氯丙醇的检测方法及研究进展

氯丙醇的检测方法及研究进展

氯丙醇主要指丙三醇中的羟基通过氯原子而形成的同系物。经WHO/FAO的食品添加剂联合专家委员会(JECFA)第41次会议评价,得出:3-氯-1,2-丙二醇(3-MCPD)是食品污染物。食品中的氯丙醇可以存在多种来源,如高温烘焙、熏制食品和油脂类食品的精炼等,但主要来源则是在食品生产加工中用盐酸水解工艺生产水解植物蛋白(HVP)的过程。随着对食品中氯丙醇的检测方法的不断更新,在越来越多的食品中发现了氯丙醇的污染,如酱油、味精、动植物油脂等。甚至德国食品监督局在婴幼儿奶粉中发现了高浓度的3-MCPD酯。那么氯丙醇作为食品污染物对人体到底存在哪些危害,以及可以采取何种方法来减少和消除食品中的氯丙醇,越来越受到人们的关注,成为近些年来人们研究的热点。本文综述了与此相关的研究进展。1-氯-1,2-氯-1,3-二氯-2-丙醇的合成氯丙醇一般指丙三醇上的羟基被1~2个氯原子取代所形成的一类同系物、同分异构体的总称。在HVP中可产生4种氯丙醇化合物,3-氯-1,2-丙二醇(3-MCPD)、2-氯-1,3-丙二醇(2-MCPD)、1,3-二氯-2-丙醇(1,3-DCP,DC2P)、2,3-二氯-1-丙醇(2,3-DCP,DC1P)。氯丙醇化合物密度均大于水,沸点高于100℃,常温下为液体状态,一般可溶于水、丙酮、苯、甘油乙醇、乙醚、四氯化碳等。2氯丙醇的危害2.1大鼠肝肾损伤的变化氯丙醇中具有明确肾脏毒性的是3-MCPD,主要靶器官是肾脏,可以诱发肾脏的良性肿瘤、肾小管腺癌、肾小管癌以及慢性进行性肾损伤。有研究表明,当3-MCPD的摄入量达到30mg/(kg·bw)时,大鼠的肾脏的相对重量将会增加。通过观察,造成这个结果的主要是3-MCPD的代谢产物草酸盐结晶沉积在大鼠肾小管内膜上,而造成大鼠的肾脏损伤。李宁等通过在SD大鼠饲料中加入3-MCPD,发现在4mg/kg3-MCPD剂量组中,小鼠尿液中N-乙酰-β-D-葡萄糖苷酶(NAG)活性显著增高,说明大鼠的肾小管发生了显著的病理改变。基于在大鼠体内的研究,JECFA于2001年提出3-MCPD暂定每日膳食耐受量(PMTDI)为2μg/(kg·bw)。Omura等曾报道1,3-DCP,DC2P和2,3-DCP,DC1P两者可以引起小鼠的肾脏和肝脏损害,但是2,3-DCP,DC1P引起的肾脏损害要比1,3-DCP,DC2P大得多。2.2大鼠睾丸内压监测氯丙醇类物质,如3-MCPD可以迅速的与成熟的精子结合并抑制其活性,曾一度被认为是一种潜在的男性避孕药而加以研究。但在后期一些研究中,人们发现3-MCPD会对大鼠睾丸造成一定程度的损伤。白顺等通过用不同浓度的1,3-DCP作用于R2C细胞48h,发现1,3-DCP能够通过抑制R2C细胞的增值,从而推断出1,3-DCP可以通过抑制睾丸间质细胞的活性来影响生殖系统的功能。李宁等发现当剂量达到8mg/(kg·d)和16mg/(kg·d)时,大鼠精子存活率和睾丸乳酸脱氢酶-X显著降低,睾丸和附睾出现病理改变。氯丙醇除能对大鼠睾丸造成损伤外,还能对受精和早期胚胎发育产生影响。有研究发现,3-MCPD能够抑制小鼠卵母细胞体外受精和早期胚胎发育,3-MCPD和1,3-DCP可以抑制孕酮合成。2.3-mcpd对大鼠神经系统一氧化氮合酶表达的影响氯丙醇类物质具有一定的神经毒性。有研究证实,3-MCPD对神经元细胞有损伤作用,当剂量达到90mg/(kg·d)时可导致小鼠四肢麻木。大鼠和小鼠对3-MCPD损伤的敏感性基本相同,尤其是对脑干的对称性损伤。Kim等研究了3-MCPD[10mg/(kg·d)和30mg/(kg·d)]喂SD大鼠13周对其神经系统中一氧化氮合酶表达的改变。实验结果得到大鼠前囱1.0mm处,实验组皮质和纹状体的神经元一氧化氮合酶(nNOS)表达量显著下调,而在前2.3mm处,nNOS与对照组相比没有显著差异。实验组新皮质和纹状体的诱导性一氧化氮合酶(iNOS)在前囱前2.3、0.4mm和后1.1mm处表达均降低。表明3-MCPD代偿性调节新皮质和纹状体处的nNOS和iNOS表达,这是大脑机能障碍的起因,可引起神经毒性。目前对于3-MCPD的神经毒性机制仍处于研究阶段,Skamarauskas等研究显示3-MCPD可能是通过选择性的破坏体内的氧化还原反应平衡来引发毒性作用。2.4-mcpd对小鼠nk细胞活性的影响根据已有的研究资料,已可以明确免疫抑制和肿瘤的发生有着密切的联系。LeeJongKwon等研究发现,使用雌性Balb/c小鼠每天灌胃3-MCPD,连续14d,结果发现,在100mg/kg组,小鼠胸腺重量明显下降,脾和胸腺的细胞构成明显降低,3-MCPD明显降低了小鼠对绵羊红细胞的抗体形成反应。在50、100mg/kg剂量组,小鼠NK细胞的活性明显降低。ByunJungA等也做了研究,结果发现3-MCPD在体外可以降低淋巴细胞和腹腔巨噬细胞的活性。3-MCPD在2.0~8.0mmol/L时,ConA和抗CD3+刺激的淋巴细胞增生明显降低,3-MCPD在0.4~8.0mmol/L时,LPS刺激的淋巴细胞增生明显降低。3-MCPD剂量在4mmol/L时,腹腔巨噬细胞产生NO的水平明显降低,3-MCPD剂量在0.5mmol/L时,可以抑制激活的巨噬细胞产生肿瘤坏死因子(TNF-α)。但目前人缺乏体内试验对3-MCPD可以降低淋巴细胞和腹腔巨噬细胞的活性这一观点进行验证。2.5鼠伤寒沙门氏菌回复突变试验氯丙醇类物质中某些个体具有致突变性,其中1,3-DCP具有明显的致突变作用和遗传毒性作用,在提交给JECFA的一系列细菌和哺乳动物体外系统试验中均得到了显示。郭娇娇等采用平板渗入法,进行了3-MCPD对鼠伤寒沙门氏菌致突变作用的实验,实验结果显示,四种不同剂量的3-MCPD(5000μg/皿、1000μg/皿、200μg/皿、40μg/皿)对TA97、TA102这两种菌株无论在有无大鼠肝匀浆S-9活化系统下,其结果均为阴性。但是对TA100菌株,在剂量为5000μg/皿时,无论在有无大鼠肝匀浆S-9活化系统下,其结果均为阳性。说明在高剂量时,3-MCPD对鼠伤寒沙门氏菌也有致突变作用。2.6对大鼠睾丸间质细胞的毒性对于氯丙醇类物质的致癌性,在许多动物实验和体外实验中均找到了相关证据。Fisher大鼠的慢性毒性实验中,只发现3-MCPD与一些器官的良性肿瘤增加有关,而3-MCPD本身并不具有明显的致癌性。但是,Sunahara等报道,3-MCPD对F344大鼠的慢性毒性研究中发现,高剂量的3-MCPD可以导致雄性大鼠睾丸间质细胞和乳腺的肿瘤,雌雄性大鼠的肾脏良性肿瘤。并且有研究表明,3-MCPD也可以导致SD大鼠产生睾丸间质细胞瘤。目前较为确定的是1,3-DCP具有肝毒性和肾毒性,且在高剂量时在大鼠中出现明显的致癌作用,主要发生在肝、肾、口腔以及舌和甲状腺。目前突变学说认为,癌变前提条件是细胞DNA的突变,即没有突变就没有癌变。刘燕群等在观察1,3-DCP和3-MCPD对小鼠外周血淋巴细胞DNA损伤的实验中,通过对小鼠灌胃染毒的方式,连续7d,实验结果显示,1,3-DCP对雄性小鼠外周血淋巴细胞具有DNA损伤作用,而3-MCPD则无明显影响,说明1,3-DCP的确具有潜在的致癌性。3氯丙醇的去除方法3.1降解溶剂和降解条件选择采用酸法水解植物蛋白的食品生产工艺如果不对生产工艺加以改进,势必会产生一定量的氯丙醇类物质。因此,在不改变酸法水解植物蛋白的工艺基础上,通过降解的方法减少氯丙醇类物质的生成,成为研究的热点。翁文川等依据微生物唯一碳源的利用和富集液体培养的原理,选用具有选择性的富集培养原料,施以选择性条件,驯化分离出具有潜在工业应用价值的降解菌株,并通过研究优化降解条件,在实验内进行水解植物蛋白液中氯丙醇降解。最终,从活性污泥中分离出了三株以氯丙醇作为唯一碳源的微生物,对氯丙醇均有较好的降解作用。除采用生物法讲解氯丙醇外,也可采用化学法降解酸法水解过程中产生的氯丙醇。有实验显示,氯丙醇在pH<4.0的范围内较稳定,当随着溶液pH值升高,氯丙醇分子中的氯原子被置换出来,与NaOH形成NaCl。当pH7.0的条件下,将氯丙醇中的氯原子置换得较完全,所以采用碱法清除氯丙醇,无论从理论分析,还是试验的实际效果都证明是切实可行的。既可以实现工业化生产,又能降低生产成本氯丙醇的产生与原料的甘油量即油脂量有关,因此将原料中的油脂去除可大大减少氯丙醇的产生。3.2酶法水解植物蛋白主要流程改造目前,普遍采用的酸法水解植物蛋白的特点是水解迅速、彻底,成本低、投资小,广泛用于多种食品之中。缺点是敏感氨基酸被破坏,单糖、多糖大部分被破坏,导致水解液呈棕黑色。最主要的是水解过程中生成氯丙醇类物质,而这类物质对人体健康可能存在多种危害。所以消除食品中氯丙醇的另一有效办法就是对水解植物蛋白的工艺加以改进。孙敬武等采用控制原料含油脂量、盐酸浓度、温度、加入水解促进剂控制水解速度和方向等方法抑制氯丙醇的产生量,同时采用负压浓缩去除残余氯丙醇的方法,使一氯丙醇下降到国际上最苛刻的0.01ppm要求以下。除了对酸法水解植物蛋白食品生产工艺本身相关条件的改进,已达到降低氯丙醇类物质的产生外,酶法水解植物蛋白的食品加工工艺由于其具有对敏感氨基酸无破坏作用,能最大限度保留原料的风味,主要的是不产生氯丙醇类有害物质等优点,也越来越受到人们的关注。史亚静等通过将酶法和酸法结合制备大豆水解液,得到料液比为1∶10的情况下,60℃用木瓜蛋白酶水解1h,在50℃用复合风味酶水解2h,在110℃用3mol/L盐酸水解3h后得到水解度较高,风味较好且安全的水解液,水解液的水解度达到34.87%,氯丙醇含量为0.3mg/kg。由此可见,采用酸酶结合法水解植物蛋白可以达到降低氯丙醇的效果。李国基等对中国传统工艺酿造的酱油中是否含有氯丙醇进行了测定。实验报告显示中国传统工艺天然酿造的酱油中不含有氯丙醇类物质,所以采用天然酿造法代替酸水解植物蛋白法生产酱油可避免氯丙醇类物质的产生。但是,传统酿造法仍存在酿造周期长,投入成本高