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花生油制取工艺主要工段3,4-苯并(a)芘及3-氯丙醇酯的产生及脱除

2020-04-25雷芬芬何东平郑竟成胡传荣

食品科学 2020年8期
关键词:毛油工段花生油

杨 威,刘 辉,雷芬芬,何东平,2,罗 质,2,郑竟成,胡传荣,2,

(1.武汉轻工大学食品科学与工程学院,湖北 武汉 430023;2.大宗粮油精深加工教育部重点实验室,湖北 武汉 430023)

风味花生油、风味芝麻油等风味油脂在制取时一般经过炒籽产生特殊风味,而热榨-浸出油精炼中,高温脱臭与炒籽过程中高温易使油脂发生裂解及聚变产生危害人体健康的毒性物质,如3,4-苯并(a)芘(3,4-benzo(a)pyrene,BaP)和3-氯丙醇酯(3-monochloropropane-1,2-diol esters,3-MCPDE)。BaP属于重质多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs),比其他轻质PAHs具有更强致癌性,且花生油较其他油脂更容易受PAHs污染[1-2]。花生在种植、晾晒及加工过程中易受BaP污染,错误的晾晒方式(柏油路上晾晒)、不安全的制油工艺(润滑油、导热油漏油)、过度的加工条件(高温)等[3]易导致花生油中BaP含量超标。BaP是现行GB 2716—2018《植物油》中重点监测污染物(上限值10 μg/kg)(欧盟标准上限值2 μg/kg)。人主要通过饮食摄入BaP,其中食用烧烤类食物及被污染的油脂是摄入的主要途径[1]。因BaP是脂溶性,食用被污染的油脂占食物中BaP总摄入量的1/3[4]。BaP是三大强致癌物质(BaP、黄曲霉毒素、亚硝胺)之一,可致乳腺癌[5]、呼吸道癌[6]、食道癌[7]、恶性肿瘤[8]等。

近年来,食用植物油中脂肪酸氯丙醇酯的研究颇多,其主要形成于油脂精炼过程,未经精炼的油脂几乎不含氯丙醇酯。脂肪酸氯丙醇酯按照氯丙醇不同分为多种类型,其中3-MCPDE污染水平最高[9]。现行国标并未对油脂及其制品中3-MCPDE含量进行限定,但对其在调味品中的含量有要求。3-MCPDE最早发现于水解植物蛋白的研究中[10],其后在植物油及奶制品中也有发现[11-12]。3-MCPDE具有潜在致癌性,主要对肾脏、睾丸及卵巢造成损伤[13],影响精子活性,造成生育障碍[14],人体肠道存在水解3-MCPDE的可能性[15]。食用植物油中BaP及3-MCPDE的来源及形成机制国内外都有较多的研究[4,9,16-22],制油过程中高温处理是油脂中BaP及3-MCPDE含量增加的主要原因之一。吴苏喜等[23]研究得出,导致热榨-浸出工艺制得油茶籽油BaP含量超标(标准限量10 μg/kg)的主要原因是高温而不是浸出溶剂,而经冷榨制得油茶籽毛油BaP含量仅为(2.56±0.08)μg/kg。Ibrahim[24]研究得出,影响食用植物油中形成3-MCPD的主要因素除了Cl-、pH值外,还有脱臭温度。此外,3-MCPDE前体物质三酰基甘油酯在精炼过程中对3-MCPDE的形成有较大的影响[20,25]。Svejkovská等[26]研究发现,脱臭过程中水蒸气对3-MCPDE的形成也有影响。

食用植物油中BaP的脱除方法主要有碱炼[2,26]、吸附脱色[27]、脱臭[28]、冬化[23]。食用植物油中3-MCPDE的控制方法主要有控制原料中3-MCPDE的前体物质如三酰甘油、部分甘油酰基(如甘油一酰和甘油二酰)、含氯小分子化合物[27]及极性氯代化合物[29]等。食用植物油中3-MCPDE脱除方法主要是吸附法[30-33]、酶降解法[34]、加氢降解法和湿法蒸馏[35]等。石龙凯等[36]研究得出,炒籽条件为温度260 ℃、30 min时,花生油中BaP含量为2.05 μg/kg,炒籽对花生油中BaP含量有影响,但该炒籽温度并不是出料温度(炒锅设定温度),与花生料实际温度有差异。刘玉兰等[2]用5.11%碱、超碱量0.2%、70 ℃、40 min的优化条件碱炼脱酸,可脱除花生油中85.07%的BaP。石龙凯等[37]研究表明固定水蒸气通量脱臭可降低花生油中BaP含量,但并未研究低通气量及通气量变化脱臭对花生油中BaP含量的影响。周红茹[38]研究了花生油精炼及热加工工程中3-MCPDE含量变化,发现4 种批次油脂(两批次大豆毛油、一批次茶叶籽毛油,一批次花生毛油)各工艺阶段含量不同,花生油毛油较其他几种批次油脂毛油3-MCPD含量高,花生油各工段中脱臭阶段3-MCPDE含量最高,氯化钠含量、油水分含量、加热温度及加热时间均对棕榈油3-MCPDE含量有显著影响且含量非常高,但未对花生油做相同研究。

本实验研究花生油主要工段BaP及3-MCPDE含量变化,高温工段温度、时间、蒸汽消耗量、升温条件等对花生油中BaP及3-MCPDE含量的影响,花生油水化脱胶氯添加量对脱臭工段3-MCPDE形成的影响,脱色工段吸附剂对花生油BaP及3-MCPDE脱除效果影响,脱臭工段BaP和3-MCPDE含量关联性等,以期为花生适度加工、花生油实际生产及日常烹饪提供一定理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

花生(一级)、压榨花生毛油、浸出花生毛油均由益海嘉里粮油工业有限公司、鲁花集团有限公司提供;YS-900型植物活性炭(食用油专用) 重庆飞洋活性炭制造有限公司;普通活性炭(分析纯) 天津市凯通化学试剂有限公司;活性白土(分析纯) 天津市光复精细化工研究所;乙腈、丙酮、正己烷、三氯甲烷、乙酸乙酯(色谱纯),氯化钠、无水硫酸钠(分析纯)上海斯信生物科技有限公司。

1.2 仪器与设备

1260型高效液相色谱仪、GC7890型气相色谱-质谱仪 美国Agilent公司;电加热平底导热油锅(40 mm×15 mm×4 mm) 河南省亚临界生物技术有限公司;ZJ-707型螺旋榨油机(20 mm×30 mm×30 mm)东莞市凡泰电子有限公司。

1.3 方法

1.3.1 花生油主要工艺流程

某厂花生油制取工艺如上所示,分别取各主要工艺环节花生油检测BaP及3-MCPDE含量,记录2 个指标变化情况并列出其含量变化显著的环节。

1.3.2 风味花生原油的制备

花生(一级)经干燥、脱皮、破碎(6~8 瓣)、轧坯(约1 mm)、蒸坯(出料温度95~98 ℃,出料水分约14.5%)后焙炒,在一定焙炒条件制得焙炒料并进行压榨,压榨毛油4 000 r/min离心10 min,取上清油滤纸过滤,制得风味花生原油。

1.3.3 不同温度或时间炒籽

取2.0 kg花生按照1.3.2节预处理方法得到蒸坯,设定炒锅温度230 ℃,用红外线测温仪每5 min测定料温,当料温分别低于170、180、190、200、210、220 ℃约5 ℃时,调整炒锅设定温度,使料温达到实验温度后持续焙炒一定时间,将焙炒后的花生进行压榨,压榨毛油4 000 r/min离心10 min,取上清油滤纸过滤,检测油中BaP和3-MCPDE含量。研究出料温度对花生油的影响时,料温达到实验温度后持续焙炒30 min;研究焙炒时间对花生油的影响时,炒锅设定温度230 ℃。

1.3.4 不同升温条件炒籽

升温条件a:设定炒锅温度220 ℃,待炒锅温度稳定后加入蒸坯料(96.7 ℃、水分质量分数14.31%),炒一定时间后进行压榨。

升温条件b:设定炒锅温度200 ℃,待炒锅温度稳定后加入料坯(97.0 ℃、水分质量分数14.34%)焙炒30 min,后将炒锅温度设定220 ℃,炒一定时间后进行压榨。

2 种升温条件均每5 min用红外测温仪测定料温。

1.3.5 花生毛油常规水化脱胶

取压榨花生毛油或浸出花生毛油100 g(精确到0.001 g,下同)于锥形瓶中,于100 ℃集热式搅拌器中搅拌,待油温稳定后加入15%蒸馏水,以不引起飞溅的最大速率搅拌30 min,4 000 r/min离心10 min,取上清油于60 ℃真空干燥箱中干燥,取出冷却至室温后密封置于冰箱冷藏,待检测时室温解析。

1.3.6 花生毛油盐析水化脱胶

取浸出花生毛油300 g于锥形瓶中,于100 ℃集热式搅拌器中搅拌,待油温稳定后加入15%蒸馏水,以不引起飞溅的最大搅拌速率搅拌20 min,分别加入6.000、5.000、3.000、1.000、0.500、0.100 g氯化钠,静置2 min,再以不引起飞溅的最大搅拌速率搅拌10 min,4 000 r/min离心10 min,取上清油于60 ℃真空干燥箱中干燥,水分质量分数<0.20%,取出冷却至室温后密封置于冰箱冷藏,待检测时室温解析。

1.3.7 花生油吸附脱色

分别取脱酸毛油100 g于三颈烧瓶中,加热套加热,附磁子以不引起油飞溅速率搅拌加热至60、90、110、130、150 ℃,待油温稳定加一定量吸附剂(YS-900活性炭、普通活性炭或活性白土)脱色30 min,油温稳定至室温,4 000 r/min离心10 min,取上清油滤纸过滤,过滤油低温密封贮藏,待检测时取出室温解析。

BaP吸附空白实验:分别取BaP未检出脱酸毛油100 g,加入2.0%、3.0% YS-900活性炭并按上述脱色方法脱色,检测BaP含量变化。

3-MCPDE吸附空白实验:分别取3-MCPDE未检出脱酸毛油100 g,分别加入0%、0.5%、0.8%、1.2% YS-900活性炭按上述脱色方法脱色,检测3-MCPDE含量变化。

1.3.8 花生油脱臭

分别取水化脱胶及脱色后的压榨毛油、浸出毛油100.000 g(精确到0.001 g)于三颈烧瓶中,脱臭温度190、220、240、250、260、270 ℃,脱臭时间90、110、120、150、180 min,蒸汽消耗量占油质量分数53.3%、106.6%、156.6%、203.3%、253.3%,真空度0.1 MPa,待脱臭油冷却至室温后密封,冰箱冷冻保存,待检测时室温解析。

1.3.9 检测方法

1.3.9.1 花生焙炒过程中水分含量及温度、花生油水分含量的测定

每5 min炒锅出口取5 g样,使用卤素快速水分测定仪测定水分含量;打开炒锅,待匀速出料时使用手持式红外线测温仪测定出料口样料温度;取10 g花生油,使用卤素快速水分测定仪测定水分含量。

1.3.9.2 花生油中磷脂含量、BaP含量及3-MCPDE含量的测定

花生油中磷脂含量的测定参照GB/T 5537—2008《粮油检验 磷脂含量的测定》钼蓝比色法;花生油中BaP含量的测定参照GB 5009.27—2016《食品中苯并[a]芘的测定》;花生油中3-MCPDE含量的测定参照GB 5009.191—2016《食品中氯丙醇及其脂肪酸酯含量的测定》气相色谱-质谱法。

1.3.9.3 花生油中氯离子含量的测定[39]

精确称取1.3.6节所得水化脱胶毛油1.000 g于瓷坩埚中,加入1.0 g CaO粉末,置于电炉上炭化,待不冒烟后,移入马弗炉中升温至550 ℃,加热4 h,待冷却后用20 mL超纯水分3 次过滤转移至100 mL容量瓶中,超声5 min后定容。溶液过on-Guard Na II SPE柱(除去溶液中的重金属离子),流速控制在3~4 mL/min,滤液过0.45 μm滤膜过滤,用离子色谱仪检测。按同样步骤不加样品做一组空白。

1.4 统计分析

本实验样品检验重复3 次,采用Origin 9.1、Excel 2013及SPSS对实验数据进行统计及显著分析,均值比较使用Duncan法(P<0.05,差异显著)。

2 结果与分析

2.1 花生油主要工段BaP含量及3-MCPDE含量变化

根据某花生油厂生产工艺和实际生产情况,取主要工段油样并检测。表1结合1.3.1节所示的工艺流程可知,炒料、脱臭等高温工段使花生油中BaP及3-MCPDE含量显著增加,饼-浸出花生毛油较压榨花生毛油BaP含量显著增加,是浸出毛油经高温脱溶而非浸出溶剂[24]。碱炼脱酸油较毛油BaP含量均显著降低,主要原因是碱炼脱酸产生皂脚对花生毛油中PAHs有一定的吸附作用[2],浸出毛油碱炼脱酸较饼-浸出毛油中3-MCPDE含量显著降低,与周红茹[38]研究一致,碱炼脱酸影响油脂体系酸度从而影响3-MCPDE的含量,碱炼脱酸中和花生油中部分游离脂肪酸导致体系pH值变化进而影响花生油3-MCPDE含量变化[40]。

表 1 花生油主要工段BaP含量及3-MCPDE含量变化Table 1 Changes in BaP and 3-MCPDE contents at the main stages of peanut oil processing

2.1.1 出料温度对花生油BaP及3-MCPDE含量的影响

图 1 不同出料温度花生油中BaP及3-MCPDE含量变化趋势Fig. 1 Effect of discharging temperature during roasting on BaP and 3-MCPDE contents in peanut oil

如图1所示,炒籽工段出料温度超过210 ℃对花生油中BaP含量及3-MCPDE含量都有显著影响。炒锅设定温度225 ℃,出料温度220 ℃、炒籽45 min,花生油BaP含量为(3.04±0.26)μg/kg,3-MCPDE含量为(0.150±0.008)mg/kg,花生坯明显焦糊且漏油严重,石龙凯等[36]研究表明,炒籽温度260 ℃、30 min花生油BaP含量2.05 μg/kg,该炒籽温度可能是炒锅温度,并非出料温度,炒籽阶段花生油中BaP含量均未超过国标限定。周红茹[38]研究表明花生毛油中未检测出3-MCPDE,但所取毛油来自工厂,并未探讨高温焙炒对花生油3-MCPDE含量的影响,较高的焙炒温度仍能产生3-MCPDE。

2.1.2 炒籽时间对花生油BaP含量及3-MCPDE含量的影响

图 2 BaP含量及3-MCPDE含量随炒籽时间变化趋势Fig. 2 Effect of roasting time on BaP and 3-MCPDE contents in peanut oil

如图2所示,炒籽时间对花生油BaP含量及3-MCPDE含量都有显著影响。0~60 min花生油中BaP含量较低,几乎达到未检出水平,60~90 min花生油BaP含量显著增加,出料温度190 ℃、90 min花生油BaP含量为(1.78±0.33)μg/kg,远低于国标。0~45 min花生油中3-MCPDE未达到检出水平,45~90 min花生油中3-MCPDE含量显著增加,因花生油厂炒料时间一般不超过60 min,所以3-MCPDE检出结果较低,但不排除焙炒对花生油3-MCPDE含量的影响。周红茹[38]所取油厂花生毛油中未检测出3-MCPDE,加热时间对3-MCPDE的产生有显著影响[41]。

2.1.3 升温程序对花生油BaP含量的影响

图 3 不同升温条件花生坯温度及水分随加热时间变化趋势Fig. 3 Effect of heating conditions on the temperature and moisture of peanut

如图3所示,不同升温条件花生坯水分含量及料温变化不同,炒锅温度不同导致花生坯水分蒸发速率不同,水分蒸发带走热量使花生坯温度不同。升温条件a中花生坯约25 min达到最高温度205 ℃后趋于稳定,花生坯水分蒸发时带走大量热量,0~15 min花生坯水分含量迅速降低,15~45 min花生坯水分含量降低速度变缓,45 min时花生坯水分质量分数低于1.0%,出现明显焦糊、漏油现象。升温条件b约35 min时出料温度稳定在205 ℃左右,同样15 min后水分含量变化变缓。经测得升温条件a制得花生油BaP含量1.01 μg/kg,升温条件b制得花生油BaP含量0.85 μg/kg,不同升温条件花生油BaP含量不同主要是达到205 ℃持续时间不同。工厂蒸炒阶段,不仅有炒锅直接或间接烟道气加热,还有料的自蒸(热传导)作用,花生坯温度是上升的过程,并非持续恒定的温度。2.1.1及2.1.2节中出料峰值温度持续时间略短于理论时间,研究温度对BaP含量的影响时应考虑出料温度以及高温实际持续时间。

2.2 脱臭对花生油中BaP含量及3-MCPDE含量的影响

2.2.1 蒸汽消耗量及脱臭温度的影响

由图4可知,高蒸汽消耗量(质量分数253.3%)190 ℃脱臭花生油中BaP含量较未脱臭前显著增加,随着温度升高,花生油中BaP含量呈下降趋势。低蒸汽消耗量(质量分数53.3%)花生油中BaP含量整体呈增加趋势,脱臭阶段蒸汽消耗量对花生油中BaP含量有显著影响。高蒸汽消耗量条件下270 ℃脱臭馏出物经干燥后馏出油BaP含量为(0.62±0.03)μg/kg,低蒸汽消耗量270 ℃脱臭馏出物经干燥后馏出油BaP含量为(1.82±0.01)μg/kg。因高蒸汽消耗量脱臭引起花生油飞溅程度大于低蒸汽消耗量脱臭花生油飞溅程度,高蒸汽消耗量产生的馏出物中油总量大于低蒸汽消耗量馏出物中油总量。这与石龙凯等[37]研究结果一致,固定直接蒸汽消耗量,脱臭温度越高、脱臭时间越长,PAHs脱除效果越好。

图 4 不同蒸汽消耗量脱臭花生油BaP含量对比及3-MCPDE含量随脱臭温度变化趋势Fig. 4 Effect of deodorization temperature on BaP content under high versus low steam flux and on 3-MCPDE content

脱臭温度对花生油中3-MCPDE含量有显著影响。190~240 ℃花生油中3-MCPDE随脱臭时间整体呈增加趋势,240~270 ℃花生油3-MCPDE含量增加趋势较190~240 ℃增加趋势更明显。当脱臭温度高于250 ℃时,一般工厂条件下(低蒸汽通量)脱臭花生油中BaP含量和3-MCPDE含量显著增加,因此推断脱臭温度不宜超过250 ℃。脱臭温度是影响油脂中3-MCPDE含量的主要因素之一,Rahn[20]、Hamlet[25]等研究提出的3-MCPDE可能的形成机制,即在易产生路易斯酸环境的精炼工序[42],甘油三酯先形成中间产物环酰氧鎓离子,再与氯反应生成3-MCPDE[43]。此外,Zelinkovã等[44]研究6 种植物油、经不同精炼工序证实,3-MCPDE主要由高温脱臭工段产生。

2.2.2 脱臭时间对花生油中BaP含量及3-MCPDE含量的影响

图 5 BaP含量及3-MCPDE含量随脱臭时间变化趋势Fig. 5 Effect of deodorization time on BaP and 3-MCPDE contents

如图5所示,花生油BaP含量及3-MCPDE含量随脱臭时间的延长显著增加。花生油BaP含量除90~110 min无显著增加,其他脱臭时间都有显著增加。3-MCPDE含量90~120 min显著增加,120~180 min增长趋势变缓,120 min后油脂中氯离子残留量、前体物质生成速率等影响3-MCPDE继续增加。欧阳剑等[45]研究表明,油脂精炼工艺加热时间对3-MCPD形成有影响,而3-MCPDE是3-MCPD前体物质之一[20],3-MCPDE通过肠胃水解成3-MCPD[26]。小型微波加热[46]和工厂脱臭加热[38]等加热方式都会导致花生油中3-MCPDE含量增加。

2.2.3 氯污染对花生油3-MCPDE含量的影响

图 6 氯添加量与花生油3-MCPDE含量变化趋势Fig. 6 Trends in chlorine addition and 3-MCPDE content in peanut oil

图 7 氯残留量与花生油3-MCPDE含量变化趋势Fig. 7 Trends in content of chlorine residual and 3-MCPDE in peanut oil

由图6、7可知,脱臭花生油中氯含量对3-MCPDE含量影响显著。随着氯添加量递增,3-MCPDE含量初始增长速率较高,后逐渐降低,当氯添加量超过9.62×103mg/kg,花生油3-MCPDE含量无显著增加。由表2可知,随着氯添加量的增加,花生油中氯残留量达到4.295~4.303 mg/kg后无显著增加,花生油中氯残留量最高仅为(4.471±0.001)mg/kg。如图7所示,氯残留量对3-MCPDE含量影响趋势较图6缓,花生油中水分含量有限,一般干燥后花生油水分质量分数不超过0.2%,氯添加量持续增加,但能溶解或参与反应的氯有限。日常生活中氯化钠作为最常用的调味料,高温容易使油脂与其反应产生3-MCPDE。周勇强等[46]研究表明,短时高温微波加热亦可使氯化钠与油脂反应产生3-MCPDE。

2.3 BaP及3-MCPDE的吸附脱除

2.3.1 BaP的吸附脱除

2.3.1.1 YS-900活性炭对花生油BaP含量的影响

图 8 脱色工段YS-900活性炭用量与BaP含量变化趋势Fig. 8 Effect of addition of YS-900 activated carbon on BaP removal

由图8可知,YS-900活性炭用量0%~0.50%,花生油BaP含量逐渐下降,YS-900活性炭用量0.50%脱除效果明显(BaP残留量0.52 μg/kg,脱除率77.5%);YS-900活性炭用量0.50%~2.00%时花生油BaP含量无显著增加,油脂脱色体系中,吸附剂带入的杂质作为催化剂对脂肪酸异构化产生反式脂肪酸具有催化作用[47],同理推测,本研究YS-900活性炭中含有的金属杂质等可能在脱色体系催化产生BaP。吸附剂用量增加,吸附剂吸附效果和催化效果导致吸附剂用量超过0.5%时花生油BaP含量无显著降低。空白实验如图9所示。

图 9 YS-900活性炭对花生油BaP含量影响空白实验结果Fig. 9 Effect of addition of YS-900 activated carbon on BaP content in blank peanut oil

YS-900活性炭用量为0%时花生油中BaP未检出,YS-900活性炭用量为2.0%、3.0%时BaP含量显著增加。YS-900活性炭对降低花生油中BaP含量具有显著影响,花生油脱色体系中吸附剂带入杂质对油脂形成BaP具有催化作用,催化剂对花生油BaP含量增加有显著影响。

2.3.1.2 吸附时间及温度对花生油BaP含量的影响

由图10可知,吸附时间30 min时花生油BaP含量最低(0.52 μg/kg),30~50 min BaP含量无显著减少;吸附温度110 ℃时BaP含量达到最低0.52 μg/kg,110~150 ℃ BaP含量无显著减小。综合上述,为降低生产成本,选择吸附时间30 min、吸附温度110 ℃花生油BaP脱除效果最佳。

图 10 脱色工段吸附时间、温度与BaP含量变化趋势Fig. 10 Effect of adsorption temperature and time on BaP content

2.3.2 3-MCPDE的吸附脱除

图 11 不同吸附剂吸附3-MCPDE效果对比Fig. 11 Comparison of adsorption efficiency of 3-MCPDE with different adsorbents

由图11可知,YS-900活性炭、普通活性炭及活性白土对花生油中3-MCPDE具有一定的吸附能力,吸附效果YS-900活性炭>活性白土>普通活性炭,最佳脱除率分别为23.5%、20.8%、20.4%,因活性炭粒径小,比表面积较大,具有较大的孔径结构和合理分布[44],而普通活性炭相较于YS-900活性炭带入的污染物质较多,导致脱除率不佳。本实验研究的3 种吸附剂吸附3-MCPDE效果均不佳,任我行[30]用活性白土、凹凸棒土、活性炭、H-1号活性炭及H-2号活性炭吸附大豆油中3-MCPDE脱除率分别为21.23%、10.03%、10.39%、34.43%、16.44%,脱除效果不佳。油脂中的3-MCPDE很难脱除,主要通过降低前体物质浓度、避免制油过程中高温、长时间加热减少油脂中3-MCPDE含量。花生油3-MCPDE含量随着吸附剂增加先降低后增加,吸附剂具有一定的吸附能力,此外,吸附剂对油中3-MCPDE的生成具有催化作用,做空白实验结果如图12所示。

图 12 3-MCPDE含量随YS-900活性炭用量变化趋势Fig. 12 Effect of addition of YS-900 activated carbon on 3-MCPDE removal

由图12可知,未添加YS-900活性炭花生油中3-MCPDE含量到达未检出水平,油中3-MCPDE含量随YS-900活性炭用量增加而增加,当用量为1.2%时,110 ℃脱色30 min花生油因污染而导致3-MCPDE含量与240 ℃脱臭2 h花生油3-MCPDE含量接近,吸附剂中杂质的污染造成3-MCPDE含量上升的效果显著,YS-900活性炭吸附3-MCPDE效果不佳,很可能是吸附剂污染影响的结果。吸附剂中含有一定量氯离子、质子等杂质,当杂质催化3-MCPDE增长量大于吸附剂脱除量时,3-MCPDE含量逐渐增加,与Freudenstein[40]和Hrncirik[48]等研究结果一致,吸附剂带入质子,甘油酯与质子形成质子化基团,氯离子与质子化集团结合最终形成3-MCPDE。

2.4 花生油BaP含量与3-MCPDE含量关联性

焙炒工段出料温度对花生油中BaP和3-MCPDE含量都有影响,但含量变化范围小,取脱臭工段14 个油样,建立不同脱臭温度两者含量分布图如图13所示。

图 13 脱臭工段BaP含量与3-MCPDE含量分布关系图Fig. 13 Relationship between BaP content and 3-MCPDE content distribution at the deodorization stage

表 2 BaP及3-MCPDE指标变异情况Table 2 Variations in BaP and 3-MCPDE contents

脱臭工段花生油BaP含量与3-MCPDE含量有一定线性关系,对关联结果进行回归分析结果见表2。两者不是前体物质或结构性质(BaP为PAHs类、3-MCPDE为氯丙醇酯类)等关联,而是高温、长时间加工致使两者将均有所增加。经回归分析可得一元回归方程y=1.197 2x-0.631 5。由回归方程可知,在理想状态下,当脱臭工段BaP含量高于0.53 μg/kg,可通过方程推测3-MCPDE大致含量,当BaP含量低于0.53 μg/kg时,3-MCPDE则为未检出水平。综上所述,过高脱臭温度不仅会增加花生油BaP含量,也会导致3-MCPDE含量增加。

3 结 论

花生油制取工艺中焙炒工段及脱臭工段高温易产生BaP和3-MCPDE,常规焙炒制取花生油BaP含量及3-MCPD含量几乎未检出,但长时间高温焙炒花生油BaP含量及3-MCPDE含量显著升高。浸出花生油BaP含量和3-MCPDE含量显著高于压榨毛油,浸出工段中的高温脱溶环节和易溶于正己烷物质易导致两者含量升高。主要通过脱色工段降低花生油中BaP含量和3-MCPDE含量,BaP脱除效果显著但3-MCPDE脱除效果有限。

当焙炒出料温度超过210 ℃、时间超过60 min时花生油BaP含量和3-MCPDE含量显著增加;不同焙炒升温条件对花生油中BaP含量有显著影响,研究焙炒温度对花生油BaP含量的影响时应考虑实际出料温度及该温度在焙炒时持续时间;脱臭工段蒸汽消耗量对花生油中BaP含量有显著影响,高蒸汽消耗量(质量分数253.3%)较低蒸汽消耗量(质量分数53.3%)能够有效降低花生油BaP的产生;脱臭温度240 ℃升至250 ℃时,一般工厂条件下花生油中BaP含量和3-MCPDE含量显著增加;脱臭时间对BaP含量有持续影响,但时间超过120 min对3-MCPDE含量影响有限;水化脱胶工段添加盐能够有效降低油水分层,但盐添加量对花生油中水化磷脂残量关联性不大,氯离子添加量对脱臭后油中3-MCPDE含量有显著影响;活性炭能显著降低花生油中BaP和3-MCPDE含量,但花生油脱色体系吸附剂作为催化剂对BaP和3-MCPDE的形成有显著影响;3 种吸附剂脱除花生油3-MCPDE对比研究,YS-900型活性炭吸附效果最佳,脱除率23.5%,但吸附剂吸附效果有限;高温脱臭不仅导致油脂BaP含量显著增加,油脂中3-MCPDE含量也会随之增加。

花生油脱色体系中,吸附剂对BaP和3-MCPDE同时具有吸附作用和催化作用,BaP脱除效率较高,3-MCPDE脱除效率较低。油脂脱色体系吸附剂催化产生BaP和3-MCPDE还需进一步研究,此外,现有吸附剂对3-MCPDE脱除效果均不佳,需要改性或发掘新的3-MCPDE脱除材料。

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