食用植物油中氯丙醇酯的形成途径与检测方法

刘 京1,2，王瑛瑶1,*，段章群1，张 晖2，王 立2，魏翠平1，栾 霞1

(1.国家粮食局科学研究院，北京 100037；2.江南大学食品学院，江苏 无锡 214122)

摘 要：近年来，食用油脂中的氯丙醇酯是引起广泛关注的潜在危害因子。其中，3-氯-1,2-丙二醇(3-MCPD)酯是氯丙醇酯类化合物的研究重点。本文概述食用油脂体系中3-氯丙醇酯的形成机理、控制措施，以及不同检测方法及其应用优劣，旨在为促进对食用油脂中加工污染物危害的认识和控制提供一定的参考。

关键词：氯丙醇酯；食用油脂；形成机理；控制措施；检测方法

Formation Pathways and Detection Methods of Chlorine Propanol Esters in Edible Vegetable Oil

LIU Jing1,2，WANG Ying-yao1,*，DUAN Zhang-qun1，ZHANG Hui2，WANG Li2，WEI Cui-ping1，LUAN Xia1

(1. Academy of State Administration of Grain, Beijing 100037, China；

2. College of Food Science, Jiangnan University, Wuxi 214122, China)

Abstract：Chlorine propanol esters become a new potential risk factor of wide concern in edible oils. 3-Chloropropane-1,2-diol (3-MCPD) ester is the most important material in the chlorine propanol compounds. The formation mechanism, control technique, detection methods and the applications of 3-chlorine propanol esters in edible oils system were reviewed in this paper, which will provide the understanding and control for the hazards of contaminant formation in the processing of edible oils.

Key words：chlorine propanol esters；edible oil；formation mechanism；control technique；analysis methods

中图分类号：TS227 文献标志码：A 文章编号：1002-6630(2013)21-0375-04

doi:10.7506/spkx1002-6630-201321074

近年来，氯丙醇酯是油脂类食品中引起广泛关注的一个潜在危害因子，其首次在油脂中发现是在1983年，西班牙科学家用盐酸处理受苯胺污染的菜籽油，从中检测出一定含量的3-氯丙醇酯。随后20余年，有关油脂类食品中的氯丙醇酯国内外只有一些零星报道。2004年以后，在精制食用油、人造奶油和婴幼儿配方食品中发现3-氯丙醇酯(单酯和双酯)的报道逐渐增加[1]。现已证实3-氯丙醇酯在以谷物、咖啡、鱼和肉制品、马铃薯、坚果和食用油为原料的热加工油脂食品中广泛存在，其含量在0.2～6.6mg/kg油之间(以3-氯丙醇计)[2]。

氯丙醇酯是氯丙醇类化合物与脂肪酸的酯化产物。氯丙醇具有潜在的致癌性，并且能抑制雄性激素，使大鼠精子减少和精子活性降低，生殖能力减弱[3]。氯丙醇类化合物包括单氯取代的3-氯-1,2-丙二醇(3-MCPD)、2-氯-1,3-丙二醇(2-MCPD)及双氯取代的1,3-二氯-2-丙醇(1,3-DCP)、2,3-二氯-1-丙醇(2,3-DCP)。其中以3-MCPD在食品中污染量最大，毒性最强，因此常作为氯丙醇类化合物的代表和毒性参照物[4]。在大多数的食用油脂中，除少量氯丙醇以游离形式存在外，大部分以氯丙醇酯形式存在[5]。研究发现，3-MCPD酯几乎存在于所有精炼植物油中，其中以精炼玉米油中含量最低，为0.3～1.3mg/kg，精炼棕榈油中含量最高，为4.5～13mg/kg[6]。随食用油脂摄入体内的3-氯丙醇酯在肠胰脂酶作用下可水解释放出3-MCPD，因此，虽然尚未获得足够的3-MCPD酯人体毒理学评估数据，但其潜在影响已经受到极大的关注[7]。

1 氯丙醇酯化合物的潜在危害

1993年，世界卫生组织(WHO)对氯丙醇类物质的毒性提出警告；1995年，欧共体委员会食品科学分会对氯丙醇类物质的毒性作出评价，认为它是一种致癌物，其最低阈值应为检不出为宜；食品和药品管理局(FDA)建议食物所含3-MCPD的水平不应超过1mg/kg干物质[1]；2001年，食品添加剂联合专家委员会(JECFA)制定了3-MCPD的暂定每日最大耐受量(TDI)为2μg/kg[8]。

Liu Man等[8]对棕榈酸3-MCPD单酯和棕榈酸3-MCPD双酯的毒性进行了研究，得出棕榈酸3-MCPD单酯的大鼠经口半数致死量(LD50)为2676.81mg/kg，而棕榈酸3-MCPD双酯的大鼠经口半数致死量(LD50)为5000mg/kg。

3-MCPD酯是3-MCPD的前体物质之一，为此，德国联邦风险评估机构(BfR)和欧盟食品安全局(EFSA)一致认为应根据3-MCPD的毒理学数据对3-MCPD酯进行风险评估，即假定3-MCPD酯在胃肠道内完全水解成3-MCPD，且3-MCPD 100%来源于3-MCPD酯[9-11]。

2 氯丙醇酯的形成途径及其控制措施

植物油中氯丙醇酯形成机理并未完全清晰。有研究表明3-MCPD酯的形成是以甘油三酯(TAG)为前体，TAG可能通过A、B两种途径生成3-MCPD酯[9,12]，如图1所示。A途径是TAG直接氯化成3-MCPD双酯，部分酰基水解成3-MCPD单酯；B途径是TAG先水解成甘油酯，然后再氯化成3-MCPD酯。由于氯的亲水疏油性，在食用油中A途径形成的3-MCPD酯量可能有限，大部分通过B途径形成。

图 1 TAG生成3-MCPD酯的两条可能途径[9,12]

Fig.1 Two possible pathways of 3-MCPD ester from TAG[9,12]

Rahn[9]、Hamlet[13]等提出了食用油脂中形成3-MCPD酯的可能机制，即在路易斯酸存在条件下，甘油三酯首先形成中间产物环酰氧鎓离子，再与氯离子反应生成3-MCPD酯，如图2所示，环酰氧鎓离子去质子形成缩水甘油酯，加氯形成2-MCPD单酯或3-MCPD单酯。实验表明，食用油体系中，缩水甘油酯也是3-MCPD酯的前体物质之一，食用油中10%～60%的3-MCPD酯从缩水甘油酯转化而来。

图 2 3-氯丙醇酯可能的形成机制

Fig.2 The possible formation mechanisms of 3-MCPD ester

油脂中引入路易斯酸的环节主要是在油脂精炼工序中[14]。Ibrahim[15]通过研究总结得出，影响食用油中3-MCPD酯形成的主要因素是Cl－、pH值和脱臭温度。油脂精炼的脱胶步骤中应尽量避免强酸的使用，脱臭时应尽量降低温度。Zelinkova等[1]测定菜籽油、葵花籽油等6种植物油品、经过不同精炼工序后的3-MCPD酯含量(图3)证实，3-MCPD酯主要是在精炼的脱臭工序中形成的，其他工序处理后的样品中3-MCPD酯含量很低。

图 3 6种油脂在各精炼工序中的3-MCPD酯含量

Fig.3 3-MCPD ester contents in six kinds of oils during the refining process

油脂精炼工序中如何有效控制或者避免氯丙醇酯的生成，又同时保证油的品质指标合格，是油脂科技面临的新问题。这需要对一些工艺因素如酸用量、酸种类，白土种类，脱臭时间、脱臭温度等进行综合考虑并进行验证[16]。

3 3-氯丙醇酯的检测

鉴于氯丙醇与氯丙醇酯之间的关系，所以建立准确可靠的氯丙醇酯检测方法就显得尤为迫切。目前关于食用油脂中3-MCPD酯的检测方法分为间接方法和直接方法。

3.1 间接方法

间接方法即将3-MCPD酯水解成3-MCPD，再选取适当的衍生化试剂与其发生特异性反应，使生成物易于采用气相色谱或高效液相色谱等仪器进行定量分析。根据水解方式的不同，主要有酸水解法和碱水解法。这两种方法的原理都是使3-MCPD酯水解释放出3-MCPD，经过盐析萃取、衍生化，再通过GC-MS定量。

碱水解法(如德国联邦风险评估机构颁布的BfR方法009)受pH值和盐析时所用钠盐的种类影响较大。2009年，德国油脂科学学会(DGF)建立了同时检测3-MCPD酯和缩水甘油酯的标准方法C-Ⅲ18。此方法先将3-MCPD酯和缩水甘油酯全部转化成3-MCPD检测总含量，再通过破坏样品中的缩水甘油酯检测3-MCPD酯的量。衍生化试剂通常采用苯硼酸或七氟丁酰基咪唑，然后经过有机试剂萃取，再通过GC-MS量化，内标物为3-MCPD-d5，质谱一般采用选择离子检测模式[17]。此方法中水解时会造成3-氯丙醇酯减少，用氯化钠盐析时由于部分缩水甘油酯会转变成3-氯丙醇酯又将使测定结果偏大[18]。

王力清等[19]对DGF方法进行了改进，采用GC-MS/MS
三重四极杆串联质谱多离子反应监测(MRM)技术减少了基体杂质对3-MCPD衍生物定性的干扰，同时也提高了方法的灵敏度，同时采用同位素稀释方法消除了样品前处理过程对3-MCPD检测结果的影响。通过优化实验条件，3-MCPD脂肪酸酯最低检出限为20μg/kg，回收率为80.3%～105.4%，相对标准偏差为3.45%。

Hrncirik等[20]指出碱水解法对水解条件的要求较为严格，对酯转化的时间更为灵敏，而且即使使用不同的内标物(3-MCPD-d5和PP-3-MCPD-d5)也会呈现出不同的结果。在此基础上，Ermacora等[21]采用GC-MS通过酸水解法同时检测植物油中的3-MCPD、2-MCPD和缩水甘油酯，氯丙醇酯的检测限为0.04mg/kg，缩水甘油酯的检测限为0.06mg/kg，相对标准偏差在2.5%以下。Ermacora等[22]进一步采用硫酸甲醇法水解，在不影响灵敏度和相对标准偏差的前提下将水解时间由传统的16h缩短到了4h。

Miyazaki等[23]针对酸碱催化水解方法的缺点，使用脂肪酶水解，再经过水化和溴化，3-MCPD酯和缩水甘油酯分别转化为3-MCPD和3-溴-1,2丙二醇(3-MBPD)，苯硼酸衍生后进行测定，无需进行3-MCPD和缩水甘油之间的转化。

3.2 直接方法

直接方法即不破坏3-MCPD酯结构直接检测其含量。其中有直接稀释后经色谱分离质谱检测，但大部分是先净化后经色谱分离质谱检测[24]。

Haines等[18]用流动相溶解油样后，采用高效液相色谱-飞行时间质谱(LC-TOF/MS)直接检测3-MCPD酯和缩水甘油酯的含量。流动相A为甲醇-乙腈(9:1，V/V)，流动相B为80%甲醇-二氯甲烷/乙腈(8:1，V/V)；为了使得分析物易于电离，流动相A和B中均加入了0.26mmol的醋酸钠，使得分析物易于电离，并且用单离子监测(SIM)以提高方法的检测灵敏度。此方法中氯丙醇单酯的检测限为15～60μg/kg，氯丙醇双酯的检测限为4～25μg/kg，缩水甘油酯的检测限为3μg/kg，相对标准偏差为5%～10%。该方法最大的问题是，流动相中金属Na+对质谱系统有很大的损害，比如易污染设备、腐蚀ESI源。因此，这种以损害设备为前提获取分析数据的方法，缺乏应用的可能与价值。

Hori等[25]指出LC-TOF/MS直接检测植物油中MCPD酯和缩水甘油酯时使用大量的洗脱组分影响检测灵敏性和系统稳定性，并就上述方法作了改进。样品先经过C18柱反相萃取和硅胶柱正相萃取，再经过超高效液相色谱(UPLC)C18色谱柱系统，以含浓度0.2mmol/L甲酸钠的甲醇-水为流动相进行洗脱后用TOF/MS检测。甲醇-水流动相能使缩水甘油酯和3-MCPD酯得到很好的分离。方法精确性与灵敏度得到提高，能分别检测3-MCPD单酯、双酯以及缩水甘油酯，保留时间的相对标准偏差低于1.7%，3-MCPD单酯的检测限低于0.86ng/mL，3-MCPD双酯的检测限低于0.22ng/mL，缩水甘油酯的检测限低于0.16ng/mL。从油样中检测到的3-MCPD酯和缩水甘油酯的回收率为62.6%～108.8%，相对标准偏差为1.5%～11.3%。但此方法也在流动相中加入了醋酸钠，所以仍存在设备污染的问题。

Moravcova等[26]采用快速硅胶柱色谱从植物油中分离纯化出3-氯丙醇酯，再通过UPLC结合Exactive轨道阱高分辨质谱进行检测。此方法灵敏、准确，分析时间仅需要10min，大大节省了流动相消耗。检测到的3-MCPD酯和缩水甘油酯的回收率在89%～120%之间，检测限在2～5μg/kg，相对标准偏差在9%以下。

直接方法测定食用油脂中的3-氯丙醇酯时可以保证目标分析物的完整性，其测定结果具有较高的可信度。直接方法的缺点是不同的3-氯丙醇酯和其内标物的标准品具有有限的商业利用率，并且其内标物价格昂贵。如果标准品采用实验室合成的方法，又不能保证其纯度和分析结果的真实性[17]。

3.3 直接与间接检测方法的对比

Dubois等[27]对间接方法和直接方法进行了对比。间接方法需要较少的标准品，测定所需时间短，而且适用于不同种类的食用油，所以推荐为常规检测方法。但一般情况下，间接方法的碱水解法重复性不好，而酸水解法由于酸条件处理或氯离子的引入可能诱发3-MCPD的生成，使检测结果偏高。因此认为直接方法对于油脂中
3-氯丙醇酯的检测准确性较高。Haines等[18]对DGF标准方法和LC-TOF/MS方法的结果进行了比较，如表1所示。

表 1 DGF标准方法和LC-TOF/MS方法结果的比较[18]

Table 1 Comparison the results from DGF method and LC-TOF/MS[18]

注：ND. 无相关数据。

但是，直接方法中也存在很多需要解决的实际难题，诸如使用LC-TOF/MS检测3-MCPD酯和缩水甘油酯时，流动相中Na+对质谱系统的损坏和标准品难以获得。因此，研发有效的测定食用油脂中3-氯丙醇酯的可行方法还需要科研工作者进一步努力。

4 结 语

3-MCPD 酯在精炼油脂中的存在是一个全球化的问题。煎炸面制品中危害健康的丙烯酰胺可以通过一套较为简单的措施来显著降低或者控制其形成，但显著降低3-MCPD酯的方法还需要油脂科技工作者付出努力[28]。国外对氯丙醇酯的毒性研究以及未来在此基础上可能的限量规范，将有效地提高食品安全风险控制能力，也必将对我国油脂科技与产品产生影响。在今后相当长的一段时间内，我国油脂科技界与工业界应共同努力，积极应对挑战，进一步开展氯丙醇酯的公益性基础研究和控制技术研究。

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