不同酸價米糠毛油堿煉脫酸過程甘油酯組成及3-氯丙醇酯和縮水甘油酯含量的變化

劉玉蘭，李澤澤，陳文彥，張家楓，馬宇翔

（河南工業大學糧油食品學院，河南 鄭州 450001）

我國稻谷年產量超過兩億 t。米糠是稻米加工過程的副產物，年產量約1 500萬 t。米糠含油率18%～20%，若將全部米糠資源用于制油，米糠油產量將超過 200萬 t[1]。米糠油的脂肪酸組成合理，并且含有豐富的谷維素、生育酚、植物甾醇等活性營養成分，是公認的營養價值很高的食用植物油。隨著我國經濟的快速發展和人民生活水平的大幅提高，食品安全問題受到更加廣泛的關注。作為一日三餐必不可少的食用油，其食品安全同樣也受到更多關注。油脂科研工作者和油脂生產企業高度重視食用油中安全風險成分的防范和控制[2]，通過對先進技術的研發應用，持續提升產品的安全品質和營養品質，為消費者提供更好的食用油產品。

3-氯丙醇（3-chloro-1,2-pxopanediol，3-MCPD）酯和縮水甘油酯（glycidyl fatty acid esters，GEs）是近年來受到關注的食品中包括食用油中的安全風險成分[3-4]。3-MCPD酯對人體健康的危害除自身帶有一定的毒性之外[5-6]，其在腸道中被脂肪酶水解生成3-MCPD經人體吸收也產生毒性[7]。2011年，國際癌癥研究機構將3-MCPD列為2B級即“可能的人類致癌物”[8-9]。德國風險評估委員會根據毒理學實驗提出GEs本身不具有致癌性，但其在體內經脂質代謝產生的縮水甘油是具有基因毒性的致癌物[6]。經研究發 現[10-12]，影響食用油脂中3-MCPD酯和GEs含量的因素可能有多種，歸納為兩類即待精煉毛油品質和油脂精煉工藝條件。油脂高溫脫臭過程是3-MCPD酯和GEs形成的最主要工序[13]，而在此過程中氯離子的存在能夠促使3-MCPD酯和GEs的形成[14]。Freudenstein等[15]研究認為甘一酯和甘二酯是3-MCPD酯的前體物質，能夠促進3-MCPD酯和GEs的形成。而這些前體物質主要由待精煉毛油帶入及油脂脫臭之前的各精煉工序帶入，如待精煉毛油中含有的游離脂肪酸、甘一酯、甘二酯及氯離子[16-17]， 油脂脫臭之前的水化脫膠、堿煉脫酸、吸附脫色等工序使用的加工助劑如磷酸、堿液、熱水、固體吸附劑中含有的氯離子等[18-20]。王璐陽等[21]研究報道了油脂脫臭過程直接蒸汽中氯離子含量與脫臭后油脂中3-MCPD酯和GEs含量呈正相關。Zulkurnain等[22]的研究也得到基本一致的結論。但有關待精煉毛油中甘一酯、甘二酯含量與酸價之間的相關性以及在毛油堿煉脫酸過程中甘一酯、甘二酯隨酸價降低與否和降低幅度的相關研究鮮見報道。

本研究選擇酸價普遍較高的米糠毛油作為實驗原料，對不同酸價米糠毛油中甘一酯、甘二酯、3-MCPD酯、GEs含量進行檢測，分析研究米糠毛油酸價與上述物質含量的關系，然后選取酸價差別比較大的2 種米糠毛油進行堿煉脫酸，對堿煉脫酸油中上述指標進行檢測，分析不同酸價米糠毛油在堿煉脫酸過程中甘一酯、甘二酯、3-MCPD酯、GEs含量的變化，以及谷維素、VE、植物甾醇、塑化劑等成分的變化，以期為米糠油精煉過程3-MCPD酯和GEs的風險防范與控制以及提升米糠油安全品質和營養品質提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

不同酸價的米糠浸出毛油樣品4 個，均取自米糠油加工企業。

標準品：氘代油酸縮水甘油酯（純度≥97%）、油酸縮水甘油酯（純度≥97%）、3-油酸-氯丙醇酯（純度≥ 97%）、1,2-二亞油酸-3-氯丙醇酯（純度≥97%）、1,2-二月桂酸-3-氯丙醇酯-D5（純度≥97%） 上海安普實驗科技股份有限公司；5α-膽甾烷醇標準配品（純度≥95%） 美國Sigma公司；α-生育酚、β-生育酚、 γ-生育酚、δ-生育酚、生育三烯酚標準品（純度≥98%） 北京三區生物技術有限公司；氯化鈉為優級純；苯基硼酸（純度≥97%）、正己烷、甲醇、異丙醇、甲基叔丁基醚、乙酸乙酯、乙腈、丙酮、甲苯、乙酸及環己烷，均為色譜純；乙醚、溴化鈉、硫酸（質量分數為98%）、硫酸鈉、碳酸氫鈉、無水硫酸鎂、石油醚、乙醇、冰乙酸、三氯甲烷、氫氧化鉀、碘化鉀、氯仿、淀粉、硫代硫酸鈉、鹽酸，均為分析純；超純水由Milli-Q超純水機制得。

1.2 儀器與設備

Ttacel310-ISQ氣相色譜-質譜聯用儀、HP-5MS（30 m×0.25 mm，0.25 μm）氣相毛細管色譜柱 美國 Thermo Fisher公司；7990B氣相色譜儀 美國Agilent公司；e 2 6 9 5 液相色譜儀、2 4 2 4 蒸發光檢測器、2475熒光檢測器 美國Waters公司；UItimate SiO2（4.6 mm×250 mm，5 μm）色譜柱 月旭科技 （上海）股份有限公司；MTN-2800W氮吹濃縮儀 美國奧特賽恩斯儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 米糠毛油的堿煉脫酸

1.3.1.1 低酸價毛油的一次堿煉脫酸

稱取180～200 g經脫膠后的米糠毛油，于電熱恒溫水浴鍋中加熱至25 ℃，邊攪拌邊緩慢滴加已計量好的16 °Be’燒堿溶液，反應20 min左右，在出現油皂分離現象時，將油樣快速升溫至60 ℃，并同時調慢攪拌速度，大約10 min，當油皂明顯分離時停止反應。將油樣轉入玻璃離心管中，在3 000 r/min離心20 min使油、皂分層，將上層的油脂取出，加熱至95 ℃左右，然后用微沸的蒸餾水洗滌，直至洗滌廢水呈中性，再進行減壓干燥脫除水分，即獲得一次堿煉脫酸油

1.3.1.2 高酸價毛油的兩次堿煉脫酸

對于高酸價米糠毛油若采用一次堿煉工藝，因加堿量和堿液濃度大，容易造成堿煉過程油脂乳化和油脂損耗過高，因此采用兩次堿煉脫酸工藝，即先將高酸價毛油按照上述一次堿煉脫酸的條件（同樣采用16 °Be’的堿液）進行堿煉脫酸，再選用12 °Be’的堿液對一次堿煉脫酸后的油脂進行二次堿煉脫酸，之后水洗，干燥脫水，即獲得兩次堿煉脫酸油。

在堿煉脫酸過程中，加堿量為理論加堿量與超量堿之和，理論加堿量按堿煉過程脫除游離脂肪酸的量計算得到，超量堿取油質量的0.2%。

1.3.2 米糠油質量指標的檢測

酸價測定參照GB 5009.229—2016《食品中酸價的測定》；過氧化值測定參照GB 5009.227—2016《食品中過氧化值的測定》；色澤測定參照GB/T 22460—2008《動植物油脂 羅維朋色澤的測定》；VE含量測定參照GB/T 26635—2011《動植物油脂生育酚及生育三烯酚含量測定 高效液相色譜法》；谷維素含量測定參照LS/T 6121.1—2017《糧油檢驗 植物油中谷維素含量的測定 分光光度法》；植物甾醇測定參照GB/T 25223—2010《動植物油脂 甾醇組成和甾醇總量的測定 氣相色譜法》；脂肪酸組成測定參照GB 5009.168—2016《食品中脂肪酸的測定》。

1.3.3 甘油酯組分含量的測定

參照孟祥河[23]甘油酯含量的定量分析方法，采用高效液相色譜-蒸發光檢測器對米糠油中甘一酯、甘二酯含量進行檢測，并計算出甘一酯、甘二酯和甘三酯的相對含量。

高效液相色譜-蒸發光檢測器條件：柱溫40 ℃，漂移管溫度7 0 ℃，蒸發器溫度6 0 ℃，N2壓力25 Psi，進樣量10 μL；流動相為正己烷-異丙醇-乙酸 （98.9∶1∶0.1，V/V）。

1.3.4 3-MCPD酯和GEs的測定

參照GB 5009.191—2016《食品中氯丙醇及其脂肪酸酯含量的測定》第三法以及苗雨田[24]、任我行[25]等方法。

1.3.4.1 樣品前處理

稱取100 mg（+5 mg）米糠油于具塞玻璃試管中，依次加入3-MCPD酯、GEs內標溶液和甲基叔丁基醚，充分混勻溶解，再加入NaBr酸性水溶液，于50 ℃振蕩反應15 min；用NaHCO3溶液終止反應，之后加入正己烷分離提取，將提取物氮吹至干后，用甲基叔丁基醚復溶；通過加入硫酸甲醇溶液，以完成轉化反應；終止反應之后，加入硫酸鈉和正己烷分離凈化，再用乙酸乙酯-乙醚混合溶液分離，用無水硫酸鎂去除上層液中的水分；加入苯基硼酸進行衍生化反應，然后氮吹至干，復溶后，過濾裝入進樣小瓶。

1.3.4.2 色譜條件

色譜柱：含5%苯基亞芳基聚合物或5%苯基-甲基聚硅氧烷的弱極性毛細管氣相色譜-質譜柱（30 m×0.25 μm，0.25 μm）；載氣為氦氣，流速 1 mL/min；進樣口溫度250 ℃；進樣量1 μL，不分流進樣，不分流時間0.5 min，溶劑延遲時間5 min；程序升溫：50 ℃保持1 min，以2 ℃/min升至90 ℃，再以 40 ℃/min升至270 ℃，并保持5 min。

1.3.4.3 質譜條件

電子電離源；電離能量70 eV；離子源溫度250 ℃；傳輸線溫度280 ℃；掃描方式為選擇離子監測模式。

1.4 數據處理方法

采用Excel 2010、SPSS 25軟件進行數據統計分析，采用Duncan法進行顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 不同酸價米糠毛油的堿煉脫酸效果

對4 個米糠毛油樣品酸價、過氧化值、色澤的測定結果，以及對其中2 個毛油經堿煉脫酸的效果見表1。

表 1 不同酸價米糠毛油的堿煉脫酸效果Table 1 Deacidification effects of alkali smelting on rice bran oils with different acid values

從表1可見，從不同工廠采集的4 個米糠毛油樣品的酸價有明顯差異，其中3號毛油的酸價最低，4號毛油的酸價最高，同時4號毛油的色澤也明顯較其他毛油深。對低酸價的3號毛油進行一次堿煉脫酸，加堿量為1.78 g，堿液濃度為16 °Be’，經堿煉其酸價由10.34 mg/g降至0.52 mg/g。對高酸價的4號毛油進行兩次堿煉脫酸，第1次堿煉的加堿量為3.61 g，堿液濃度16 °Be’，堿煉后其酸價由23.86 mg/g降至7.64 mg/g，第2次堿煉的加堿量為2.41 g，堿液濃度為12 °Be’，堿煉油酸價降至0.51 mg/g。2 個米糠毛油樣品經堿煉脫酸，其過氧化值均有所升高。樣品3經堿煉其色澤明顯變淺，這是堿煉皂腳吸附部分色素的結果。但樣品4的色澤基本沒有變化，這可能是米糠原料在酸敗過程中伴隨品質劣變產生的再生色素溶解于毛油中的緣故，這些再生色素明顯比天然色素更難于脫除[26]。

2.2 不同酸價米糠毛油堿煉前后甘油酯組分含量的變化

對4 個米糠毛油樣品的甘油酯組成及其中2 個毛油樣品經堿煉脫酸后甘油酯組成的檢測結果見表2。

表 2 不同酸價米糠毛油堿煉前后的甘油酯組分含量Table 2 Contents of glyceride components in rice bran oils with different acid values before and after alkali smelting

由表2可見，4 個米糠毛油隨其酸價的升高，其中甘一酯、甘二酯含量明顯升高，甘三酯含量隨之下降。酸價最高的毛油樣品4中甘三酯質量分數僅為70.31%，甘一酯和甘二酯總量（29.69%）顯著高于低酸價的其他毛油，比低酸價的毛油樣品3中甘一酯和甘二酯總量（15.38%）高出14.31%。這說明當米糠品質發生劣變時，其中甘三酯在脂肪酶的作用下發生酸敗分解，逐步分解成為甘二酯、甘一酯、游離脂肪酸，甘二酯、甘一酯作為甘三酯分解為游離脂肪酸的中間產物，伴隨著游離脂肪酸的增多而增多，也即隨著毛油酸價的升高而含量增多。

由表2還可以看出，米糠毛油經堿煉脫酸后，其中甘一酯、甘二酯含量隨酸價的降低有所降低，但降低幅度有限，與酸價降低幅度的差距很大。酸價較低的3號米糠毛油，經堿煉其酸價由10.34降低至0.52，但甘一酯和甘二酯總質量分數僅從15.38%降低至12.24%，高酸價的4號米糠毛油，經堿煉其酸價由23.86 mg/g降低至0.51 mg/g， 但甘一酯和甘二酯總質量分數僅從2 9.6 9%降低至26.29%。這說明堿煉脫酸過程對甘一酯和甘二酯的脫除作用很有限。

2.3 不同酸價米糠毛油堿煉前后3-MCPD酯和GEs含量的變化

對4 個米糠毛油樣品中3-MCPD酯、GEs含量及其中2 個毛油樣品經堿煉脫酸后3-MCPD酯、GEs含量的檢測結果見表3。

表 3 不同酸價米糠毛油堿煉前后的3-MCPD酯和GEs含量Table 3 Contents of 3-MCPD ester and GEs in rice bran oil with different acid values before and after alkali smelting mg/kg

從表3可以看出，4 個米糠毛油中3-MCPD酯含量為1.44～1.98 mg/kg、GEs含量為0.34～0.55 mg/kg。4 個毛油樣品中3-MCPD酯含量的排序為樣品1＞樣品3＞樣品4＞ 樣品2，而由2.1節可知4 個毛油酸價的排序為樣品4＞樣品1＞樣品2＞樣品3，對比可見米糠毛油中3-MCPD酯含量與酸價之間似乎沒有呈現正相關，即其含量并未隨酸價升高而升高。但酸價最高的毛油樣品4中GEs含量最高，酸價最低的毛油樣品3中GEs含量最低，米糠毛油酸價與GEs含量似乎呈現正相關，這可能是因為隨米糠毛油酸價升高，甘一酯、甘二酯含量升高，更易形成環酰氧鎓離子，為GEs的形成創造了條件[27]。根據周紅茹[13]的研究，毛油或未精煉植物油中3-MCPD酯含量在檢測限以下或者是微量，然而王璐陽[28]對玉米油、菜籽油、大豆油、花生油、葵花籽油等毛油中3-MCPD酯和GEs含量檢測的結果顯示，其范圍分別為0.084～0.863 mg/kg 和0.028～0.721 mg/kg。本實驗測得米糠毛油中存在3-MCPD酯且含量較高，這揭示了酸價顯著高于其他品種毛油的米糠毛油中3-MCPD酯和GEs含量可能會達到一個較高水平。

從表3 還可以看出，通過堿煉脫酸，米糠油中3-MCPD含量和GEs含量均有所下降，樣品3的降幅分別為26.6%和23.5%，樣品4的降幅分別為26.1%和43.6%，這與酸價降低及甘一酯、甘二酯含量降低相對應。說明堿煉脫酸過程包括堿煉脫酸油的水洗過程對3-MCPD和GEs的脫除有一定的作用，其原因可能是3-MCPD酯和GEs在堿煉過程中被皂腳吸附脫除或被水洗脫除，因此致使其含量降低。

2.4 不同酸價米糠毛油及堿煉前后的主要脂肪酸組成

如表4所示，4 種不同酸價米糠毛油中主要脂肪酸組成及其含量相差不大，其中不飽和脂肪酸占總脂肪酸含量的80%左右，主要由油酸（C18:1）和亞油酸（C18:2）組成，油酸質量分數約為36%～40%，亞油酸質量分數約為37%～42%，脂肪酸組成與WHO和FAO推薦的脂肪酸黃金配比很接近。堿煉脫酸前后米糠油中主要脂肪酸組成基本沒有變化。

表 4 不同米糠油的主要脂肪酸組成Table 4 Main fatty acid composition of different rice bran oils %

2.5 不同酸價米糠毛油及堿煉前后營養成分含量變化

表 5 不同米糠油中的谷維素含量Table 5 Oryzanol contents in different rice bran oils %

由表5可見，4 個米糠毛油中谷維素質量分數為1.82%～2.62%，谷維素含量豐富。經堿煉脫酸，谷維素含量顯著降低。毛油樣品3經堿煉后谷維素損失率為76%，毛油樣品4經一次堿煉后谷維素損失率為64%，二次堿煉相對于一次堿煉谷維素損失率僅為8.5%，兩次堿煉的總損失率為67.2%?？梢?，對于高酸價的米糠油采用兩次堿煉工藝對減少谷維素損失是有利的，因為在兩次堿煉工藝中，每一次堿煉過程均可采用較小的堿液濃度，這有利于谷維素的保留[29]。

表 6 不同米糠油中VE含量Table 6 VE contents in different rice bran oils mg/100 g

由表6可見，米糠毛油中含有組分齊全的4 種生育酚和4 種生育三烯酚，其中以α-生育酚含量最多（占19.6～21.5 mg/100 g），其次是α-生育三烯酚（占12.5～16.6 mg/100 g）。經堿煉脫酸VE含量明顯降低，毛油樣品3堿煉后VE損失率為19.5%，毛油樣品4經兩次堿煉后VE損失率為29.8%。堿煉脫酸過程VE的損耗可能是被皂腳吸附，也可能是在堿性條件下發生了自身損耗[30]。

表 7 不同米糠油中甾醇含量Table 7 Sterol contents in different rice bran oils mg/100 g

如表7所示，米糠毛油中含有豐富的植物甾醇，4 個毛油樣品中甾醇含量為1 130.19～1 562.97 mg/100 g，其中以谷甾醇含量最高，平均占總甾醇含量的51.1%，其次是菜油甾醇約占19.7%。堿煉脫酸過程造成甾醇含量降低，毛油樣品3堿煉后甾醇損失率為23.6%，毛油樣品4經兩次堿煉后甾醇損失率為39.3%，在一次堿煉中的損失率（29.0%）大于二次堿煉，說明堿液濃度和堿煉次數都會對甾醇損失造成影響，為減少甾醇損失，應盡量采用淡堿并減少堿煉次數。

3 結 論

通過對4 個不同酸價（10.34～23.86 mg/g）米糠毛油樣品的檢測發現，其中甘油三酯質量分數為70.31%～84.62%，甘一酯和甘二酯質量分數量為15.38%～29.69%，甘一酯和甘二酯含量隨毛油酸價的升高而顯著升高；3-MCPD酯含量為1.44～1.98 mg/kg，GEs含量為0.34～0.55 mg/kg，這2 種成分與毛油酸價之間未顯示出明確的相關性。對2 個酸價差別較大的米糠毛油進行堿煉脫酸后發現，甘一酯、甘二酯含量隨油脂酸價的降低而有所降低，但降低幅度有限，低酸價毛油中甘一酯和甘二酯總質量分數僅從15.38%降低至12.24%，高酸價毛油中甘一酯和甘二酯總質量分數僅從29.69%降低至26.29%。3-MCPD酯和GEs含量在堿煉脫酸過程均有明顯下降，兩個毛油樣品中3-MCPD酯和GEs含量的平均降幅分別為26.35%和33.55%，這可能緣于堿煉過程皂腳的吸附脫除作用或水洗脫除作用。此外，堿煉造成米糠油中營養成分的損失，其中谷維素損失率為64%～76%，VE損失率為19.5%～29.8%，甾醇損失率為23.6%～39.3%。