德国婴儿配方奶粉中3-氯-1,2-丙二醇酯和缩水甘油酯的污染状况研究学术报告

一、 研究作者、机构与发表信息 本研究由美国食品药品管理局食品与应用营养中心的Jessica K. Beekman、Samanta Popol、Shaun MacMahon，以及德国霍恩海姆大学食品化学与分析化学研究所的Michael Granvogl共同完成。研究成果于2021年7月8日在线发表在学术期刊 Food Additives & Contaminants: Part A 上，文章DOI为10.¹⁰⁸⁰⁄_19440049.2021.1940308。

二、 研究背景与目的 科学领域： 本研究属于食品化学与食品安全领域，聚焦于食品加工过程中产生的污染物分析与风险评估。

研究背景： 食用油脂在精炼，特别是高温脱臭过程中，会形成一系列脂肪酸酯类污染物，主要包括3-氯-1，2-丙二醇脂肪酸酯（简称3-MCPD酯）、2-氯-1，3-丙二醇脂肪酸酯（2-MCPD酯）和缩水甘油脂肪酸酯。这些酯类污染物被摄入人体后，能在胃肠道内被高效水解，释放出游离态的3-MCPD、2-MCPD和缩水甘油。游离3-MCPD被国际癌症研究机构归类为2B类致癌物（可能对人类致癌），主要对肾脏和睾丸具有毒性；游离缩水甘油则被归类为2A类致癌物（很可能对人类致癌），具有遗传毒性。由于精炼油脂是商业婴儿配方奶粉的主要脂肪来源，奶粉喂养的婴儿可能通过食用配方奶粉而暴露于这些污染物。因此，评估婴儿配方奶粉中这些污染物的含量水平对于保障婴幼儿健康、进行暴露风险评估以及监管合规性检查至关重要。

基于上述健康风险，欧盟相继出台了严格的限量法规：2018年设定了婴儿配方奶粉中缩水甘油酯（以结合态缩水甘油计）的最大限量；2021年1月（本研究发表时已颁布但尚未完全生效）进一步设定了游离与结合态3-MCPD总和的最大限量。

研究目的： 本研究旨在：（1）分析2019年从德国市场购买的45种婴儿配方奶粉产品中3-MCPD酯和缩水甘油酯的含量水平；（2）评估不同制造商产品间的污染物浓度差异；（3）将2019年的数据与2015年从德国市场收集的同类数据进行比较，以评估四年间污染物水平的降低趋势，从而间接反映生产商为降低污染物所采取的措施是否得到改进；（4）将德国产品的数据与欧盟法规限量和美国市场婴儿配方奶粉的污染水平进行比较，评估德国产品的合规性及国际差异；（5）为评估德国奶粉喂养婴儿对3-MCPD和缩水甘油的暴露水平提供基础数据。

三、 详细研究流程与方法 本研究主要包含样品采集、脂肪提取、样品净化、液相色谱-串联质谱分析以及数据处理与比较五个核心流程。

1. 样品采集与描述： 研究共分析了2019年从德国超市购买的45种不同婴儿配方奶粉产品。这些产品来自8家不同的制造商（文中以制造商A至H匿名表示），涵盖针对新生儿、6个月以上、10个月以上、1岁以上及2岁以上婴幼儿的不同阶段产品。所有配方奶粉的脂肪含量在16%至31%之间，主要脂肪来源为精炼的棕榈油、菜籽油、葵花籽油、椰子油、大豆油、鱼油和/或被孢霉油。特别值得注意的是，除两种产品外，其余所有产品均含有棕榈油（已知是这些污染物的重要来源）。

2. 脂肪提取： 采用美国FDA此前建立的液-液脂肪提取法（Leigh and MacMahon, 2016）。具体流程如下：称取2克奶粉粉末置于离心管中，依次加入乙酸乙酯和水各12毫升。涡旋混合15秒后，在35°C、500 rpm条件下振荡加热1.5小时。随后进行高速离心，分离有机相和水相。向管中加入无水硫酸钠以去除残余水分，再次离心。将上层有机相转移至已称重的玻璃离心管中，在氮气吹扫下蒸发至干，得到脂肪提取物。此提取过程重复三次以确保脂肪提取完全。最终，通过称重法计算提取出的脂肪质量，所有样品的脂肪回收率均达到标签声称值的95%以上。

3. 样品净化与制备： 提取出的脂肪在进行仪器分析前需经过净化处理，以去除基质干扰。本研究采用基于固相萃取的两步净化法，该方法同样由美国FDA团队开发（MacMahon et al., 2013b, 2013），并针对婴儿配方奶粉脂肪提取物进行了优化。 首先，向干燥的脂肪提取物中加入已知量的氘代内标溶液，然后用乙酸乙酯和甲基叔丁基醚的混合溶剂复溶。 然后，将复溶液分为两部分，分别进行净化： * 对于3-MCPD二酯和缩水甘油酯的净化： 取相当于20毫克脂肪提取物的溶液，通过硅胶固相萃取柱进行净化。该步骤旨在分离和富集目标二酯和缩水甘油酯。 * 对于3-MCPD单酯的净化： 另取相当于20毫克脂肪提取物的溶液，通过C18固相萃取柱进行净化，以专门分离单酯。 净化后的洗脱液经氮吹浓缩后，用异丙醇复溶，并转移至进样瓶，待LC-MS/MS分析。

4. 仪器分析与定量： 分析方法： 本研究采用直接检测法，即使用液相色谱-串联质谱联用仪对完整的3-MCPD酯和缩水甘油酯分子进行分析，无需经过化学转化步骤。该方法由美国FDA团队开发并验证（MacMahon et al., 2013b, 2013），具有高选择性和灵敏度。在本研究中，该方法得到了进一步优化，增加了更多可商购的氘代内标（见表1和补充材料表S1），以提高定量的准确性。 分析目标： 共定量检测10种3-MCPD单酯、14种3-MCPD二酯和7种缩水甘油酯。这些目标酯类涵盖了棕榈油等常见油脂中约95%的相关污染物种类。 仪器条件： * 液相色谱： 使用Shimadzu UHPLC系统，配备C18色谱柱。针对二酯/缩水甘油酯和单酯采用不同的甲醇/异丙醇-水梯度洗脱程序，流动相中加入甲酸铵和甲酸以改善离子化。 * 质谱： 使用Sciex 5500 QTRAP质谱仪，电喷雾正离子模式。采用多反应监测模式进行数据采集，每种分析物都有其特定的母离子-子离子对。 * 定量： 使用9点内标校准曲线进行定量，线性范围覆盖1至400 ng/g（ppb）。校准曲线的相关系数均大于0.990。

5. 数据分析与比较： 将测得的各单酯、二酯和缩水甘油酯的浓度，通过分子量转换，计算为“结合态3-MCPD”和“结合态缩水甘油”的当量浓度。此浓度代表了理论上这些酯类完全水解后所能释放出的游离3-MCPD和缩水甘油的量。数据处理后，进行以下比较分析： * 制造商间比较： 计算并比较8家制造商产品的平均污染物浓度及范围。 * 时间趋势比较： 将2019年的数据与同一研究团队2015年在德国市场收集的59种配方奶粉数据进行比较。 * 法规符合性评估： 将2019年和2015年德国产品的结合态缩水甘油浓度与欧盟2018年法规限量（粉末配方≤0.050 µg/g）进行比较；将结合态3-MCPD浓度与欧盟2021年法规中游离与结合态3-MCPD总和的限量（粉末配方≤0.125 µg/g）进行比较，并指出由于游离3-MCPD含量通常极低，此比较具有实际参考意义。 * 国际比较： 将德国产品数据与美国市场在2013-2019年间购买的配方奶粉数据进行比较。

四、 主要研究结果及其分析 1. 污染物浓度水平及酯类分布： * 3-MCPD酯： 在45个样品中检测到的结合态3-MCPD浓度范围为0.005至0.17 µg/g奶粉粉末，平均值为0.054 µg/g。不同制造商产品的平均值在0.024至0.099 µg/g之间。其中，制造商E的产品平均浓度最高（0.099 µg/g），而制造商H的产品平均浓度最低（0.024 µg/g）。 * 缩水甘油酯： 结合态缩水甘油的浓度水平更低，范围为未检出至0.017 µg/g，平均值为0.006 µg/g。所有制造商产品的平均值均不超过0.011 µg/g。有6个产品未检出缩水甘油酯。 * 酯类组成： 在所有样品中，含量最高的3-MCPD二酯是棕榈酸-油酸二酯，这与含有棕榈油的配方奶粉预期相符。主要的缩水甘油酯是油酸缩水甘油酯和棕榈酸缩水甘油酯。

2. 重要发现与趋势分析： * 污染物水平极低： 与先前文献报道的精炼油脂（尤其是棕榈油）中高浓度的3-MCPD酯和缩水甘油酯相比，本次研究中所有婴儿配方奶粉的污染物浓度“极低”。这表明制造商很可能在其配方中使用了经过减控措施处理的油脂（即“减控油脂”），且这一做法在8家制造商中似乎是普遍采用的。 * 一致的浓度关系： 一个非常明显的趋势是，在所有45个分析样品中，每个样品的结合态3-MCPD浓度都高于其结合态缩水甘油浓度。这一现象也在此前美国市场的研究中被观察到。作者提出两种可能解释：一是减控措施可能对降低缩水甘油酯更为有效；二是在婴儿配方奶粉的生产加工过程中，可能存在某些步骤（如热处理）特异性地破坏或转化了缩水甘油酯，导致其相对含量降低。这将是未来研究的一个重要方向。 * 显著的四年下降趋势： 将2019年数据与2015年德国市场数据对比发现，污染物平均水平显著下降。结合态3-MCPD的平均浓度从0.094 µg/g降至0.054 µg/g，降低了约43%；结合态缩水甘油的平均浓度从0.010 µg/g降至0.006 µg/g，降低了40%。特别是制造商B和E的产品，下降幅度尤为明显。这表明在2015年至2019年间，德国婴儿配方奶粉制造商普遍改进了生产工艺和/或油脂采购策略，进一步降低了污染物水平。 * 高合规率： 100% 的2019年德国产品符合欧盟关于缩水甘油酯的现行法规（≤0.050 µg/g）。同时，96% 的产品（45个中的43个）其结合态3-MCPD浓度已经低于2021年生效的欧盟新规对于游离与结合态3-MCPD总和的限量（≤0.125 µg/g）。即使是2015年的产品，也有97%符合缩水甘油酯限量，80%符合3-MCPD限量，进一步印证了德国制造商在法规出台前就已采取积极行动。 * 国际比较结果： 与同期美国市场婴儿配方奶粉相比，德国产品在污染物控制上起步更早、水平更低。2015年德国产品的平均污染物浓度远低于2013-2016年的美国产品。到2017-2019年，尽管美国产品（特别是那些使用了减控油脂的产品）的污染物水平已大幅下降并接近德国水平，但德国产品在缩水甘油酯控制上仍保持略微领先的优势。这可能是由于德国制造商为应对预期的欧盟法规而提前布局了减控措施。

五、 研究结论与价值 本研究系统评估了2019年德国市场婴儿配方奶粉中3-MCPD酯和缩水甘油酯的污染状况，得出以下核心结论： 1. 总体安全可控： 德国市场上婴儿配方奶粉中3-MCPD酯和缩水甘油酯的污染水平普遍很低。 2. 减控措施有效： 制造商广泛采用了源头减控措施（如使用经过特殊工艺处理的精炼油），且这些措施在2015年至2019年间得到了持续优化和加强，导致污染物水平进一步显著下降。 3. 高度符合法规： 绝大多数产品已满足甚至超过欧盟设定的严格限量标准，展现了德国食品工业在应对食品安全风险方面的主动性和有效性。 4. 提供了关键暴露评估数据： 本研究产生的具体污染物浓度数据，可直接用于估算德国奶粉喂养婴儿对这些潜在有害化合物的膳食暴露量，为公共卫生部门的风险评估提供了宝贵的一手资料。

科学价值： 本研究提供了特定时间点、特定区域（德国）婴儿配方奶粉中两类重要加工污染物的高质量“发生数据”，丰富了该领域的数据库。通过纵向（时间）和横向（国际）比较，揭示了污染物水平的动态变化趋势和行业实践差异，为理解减控措施的实际效果和监管政策的有效性提供了实证支持。文中指出的“结合态3-MCPD浓度始终高于结合态缩水甘油”这一普遍现象，提出了新的科学问题，为后续研究指明了方向。

应用价值： 研究结果直接服务于食品安全监管和消费者保护。它为监管机构评估德国婴儿配方奶粉的合规性提供了科学证据，证明了现有法规和行业减控指南的有效性。同时，研究也向消费者传递了关于产品安全性的积极信息。对于全球婴儿配方奶粉生产商而言，本研究展示了通过技术和管理手段有效降低此类污染物水平的可行路径。

六、 研究亮点 1. 系统性监测与趋势分析： 不仅提供了2019年的横断面数据，更重要的是通过与2015年历史数据的对比，清晰揭示了污染物浓度在四年间的下降趋势，有力地证明了行业减控实践的持续改进。 2. 高合规性验证： 在欧盟新法规即将生效之际，前瞻性地验证了市场上绝大多数产品的合规性，具有及时的政策参考价值。 3. 发现并提出新科学问题： 明确指出了婴儿配方奶粉中结合态3-MCPD与缩水甘油浓度比例关系的特异性，这超越了简单的污染水平监测，触及了加工过程中污染物转化机制这一更深层次的科学问题。 4. 方法可靠性与数据可比性： 研究采用经过验证的美国FDA直接LC-MS/MS方法，并确保了与团队前期研究（德国2015年数据、美国市场数据）在方法学上的一致性，使得不同批次、不同地域的数据具有高度的可比性，增强了研究结论的说服力。 5. 全面涵盖主要制造商： 样本覆盖了德国市场8家主要制造商的45种产品，具有较好的代表性，能够反映德国市场的整体状况。

七、 其他有价值内容 研究还讨论了方法学的细节，例如如何处理含有鱼油/被孢霉油（富含DHA、EPA等长链多不饱和脂肪酸）的配方奶粉。由于无法获得这些特殊脂肪酸构成的酯类标准品，研究通过对比直接法和间接法的结果，论证了这些油脂对总污染物浓度的贡献可以忽略不计，这为类似复杂基质的分析提供了思路。 此外，文中简要提及了目前国际上已有的几种官方或待官方批准的婴儿配方奶粉污染物检测方法（包括间接GC-MS法和直接LC-MS/MS法），以及欧盟法规对不同类型油脂设定的具体限量，为读者提供了更广阔的技术和监管背景。