醬油中氯丙醇的產(chǎn)生、毒性及檢測技術(shù)

醬油中氯丙醇的產(chǎn)生、毒性及檢測技術(shù)

發(fā)酵飲料是人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡氖澄?，也是中國傳統(tǒng)出口產(chǎn)品。其中醬油為最具代表性的一種。醬油的生產(chǎn)工藝主要有天然釀造、酸解、配制等三大類。天然釀造是以大豆或脫脂大豆、小麥或麩皮為主要原料,經(jīng)微生物天然發(fā)酵釀造而成,也就是傳統(tǒng)的醬油釀造方法。用此法生產(chǎn)的醬油醇香味美,理論上不存在氯丙醇的問題,但缺點是成本較高、生產(chǎn)周期長。化學酸解法是以脫脂大豆、花生粕、小麥蛋白或玉米蛋白為原料用鹽酸水解的方法分解植物原料中的蛋白質(zhì),制成酸水解植物蛋白調(diào)味液(簡稱HVP),俗稱為“化學醬油”。這種方法成本低、工藝簡化、生產(chǎn)周期短、而且鮮味突出、因此不少廠家用此法生產(chǎn)調(diào)味品,或在釀造醬油中添加HVP。然而,由于酸水解過程中鹽酸不恰當?shù)乃饧捌渌蛩氐挠绊懢蜁a(chǎn)生氯丙醇。因此需要采取相應(yīng)的工藝去除氯丙醇,如果生產(chǎn)條件不具備或生產(chǎn)工藝不過關(guān),生產(chǎn)出的調(diào)味品就不可避免地含有氯丙醇。而配制型調(diào)味品是指以釀造醬油為主體,與酸水解植物蛋白調(diào)味液、食品添加劑等配制而成的液體調(diào)味品。因為它含有HVP,因此也有可能含有氯丙醇。從這個意義上說,調(diào)味品中是否含有氯丙醇關(guān)鍵在于它是用何種方法生產(chǎn)、生產(chǎn)工藝是否過關(guān)。以上3種方法生產(chǎn)出的調(diào)味品在色澤、性狀和口味等感官性狀方面都差不多,名稱也沒有嚴格區(qū)分,一般消費者難以分辨。按照上述醬油生產(chǎn)工藝,每種都有可能含有有害物質(zhì)氯丙醇。如果超標,出口的醬油就會遭到歐盟等組織的查封甚至禁止銷售,因此,醬油中殘留的氯丙醇問題引起了消費者和生產(chǎn)廠家的關(guān)注。本文綜述氯丙醇的產(chǎn)生、特性、毒性、檢測技術(shù)及其消除方法。1c7h33coo調(diào)味料中的氯丙醇來源于酸植物蛋白水解物(HydrolizedVegetableProteint簡稱HVP)。生產(chǎn)酸水解植物蛋白調(diào)味液,一般采用豆粕或菜籽粕為原料。豆粕內(nèi)含粗蛋白質(zhì)45%～51%,粗脂肪0.5%～1.5%;菜籽粕含粗蛋白質(zhì)33%～37%,粗脂肪1.0%～3.0%。這兩種原料中都含有一定量的粗脂肪。因此,在植物蛋白水解的過程中,粗脂肪被酸水解成為脂肪酸和甘油。反應(yīng)式如下:(C17H33COO)3C3H5+3H2O→3C17H33COOH+C3H5(OH)3甘油分子中有三個羥基在發(fā)生化學反應(yīng)時,可以生產(chǎn)三種衍生物,而且一元和二元的衍生物存在多種結(jié)構(gòu)的異構(gòu)體,它們都含有一個不對稱碳原子,因此,又有旋光異構(gòu)體存在。甘油與鹽酸反應(yīng)時按下式進行:C3H3(OH)3+HCl→C3H5(OH)2Cl+H2O在甘油與鹽酸的反應(yīng)中,最易發(fā)生反應(yīng)的是第3醇(從右到左),生成3-氯-1,2-丙二醇(3-MCPD),第2醇次之,即生成2-氯-1,3-丙二醇(2-MCPD),最難的是第1醇,難于生成1-氯-2,3-丙二醇(1-MCPD)。在發(fā)酵醬油中,酵母菌在發(fā)酵過程中能將一部分糖發(fā)酵成甘油,雖然有食鹽中的氯離子存在,在水量較多的偏酸性溶液中,難于形成氯丙醇衍生物,同時在發(fā)酵過程中,甘油又能與有機酸形成酯類化合物,從而減少了游離狀態(tài)的甘油存在數(shù)量。因此,發(fā)酵醬油中氯丙醇含量極低甚至沒有。綜上所述,脂肪是氯丙醇的主要前體物,而生產(chǎn)酸水解植物蛋白所用的豆粕、豆餅、棉子餅、花生餅等原料是油脂生產(chǎn)廠的副產(chǎn)品,其中不可避免地殘存油脂,所以氯丙醇的產(chǎn)生是不可避免的。加上酸水解植物蛋白生產(chǎn)廠家追求氨基酸的收得率,投入過量的鹽酸,延長水解時間,結(jié)果在產(chǎn)生甘油和游離脂肪的同時,又加重了3-MCPD、1,3-二氯-2-丙醇(1,3-DCP);1,2-二氯-1-丙醇(1,2-DCP)。2氯丙醇的特性2.1-氯-1,2-丙二醇3-氯-1,2-丙二醇,英文名為3-monochloro-1,2-propanediol,簡寫為3-MCPD,其化學結(jié)構(gòu)式為CH2Cl-CHOH-CH2OH。它是一種無色有甜味的液體,凝固點-40℃,沸點213℃(分解),相對密度1.3218(20℃),折射率1.4809(20℃),溶于水、乙醇、乙醚和丙酮,微溶于甲苯,不溶于苯,石油醚和四氯化碳。不穩(wěn)定,放置后漸變?yōu)榈军S色,易吸潮。3-氯-1,2-丙二醇僅屬于氯丙醇中的一種衍生物,除此之外,還存在以下多種衍生物,它們通稱氯丙醇(chloropropanol)。甘油-氯醇:當氯原子取代不同位置上的一個羥基時,可以形成以下三種不同的化合物:1-氯-2,3-丙二醇(1-MCPD);2-氯-1,3-丙二醇(2-MCPD);3-氯-1,2-丙二醇(3-MCPD)。甘油二氯醇:當甘油分子中有兩個羥基被氯原子取代時,可形成以下兩種化合物。1,3-二氯-2-丙醇(1,3-DCP);2,3-二氯-1-丙醇(2,3-DCP)。這兩種化合物是具有醚樣氣味的無色液體,它們廣泛用于工業(yè)加工領(lǐng)域。甘油三氯醇:當甘油分子中有三個羥基都被氯原子取代時,生成的化合物稱為1,2,3-三氯丙醇。除了HVP作為氯丙醇的主要原料外,氯丙醇還有三種同分異構(gòu)體:1-氯-2-丙醇CH3-CHOH-CH2Cl;2-氯-1-丙醇CH3-CHCl-CH2OH;3-氯-1-丙醇CH2Cl-CH2-CH2OH。2.2大鼠尿中化學成分的代謝途徑3-MCPD可以通過血睪丸屏障和血腦屏障廣泛分布在體液中,其原型化合物通過與谷胱甘肽結(jié)合部分脫毒,大約體內(nèi)30%的3-MCPD可以分解并通過CO2呼出體外。經(jīng)口攝入的1,3-DCP約有5%以β-氯乳酸鹽形式從尿中排出,1%是以2-丙醇-1,3-二巰基丙酸形式排出。另一項試驗顯示:大鼠尿中含原型化合物3-MCPD以及1,2-丙醇分別達到攝入劑量的2.4%、0.35%和0.43%。Koga等提出在大鼠的代謝途徑中,2,3-DCP產(chǎn)生3-MCPD和2-MCPD,1,3-DCP僅僅產(chǎn)生3-MCPD,它們的代謝途徑不同可能引起對于器官毒性的不同。Nakamura等報道在某些細菌和大鼠中,在1,3-DCP代謝為3-MCPD的轉(zhuǎn)變過程中形成表氯醇(ECH),而表氯醇可引起雄性生殖系統(tǒng)損傷。3毒性作用經(jīng)過人們長期研究,發(fā)現(xiàn)氯丙醇在多個方面具有毒性從而推測對人體也會存在危害。3.1-mcpd對大鼠肝腎損傷的影響3-MCPD的大鼠經(jīng)口LD50為150mg/kg。在大鼠和小鼠的亞急性毒性試驗中發(fā)現(xiàn),腎臟是3-MCPD的毒性作用靶器官。一項大鼠4周喂養(yǎng)試驗表明,在攝入劑量達到30mg/kg/day時,3-MCPD使實驗動物腎臟相對重量增加。3-MCPD代謝產(chǎn)物草酸鈣晶體沉積于腎小管內(nèi)膜造成大鼠腎臟損傷,引起大鼠多尿和糖尿。慢性毒性試驗發(fā)現(xiàn),大鼠從飲水中攝入3-MCPD后(濃度分別為0.2mg/kg、100mg/kg、200mg/kg),試驗組大鼠隨著3-MCPD的攝入量增加,腎臟絕對重量顯著增加,組織學檢驗發(fā)現(xiàn)有腎小管增生,實驗動物3-MCPD染毒劑量與一些器官的良性腫瘤發(fā)生率呈正相關(guān)。雖然最低劑量試驗組(1.1mg/kg/day)腫瘤發(fā)生率和對照相比較沒有統(tǒng)計學顯著差異,但是發(fā)現(xiàn)引起腫瘤的3-MCPD攝入劑量遠遠大于導致腎小管增生的劑量。因此,FAO&WHO聯(lián)合專家組委員會將1.1mg/kg/day作為可觀察腎損傷作用的最低劑量。人類3-MCPD每日最大允許攝入量為2μg/kg。3.2大鼠精子毒性試驗早在20世紀70年代,人們發(fā)現(xiàn)3-MCPD具有使精子數(shù)減少,精子活性降低,并干擾體內(nèi)性激素平衡而使雄性動物生殖能力減弱的作用。3-MCPD對其他雄性哺乳動物生殖力的影響要比大鼠弱。雄性大鼠連續(xù)經(jīng)口染毒3-MCPD1mg/kg/day以上劑量時,可以出現(xiàn)精子活動減弱和生殖力降低。劑量大于或等于10～20mg/kg/day,可見大鼠的精子有顯著的形態(tài)學改變和附睪損傷。人們曾將3-MCPD用于生產(chǎn)男性避孕藥,但是后來由于其毒副作用而舍棄。3.33-mcpd的體外試驗一些體外實驗研究認為,3-MCPD經(jīng)過代謝形成具有基因毒性的中間產(chǎn)物。但是3-MCPD在加S-9或不加S-9的情況下Ames試驗均呈陽性。在活化系統(tǒng)存在時,3-MCPD的體外SCE試驗也呈陽性。另一體外試驗表明3-MCPD具有使M2成纖維細胞株惡性轉(zhuǎn)變的作用。大鼠骨髓微核試驗及肝臟UDS試驗均未發(fā)現(xiàn)3-MCPD的遺傳毒性。目前認為體外實驗中3-MCPD呈現(xiàn)的遺傳毒性,是由3-MCPD和培養(yǎng)基成分發(fā)生化學反應(yīng)生成的產(chǎn)物所致,而不是生物轉(zhuǎn)化的結(jié)果。目前大多數(shù)研究者認為3-MCPD屬于非遺傳毒性致癌物。3.4神經(jīng)毒性改變小鼠和大鼠對3-MCPD的神經(jīng)毒性作用敏感性相同,尤其是對腦干的對稱性損傷。最早的神經(jīng)毒性改變局限在神經(jīng)系統(tǒng)膠質(zhì)細胞中,主要是星狀細胞的嚴重水腫、細胞器嚴重破壞。當3-MCPD染毒劑量大于25mg/kgbw/day時,實驗動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷呈現(xiàn)顯著的劑量效應(yīng)關(guān)系。4-氯丙的檢測自1999年歐盟國家檢出亞洲國家進口的醬油含有超量的可疑致癌物3-氯-1,2-丙二醇,并在有關(guān)媒體上公布了不合格的品牌后,我國有關(guān)部門和生產(chǎn)廠家給予了高度重視,除了積極研究清除工藝外,對3-氯-1,2-丙二醇的檢測技術(shù)也進行了積極研究。目前,已有一些比較成熟的方法得到應(yīng)用。于維森等報道了用色質(zhì)聯(lián)用儀快速定性醬油中3-氯-1,2-丙二醇的研究成果。原理是:由氯丙醇理化性質(zhì)可知,氯丙醇即能溶于水中又能溶于極性較小的乙醚、四氯化碳中,很難用液液萃取方法提取食品內(nèi)的氯丙醇,尤其是水相中的3-MCPD,因此,一般用固相層析的方法提取。同時由于沸點低,在濃縮時不能蒸干。采用ExtrelutNT20提取樣品內(nèi)的3-氯-1,2-丙二醇,用正己烷-乙醚(9∶1)洗脫脂質(zhì)組分后,再用乙醚洗脫樣品內(nèi)的3-氯-1,2-丙二醇,殘留物用對甲基苯磺酸的丙酮溶液衍生,用選擇離子監(jiān)測的氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用方法進行測定。隨著質(zhì)譜技術(shù)的發(fā)展,質(zhì)譜技術(shù)已逐步發(fā)展成為分析確證未知物的有效手段。用化合物的質(zhì)譜圖鑒定組分優(yōu)于色譜的保留時間,用色譜時間和質(zhì)譜指紋數(shù)據(jù)對化合物進行分析,最大限度地保證了分析的可靠性。于維森等所使用的儀器與試劑情況為儀器GCQ氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(美國Finnigan-MAT公司);色譜柱:J&W公司DB-μ5ms(30m×0.25mm×0.25μm);旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀;WX-80旋渦振蕩器;玻璃層析柱(40cm×20id);恒溫水浴箱(100℃)。試劑丙酮;乙醚;正己烷;無水硫酸鈉(600℃;活化4h);ExtrelutNT20(Merck公司);飽和氯化鈉溶液(5mol/L)。正己烷-乙醚(9∶1);對甲基苯磺酸的丙酮溶液(1mg/mL);3-MCPD標準儲備液;3-MCPD中間溶液等。張思群等報道了廣州出入境檢驗檢疫局食品實驗室對氯丙檢測技術(shù)的研究情況。1997年底,摸索1,3-二氯丙-2-醇(1,3-DCP)和2,3-二氯丙-1-醇(2,3-DCP)的頂空氣相色譜(GC/FID和GC/ECD)的檢測方法,檢測低限達到0.1mg/kg;1998年上半年,建立了用柱層析凈化、GC/ECD測定1,3-DCP、2,3-CDP的方法(不須衍生化),檢測低限達到0.05mg/kg;1999年建立了GC/ECD同時檢測醬油中1,3-DCP、2,3-DCP和3-MCPD(3-氯丙醇)的方法(衍生化法),先用三氟醋酸酐(TFAA)作衍生試劑,后改用七氟丁酰咪唑(HFBI),檢測低限達到0.01mg/kg;1999年下半年,建立了氣相色譜/質(zhì)譜(GC/MS/MS-EI)同時測定醬油中1,3-DCP、2,3-DCP和3-MCPD的方法(衍生化法),分別用TFAA和HFBI作衍生試劑,檢測低限達到0.01mg/kg;2001年初研究了GC/MS-PCI、GC/MS-NCI、GC/MS/MS-NCI等測定氯丙醇的方法,建立了GC/MS/MS-NCI測定醬油中1,3-DCP、2,3-DCP和3-MCPD的方法(衍生化法),檢測低限達到0.001mg/kg以下。該方法已經(jīng)通過國家檢驗檢疫總局組織的專家審定,并在實踐中得到廣泛應(yīng)用,檢測精度很好。5氯丙醇的去除由于氯丙醇的危害,人們開始研究清除方法,目前已有多種工藝可供實際需要,下面介紹一種成熟的工藝。5.1-mcpd反應(yīng)以丙烯為原料也可以制備甘油,反應(yīng)式如下:由上式可以看出,1,3-二氯-2-丙醇即CH2Cl-CHOH-CH2Cl在堿性條件下進行加熱反應(yīng)可以生產(chǎn)甘油,這也就是說,上述由油脂水解生成甘油,再與鹽酸反應(yīng)生成3-MCPD的一系列反應(yīng)是可逆反應(yīng)。因此,采用30%NaOH溶液將植物蛋白水解后的水解液調(diào)到pH7～8,在溫度70～75℃的條件下反應(yīng)2h,將水解液中的3-MCPD含量降至0.1mg/kg以下,是有可能實現(xiàn)逆反應(yīng)的。其反應(yīng)機理如下:根據(jù)該機理,在實際運用中再采用一些技術(shù)措施,就可以使水解植物蛋白液中的氯丙醇含量控制在限量指標內(nèi)。5.2u3000酸水解植物蛋白應(yīng)用上述理論,經(jīng)過試驗研究,可以得到如下的清除工藝。將脫脂豆粕和脫脂菜籽粕采用鹽酸和添加適量的氯丙醇抑制劑水解12～15h,水解完畢,降溫至60℃左右,然后用NaOH或Na2CO3進行中和反應(yīng),接著進行堿法處理2h。再按料液的2%加入活性碳,在80～85℃溫度條件下保溫脫色脫臭30min,經(jīng)帶式過濾機粗濾和板框壓濾機精濾后,再進行穩(wěn)定性處理,最后用蒸發(fā)器進行低佛點真空濃縮至氨基酸態(tài)氮(以氮計)≥1.0g/100mL,使產(chǎn)品質(zhì)量符合酸水解植物蛋白調(diào)味液SB10338-2000標準。采用上述工藝,實際產(chǎn)品中的3-氯-1,2-丙二醇(3-MCPD)含量可達到≤0.1mg/kg,最低可以達到≤0.05mg/kg,遠遠低于國家行業(yè)標準規(guī)定的3-MCPD≤1mg/kg的要求。采用該工藝不僅能確保產(chǎn)品質(zhì)量,生產(chǎn)成本低,而且為維護人們身心健康,參與國際國內(nèi)市場競爭也具有重要意義。5.3傳統(tǒng)酸水解工藝1992年前英國農(nóng)業(yè)漁業(yè)及食品部測定酸水解植物蛋白液中3-MCPD的含量超過100mg/kg的很普遍。經(jīng)過幾年的工藝改進,歐洲產(chǎn)品中3-MCPD的含量明顯降低,絕大部分產(chǎn)品只有較低的含量。美國自1998年明確規(guī)定3-MCPD含量≤1mg/kg以來,在加工工藝也作了多