程 倩，王风艳，苗 木，周澍堃，王满意，彭许云， 黄昭先，周胜利，于 燕，惠 菊

(1.中粮营养健康研究院有限公司营养健康与食品安全北京市重点实验室，老年营养食品研究北京市工程实验室，北京 102209； 2.中粮集团中粮油脂研发中心，天津300452； 3.中粮东海粮油工业(张家港)有限公司，江苏 张家港215634)

3-氯-1，2-丙二醇(3-MCPD)和缩水甘油被联合国粮农组织/世界卫生组织(FAO/WHO)报道为具有肾脏、生殖、遗传和神经毒性的物质，国际癌症研究机构(IARC)也分别将其归为人类2B和2A级致癌物质，其安全性也成为国内外食品领域的焦点。在油脂中，3-MCPD多数是以脂肪酸酯(3-MCPDE)的形式存在，而3-MCPDE可以在胃肠道内完全水解生成3-MCPD，从而间接对人体造成伤害。缩水甘油则主要以缩水甘油酯(GE)的形式存在，GE本身不具有致癌性，但是在人体内通过脂代谢产生的缩水甘油具有基因毒性。

目前，已有大量研究发现3-MCPDE和GE在多种食用油中普遍存在[1-5]。2009年，在检测日本花王集团“Econa”烹调油产品中3-MCPDE问题时，发现其中也存在大量的GE。2018年，深圳市疾病防控中心对深圳市场上93 份食用植物油样品进行检测，结果发现3-MCPDE检出率为28%，其中棕榈油、大豆油、玉米油产品中3-MCPDE检出率分别为100%、56%和30%，且含量为0～73.70 mg/kg[6]。

迫于健康饮食的需求，油脂中3-MCPDE和GE的问题逐步引起重视。目前，已经有多个国家和地区的研究机构开始对油脂中的3-MCPDE和GE含量进行监测评估和限定[7-9]。2016年5月，欧洲食品安全局(EFSA)设定3-MCPD的每日最大耐受量(TDI)降低至0.8 μg/kg，GE含量尽可能低。同年9月，马来西亚棕榈油局(MPOA)设定所有棕榈油3-MCPDE的最大值为2 mg/kg。联合国食品添加剂委员会 (JECFA)设定3-MCPD的TDI降低至4 μg/kg，GE含量尽可能降低到合理可行的范围。2017年1月，欧盟油脂和蛋白协会(FEDIOL)设定精炼油GE含量小于1 mg/kg，并得到欧盟委员会(EC)同意；同时FEDIOL也限定植物油中GE限量为1 mg/kg，婴儿食品用油中GE限量为0.5 mg/kg。2017年1月EFSA重新对3-MCPD进行风险评估，并于2018年2月重新设定3-MCPD的TDI为2 μg/kg。

3-MCPDE和GE给油脂的安全性带来了极大的挑战，如何有效去除3-MCPDE和GE成为行业关注的焦点。目前，国内外的研究进展主要集中于3-MCPDE和GE的形成机理及检测方法等的研究，对于如何有效去除3-MCPDE的研究报道则相对较少[3-4,10-14]。分子蒸馏有别于普通蒸馏技术，是工业生产中常用的分离液体混合物的手段。本实验主要围绕采用分子蒸馏技术脱除玉米油中3-MCPDE和GE的脱除效果及其影响因素展开了研究。

1 材料与方法

1.1 实验材料

1.1.1 原料与试剂

市售玉米油。1，2-二亚油酸-3-氯丙醇酯标品(纯度98%)；氘代同位素1，2-二月桂酸-3-氯丙醇酯(d5-3-MCPD酯，纯度98%)、d5-缩水甘油酯(纯度98%)，加拿大 Toronto Research Chemicals公司；苯基硼酸(纯度大于97%)，色谱纯，德国Sigma-Aldrich公司；甲基叔丁基醚、甲醇、正己烷、乙酸乙酯、乙醚、异丙醇，均为色谱纯，德国CNW公司；无水硫酸镁、无水硫酸钠、碳酸氢钠、溴化钠、硫酸，国药集团化学试剂有限公司。

1.1.2 仪器与设备

安捷伦GC 7890B-5977 MS气相色谱-质谱联用仪，安捷伦科技有限公司；TTL-DC Ⅱ氮吹仪，北京同泰联科技发展有限公司；KDL-1短程分子蒸馏装置，德国UIC公司；Thermo Sorvall ST16R通用台式离心机，美国Thermo Fisher Scientific赛默飞世尔；VORTEX-6旋涡混合器，中国海门市其林贝尔仪器制造有限公司；ME204/02电子天平，Mettler Toledo梅特勒-托利多；DKZ-1系列电热恒温振荡水槽，上海一恒科技有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 分子蒸馏脱除3-MCPDE和GE

依次打开油浴循环加热系统，进料器温度达到80℃，冷凝器温度达到40℃，蒸发器温度达到实验指定温度。向冷阱中添加液氮，依次按照要求打开旋片泵、扩散泵使真空度达到0.1 Pa。向进料器中加入市售玉米油，预热10 min。根据实验设计分别调节刮膜速率和进油速度至实验指定条件。

1.2.2 油脂中3-MCPDE和GE的检测

1.2.2.1 样品的前处理

参照AOCS Cd 29a-13方法测定油脂中的3-MCPDE和GE含量。植物油中的3-MCPDE在酸性甲醇溶液中会转化为游离的3-MCPD，3-MCPD用苯基硼酸衍生后进行气相色谱-质谱法分析。以3-MCPD含量评价植物油中3-MCPDE的含量，内标法定量。植物油中的GE在溴化钠的酸性水溶液中转化为3-MBPD(3-溴代丙二醇)单酯；然后，在酸性甲醇溶液中，3-MBPD单酯转化为游离的3-MBPD形式，3-MBPD用苯基硼酸衍生后进行气相色谱-质谱法分析。最终以缩水甘油含量评价植物油中GE含量，内标法定量。

1.2.2.1.1 开环反应

准确称取(100±5)mg样品，各加入60 μL内标d5-3-MCPDE标准品溶液(5 μg/mL)和d5-缩水甘油酯标准品溶液(5 μg/mL)，用2 mL甲基叔丁基醚(MTBE)充分溶解。加入30 μL的溴化钠酸性溶液(3 mg/mL)，混匀后50℃恒温水浴15 min。加入3 mL 0.6%的碳酸氢钠溶液以终止反应。加2 mL正己烷，涡旋15 s，使油脂从水相中分离出来。静置分离，转移上层有机相至干净的玻璃管中，氮吹干，并用1 mL甲基叔丁基醚复溶。

1.2.2.1.2 酸水解

加1.8 mL硫酸-甲醇溶液(体积分数1.8%)，置于(40±1 )℃恒温振荡16 h。加0.5 mL饱和碳酸氢钠溶液，终止反应。氮吹至1 mL，除去有机溶剂，待净化。

1.2.2.1.3 净化

加2 mL硫酸钠溶液(200 g/L)和2 mL正己烷，涡旋后静置5 min，分层后弃去正己烷，并用正己烷重复洗涤1次。随后加入1 mL乙酸乙酯-乙醚混合溶液(体积比40∶60)，充分混匀，静置分层，转移上层溶液至装有少量无水硫酸镁的玻璃试管中，重复提取3次，待衍生化反应。

1.2.2.1.4 衍生化

加200 μL饱和苯基硼酸，混匀，静置5 min。氮吹干，加500 μL正己烷复溶，用滤膜(0.2 μm)过滤转移至进样小瓶。

1.2.2.2 气相色谱条件

HP-5MS色谱柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；升温程序为85℃保持12 min，以20℃/min的速率升温至165℃，保持10 min，然后以20℃/min 的速率升温至300℃，保持8 min；进样口温度250℃；载气为高纯氦气(纯度≥99.999%)，恒流模式，流速1 mL/min;进样体积1.0 μL。

1.2.2.3 质谱条件

电子轰击离子源(EI)；离子源温度230℃；传输线温度300℃；四极杆温度150℃；溶剂延迟时间7 min；扫描方式为离子监测模式(SIM)参数。

2 结果与讨论

2.1 蒸馏温度对玉米油中3-MCPDE和GE脱除效果的影响

取进油速度160 mL/h、刮膜速率240 r/min，在蒸馏温度分别为170、190、210、230、250℃的条件下对玉米油进行分子蒸馏处理，玉米油中3-MCPDE和GE的含量变化如表1所示。

表1 蒸馏温度对玉米油中3-MCPDE和GE含量 及脱除效率的影响

注：市售玉米油中3-MCPDE含量2.90 mg/kg，GE含量4.73 mg/kg。下同。

由表1可知，玉米油中3-MCPDE的含量随着蒸馏温度的升高而降低，在230℃时降到1 mg/kg以下，脱除效率达71.7%(230℃)、79.3%(250℃)。温度和物质的相对分子质量是影响分子蒸馏系统内待分离物质的分子自由程的重要因素，从而影响分子蒸馏的分离效果。物质的分子自由程与温度成正比，与物质的相对分子质量成反比[15-17]。因此，高温利于比甘油三酯的相对分子质量更小的3-MCPDE更好地向冷凝面富集转移。

由表1可知，分子蒸馏对市售玉米油中GE的脱除效果也存在显著性的影响。在5组实验条件下，分子蒸馏均可有效地将GE含量从4.73 mg/kg降到0.5 mg/kg以下，脱除效率均在91.8%以上。GE含量首先随着蒸馏温度的升高而降低，在230℃时达到最低，随后随着蒸馏温度的升高而升高。高温利于比甘油三酯相对分子质量更小的GE更好地向冷凝面富集转移。因此，当蒸馏温度低于230℃，随着温度升高，GE含量有所下降，但是高温(超过230℃)也有利于GE的生成[10,18]。这可以解释250℃时，GE含量又略有上升的原因。实验结果证明，蒸馏温度是影响3-MCPDE和GE脱除效果的重要因素。

2.2 进油速度对玉米油中3-MCPDE和GE脱除效果的影响

取蒸馏温度210℃、刮膜速率240 r/min，在进油速度分别为60、120、160、200、240 mL/h的条件下对玉米油进行分子蒸馏处理，玉米油中3-MCPDE和GE的含量变化如表2所示。

表2 进油速度对玉米油中3-MCPDE和GE含量 及脱除效率的影响

由表2可知，进油速度小于200 mL/h时，市售玉米油中3-MCPDE含量随着进油速度的减缓而逐步降低，脱除效率分别为60.3%(60 mL/h)、35.9%(120 mL/h)、24.5%(160 mL/h)。但在该实验条件下，200 mL/h和240 mL/h的进油速度对3-MCPDE 脱除效果的影响差异不大。在5组实验条件下，分子蒸馏均可有效地将GE含量从4.73 mg/kg 降到0.5 mg/kg以下，脱除效率均在92.4%以上。

玉米油进入到蒸发器内，在刮膜辊轮的转动下均匀地分散到蒸发器的内表面。当进油速度降低，玉米油在蒸发器内的量也随之减少，而蒸发器的内表面积是恒定的。在刮膜辊轮的转动下，玉米油在蒸发器的内表面形成的油膜更薄，进而增加了油中的3-MCPDE和GE与环境接触的机会，从而使3-MCPDE 和GE更好地从玉米油中分离出来[17]。当进油速度达到200 mL/h时，3-MCPDE的脱除效果达到极限，不再受进油速度的明显影响。在该组实验中，5种不同进油速度对3-MCPDE的脱除效果存在不同的影响，对GE脱除的影响显著。

2.3 刮膜速率对玉米油中3-MCPDE和GE脱除效果的影响

取蒸馏温度210℃、进油速度160 mL/h，在刮膜速率分别为120、180、240、300、360 r/min的条件下对玉米油进行分子蒸馏处理，玉米油中3-MCPDE和GE的含量变化如表3所示。

由表3可知，5组实验中3-MCPDE的含量均由2.90 mg/kg降到了2 mg/kg左右，脱除效率在27.9%～39.0%之间。在5组实验条件下，分子蒸馏均可有效地将GE含量从4.73 mg/kg降到0.5 mg/kg以下，脱除效率均在93.0%以上。

表3 刮膜速率对玉米油中3-MCPDE和GE含量 及脱除效率的影响

当进油速度恒定，刮膜辊轮会尽可能地将玉米油均匀分散到蒸发器的内表面。刮膜速率过低会导致玉米油在蒸发器内表面分散不够均匀，在重力作用下沿内壁直接流入重相中，严重减少3-MCPDE和GE与蒸发器内环境的接触机会，从而影响3-MCPDE和GE的脱除效果[17]。过高的刮膜速率，尽管有利于3-MCPDE、GE与甘油三酯的分离，但是综合实验条件和成本，也并不可取。在该组实验中，5种不同刮膜速率对3-MCPDE的脱除效果并不显著，对GE脱除的影响显著。结果表明，在蒸馏温度210℃、进油速度160 mL/h、系统真空度0.1 Pa的条件下，刮膜速率不是影响3-MCPDE脱除效果的主要因素。

3 结 论

本文系统地研究了分子蒸馏方法在脱除玉米油中3-MCPDE和GE的应用效果。实验结果表明，分子蒸馏可以有效脱除玉米油中的3-MCPDE和GE，其中蒸馏温度和进油速度是影响脱除效果的关键因素，蒸馏温度越高、进油速度越低越有利于3-MCPDE和GE的脱除。而实际生产中，考虑到高温会带来VE、甾醇等营养物质的损失，建议在3-MCPDE和GE的含量达到要求的情况下，应选择较低的蒸馏温度。