食品中氯丙醇酯的研究进展

——2015第一届北方食品质量与安全研讨会食品中氯丙醇酯的研究进展主要内容氯丙醇酯的结构与存在氯丙醇酯的毒性氯丙醇酯的形成机理氯丙醇酯的检测展望1、氯丙醇一、氯丙醇酯的结构与存在氯丙醇是公认的食品污染物，是指化学组成相似的一类化学物质，包括3-氯-1,2-丙二醇(3-MCPD)、1,3-二氯-2-丙醇(1,3-DCP)、2,3-二氯-1-丙醇(2,3-DCP)和2-氯-1,3-丙二醇(2-MCPD)。不同结构的氯丙醇，其毒性不同，主要是3-MCPD和1,3-DCP的毒性大，氯丙醇对肝、肾、神经、血液系统、生殖系统等均有毒性作用，而且还可以致癌[1-4]。氯丙醇是在许多种食品[5-7]中都存在的有害物质之一，其中含量较多的是酸水解植物蛋白液(HVP)、酱油，以及部分热加工产品。2、氯丙醇酯的结构一、氯丙醇酯的结构与存在氯丙醇酯包括单酯和二酯，由3-MCPD、2-MCPD、1,2-DCP、1,3-DCP与不同的脂肪酸（棕榈酸、油酸、硬脂酸等）结合而成，在一定条件下部分氯丙醇酯能够呈现旋光性[8]。氯丙醇酯的部分结构如图1所示[8-9]。2氯丙醇酯的结构3、氯丙醇酯的存在一、氯丙醇酯的结构与存在

1980年Davideak等人首次报道了，在酸水解植物蛋白(HVP液)的调味品中存在3-MCPD酯，随后Cerbulis等人[11]则首次报道了在天然未加工的食品——羊奶中，存在3-MCPD二酯，其中包括癸酸、硬脂酸、油酸等形成的酯基。近年来，随着3-MCPD分析技术的不断发展，国外陆续报道了在很多食品中都检测出较高含量的3-MCPD酯。食品样本检测数目平均含量（mg/kg）范围（mg/kg）参考文献奶油咖啡150.390.13-0.73[14]奶酪100.360.05-0.73[14]肉汤料50.500.38-0.67[14]咖啡150.140.01-0.39[15]咖啡代用品50.720.15-1.18[16]啤酒140.160.01-0.65[16]椰子油(精炼)21.551.42-1.69[17]橄榄油(精炼)51.46﹤0.30-2.46[17]棕仁油(精炼)31.170.85-1.40[14]棕榈油(精炼)42.821.39-4.17[14]大豆油(精炼)11.23[17]胚芽油(未精炼)20.10﹤0.10-﹤0.30[17]橄榄油(未精炼)40.07﹤0.10-﹤0.30[17]大豆油(未精炼)10.01﹤0.10[17]表1不同种类食品中3-MCPD酯的含量表2食品中3-MCPD和3-MCPD酯的含量对比样品样品量3-MCPD酯含量（mg/kg）3-MCPD含量（mg/kg）3-MCPD酯与3-MCPD含量比值菜籽油(精炼)[18]50.5200.005104橄榄油(精炼)[18]51.5000.005300法式炸薯条[18]16.1000.015407面包[18]10.0070.0061.20吐司面包[18]10.1600.0931.70固体咖啡[18]110.1400.01112.7黑麦芽[19]10.5800.02820.7酥脆面包卷[19]10.4200.01138.2咸味饼干[19]10.1400.01112.7炸面包圈[19]11.2100.01771.2腌鲱鱼[19]10.2800.02810.0二、氯丙醇酯的危害

一方面，体外实验显示3-MCPD酯可被哺乳动物肠道内的脂肪酶水解生成3-MCPD，并被肠道吸收，从而产生毒性作用[20-22]。

Seefelder等人[20]通过同位素标记3-MCPD单酯和二酯，在一个含有胰脂肪酶和猪胆汁提取物的模拟肠道模型中证实了3-MCPD酯的水解作用，3-MCPD单酯在模拟的肠道模型内，于1min钟内几乎全部水解成3-MCPD，而3-MCPD二酯的水解速度相对较慢，在1、5、90min反应后的产率分别达到45%、65%和95%。同时作者推测，因为3-MCPD酯的结构与酰基甘油类似，所以3-MCPD酯在体内的代谢途径可能与酰基甘油类似。二、氯丙醇酯的危害另一个方面，3-MCPD酯本身具有一定的毒性[23-25]。

LiuMan等[23]研究了3-MCPD单酯和二酯的瑞士小鼠的急性经口毒性以及在NRK-52E大鼠肾脏细胞中的细胞毒性，结果显示3-MCPD单酯的半数致死剂量（LD50）为2676.81mg/kgBW。3-MCPD单酯干预的小鼠平均体重下降，死亡小鼠出现肾小管坏死，蛋白管型，生精小管的精子细胞减少等症状。3-MCPD二酯的LD50

值大于5000mg/kgBW，死亡小鼠出现了同3-MCPD单酯干预组同样的病理变化。另外，MTT比色法和乳酸脱氢酶（LDH）试剂盒结果显示3-MCPD单酯可引起大鼠肾脏细胞的细胞毒性，而二酯则没有引起细胞毒性的迹象。可见3-MCPD单酯毒性强于其二酯。二、氯丙醇酯的危害为了充分说明3-MCPD酯对人的危害，Weißhaar[26]对2008年德国消费者通过精炼油而暴露3-MCPD酯释放3-MCPD的量进行了估计。他采用已报道的200份精炼油的3-MCPD酯含量的均值，并假设3-MCPD酯在肠道内全部水解为3-MCPD，由此调查估量了2008年德国人由于食用精炼油所导致的3-MCPD的平均暴露量为87.4μg/personday(见表3)。表32008年德国消费者通过精炼油而暴露3-MCPD酯释放3-MCPD的估量由此计算出一个体重为60kg的人，3-MCPD的每日平均摄入量（ADI）为1.5

μg/kgbw/day。食品添加剂联合专家委员会（JECFA）规定3-MCPD的每日容许摄入量(TDI)为2.0μg/kgbw/day[8]。精炼油3-MCPD(均值)mg/kg总消耗量*(t)暴露估量µg/personday棕榈油2.790000040.7大豆油0.96000009.0油菜籽油0.4320000021.5葵花油1.03000005.1棕榈仁油1.73000008.5玉米油1.7220000.5椰子油0.62000002.1合计87.4三、氯丙醇酯的形成机理1氯丙醇的形成机理三、氯丙醇酯的形成机理1氯丙醇的形成机理不同糖模型反应中3-MCPD形成2氯丙醇酯的形成机理三、氯丙醇酯的形成机理从上氯丙醇酯的形成机理可以看出，其前体物有甘油酯(包括三酰甘油酯、二酰甘油酯、单酰甘油酯)和氯化物。三酰甘油酯、二酰甘油酯、单酰甘油酯都是食用油(动物油脂和植物油脂)的主要成分。另外，3-MCPD酯在生成的同时，也会有少量的其它的氯丙醇酯生成，如2-氯-1,3-丙二醇酯(2-MCPD酯)、1,2-二氯丙醇酯(1,2-DCP酯)、1,3-二氯丙醇酯(1,3-DCP酯)。三、氯丙醇酯的形成机理从Franke等人[31]在两种棕榈油和一种菜籽油中研究油脂精炼过程和油脂类型对结合态3-MCPD形成的影响，研究结果发现，脱臭是影响3-MCPD酯形成的主要工艺，其他工艺如水解、脱胶、脱色等对3-MCPD含量变化的影响很小，脱臭后棕榈油和菜籽油中分别产生了4.4mg/kg和1.0mg/kg的自由态3-MCPD，脱臭温度是3-MCPD酯生成的主要因素，脱臭的条件对菜籽油中3-MCPD含量的影响如表4所示。

Weißhaar[32]也同样认为脱臭工序是3-MCPD酯形成的关键步骤。3、食用油中氯丙醇酯形成影响因素研究

Ramli等[33]则认为油脂精炼过程的脱胶和漂白步骤对3-MCPD酯的形成更为重要，Ramli证明酸性条件下更容易产生3-MCPD酯。油籽初始的热处理的温度和处理时间[17]也影响3-MCPD酯的形成。3、食用油中氯丙醇酯形成影响因素研究脱臭温度/℃脱臭时间/min3-MCPD酯含量/(mg/kg)18020<0.4210200.58±0.11240201.07±0.02270201.94±0.03240401.03±0.01240601.43±0.13表4脱臭条件对菜籽油中3-MCPD酯形成的影响

Svejkovska等[36]通过建立加工食品的模型，对3-MCPD酯的形成和分解进行了研究，考察了4种主要影响因素，如大豆油的含量、氯化钠的浓度、水的含量和温度，研究结果如下。

3-MCPD主要来自于单酰甘油酸酯，其次是双酰甘油酸酯；结合态3-MCPD与大豆油和氯化钠的添加量成正比；当食物中水分含量为20%时，结合态的3-MCPD含量达到最高；在100～230℃之间，随着处理温度的增加，结合态的3-MCPD含量逐渐降低；在1,2-双酰-3-MCPD的模型研究中发现，温度在100～230℃之间，3-MCPD酯的分解率逐渐增加。4、食品中氯丙醇酯形成影响因素研究在食品中3-MCPD酯的形成必要条件包括氯离子和三甘酯(或二酰基甘油、单甘酯)；影响因素：加工过程、加工温度、处理时间、油的含量、氯化钠的浓度等，其中加工温度是主要因素。小结四、氯丙醇酯的检测

两类检测方法：间接测定法[37-45]和直接测定法[53-55]。Foods(+internalstandard)Edibleoilsorextractedfat(+internalstandard)LC/MSofCPDestersFractionationtomono-ordiestersofCPDGC/MSofCPDestersReleaseofCPDfromCPDestersDerivatisationGC/MS四、氯丙醇酯的检测1、间接法[37-45]

不直接测定各种3-MCPD酯(sn1-3-MCPD单酯、sn2-3-MCPD单酯和3-MCPD双酯)的含量；通过酯交换将食品中存在的各种3-MCPD酯(固态3-MCPD)转化为游离态3-MCPD，测定3-MCPD的总含量，其中包括食品中原有的游离3-MCPD和各种3-MCPD酯转化的3-MCPD，然后减去食品中游离3-MCPD的含量，即为固态3-MCPD的含量。Edibleoilsorextractedfat(+internalstandard)TransesterificationNeutralisation/saltingout/FEMAremovalDerivatisationGC/MSofhexaneextractTertbutylmethylether/3-MCPD-d5NaOCH3inCH3OH/10min@RTIsohexane/CH3CO2H/NaCl(aq.)/IsohexanePhenylboronicacid/20min@80℃THFH2SO4inCH3OH/16h@40℃NaHCO3(aq.)/3-MCPD-d5/NaCl(aq.)/hexanePhenylboronicacid/20min@90℃ALKALINEACIDIChexaneisohexane序号类别试剂1内标自由态3-MCPD-d5[46]、结合态3-MCPD-d5[41-43,47](如二棕榈酰-3-MCPD-d5)2催化剂酸催化剂(如H2SO4)、碱催化剂(如NaOH、NaOCH3)3盐析试剂氯化钠、硫酸钠、溴化钠、硫酸铵、碳酸氢钠等4衍生化试剂丙酮、苯硼酸(PBA)、七氟丁酰基咪唑(HFBI)或七氟丁酸酐(HFBA)5仪器气相色谱(GC)、气质联机(GC-MS)、二维气质联机(GC/GC-MS)[48]、三重四级杆气质联机(GC-MS/MS)[49]表5间接法各分析步骤中已报导过使用的试剂和主要仪器2、直接法直接法测定法是指不将油样中的3-MCPD酯裂解为3-MCPD，而直接分析各种3-MCPD酯的含量[13,51-52]。

Haines等人[51]采用LC-TOFMS直接测定3–MCPD的单酯和双酯，并将结果与用DGF标准间接法检测的结果作了比较，发现DGF标准方法检测出的3-MCPD总酯含量较高。3、间接法和直接法比较项目间接法直接法比较碱催化法酸催化法标准品3-MCPD-d5或PP-3-MCPD-d5市场购买，易得3-MCPD单酯3-MCPD双酯自行合成，不易得间接