添加物对烹饪油在加热情况下产生微粒数的影响

添加物对烹饪油在加热情况下产生微粒数的影响
摘要
本文研究了食盐、海盐、黑胡椒粉、大蒜粉和姜黄五种添加物对烹调油（200℃）产生可入肺颗粒物和超微粒子（UFP）的影响。

将100毫克添加物在不搅拌下分别加入到加菜籽油和大豆油中。

黑胡椒、食盐和海盐对菜籽油的可入肺颗粒物产生量分别降低了86%（P＜0.001）、88%（P＜0.001）和91%（P＜0.001）。

黑胡椒、食盐和海盐对菜籽油产生的总颗粒物也分别降低了45%（P = 0.003）、52%（P = 0.001）和53%（P＜0.001）。

姜和大蒜对菜籽油的入肺颗粒物和总产生量没有影响。

食盐和海盐对大豆油的可入肺颗粒物排放水平分别降低了47%（P＜0.001）和77%（P＜0.001）将其他添加物添加到大豆油中后，其可入肺颗粒物的产生量没有变化。

黑胡椒、海盐和食盐对大豆油产生的总颗粒数分别减少了51%、61%和68%（P＜0.001）。

姜和大蒜粉对大豆油的总粒子数的排放没有影响。

这一结果表明，食盐、海盐和黑胡椒可用于降低烹饪油产生的颗粒的总数量和可入肺颗粒物排放量。

1.引言
烹饪排放的烟气使人们暴露于PM2.5（直径小于2.5微米的粒子）和超微粒子（UFP）中。

Dennekamp等人发现，使用燃气和电烹饪容易产生UFP。

使用燃气、电炉和烤箱烹饪是室内UFP的最主要来源。

侯赛因等人发现烹饪和吸烟是家庭室内颗粒的主要来源。

在各种烹饪中，油炸是颗粒物排放的主要来源。

通风设施和烹饪方法的变化可以减少烹饪过程的微粒排放量。

Howard-Reed等人发现，使用中央风机和电除尘器，相对于它们关闭的情况，能够降低室内来源颗粒数浓度的25-50 %和55-85 %。

华勒斯等人报道了一个类似的观察，机械的空气过滤、集中供暖和空调分别将来自于烹饪的室内超细和细颗粒浓度降低了51%、23%和14%，
See and Balasubramanian对烹饪油盐的组成成分进行了分析。

他们发现，比起用油烹饪，用水烹饪能减少碳颗粒、多环芳烃和有毒金属的产生但是会增加无机阴离子的产生，如氟离子、氯离子和硫酸根离子。

他们也发现，相对于油炸来说，用蒸汽烹饪会减少可吸入颗粒物浓度水平的65%。

Zhang等人研究了不同的烹饪方式产生的炭黑、超细颗粒和可入肺颗粒物的浓度，结果表明，相对遇用油烹饪（中式），使用水基烹饪（意式），黑碳、UFP和可入肺颗粒物的浓度分别较少了75%、93%和85%。

Zhang 和Buonanno等人发现食品中的脂肪含量与烹饪颗粒的生产有关。

烹饪用油中的颗粒物的排放量取决于油的选择。

Amouei Torkmahalleh等人发现，与椰子、橄榄油、花生油和玉米油相比，大豆油、菜籽油和红花油可降低90%可入肺颗粒物浓度。

降低油的表面积，也会减少颗粒物的排放，排放率与油的表面积成正比，因此排放量可以通过油的表面积计算出来。

通常，在油炸和烹饪过程中加入添加物以提高熟食的味道。

黑胡椒、食盐和海盐是许多饮食文化中常用的添加物。

姜黄是一种黄色原料，广泛应用在中东和南亚的一些国家，如伊朗和印度，在西方国家也很常见。

黄姜黄色的活性成分是姜黄素，具有抗突变和抗肿瘤活性。

Karadas和Kara进行了元素分析并且测定了姜黄的元素成分，分别有Ca、Mg、Fe、Zn、Sr、Mn、Ba、Cu、Ni、Cr、Co、Cd等。

在这些元素中，Ca的浓度最高，其次是镁。

在西式食品中，大蒜经常在烹饪和油炸过程中添加。

大蒜的主要成分是二烯丙基二硫化物，它可以提高消化率和能量利用效率。

大蒜和黑胡椒含有多种元素，如Ca，铁、锌、铜、Mn、Cd、Pb、P、Cl、S、Na、Mg、Al、P、K，Ti，Cr，Co，Ni，Se、Rb、SrandSn。

在大蒜
和黑胡椒中钾的含量最高，其浓度范围从0.16到2.1%
本研究的目的是系统地研究来自于加有添加物（食盐，海盐、黑胡椒、大蒜粉、姜）的烹饪油产生的粒子的数量和质量浓度以及排放率。

这项研究的结果可以为选择适当的油和添加物比例提供指导，从而降低微粒的排放量。

2.材料和方法
2.1不同类型油的微粒排放量试验
本实验选择了两种商业烹饪油进行研究：大豆油和菜籽油，分别向其中加入五种添加物：食盐、海盐、黑胡椒、蒜粉、姜，然后测定其可入肺颗粒物和总颗粒数浓度以及排放量。

之所以选择大豆油和菜籽油，是因为它们在加热时排放率最低。

油和添加物在本地购买并保存在实验室，不需要冷藏，购买最近一个月内生产的油。

所有的实验均在一个0.81立方米的实验室内进行。

实验分为两个阶段。

在第一阶段，将200mL油加入到1L的烧杯中，加热至205℃，这一温度低于菜籽油和大豆油的烟点。

因此，实验过程中，我们看不到微粒的排放。

将100毫克添加物加入到油中，不搅拌，这样可以使添加物部分浮在油的表面部分渗入油中。

向菜籽油中加食盐和海盐，各分别加入50mg、200mg，观察研究添加物的浓度的影响。

将添加物加入到烧杯中后，将烧杯迅速转移到相邻的实验罩内，用以物理地分离油加热之后散发出来的微粒。

随着时间延长，油温不断降低，在油表面往上0.35m处检测粒子数量和质量浓度。

油的表面面积为0.0094m2。

颗粒浓度和温度的监测一直持续到油温降至150 ℃。

在下一个实验进行之前，用肥皂清洗烧杯中的油渍并用去离子水冲洗干净。

实验在实验室温度和相对湿度下进行（23.6±1℃、42.3±3%）。

对监测仪器的采样时间为1—2min。

因此，油的实际冷却速度为0.13±0.01℃。

第一次微粒测量时油的温度为200±1℃。

在实验过程中，观察到食盐和海盐溶解于油中，实验结束时，几乎没有食盐和海盐残存在油的表面。

相反，其他的添加物主要都残存在了没搅拌的油的表面。

2.2仪器
2.3排放量估计
对浓度—时间序列进行分析，计算出微粒的排放率和排放量。

计算微粒排放率、空气变化率和粒子衰变率的详细实验和数学方法是由Amouei Torkmahalleh等人所提出的。

简言之，在样品检测期间，发射率被认为是恒定的，用于计算的质量平衡方程见公式1.
S为粒子排放率，V为实验罩的体积，a为空气的变化率，k为衰减率系数。

排放通量等于排放率除以油的表面积。

2.4数据分析
如果观测到的排放量具有统计学特性，常使用单因素方差分析来测试。

食盐、海盐和黑胡椒粉的实验重复了四次，黄姜和大蒜的实验重复了三次。

3.结果
3.1菜籽油
图1显示，PM2.5的浓度变化与纯菜籽油的温度和油中加入的添加物有关（食盐、海盐、黑胡椒粉、大蒜和姜黄）。

随着温度的降低，PM2.5的浓度下降。

在所有的因素中，浓度差异最大的是在温度最高的时候。

然而，在所有测试温度下，纯菜籽油和加有大蒜粉或姜黄的菜籽油的实验数据没有统计学差异。

在温度为180-200℃的范围内，纯菜籽油和加有黑胡椒粉、食盐、海盐的菜籽油的实验数据有显著的差异。

在这一温度范围内，相对于纯菜籽油加有添加剂的菜籽油的微粒产生浓度下降了。

比如，在200℃时，PM2.5浓度平均减少了87%。

图2显示了纯菜籽油和加有添加物的菜籽油产生的总微粒数的变化。

相同地，纯菜籽油和加有大蒜粉或姜黄的菜籽油的实验数据没有统计学差异。

在温度为180-200℃的范围内，加有食盐、海盐、黑胡椒粉的菜籽油加热产生的总微粒数低于纯菜籽油产生的。

在200℃时，相对于纯菜籽油，黑胡椒粉、海盐和食盐平均减少了50%的总微粒数。

随着温度的降低，总微粒数浓度也在降低。

3.2大豆油
与菜籽油类似，随着温度的降低，加有和不加添加物的大豆油产生的总微粒数浓度都呈下降趋势。

在所有温度下，纯大豆油和添加有姜黄、大蒜粉或黑胡椒粉的大豆油产生的PM2.5浓度没有显著的差异。

在温度为180-200℃的范围内，
4.讨论
在所有的测试条件下，食盐和海盐都能减少油中微粒的排放。

当加入到大豆油中时，海盐比食盐更能减少PM2.5的排放浓度。

但是，这两种添加物对菜籽油没有影响。

加有添加物的油产生的排放物的减少与油中溶解的盐的比例有关。

在实验过程中，盐实际上几乎完全溶解于油中。

一旦溶解了，盐就会在溶液中电离，因此，盐溶液的蒸汽压力将会比纯油降低。

这一蒸汽压力的降低，将会导致PM2.5和总颗粒数浓度的减少。

也有可能是热的固体的添加物在油的表面也会导致微粒的产生，但是不足以产生减少添加物排放颗粒的效果。

因为表面和烧杯侧面的油会优先冷却，所以液体的整体测量温度可能不同于油的表面温度。

还有，因为添加物不是机械地混合在油中，所以处在油表面的添加物可能会导致油的局部温度的降低。

加有胡椒粉油的表面温度的降低可以解释微粒排放量的减少，因为它没有溶解于油中，因为它的尺寸比大蒜粉和姜黄粉大。

但是，这一假设还有待测试，因为它并没有解释为什么胡椒粉可以减少菜籽油的PM2.5排放而不能减少大豆油的PM2.5排放。

相比于其他的烹饪油，菜籽油和大豆油有相对更少的微粒排放。

虽然目前的研究表明，这些油排放量的进一步减少与添加剂有关，但是当添加物加入到有更高微粒排放量的油中时（玉米油、椰子油、橄榄油），可以产生更大的排放差异。

其他的烹饪油将在更深层次的试验中检测。

5.结论
本研究的目的是分离并研究不同添加物对烹饪油产生微粒的影响。

结果表明，向200mL 菜籽油和大豆油中加入100mg食盐、海盐和黑胡椒粉，产生的总微粒数和PM2.5流量减少。

然而，加入更多或更少的盐不会改变微粒产生率和流量。

总微粒数和PM2.5产生量的减少，可能是由于离子化导致的溶液表面蒸汽压力减少，或者是由于油表面蒸汽压力改变产生的突变效应。

添加物被单独加入到不经过搅拌的油中能够简化系统，并且能够直接比较不同因素。

然而，如何解释添加物导致的烹饪油产生微粒数的减少还需要进一步的研究。

比如，在伊朗和印度的烹饪中，煎炸中通常将姜黄粉、盐和黑胡椒粉同时加入到烹饪油中。

还有，添加物经常会同时加入油中或者是在加入食物之后，以及搅拌食物和添加物。

因此，为了准确预测烹饪油微粒的产生量，添加物应该在有食物和配料的情况下进行测试。