活性炭對茶油苯并(α)芘脫除效果研究

崔 玲，周美林，邱朝坤

（1.秭歸縣公共檢驗檢測中心，湖北 宜昌 443600；2.武漢設計工程學院，湖北 武漢 430205）

茶油富含維E、維D、胡蘿卜素、磷脂、角鯊烯等生物活性成分[1]，具有增強人體免疫力、降低血脂和膽固醇含量、預防動脈粥樣硬化和冠心病等心血管疾病的功能[2]。茶油還被《中國藥典2015版》收錄，主要作為注射用茶油的原料及軟膏基質[3]。茶油在國內高檔油消費市場有著十分重要的地位，市場占有率也逐步提升。2019年我國油茶種植面積已達到453.33萬hm2，油茶籽年產量262萬t，占全球油茶資源的95%以上，并形成千億產值規模[4]。

茶油的制取工藝通常采用壓榨法、浸出法、超臨界萃取法、水代法等，已有研究表明，山茶油的制取方法不同，產量和品質會存在差異[5]，尤其是影響食品安全的苯并（α）芘含量會有較大差別，熱榨工藝制作的茶油苯并（α）芘含量遠高于冷榨法[6]。

鑒于苯并（α）芘對人體的危害，食品安全國家標準——食品中污染物限量（GB 2762—2017）中規

定，油脂及其制品中苯并（α）芘限量標準為10μg/kg。因此，如何降低茶油中苯并（α）芘含量具有十分重要的意義。目前，常用的方法有物理吸附法[7]、低溫沉降法[8]、溶劑萃取法[9]等，其中活性炭吸附法具有成本低、效果好、易推廣等優點。活性炭與樹脂、硅膠、沸石等吸附劑相比，具有更加發達的孔隙結構和巨大的比表面積，且化學性質穩定、耐酸耐堿[10]，除此之外，活性炭的表面還有豐富的官能團，這些官能團賦予了活性炭獨特的化學性能，能與多種物質進行結合[11]，起到吸附的效果，因而活性炭被廣泛應用于茶油中苯并（α）芘的脫除工藝。試驗主要對活性炭類型和吸附條件進行優化，以期為茶油苯并（α）芘去除技術提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗試劑

A活性炭：8024-0，粉末狀，荷蘭諾瑞特公司（NORIT Nederland）提供；B活性炭，分析純，粉末狀，天津市科密歐化學試劑有限公司提供；C活性炭：分析純，顆粒狀，天津市科密歐化學試劑有限公司提供；氧化鋁（層析用BKHI-200），上海納輝干燥試劑廠提供；苯并（α）芘標準品（純度≥99.0%）；正己烷、乙腈、四氫呋喃為色譜純；其余試劑為分析純，天津市科密歐化學試劑有限公司提供。

1.2 儀器設備

BL3-120型超聲波清洗機、THXH-I型旋渦混合器，上海比郎儀器有限公司產品；WGL-II型比色計，杭州其偉光電科技有限公司產品；AL204型電子天平，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司產品；SHB-III型循環水真空泵，鞏義市英高科儀器廠產品；RE52CS型旋轉蒸發器，上海亞榮生化儀器廠產品；SS-4型電熱恒溫水浴鍋，北京市用光明醫療儀器廠產品；DHG-9240A型電熱恒溫干燥箱，上海精宏實驗設備有限公司產品；SX2-2.5-12型箱式電阻爐、KSW-5-12型電爐溫度控制器，天津市中環試驗電爐有限公司產品；U3000型高效液相色譜儀（附熒光檢測器），美國Agilent公司產品。

1.3 試驗方法

1.3.1 毛油活性炭吸附

取壓榨茶籽毛油2 L，并用濾紙過濾，除去毛油中的固體物質。取過濾后的毛油25 g置于100 mL干燥清潔的小燒杯中，加入一定質量的活性炭，將燒杯放入85℃水浴鍋中，待油溫達到85℃開始計時，中途不斷用玻璃棒攪拌，30 min后取出燒杯，靜置冷卻至室溫后過濾，測定其中苯并（α）芘含量及色澤。

1.3.2 苯并（α）芘含量的測定

按照食品安全國家標準——食品中多環芳烴的測定（GB 5009.265—2016）中高效液相色譜法測定茶油中苯并（α）芘含量。

1.3.3 茶油色澤的測定

采用羅維朋比色法（比色槽25.4 mm）測定樣品油的紅值和黃值。

2 結果與分析

2.1 苯并（α）芘標準曲線

苯并（α）芘質量濃度與峰面積對應關系見表1。

表1 苯并（α）芘濃度與峰面積對應關系

根據苯并（α）芘質量濃度和峰面積繪制的標準曲線線性方程為Y=53 642X+18 695，線性相關系數R2為0.999 4，其質量濃度和峰面積呈良好線性關系。

2.2 活性炭種類對茶油苯并（α）芘的吸附效果

研究了不同類型活性炭對茶油苯并（α）芘吸附效果，同時考查了活性炭對茶油色澤的影響。

不同類型活性炭對茶油苯并（α）芘的吸附效果見表2。

表2 不同類型活性炭對茶油苯并（α）芘的吸附效果

從表2可以看出，在同等添加量下，活性炭A對茶油苯并（α）芘吸附效果最優，其對苯并（α）芘吸附率遠高于活性炭B和活性炭C。當其添加量為0.2%時，對茶油苯并（α）芘吸附率高達97.86%，茶油中苯并（α）芘含量低至1.92μg/kg，遠低于國家標準（GB 2762—2017中限量為10μg/kg），也低于一些茶油地方標準或團體標準，如湖南省油茶產業協會團體標準——湖南茶油（T/HNYC 001-2019）中規定苯并（α）芘限量為8μg/kg，浙江制造團體標準——山茶油（T/ZZB 0429—2018）中規定苯并（α）芘限量為5μg/kg。因而采用活性炭A僅需很少的添加量就能將茶油中苯并（α）芘含量降到合格范圍內。而活性炭B和活性炭C對茶油中苯并（α）芘的吸附能力相對較弱，對于活性炭B，其添加量達到10%時，茶油中苯并（α）芘吸含量才能降至國家標準（GB 2762—2017）以下；而對于活性炭C，即使其添加量為20%，茶油中苯并（α）芘含量仍然高達36.92μg/kg，脫除效果極其不理想。

同時，由于粉末活性炭內比表面積比顆粒活性炭大得多[12]，粉末狀活性炭對苯并（α）芘的吸附能力更高、吸附效果更好。

活性炭除了能夠吸附苯并（α）芘，還具有一定的脫色能力。活性炭A脫色效果與其添加量呈正相關，而活性炭B和活性炭C在試驗中的添加量和吸附條件下脫色能力不是很明顯。油脂精煉中可通過添加價格更低廉但脫色效果更好的活性白土輔助脫色。

綜合考慮，采用0.4%活性炭A進行苯并（α）芘脫除能達到效益最大化。

2.3 吸附時間對茶油苯并（α）芘吸附效果

采用0.4%活性炭A對茶油中苯并（α）芘進行脫除，研究不同吸附時間苯并（α）芘脫除效果。

吸附時間對茶油苯并（α）芘吸附效果見表3。

表3 吸附時間對茶油苯并（α）芘吸附效果

從表3可以看出，隨著吸附時間的延長，苯并（α）芘脫除率呈先上升后下降趨勢，當吸附時間為30 min時，脫除率達到最高99.21%。在吸附的前30 min內，隨著時間的延長，活性炭吸附的苯并（α）芘不斷增加，但繼續延長吸附時間，解析效應開始呈現，因而苯并（α）芘脫除率開始下降。當吸附時間為25 min時，茶油中苯并（α）芘含量已經遠遠低于各類茶油標準，因而選擇最佳吸附時間為20~30 min。

2.4 吸附溫度對茶油苯并（α）芘吸附效果

采用0.4%活性炭A對茶油中苯并（α）芘進行脫除，研究不同吸附溫度下苯并（α）芘脫除效果。

吸附溫度對茶油苯并（α）芘吸附效果見表4。

表4 吸附溫度對茶油苯并（α）芘吸附效果

從表4可以看出，吸附溫度越高，苯并（α）芘脫除率越高，當吸附溫度為75℃時，茶油苯并（α）芘含量已經下降到1.44μg/kg；當吸附溫度為95℃時，茶油苯并（α）芘含量為0.17μg/kg，且脫除率已經高達99.81%。由于苯并（α）芘本身就是油料高溫下脂類、蛋白質等熱解的產物，因而不宜繼續提高吸附溫度。綜合考慮能量消耗成本和吸附效果，最佳吸附溫度為75~95℃。

3 結論

研究了不同類型活性炭對茶油苯并（α）芘的吸附效果，結果表明活性炭A添加量為0.4%，在75~95℃下吸附25~30 min，茶油中苯并（α）芘脫除效果較好，能夠使苯并（α）芘含量滿足各類標準要求，同時兼顧了經濟效益。下一步將研究攪拌速率、活性炭粒徑等條件對吸附效果的影響，以及活性炭對茶油中活性成分的吸附損失情況。