基于脂质的食物中氯丙醇和脂肪酸成分的多变量分析：对健康风险和氧化稳定性的影响

《Journal of Food Composition and Analysis》：Multivariate analyses of chloropropanol and fatty acid profiles in lipid-based foods: Implications for health risk and oxidative stability

　　马来西亚市场56种脂类食品中氯丙醇污染物的形成与脂肪酸关系研究，发现棕榈酸含量高的产品（如巧克力酱）污染超标风险最高，而使用葵花籽油、菜籽油等低饱和脂肪酸油的产品污染较低。多变量分析（PCA和HCA）揭示了脂肪酸组成与污染物水平显著相关，为食品安全监管和产品配方优化提供依据。

　　在马来西亚，以精炼植物油为主要成分的食品被广泛消费，这引发了对加工过程中可能产生的有害物质的关注。3-单氯丙三醇（3-MCPD）、2-MCPD以及缩水甘油（glycidol）是这类食品中常见的污染物，它们可能对健康产生潜在影响。本研究分析了市场上56种常见的食品，包括11种巧克力酱（CS）、8种蒸发乳粉（EC）、11种甜味乳粉（SC）、5种奶粉（MP）以及21种薯片（PC），旨在评估这些食品中脂肪酸的组成以及污染物的含量。通过主成分分析（PCA）和层次聚类分析（HCA）等统计方法，研究者探索了脂肪酸与污染物之间的关系。结果显示，3-MCPD、2-MCPD和缩水甘油的浓度范围分别为0.11–4.84 mg/kg、0.17–3.37 mg/kg和0.21–4.07 mg/kg，其中两个样本的污染物含量超过了欧盟的限值。巧克力酱（36%脂肪含量）显示出最高的污染物浓度，而蒸发乳粉、甜味乳粉和奶粉中的污染物含量则相对较低。PCA分析解释了总变异的70.3%，表明棕榈酸与氯丙醇的形成有很强的相关性。以棕榈油为基础的配方更容易受到污染，而含有葵花籽油或油菜籽油的产品则显示出较低的污染水平。总体来看，较高的饱和脂肪酸含量，尤其是棕榈酸，与污染物的形成有密切联系，而富含油酸和亚油酸的配方则具有较低的污染风险。这些发现为监管机构的监控工作和更安全的脂质食品配方提供了基于证据的指导。

氯丙醇，特别是3-MCPD、2-MCPD和缩水甘油酯（GE），是食品加工过程中可能产生的有毒物质。实验研究表明，3-MCPD在动物模型中表现出肾毒性和生殖毒性（Bakhiya等，2011；Eisenreich等，2023；Fattore等，2023），而缩水甘油，作为缩水甘油酯的水解形式，被认为是一种基因毒性和致癌性物质（Aasa等，2019）。欧洲食品安全局（EFSA）的数据表明，这些氯丙醇污染物广泛存在于各种食品中，包括植物油、烘焙食品、鱼类、肉类、薯片等零食、婴儿配方奶粉等（EFSA期刊，2016）。因此，监管机构已经设定了这些污染物的安全阈值，以限制消费者的暴露水平。国际癌症研究机构（IARC）将缩水甘油和3-MCPD分别归类为可能和可能的人类致癌物。欧盟对植物油中缩水甘油酯（GE）和3-MCPD酯（3-MCPDE）的最高允许含量分别设为1.25 μg/g和1 μg/g，但2-MCPD和缩水甘油的含量则建议尽可能低（Bakhiya等，2011；EFSA期刊，2016）。此外，欧盟还设定了3-MCPDE的每日可接受摄入量（TDI）为2 μg/kg体重（Knutsen等，2018）。尽管2-MCPD和缩水甘油的毒理学数据尚不充分，但它们已被认为对健康存在显著风险（EFSA期刊，2016）。然而，日本食品安全委员会已经设定了缩水甘油的每日可接受摄入量为1.6 μg/kg体重（Chang等，2024）。表1汇总了主要监管机构对脂质食品中污染物的规定。

3-MCPD、2-MCPD和GE的形成途径可以分为三个主要类别。第一种途径是酸水解，通常用于高水分蛋白（HVP）的生产过程中。该过程涉及将残余植物油与盐酸反应，通常在100–130°C下使用4–24小时的强酸水解，随后用氢氧化钠中和（Davidek等，1980）。在此过程中，3-MCPD是由酸与残余植物油中的三酰甘油（TAG）和磷脂反应生成的，而甘油和甘油酯则是主要的前体物质。第二种途径是热处理，这涉及在高温条件下，通过脂质（甘油三酯）的水解作用释放出的二酰甘油（DAG）和单酰甘油（MAG）与氯化钠（可能天然存在于材料中或人为添加）反应，从而形成3-MCPD和GE（Hamlet等，2011）。此外，水活度、温度和时间等因素也会影响这些污染物的形成。第三种途径是精炼过程中的高温处理，特别是脱臭过程中，这会导致3-MCPD、2-MCPD和GE的形成。这些化合物主要由单酰甘油、二酰甘油和三酰甘油与氯离子在高温条件下（超过240°C）相互作用生成，这正是精炼过程中的典型条件（Ermacora和Hrncirik，2014；Freudenstein等，2013；Hamlet等，2011；Hrncirik和van Duijn，2011；Marzuki等，2025；Zhao等，2016）。由于其适合油炸且具有良好的感官和营养价值，棕榈油及其液态成分棕榈油（palm olein）在食品生产中被广泛使用（Van Durme和Vandamme，2016；Viriato等，2022）。事实上，棕榈油还与其他植物油（如大豆油、葵花籽油和油菜籽油）混合，以提高油的氧化稳定性（Siddique等，2010）。然而，这些油在加工过程中更容易形成3-MCPD和2-MCPD，尤其是与葵花籽油、油菜籽油和橄榄油相比（Custodio-Mendoza等，2019；Dingel和Matissek，2015）。

许多研究已经报道了用于油炸薯片的植物油对3-MCPD、2-MCPD和GE含量的影响。已知使用棕榈油进行油炸会导致薯片中3-MCPD含量最高，这可能是因为棕榈油含有高浓度的棕榈酸（C16:0）和较低的多不饱和脂肪酸（PUFA）含量，尤其是在油炸过程中发生降解后（Anio?owska和Kita，2016）。相比之下，使用特级初榨橄榄油油炸的薯片中未检测到3-MCPD（Custodio-Mendoza等，2019）。同样，使用高油酸葵花籽油进行油炸不会产生3-MCPD和GE（Dingel和Matissek，2015），而使用初榨椰子油则导致3-MCPD、2-MCPD和GE的形成量极低（Suryani等，2020）。表1汇总了主要监管机构对脂质食品中污染物的规定。

鉴于上述情况，本研究不仅旨在确定脂质食品中3-MCPD、2-MCPD和缩水甘油的含量，还试图阐明脂肪酸组成如何影响氯丙醇的形成以及其营养影响。基于以往的研究成果并解决当前存在的知识空白，研究者提出了以下假设：i）富含饱和脂肪酸，尤其是棕榈酸的产品，其3-MCPD、2-MCPD和GE的含量将高于以单不饱和脂肪酸（MUFA）或多元不饱和脂肪酸（PUFA）为主的食品；ii）主成分分析（PCA）和层次聚类分析（HCA）能够有效地根据脂肪酸组成和污染物负担对产品进行分类；iii）高油酸油的混合配方将显示出降低污染物风险、提高氧化稳定性和改善营养质量的有利平衡。为了验证这些假设，研究者围绕四个核心问题展开研究：i）脂肪酸组成如何影响氯丙醇的形成？ii）PCA和HCA能否可靠地根据脂肪酸和污染物模式对食品进行分类？iii）这些关系对监测、配方改进和公众健康有何实际意义？iv）在哪些加工条件下仍存在研究空白，这些条件可能进一步影响污染物的形成？

据我们所知，这是首次将多元统计方法（如PCA和HCA）应用于食品中脂肪酸组成与氯丙醇污染物形成之间的直接联系研究。通过结合化学分析与化学计量学方法，我们的研究提供了新的见解，揭示了脂质组成对污染物形成和营养结果的影响，从而在食品安全和公共卫生视角之间架起了桥梁。因此，本研究旨在调查马来西亚市场中选定食品产品中的3-MCPD、2-MCPD和缩水甘油含量，尤其是那些含有精炼植物油的产品。通过应用多元分析方法（如PCA和HCA），我们试图理解食品生产中使用的油的脂肪酸组成与其导致的3-MCPD、2-MCPD和GE含量之间的关系。

在本研究中，使用的化学试剂和标准品均为高纯度分析级，用于脂质提取、样品制备和分析。所使用的溶剂包括丙酮、异己烷、甲醇、正庚烷、正己烷等，这些物质均购自Merck（美国新泽西州）。用于分散的试剂为粒径为60目（mesh）的硅藻土，由Dionex（美国加利福尼亚州）制造。此外，实验中还使用了钠、无水碳酸氢钠（纯度≥99%）、无水硫酸钠（纯度≥99%）、硫酸（纯度≥95%）、无水四氢呋喃（THF）和甲苯等试剂。这些试剂的高纯度确保了实验数据的准确性和可靠性。

研究结果显示，3-MCPD、2-MCPD和缩水甘油在不同食品中的含量差异显著。高脂肪含量（29–36%）的产品，尤其是那些含有棕榈油的产品，显示出较高的污染物形成水平。相比之下，使用葵花籽油、油菜籽油或玉米油混合配方的产品通常保持在检测限以下。这些发现表明，脂肪酸的组成对污染物的形成具有决定性作用。多元分析方法（如PCA和HCA）为理解这种关系提供了清晰的证据，表明脂肪酸的组成是影响污染物形成的关键因素。

此外，研究还揭示了这些污染物对食品营养价值的潜在影响。高饱和脂肪酸含量的产品不仅在污染物形成方面表现不佳，其营养价值也可能受到影响。相反，富含油酸和亚油酸的配方则显示出较低的污染风险，同时可能具有更好的营养特性。这种关系对于食品配方的优化和监管机构的监测具有重要意义。通过了解脂肪酸的组成如何影响污染物的形成，食品生产商可以在不影响食品感官和营养价值的前提下，采取措施减少污染物的产生。例如，使用高油酸葵花籽油或油菜籽油的混合配方，可以在降低污染物风险的同时，提高食品的氧化稳定性和营养价值。

研究结果还强调了不同监管机构对这些污染物的设定标准。虽然欧盟对缩水甘油酯（GE）和3-MCPD酯（3-MCPDE）设定了具体的限值，但对2-MCPD和缩水甘油的含量则建议尽可能低。这种差异反映了不同国家和地区对食品安全的不同理解和监管策略。日本则对缩水甘油设定了明确的每日可接受摄入量（TDI），表明其对污染物风险的重视程度较高。这些标准的差异可能影响食品的生产和出口，因此，了解这些标准对于食品行业来说至关重要。

本研究的结果对于食品监管和公共卫生具有重要的实际意义。首先，它为监管机构提供了科学依据，以制定更严格的污染物限值和监测标准。其次，它帮助食品生产商优化配方，选择更安全的油脂，从而减少污染物的形成。最后，它还为消费者提供了更清晰的食品安全信息，使他们能够做出更健康的选择。通过这些措施，可以有效降低污染物对公众健康的潜在风险。

综上所述，本研究通过分析马来西亚市场上的食品产品，揭示了脂肪酸组成与氯丙醇污染物形成之间的复杂关系。研究结果表明，高脂肪含量的产品，尤其是那些含有棕榈油的产品，更容易形成这些污染物。而富含油酸和亚油酸的配方则显示出较低的污染风险。这些发现不仅为食品安全监管提供了新的视角，也为食品配方的优化提供了科学指导。通过结合多元统计方法，研究者能够更全面地理解这些污染物的形成机制及其对食品质量和营养价值的影响。未来的研究可以进一步探索不同加工条件对污染物形成的影响，以制定更全面的食品安全策略。