型的有环氧鎓离子形成途径、环氧鎓自由基形成途径[17]。一部分研究人员认为三酰基甘油是反应前体[18]；另一部分研究结果[19-20]则表明虽然偏酰基甘油与三酰基甘油均是MCPD酯的反应前体，相比较于单一的酰基甘油，偏酰基甘油生成MCPD酯的发生率更高,反应活性更强，而三酰基甘油的活性明显偏低[21]，模拟实验数据显示偏酰基甘油的含量与结合态3-MCPD在检测的多种油类样品中呈线性关系。大多数植物性油脂在未精制前96%～98%的成分是三酰基甘油，其余成分包括偏酰基甘油、游离脂肪酸与其他微量化合物(磷脂、生育酚、甾醇及甾醇酯)，棕榈油的情况特殊，其含有3%～10%的偏酰基甘油，推测这是造成棕榈油MCPD酯含量远高于其他油类样品的原因。

MCPD单酯也主要是通过偏酰基甘油与氯反应生成，有文献报道二酰基甘油形成3-MCPD酯的速度高于单酰基甘油2～5倍[16]。单酰基甘油的低反应速率可以由桥氧基上氧原子的低电子云密度来解释[22]。高温环境下，3-MCPD酯比2-MCPD酯更容易生成，两者可通过缩水甘油中间体互相转换[23]。MCPD酯的形成反应受一系列同时进行的竞争性反应影响。

偏酰基甘油在MCPD酯反应中起到重要作用，但研究表明含氯化合物才是MCPD酯形成过程中的主要限制因素。Nagy等[24]对200多种含氯化合物(包括有机与无机)在MCPD酯形成过程的作用进行了研究。脱臭过程后样品中仍然存在大量无机氯，表明其对精制油中MCPD酯的形成不起主要作用。极性有机含氯化合物是棕榈油中MCPD酯形成过程中主要的氯离子来源，但目前尚不清楚氯离子发挥作用的原理是受含氯化合物的浓度还是活性的影响。现阶段研究采用的模拟精制过程一般是加入含氯的化合物，如氯化钠等，含氯化合物对MCPD酯形成反应活性影响的不确定性干扰了模拟过程的准确度，也是造成相同食用油样品模拟精制过程结论差异较大的主要原因。

2.2 降解过程

MCPD酯的形成过程同时伴随着降解，降解路线包括非极性介质引导的异构化、脱酰化与脱氯反应。3-MCPD酯与2-MCPD酯之间的异构化在260℃下反应迅速，该异构化过程与MCPD酯的脂肪酸链组成与长度均无关，在精制过程的初始2 h内，2-MCPD酯通过异构化达到最大值，在剩余时间内由于热不稳定性缓慢降解。Ermacora等[16]以3-MCPD二棕榈酸酯与二月桂酸酯为例进行了系统性的降解研究，结果表明含量与温度呈线性负相关(R2=0.96)，180℃时29%～34%的MCPD酯降解，260℃条件下64%～68%的MCPD酯降解。单酰基甘油主要来源于二酰基甘油与三酰基甘油的脱酰反应，在反应初始阶段含量较低，随着热处理过程的进行含量逐步上升。MCPD双酯的脱酰反应速率稳定但缓慢，仅有低于1%的双酯在脱酰过程转化为MCPD单酯。脱氯反应是MCPD酯降解的主要途径，在前4 h内反应迅速，目前推测脱氯反应是通过临近酰基参与的亲核取代反应进行的。氯离子是很好的离去基团，根据亲核攻击对象的不同可反应得到二酰基甘油或三酰基甘油。

3 影响因素

3.1 精制过程

油类样品组成成分的不同可导致精制过程的不同，包括使用不同的加工助剂，应用不同时间与温度的组合条件。油的成分与精制过程条件是决定精制油中MCPD酯形成速率与含量的关键因素。Pudel等[25]以水作为溶剂脱胶与脱色对减少3-MCPD酯的形成有微弱的抑制作用，随后优化实验结果表明采用水-甲醇(1∶1)作为复合溶剂，最高可降低45%的MCPD酯[26]。在热处理过程中脱酸步骤能显著降低MCPD酯的形成。脱酸步骤通过加入氢氧化钠等碱性物质中和游离脂肪酸，MCPD酯的前体物质对碱性环境敏感易降解，皂化后立即水洗也能帮助去除部分水溶性反应前体。在脱臭步骤前进行有效的脱酸处理可降低45%～80%的3-MCPD酯[27]。除了脱色、脱酸、脱胶与脱臭等精制步骤的条件，反应环境对MCPD酯的含量也存在影响。脱臭过程中，压力、温度及气体流量均综合影响挥发性物质与游离脂肪酸的去除，从而进一步影响3-MCPD酯的降解。在封闭的安瓿瓶中进行模拟实验，MCPD酯的氧化反应与聚合反应最小化，在开放环境下大气中的氧气对降解过程起到影响，导致降解速率加速。在干燥的棕榈毛油中加入0～20%的水时，结合态3-MCPD的含量随着水含量的增加呈指数降低，加入2%的水时，含量降低66%，加入5%的水时，含量仅为原有的18%。

3.2 使用过程

食用油使用过程中，在高温环境下发生了大量的物理化学反应，包括水解、氧化、聚合和异构化，反应同时也改变了环境中氧气、水分的含量及痕量物质的组成。食品行业中氯化钠常作为调味品与防腐剂使用，高含量氯化钠的样品经油炸后，3-MCPD酯含量显著增加(plt;0.05)。MCPD酯含量随着油炸时间延长而下降，随着油炸温度与盐浓度增加而增加。对3-MCPD酯形成的影响主次顺序为油炸温度gt;油炸时间gt;氯化钠浓度[28]。

3.3 缩水甘油酯

缩水甘油酯(GEs)是由甘油中两个羟基脱水缩合得到的环氧基和另一个羟基与羧酸酯化形成的酯基两部分构成的，研究人员发现精制食用油中同时存在着大量的缩水甘油酯。缩水甘油酯类化合物是食用油生产过程中引入的副产物，其在体内经代谢可转化为脂肪酸与缩水甘油[29]。缩水甘油本身具有遗传毒性，可导致非常规DNA合成，IARC将其认定为2A级致癌物，在酸性条件下，缩水甘油可进一步转化为3-MCPD[30]。除此之外，有研究表明缩水甘油酯可通过中间产物环酰氧鎓离子与氯离子反应生成3-MCPD酯，报道称至少10%的3-MCPD酯由缩水甘油酯转化而来[31]。

4 应对措施

对食用油进行质量评价检验时，当反映食用油酸败程度的茴香胺值、共轭二烯烃、共轭三烯烃与游离脂肪酸含量均符合限量规定，3-MCPD酯的浓度已经超过规定的每日耐受量[31], 提示了MCPD酯潜在的危害性。虽然形成过程的主要限制因素是含氯化合物，MCPD酯的生成同样受到作为氯离子受体的偏酰基甘油的浓度及活性影响，因此应对措施应该以控制前体物质为目标。理论上，可以利用竞争性反应促进生成其他对人体健康无危害的化合物来取代生成的结合态MCPD。AOCS推荐的应对措施是通过谨慎选择原料与优化精制条件，使用有效的处理技术去除精制油中的MCPD酯类化合物。目前采用的处理技术包括加入阻止MCPD酯形成的抑制剂与脱臭步骤前尽可能去除样品中所含的前体物质。Smidrkal等[32]通过加入碱性碳酸盐中和多余的游离脂肪酸抑制3-MCPD酯的形成，钾盐的抑制效果优于钠盐，碳酸氢钾的效果优于碳酸钾； Li等[33]在花生油的物理精制过程中加入了甘油二乙酸酯可有效抑制3-MCPD酯的形成。采用硅胶柱吸附可去除样品中大部分的偏酰基甘油与含氯化合物等极性组分，通过硅胶净化得到的样品，3-MCPD酯含量大大降低，因此目前一般采用硅胶柱前处理，再人为添加前体反应物的方法模拟精制过程。脂肪酶可用于去除油类样品中的酰基甘油[34]，但处理效果劣于硅胶柱净化。脂肪酶G可特定水解偏酰基甘油，保证三酰基甘油的完整。

5 结束语

与油类中其他危害因素丙烯酰胺相同，目前没有针对所有途径与基质均适用的降低MCPD酯的方法，专家建议针对降低油类样品MCPD酯的应对措施应从含油作物的收割阶段开始贯穿整个供应链，收割阶段的关键要点是尽可能避免在收割与研磨植物过程中酶催化的脂质水解，针对基质所含成分与含量的不同制定个性化方案的前处理技术、精制过程与检测方法。目前的研究结果对减少食用油中的MCPD酯有一定作用，但大多数模拟精制研究局限于中试规模，实验结果无法简单放大应用于实际生产过程。欧洲植物油工业协会的Fediol工具箱收集了过去十几年中食用油行业确认有效的应对措施，遵循ALARA原则尽可能减少油脂处理过程中形成的MCPD酯类化合物。MCPD酯类污染物在国内外引起了广泛重视，将该研究方向的科技成果服务于公共卫生安全领域，不仅可以对含油脂食品行业的生产加工过程起到关键的指导作用，帮助企业优化工艺、节能创新、提高经济效益，还可以避免重大食品安全问题的产生，树立国产含油脂食品质量可控、安全可靠的形象。

[1] DAVIDEK J, VELLSEK J, KUBELKA V, et al. Glycerol chlorohydrins and their esters as products of the hydrolysis of tripalmitin, tristearin and triolein with hydrochloric acid [J]. Eur Food Res Technol, 1980, 171:14-17.

[2] ABRAHAM K, APPEL K E, BERGER P E, et al. Relative oral bioavailability of 3-MCPD from 3-MCPD fatty acid esters in rats [J]. Arch Toxicol, 2013, 87:649-659.

[3] CRAFT B D, CHIODINI A, GARST J, et al. Fatty acid esters of monochloropropanediol (MCPD) and glycidol in refined edible oils [J]. Food Addit Contam Part A, 2013, 30(1):46-51.

[4] BRAEUNING A, SAWADA S, OBEREMM A, et al. Analysis of 3-MCPD and 3-MCPD dipalmitate-induced proteomic changes in rat liver [J]. Food Chem Toxicol, 2015, 86:374-384.

[5] LEE J K, BYUN J A, PARK S H, et al. Evaluation of the potential immunotoxicity of 3-monochloro-1,2-propanediol in Balb/c mice: II. Effect on thymic subset, delayedtype hypersensitivity, mixed-lymphocyte reaction, and peritoneal macrophage activity [J]. Toxicology, 2005, 211(3):187-196.

[6] SCHILTER B, NURMI L J, OBERHAUSER A, et al. Fatty acid esters of chloropropanols and related compounds in food: toxicological aspects[J]. Eur J Lipd Sci Technol, 2011, 113:309-313.

[7] STADLER R H, SEEFELDER W. An update on processing-derived food contaminants: acrylamide, monochloropropane-1,2-diol (MCPD) esters, and glycidyl esters [J]. Ref Module Food Sci, 2016(1)：1-10.

[8] CREWS C, CHIODINI A, GRANVOGL M, et al. Analytical approaches for MCPD esters and glycidyl esters in food and biological samples：a review and future perspectives [J]. Food Addit Contam Part A, 2013, 30(1):11-45.

[9] EFSA. Analysis of occurrence of 3-monochloropropane-1,2-diol(3-MCPD) in food in Europe in the years 2009-2011 and preliminary exposure assessment[J]. EFSA J, 2013, 11(9): 3381-3426.

[10] LI C, NIE S P, ZHOU Y Q, et al. Exposure assessment of 3-monochloropropane-1,2-diol esters from edible oils and fats in China [J]. Food Chem Toxicol, 2015, 75:8-13.

[11] 华从伶, 张连军, 王海涛，等. 进口食用植物油中3-氯丙醇酯的污染及监管研究[J]. 中国油脂, 2016, 41(6): 52-56.

[12] GALANTE J H. EFSA releases preliminary report on occurrence of 3-MCPD in food [EB/OL].[2017-06-30]. http://lipidlibrary.aocs.org/processing/deodorization/index. html.

[13] LI H L, CHEN D W, MIAO H, et al. Direct determination of fatty acid esters of 3-chloro-1,2-propanediol in edible vegetable oils by isotope dilution-ultra high performance liquid chromatography-triple quadrupole mass spectrometry [J]. J Chromatogr A, 2015, 1410: 99-109.

[14] YAMAZAKI K, OGISO M, ISAGAWA S, et al. A new, direct analytical method using LC-MS/MS for fatty acid esters of 3-chloro-1,2-propanediol (3-MCPD esters) in edible oils [J]. Food Addit Contam A, 2013, 30(1): 52-68.

[15] DUBOIS M, TARRES A, GOLDMANN T, et al. Comparison of indirect and direct quantification of esters of monochloropropanediol in vegetable oil [J]. J Chromatogr A, 2012, 1236: 189-201.

[16] ERMACORA A, HRNCIRIK K. Study on the thermal degradation of 3-MCPD esters in model systems simulating deodorization of vegetable oils [J]. Food Chem, 2014, 150:158-163.

[17] ZHANG X W, GAO B Y, QIN F, et al. Free radical mediated formation of 3-monochloropropanediol (3-MCPD) fatty acid diesters [J]. J Agric Food Chem, 2013, 61: 2548-2555.

[18] DESTAILLATS F, CRAFT B D, SANDOZ L, et al. Formation mechanisms of monochloropropanediol (MCPD) fatty acid diesters in refined palm oil and related fractions [J]. Food Addit Contam A, 2012, 29(1): 29-37.

[19] SVEJKOVSKA B, DOLEZAL M, VELISEK J, et al. Formation and decomposition of 3-chloropropane-1,2-diol esters in models simulating processed foods [J]. Czech J Food Sci, 2006, 24:172-179.

[20] SHIMIZU M, VOSMANN K, MATTHAUS B, et al. Generation of 3-monochloro-1,2-propanediol and related materials from tri-, di-, and monoolein at deodorization temperature [J]. Eur J Lipid Sci Technol, 2012, 114: 1268-1273.

[21] FREUDENSTEIN A, WEKING J, MATTHAUS B. Influence of precursors on the formation of 3-MCPD and glycidyl esters in a model oil under simulated deodorization conditions [J]. Eur J Lipid Sci Technol, 2013, 115: 286-294.

[22] SMIDRKAL J, TESAROVA M, HRAKDOVA I, et al. Mechanism of formation of 3-chloropropan-1,2-diol (3-MCPD) esters under conditions of the vegetable oil refining [J]. Food Chem, 2016, 211:124-129.

[23] RAHN A K, YAYLAYAN V A. What do we know about the molecular mechanism of 3-MCPD ester formation? [J]. Eur J Lipid Sci Technol, 2011, 113(3): 323-329.

[24] NAGY K, SANDOZ L, CRAFT B D, et al. Mass-defect filtering of isotope signatures to reveal the source of chlorinated palm oil contaminants [J]. Food Addit Contam A, 2011, 28:1492-1500.

[25] PUDEL F, BENECKE P, FEHLING P, et al. On the necessity of edible oil refining and possible sources of 3-MCPD and glycidyl esters [J]. Eur J Lipid Sci Technol, 2011, 113:368-373.

[26] CRAFT B D, NAGY K, SANDOZ L, et al. Factors impacting the formation of monochlorpropanediol (MCPD) fatty acid diesters during palm oil production [J]. Food Addit Contam A, 2012, 29:354-361.

[27] HRNCIRIK K. Investigation of the mechanism of the formation of 3-MCPD esters during oil refining [C]. Graz: 7th Euro Fed Lipid Congress, 2009.

[28] WONG Y H, MUHAMAD H, ABAS F, et al. Effects of temperature and NaCl on the formation of 3-MCPD esters and glycidyl esters in refined, bleached and deodorized palm olein during deep-fat frying of potato chips [J]. Food Chem, 2017, 219:126-130.

[29] 陈华勇, 唐小红, 王永华, 等. GC-MS定性分析食用油中的缩水甘油酯有害物[J]. 中国油脂, 2012, 37(3): 66-69.

[30] 宁柠, 王卫飞, 李道明, 等. 食用油脂中缩水甘油酯的风险评估研究[J]. 中国油脂, 2016, 41(1): 1-6.

[31] 崔海萍, 吴伟亮, 王力清, 等. 食用油脂中GEs的生成机制及其检测方法研究进展[J]. 广东化工, 2014, 41(14):129-130.

[32] SMIDRKAL J, IIKO V, FILIP V, et al. Formation of acylglycerolchloro derivatives in vegetable oil and mitigation strategy [J]. Czech J Food Sci, 2011, 29:449-456.

[33] LI C, LI L Y, JIA H B, et al. Formation and reduction of 3-monochloropropane-1,2-diol esters in peanut oil during physical refining [J]. Food Chem, 2016, 199:605-611.

[34] 金青哲, 王兴国. 氯丙醇酯——油脂食品中新的潜在危害因子[J]. 中国粮油学报, 2011, 26(11): 119-123.

Progressinriskevaluationandcountermeasuresofmonochloropropane-1,2-diol(MCPD)esters

HU Fan,JIN Shaoqiang,ZHU Bingqi,TIAN Chunxia, CHEN Wanqin, LUO Jinwen

(Zhejiang Institute of Food and Drug Control,Hangzhou 310052, China)

Monochloropropane-1,2-diol(MCPD) esters are contaminant in oil-containing food which are harmful to human health, and they have nephrotoxicity,reproductive toxicity and potential carcinogen effects. MCPD esters,mainly produced in deodorization, are hot spot in the research area of contaminant in edible oils and fats, and the present specific reaction mechanism study is not complete.The key points such as exposure,formation and degradation mechanism,and influence factors of MCPD esters in food at home and abroad were summarized,and the countermeasures in force were reviewed to provide a theoretical basis for MCPD esters supervision measures in food in China.

MCPD esters; risk evaluation; countermeasure; influence factor; reaction mechanism

TS227;TS221

A

1003-7969(2017)11-0108-05

2017-02-14；

2017-07-27

2016年度浙江省食药监管系统科技计划(SP201706)

胡 帆(1986)，女，主管药师，博士，研究方向为食品中添加剂与污染物的分析(E-mail)hufan@zjyj.org.cn。

罗金文，主任药师(E-mail)ljw@zjyj.org.cn。