橄榄二酯油烘焙苏打饼干中3-氯丙醇酯、缩水甘油酯产生规律及其质构分析

戢颖瑞，罗日明，姚怡心，王卫飞，王永华，杨 博，蓝东明,*

（1.华南理工大学食品科学与工程学院，广东 广州 510640；2.广东粤膳特医营养科技有限公司，广东 佛山 528200；3.华南理工大学生物科学与工程学院，广东 广州 510640）

甘油二酯（diglycerides，DAG）是食用油脂的天然组分，2009年我国18号新资源食品公告规定，以天然食用植物油为原料经酶催化等加工工艺获得DAG质量分数40%以上的食用油脂为甘油二酯油。大量研究证明，甘油二酯油具有高能量低累积的特点，对人体具有降低体脂、改善脂质代谢、调节血糖水平等功效。煎炸和烘焙均是国内外常见的食品热加工方式，可以赋予食物特有的口感和风味，油脂是烘焙过程必不可少的原料。煎炸和烘焙食品一般具有较高的油脂含量，以甘油二酯油代替普通煎炸、烘焙油脂可以避免体内脂肪过量累积，同时具有改善人体脂质代谢等潜在的健康效果。有研究报导，花王甘油二酯油产品高温热加工（240 ℃）时会产生缩水甘油酯（glycidyl esters，GE）、3-氯丙醇酯（3-monochloropropane-1,2-diol esters，3-MCPDE）等有害物质。目前，食品加工过程中3-MCPDE和GE产生规律的研究多集中于煎炸工艺，主要考察煎炸温度、时间、盐添加量、水分含量、抗氧化剂等因素的影响。烘焙食品中有关3-MCPDE和GE的研究，主要集中在烘焙条件和非油脂原料对烘焙产品品质带来的作用效果，对不同油脂原料烘焙时3-MCPDE和GE的产生规律鲜见报道。

3-MCPDE和GE类物质是油脂脱臭精炼、煎炸等高温条件下易产生的有害物质。3-MCPDE在体内脂肪酶的作用下易水解为具有致癌作用的氯丙醇，GE在体内经脂质代谢产生具有基因毒性的缩水甘油，3-MCPDE和GE在日常食品及婴幼儿配方食品中越来越受到关注。普通食用油主要成分是甘油三酯（triglycerides，TAG）和DAG，单甘油酯（monoglycerides，MAG）含量较少一般低于1%。食用油脂和食品中的3-MCPDE和GE主要来源于甘油酯高温受热时发生的化学反应，甘油酯类物质在热处理条件超过一定阈值时（温度和受热时间），3 种甘油酯（MAG、DAG、TAG）均可能转化为3-MCPDE和GE。李利君等模拟油脂脱臭（氮气保护、240 ℃、加热2 h）过程考察油脂成分对3-MCPDE和GE含量的影响，发现MAG是形成3-MCPDE和GE最具活性的前体物质。刘玉兰等使用花生油对不同食材进行连续煎炸和间歇煎炸，发现随煎炸时间的延长，煎炸油及空白煎炸油中3-MCPDE含量均呈现先升高后降低的趋势，而GE含量则持续升高，不同食材煎炸油中3-MCPDE和GE含量有显著差异。菜籽油二酯油产品在煎炸等热处理实验中发现稳定性较差，更在2009年发现该产品GE含量远高于欧盟限值。甘油二酯油的热加工应用和安全性考察需要进一步研究，目前尚缺少采用甘油二酯油为原料的烘焙食品加工过程中3-MCPDE、GE产生机制及变化规律的研究报道。

橄榄甘油二酯油和天然橄榄油脂肪酸组成几乎一致，不饱和脂肪酸含量高，多为单不饱和的油酸，在煎炸、烘焙等食品的热加工过程中不易发生氧化等劣变反应。本研究使用不同DAG含量的食用橄榄油制备苏打饼干。在饼干基本配方的基础上，考察油脂组成（DAG质量分数）、盐添加量、烘焙工艺条件等对油脂中3-MCPDE、GE形成和饼干质构的影响，旨在为甘油二酯类功能性食用油在烘焙食品中应用效果和安全性考察，提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

低筋面粉 肇庆福加德面粉有限公司；食用盐广东盐业集团有限公司；小苏打 山东圣琪生物有限公司；高活性干酵母 安琪酵母股份有限公司。

精炼橄榄油（实验样品1） 广东东莞油脂公司；橄榄二酯油（DAG=80%）（实验样品2） 广东粤膳特医营养科技有限公司；其中40% DAG和60% DAG的橄榄油是将精炼橄榄油和80%橄榄二酯油按1∶1和1∶3的质量比进行物理混合得到；实验样品1和实验样品2均是油酸为主体，具体脂肪酸组成如表1所示。

表1 精炼橄榄油和橄榄二酯油脂肪酸组成Table 1 Fatty acid composition of refined olive oil and diglyceride-rich olive oil%

3-氯-1,2-丙二棕榈酸酯、3-氯-1,2-丙二棕榈酸酯-，棕榈酸缩水甘油酯、棕榈酸缩水甘油酯-均为标准品（纯度≥97%） 加拿大TRC公司；正己烷（色谱纯） 美国Aladdin公司；正庚烷、丙酮、甲苯、苯基硼酸（phenylboronic acid，PBA）、无水四氢呋喃（tetrahydrofuran，THF）、溴化钠、硫酸、甲醇、硫酸钠、碳酸氢钠等（均为色谱纯） 美国Sigma公司；实验用水均为超纯水。

1.2 仪器与设备

TQ8050气相色谱-质谱联用仪 日本Shimadzu公司；毛细管色谱柱Equity-1（30 mh0.25 mm，1 μm） 美国Supelco公司；TA-118 XT plus质构仪 英国Stable Micro System公司；ATO-HB30HT烤箱 北美电器（珠海）有限公司；HGC-12A氮吹仪 天津市恒奥科技发展有限公司；HWS-26电热恒温水浴锅 上海一恒科学仪器有限公司；KM-1030B数控超声波清洗器 宁波新芝生物科技股份有限公司。

1.3 方法

1.3.1 苏打饼干制作

将面粉（100 g）、酵母（1 g）、小苏打（0.5 g）、脱脂牛奶（60 g）、精炼橄榄油或橄榄二酯油（20 g）和盐（1 g）混合形成光滑的面团。室温下醒发20 min后，将面团压成3 mm厚度，切成40 mmh40 mm的饼胚。最后，饼干在160 ℃下烘烤10 min。在相同条件下烤箱直接加热不含烘焙材料的橄榄二酯油作为空白组。通过改变同一因素下的不同水平，确定不同因素对3-MCPDE和GE的影响程度，单因素试验条件如表2所示。

表2 烘焙苏打饼干试验条件Table 2 Experimental conditions for production of soda biscuit

1.3.2 苏打饼干硬度和黏度测定

采用质构仪测定苏打饼干的硬度和黏度，探头为P/36 R。设置参数：测前速率2 mm/s，测试速率1 mm/s，测后速率2 mm/s，触发力5 g。每组样品重复测试10 次，取平均值。

1.3.3 苏打饼干中3-MCPDE和GE测定

1.3.3.1 样品预处理

将苏打饼干研磨成粉末，使用正己烷进行水浴超声波提取脂肪后，3-MCPDE和GE参照AOCS Office Method Cd 29a-13的方法进行测定。称量100～10 mg提取油样置于带螺旋盖的玻璃试管中，随后在试管中加入内标溶液和THF充分溶解。然后加入酸化的溴化钠溶液，将GE转化为溴丙醇酯。混合溶液与1.8%的硫酸-甲醇溶液在40 ℃条件下反应16 h，最后用PBA衍生后放入进样小瓶中待测。

1.3.3.2 气相色谱-质谱联用检测

色谱检测条件：非极性毛细管色谱柱Equity-1（30 mh0.25 mm，1 μm）；进样温度250 ℃，进样量1 μL，不分流进样；溶剂延迟时间7 min；载气为氦气，流速为0.8 mL/min；升温程序：在初始温度80 ℃保持1 min后，以10 ℃/min升温至170 ℃，以3 ℃/min升至200 ℃，最后以15 ℃/min升到300 ℃，保持10 min。

质谱检测条件：电离能量70 eV；离子源温度230 ℃；接口温度300 ℃；溶剂延迟时间5 min；采用选择离子扫描模式检测，内标法定量。设定4 种衍生物的监测离子：3-MCPDE衍生物（定量离子/147，定性离子/196、198）；3-MCPDE-衍生物（定量离子/150，定性离子/201、203）；GE衍生物（定量离子/147，定性离子/240）；GE-衍生物（定量离子/150，定性离子/245）。

1.4 数据处理

2 结果与分析

2.1 3-MCPDE和GE标准曲线

食用油脂和普通食品中3-MCPDE检测方法已有大量研究，一般采用灵敏度高的气相色谱-质谱联用法。以3-MCPDE和GE的标准物含量与内标物质量浓度比为横坐标，相应峰面积之比为纵坐标得到标准曲线方程，线性系数均大于0.999（表3）。3-MCPDE回收率范围为89.39%～106.88%，GE回收率范围为94.92%～110.15%，且二者的相对标准差均在10%以内，具有良好的重复性与精密度，可用于检测本研究饼干样品中3-MCPDE和GE的含量。

表33 -MCPDE和GE标准曲线方程、回收率及相对标准偏差Table 3 Calibration equations, recoveries and RSDs for 3-MCPDE and GE

2.2 烘焙条件对3-MCPDE和GE的影响

2.2.1 DAG质量分数对苏打饼干中3-MCPDE和GE含量的影响

DAG质量分数高的油脂在烘焙中的应用研究报道较少，DAG是天然动植物油脂中普遍存在的脂类成分，食用油脂中DAG达到一定质量分数（一般为27.3%）时具有改善脂质代谢等显著的生理功能。本研究考察苏打饼干烘焙加工时，橄榄油中DAG含量对3-MCPDE和GE产生的影响。由图1可知，随着DAG质量分数的增加，空白样品中3-MCPDE和GE的含量无显著性差异，饼干样品中3-MCPDE和GE呈现下降趋势，3-MCPDE由1.05 mg/kg下降到0.71 mg/kg，而GE由0.29 mg/kg下降到0.22 mg/kg。这说明在常用的食品烘焙加工过程中，增加油脂中DAG质量分数不会引起3-MCPDE和GE的产生，这与现有研究发现基本一致。Merkle等用MAG/DAG添加到食材中进行间歇煎炸实验，发现不同MAG/DAG质量分数的煎炸体系中3-MCPDE和GE无显著差异。此外，张家枫等发现橄榄油等植物油脂中3-MCPDE和GE的含量与DAG和MAG总量之间并未显示出明确相关性，Shimizu等和李加辛的研究结果证实在高温精炼状态下（240 ℃），与其他甘油酯组分相比，MAG对3-MCPDE和GE的形成影响更显著。

图1 不同DAG质量分数制备的饼干中3-MCPDE和GE含量Fig.1 Effect of different DAG contents in olive oil on 3-MCPDE and GE contents in soda biscuit

2.2.2 烘焙温度对饼干中3-MCPDE和GE含量的影响

甘油酯高温热处理条件下，温度是其产生3-MCPDE和GE最关键因素，本研究以DAG质量分数为80%的橄榄二酯油为原料，盐添加量1%，在150～180 ℃、烘焙10 min时，发现3-MCPDE和GE均呈现随温度升高而上升的趋势（图2）。空白样品在烤箱中加热，3-MCPDE和GE含量与饼干样品中具有相同的变化趋势。这说明苏打饼干烘焙过程中，其油脂成分是产生3-MCPDE和GE的主要前体物质，且烘焙温度高于170 ℃时3-MCPDE和GE增加速率均加快。现有研究也表明MAG、DAG质量分数较高的食用油脂，在高于180 ℃的热处理条件下3-MCPDE和GE显著增加。由图2可知，尽管在较高的温度（180 ℃）下进行烘焙加工，3-MCPDE仍位于欧盟限量安全值（1.25 mg/kg）以下，而饼干和空白组中的GE含量也始终低于0.45 mg/kg，这说明80% DAG质量分数的橄榄二酯油用于烘焙食品加工符合国内外食品安全法规。

图2 不同烘焙温度下饼干中3-MCPDE和GE含量Fig.2 Effect of different baking temperatures on 3-MCPDE and GE contents in soda biscuit

2.2.3 盐添加量对饼干中3-MCPDE和GE含量的影响

油脂高温加热时，盐中含有的NaCl可以为3-MCPDE的形成提供氯源，当使用植物油进行煎炸或烘焙食品时，盐的过量添加会导致3-MCPDE的产生。由图3A可以看出，以DAG质量分数80%的橄榄二酯油为原料、160 ℃烘焙10 min，苏打饼干中3-MCPDE随盐添加量的增加有缓慢上升趋势（0.68～0.75 mg/kg），空白组中3-MCPDE含量为0.64～1.17 mg/kg，并在盐添加量超过1%时增加速率加快。这说明盐提供氯源存在一定的浓度阈值，Mogol等研究发现采用不添加盐的烘焙配方时3-MCPDE的反应速率常数分别降低85.4%和57.5%。由图3B可知，不同盐添加量进行烘焙和加热处理时，GE含量没有显著变化，这表明在本研究中盐的存在对GE的形成没有影响，这与Yildirim等的研究结论一致。

图3 不同盐添加量饼干中3-MCPDE（A）和GE（B）含量Fig.3 Effect of adding different amounts of salt on 3-MCPDE (A) and GE (B) contents in soda biscuit

2.2.4 烘焙时间对苏打饼干中3-MCPDE和GE含量的影响

高温下过长的受热时间是甘油酯中3-MCPDE、GE含量增加的关键因素之一。食用植物油在长时间的煎炸使用时3-MCPDE含量会先增加再降低，这是由于该体系中3-MCPDE的形成低于其分解速率，而GE随时间的延长逐渐增加且相对更稳定。在Wong等持续长达6 d的煎炸条件下，3-MCPDE呈显著升高之后下降的趋势，而GE呈持续上升趋势。由图4可以看出，以DAG质量分数80%的橄榄二酯油为原料、盐添加量1%，160 ℃烘焙制备苏打饼干，随着烘焙时间的延长，饼干中3-MCPDE由0.7 mg/kg增加到0.84 mg/kg远低于国内外规定的安全限量，而GE含量无显著性增加。

图4 不同烘焙时间饼干中3-MCPDE和GE的含量Fig.4 Effect of baking time on 3-MCPDE and GE contents in soda biscuit

2.3 影响MCPDE和GE产生的烘焙因素分析

采用Pearson相关性分析方法，考察油脂中DAG质量分数、烘焙温度、盐添加量及烘焙时间对3-MCPDE、GE的影响，被测变量之间的相关程度用相关系数表示。

由表4可知，在烘焙过程中油脂中DAG质量分数和烘焙时间与3-MCPDE和GE没有呈现显著相关；烘焙温度与3-MCPDE和GE的含量呈显著正相关，且温度和3-MCPDE含量相关系数最高，达到0.998；而盐添加量与GE相关性弱，与3-MCPDE表现非常强的相关性。这些结果表明，在烘焙过程中3-MCPDE和GE的形成，与加热温度和盐密切相关，影响程度依次为烘焙温度＞盐添加量＞烘焙时间＞DAG质量分数。因此，在烘焙食品过程中，不宜采用过高的加工温度和盐添加量，这与Mogol等对烘焙过程中3-MCPDE的反应速率常数的动力学研究结果一致。

表4 不同测定指标之间Pearson相关系数Table 4 Pearson correlation coefficients between baking conditions and 3-MCPDE and GE contents

2.4 烘焙条件对饼干质构特性的影响

质构特性是评价饼干品质的重要指标，考察DAG质量分数、烘焙温度、盐添加量和烘焙时间对苏打饼干硬度和黏度的影响。由图5可知，高温导致苏打饼干中的水分快速流失而硬度随着温度的升高而增加；苏打饼干的硬度和黏度随盐添加量增加无显著性变化。在橄榄二酯油中DAG质量分数达到40%以上时苏打饼干硬度和黏度都明显更低，DAG质量分数继续增加时苏打饼干的黏度和硬度无明显差异（图5A）。由图5D可以看出，烘焙处理10 min之前过低的硬度或是由于饼干中的含水量较高，随着烘焙时间的延长，饼干的硬度和黏度都相应升高，10 min和12.5 min之间的硬度和黏度无显著差异。这是因为与精炼橄榄油相比，橄榄二酯油富含DAG，不但具有甘油二酯食用油的有益生理功能，同时具有更好的乳化特性，在烘焙制品中有更好的持水性可以改善食品的质构和口感。

图5 烘焙条件对饼干硬度和质构的影响Fig.5 Effect of baking conditions on the hardness and gumminess of soda biscuit

3 结 论

通过对橄榄二酯油烘焙苏打饼干过程中3-MCPDE和GE形成规律的影响因素研究，发现3-MCPDE和GE的形成主要与加热温度有关，其次是盐添加量、烘焙时间，最后是甘油酯组成（DAG质量分数）。结果表明，即使在较高的烘焙温度（180 ℃）、较高的DAG质量分数（80%）时，苏打饼干中3-MCPDE和GE的含量也远低于国内外食品安全限量（分别为1.25 mg/kg和1 mg/kg），橄榄二酯油用于烘焙加工是安全可靠的。烘焙温度与3-MCPDE和GE呈显著正相关（＞0.9），当盐添加量超过1%时对3-MCPDE的形成有显著影响，而DAG质量分数对3-MCPDE和GE无显著影响（＞0.05）。