关于大豆油中苯并(a)芘含量物理调控的探索

作者：张毅

  苯并芘( Benzo(a)pyrene，B(a)P)是一种由5个苯环构成的多环芳香烃物质（Polycyclic aromatic hydrocarbon，简称PAH），其致癌性强，且对检测灵敏度要求高，已经被作为多环芳烃的指标化合物。相关研究表明苯并(a)芘具有致癌性，可以诱发皮肤癌、肺癌、胃癌、膀胱癌及消化道癌等多种癌症。由于苯并芘的毒性具有长期性和隐匿性的特点，当人体摄入后其毒性不会立即表现出来，而是在体内蓄积，并且表现出较长潜伏期，可能会对后代造成影响。在中国“食用植物油卫生标准”( GB 2716-2005)明确规定我国食用油脂中苯并(a)芘最大残留限量为10 μg/kg。随着对食品安全的重视，苯并芘更是受到人们的关注，有针对性地采取科学有效的调控措施，既是一项重大的科研课题，也是一项亟需解决的重大任务。

  对于植物油中苯并(a)芘的常规调控，化学反应法对苯并芘的降解速率和降解率均较高，但会促进植物油氧化、品质劣变，且化学物质残留会造成二次污染，因此工业应用中难以推广。生物方法调控苯并(a)芘等多环芳烃类化合物耗时相对较长，成本较高，进一步推广有难度。植物油中苯并芘的去除主要采用活性炭吸附才能达到良好的成果，在欧洲活性炭被常规用于处理多环芳烃类物质的油脂。试验在从10种不同吸附材料筛选出木质粉状活性炭作为最佳吸附剂后进一步优化了吸附条件，使大豆油中苯并(a)芘吸附率最佳。

1  材料和方法

1.1原料

  一级大豆油：由中粮北海粮油工业（天津）有限公司提供；椰壳活性炭、果壳活性炭、木质粉状活性炭、煤质柱状活性炭、活性白土、果壳滤料、改性纤维球滤料、活性氧化铝球( 1～2 mm)、活性氧化铝球( 2～3 mm)、活性氧化铝球(3～5 mm)：分析纯，巩义市汉邦净水材料厂。

1.2主要试剂

  乙腈：色谱纯，天津市北科化学品有限责任公司；甲醇：色谱纯，天津市康克德科技有限公司；甲酸、盐酸：分析纯，天津市风船化学试剂科技有限公司；磷酸、二甲基亚砜、正己烷、异辛烷、环己烷、氢氧化钾：分析纯，天津市北科化学品有限责任公司；纯净水（一级水）：杭州娃哈哈集团有限公司。

1.3主要设备

  Pro Star高效液相色谱（配325-LC紫外检测器）：美国瓦里安公司；X85-2S磁力搅拌器：上海梅颖浦仪器仪表制造有限公司；HY-2A数显调速多用振荡器：江苏金坊荣华仪器制造有限公司；KQ2200DE数控超声波清洗器：昆山市超声仪器有限公司；JJ1000电子分析天平：常熟市双杰测试仪器厂；DK-981-1水浴锅：天津市中环实验电炉有限公司；2002涡旋振荡器：常州国华电器有限公司；5804R离心机：德国Eppendorf公司；RE-52AA旋转蒸发仪：上海越磁电子科技有限公司。

1.4试验方法

1.4.1吸附实验前后大豆油中苯并芘含量测定

  以大豆油为样品，经液-液萃取（90%甲酸提取俩次后，再加入8%磷酸一二甲基亚砜溶液）提取净化后，采用带有紫外检测器的高效液相色谱分析苯并(a)芘含量：瓦里安(Varian)色谱柱(Microsorb-MV 100-5 C18,  250 mm×4.6 mm×1/4``)；柱温30℃；流动相：乙腈-水（88：12，体积比）；流速1.00 m L/min；进样量20μL ;检测波长296 nm。采用标准物质

的保留时间对样品峰进行准确定性，如图1所示，标准物质的保留时间为12.9 min，并且样品的保留时间与标准品的保留时间一致，采用外标法以峰面积计算定量。公式如式(1)：

  式中：C-样品中苯并(a)芘的浓度（μg/kg），c0-由标准曲线查得提取液中苯并(a)芘的含量(μg／m L)，v一提取液定容体积(m L)，n-稀释倍数，m-取样质量(g)。

1.4.2苯并(a)芘吸附率的测定

  称取一定质量的大豆油样品于锥形瓶中，加入一定质量的吸附剂，置于磁力搅拌器上，设置一定吸附温度及搅拌速率，一定吸附时间后，测定苯并(a)芘残留量，计算吸附剂的吸附效率，如计算公式(2)。

  式中：C0-溶液初始浓度，μg/kg; Ct-溶液平衡浓度，μg/kg。

1.4.3  吸附材料筛选

  选取不同吸附材料（椰壳活性炭、果壳活性炭、木质粉状活性炭、煤质柱状活性炭、活性白土、果壳滤料、改性纤维球滤料和活性氧化铝球( 1～2 mm，2～3 mm,  3～5 mm))，在搅拌速率300 r/min，吸附温度80 0C，吸附时间为45 min，吸附剂添加量为1.00%的条件下，测定苯并(a)芘吸附率，考察不同吸附材料对苯并(a)芘的吸附效率。

1.4.4活性炭添加量对苯并(a)芘吸附率的影响

  选取木质粉状活性炭作为吸附剂，按0.05%，0.10%, 0.30%,0.50%,0.70%,1.00%和1.50%的添加量进行吸附试验，吸附前苯并(a)芘含量25.22μg /kg，搅拌速率300 r/min，吸附温度80 0C，吸附时间为45 min，测定苯并(a)芘吸附率，分析活性炭添加量对苯并(a)芘吸附率的影响。

1.4.5  吸附平衡时间的确定

  选取木质粉状活性炭作为吸附剂，吸附前苯并（a)芘含量25.22μg /kg，吸附时间分别为15，25，35，45, 55和70 min，搅拌速率300 r/min，吸附温度800C，吸附剂添加量为0.70%，测定苯并(a)芘吸附率，确定吸附平衡时间。

1.4.6吸附温度对苯并(a)芘吸附率的影响

  选取木质粉状活性炭作为吸附剂，吸附温度分别为20℃，40℃，60℃，80℃，100℃和120℃ ，吸附前苯并(a)芘含量25.22μg /kg．吸附时间45 min，搅拌速率300 r/min，吸附剂添加量为0.70%，测定苯并(a)芘吸附率，研究吸附温度对苯并(a)芘吸附率的影响。

1.4.7反应方式对苯并(a)芘吸附率的影响

  样品加入0.70%木质粉状活性炭，分别采用静置、震荡（中速）和搅拌( 300 r／min)的反应’进行吸附试验，吸附前苯并(a)芘含量25.22 μg/kg吸附温度80 0C，吸附时间为45 min，测定苯并（a）吸附率，比较不同反应方式对苯并(a)芘吸附率的影响。

1.4.8搅拌速率对苯并(a)芘吸附率的影响

选取木质粉状活性炭作为吸附剂，搅拌速率分别为150，200，250，300，350和400 r/min，吸附前苯并（a）芘含量25.22μg /kg，吸附温度分-别80℃，吸附时间45 min，吸附剂添加量为0.70%，测定苯并(a)芘吸附率，分析搅拌速率对苯并(a)芘吸附率的影响。

2结果与讨论

2.1  吸附材料筛选

  如表1所示，在10种不同的吸附材料中，大豆油中的苯并(a)芘在木质粉状活性炭和活性氧化铝球( 3～5 mm)分别表现出最高吸附量和最低吸附量，吸附率分别为88.80%和51.36%。4种活性炭吸附剂(椰壳活性白土表现出较高的苯并(a)芘吸附率，分别为69.42%—88.80%和79.30%。在活性炭吸附材料中，木质粉状活性炭对苯并(a)芘的吸附效率大于其他3种活性炭吸附材料，可能是由于粉状活性炭较大的比表面积所致。活性炭的吸附特性不仅取决于其孔隙结构，还取决于其表面的化学性质，比表面和孔隙结构对活性炭的吸附容量产生影响，表面化学性质则对活性炭与吸附质的相互作用力产生影响。综上，选择木质粉状活性炭作为大豆油中苯并(a)芘吸附剂。

2.2活性炭添加量对苯并(a)芘吸附率的影响

  适当增加油样中活性炭的含量，可以提高油样中苯并(a)芘与活性炭的接触几率，增强吸附效果。试验油样中苯并(a)芘含量为25.22μg/kg，不同活性炭添加量的苯并(a)芘的吸附效果如图2所示，随着活性炭用量的增大，苯并(a)芘的吸附率不断增加，当添加量由0.70%增加到1.50%时，吸附率增加率为4.63%。吸附反应是一个动态平衡，当活性炭吸附苯并(a)芘到一定程度后，吸附与脱吸附处于相对平衡，此时其吸附能力大大减弱，这时如果继续增加活性炭的量，吸附效果增加并不明显。综合考虑活性炭对苯并(a)芘吸附效率与成本因素，试验最终选择的最佳吸附剂用量为0.70%。

2.3  吸附平衡时间的确定

  影响活性炭吸附平衡时间的主要因素有活性炭吸附剂的性质、吸附质的性质、吸附剂用量、溶液的温度和黏度等因素，如活性炭表面积越大，吸附能力就越强，平衡时间较短；溶液黏度较大或活性炭用量明显较少时，吸附平衡时间较长。因此应保证活性炭与吸附质的反应时间，使吸附反应接近平衡。

  试验选取木质粉状活性炭作为吸附剂，吸附时间分别为设定为15，25，35，45，55和70 min，搅拌速率300 r/min，吸附温度80 ℃，吸附剂添加量为0.7%，测定苯并(a)芘吸附率，确定吸附平衡时间。由图3所示，在前25 min内，苯并(a)芘吸附速率较快，增加反应时间，苯并(a)芘吸附速率明显下降，吸附时间到达45 min后，苯并(a)芘在木质粉状活性炭上的吸附达到平衡状态，之后随着吸附时间的延长，苯并(a)芘吸附率并未显著增加，故为保证苯并(a)芘与吸附剂充分反应，选择吸附时间为45 min。

2.4吸附温度对苯并(a)芘吸附率的影响

  苯并(a)芘吸附率随吸附温度的变化关系如图4，在20℃～100℃范围内，活性炭吸附苯并(a)芘率逐渐提高，相较于20℃～60℃时，60℃～100℃范围内，苯并(a)芘吸附效率呈下降趋势；当温度达到100℃时，苯并(a)芘吸附率达最大值，之后随着吸附温度的增加，苯并(a)芘吸附率下降。当吸附温度由80℃增加到100℃时，苯并(a)芘吸附率提高并不显著，综合成本等因素，确定苯并(a)芘最佳吸附温度为80℃。活性炭吸附属于放热反应，理论上温度较低有利于反应的进行，但温度升高可提高溶质分子活度并向活性炭表面扩散，提高吸附量。另一方面，温度升高使吸附平衡向解吸附方向移动，温度升高后期苯并(a)芘吸附率的下降估计与此现象有关。

2.5反应方式对苯并(a)芘吸附率的影响

  试验考察静置、搅拌和振荡3种不同的反应方式对苯并(a)芘吸附率的影响，由图5可以看出，通过搅拌和震荡作用，活性炭对苯并(a)芘吸附率有明显提高，其中通过搅拌作用下，苯并(a)芘的吸附率约为静置时的4倍，故确定搅拌作用为活性炭吸附苯并(a)芘最佳反应方式。活性炭是一种多孔粒子，吸附作用取决于活性炭本身比表面积，苯并(a)芘主要依靠范德华力吸附在活性炭的表面上，推测由于搅拌和振荡作用使得更多苯并(a)芘与活性炭接触，导致苯并(a)芘吸附率上升；另一方面，搅拌作用时苯并(a)芘与活性炭接触频率大于振荡作用时的接触频率，故表现出较高的苯并(a)芘吸附率。

2.6搅拌速率对苯并(a)芘吸附率的影响

  图6可以看出，当搅拌速率为150～300 r/min时，随着搅拌速率的提高，活性炭对，当搅拌速率大于300 r/min时，搅拌速率的增加对苯并(a)芘吸附率影响不明显，故确定300 r/min为活性炭吸附苯并(a)芘最佳搅拌速率。初步推测在相同时间内，由于搅拌速率的加快，苯并(a)芘与活性炭接触次数增加，更多的苯并(a)芘被活性炭所吸附，从而表现出苯并(a)芘吸附率增加的趋势；但当活性炭的多孔结构已达饱和状态，搅拌速率的提高对苯并(a)芘吸附率的提高效果并不明显。

3结论

木质粉状活性炭表现出较高的苯并(a)芘吸附率，为88.80%，选作大豆油中苯并(a)芘吸附剂；木质粉状活性炭添加量为0.70%时，吸附反应达到动态平衡；苯并(a)芘在木质粉状活性炭上的吸附达到平衡所需时间为45 min;活性炭吸附苯并(a)芘的最佳吸附温度为80℃：通过搅拌作用木质粉状活性炭对苯并(a)芘表现出较高的吸附率，最适搅拌速率为300 r/min。利用木质粉状活性炭作为吸附剂去除大豆油中苯并芘，即快速简便，成本相对低，而且又不会有残留会造成二次污染。

4摘要试验针对现存植物油中苯并(a)芘调控方法不足的问题，以大豆油为试材，经液一液萃取提取净化后，采用高效液相色谱检测分析苯并(a)芘含量方法，通过比较，10种不同吸附材料对苯并芘的吸附效率可以得出木质粉状活性炭的苯并(a)芘吸附率较高，为88.80%。选用木质粉状活性炭作为吸附剂进行试验，研究表明：木质粉状活性炭添加量为0.70%、吸附平衡时间45 min、吸附温度80℃、搅拌速率300 r/min对于苯并(a)芘吸附效果最好。解决了苯并(a)芘有效调控技术问题，为我国植物油安全评估与调控提供理论与技术依据。