珍爱厨子，人人有责。
来源 | 科研圈（id：keyanquan）
撰文 | 菡萏
在一个饥肠辘辘的人眼中，食物下进热锅里的“滋啦”一声和随之而来的焦香“锅气”恐怕是最诱人的感官体验。但是，炒菜也会释放出大量挥发性有机化合物，形成肉眼不可见的气溶胶颗粒，不仅污染室内空气，还可能对人体健康有害。近日，一个来自美国约翰·霍普金斯大学的研究团队根据“炒菜实验”收集到的颗粒物排放数据，开发了一个模型，详细描绘了烹饪过程中颗粒物浓度和成分的动态变化。
烟火气中的颗粒物
根据历史学家的考证，我们的祖先在距今 1500 多年前的南北朝时期，就开始将“炒”这种烹饪方法带入厨房了。如今，炒菜是中国人引以为傲的烹饪代表，全世界有数十亿人将其作为一种快速简单且相对健康的方式来准备餐食。然而，大火爆炒不仅给我们带来了温暖的人间烟火气，还会令食物中的油脂、蛋白质和其他化学物质以微小颗粒物的形式悬浮在空气中。
大量研究表明，暴露于室外颗粒物会导致心血管和呼吸系统疾病。而室内暴露，特别是与烹饪相关的颗粒物暴露是否具有同样的影响，仍然是一个悬而未决的问题。
实际上，人类在室内环境的化学暴露是一个早就得到关注的研究课题。2018 年，美国得克萨斯大学奥斯汀分校的模拟住房实验室曾开展过一项名为“微生物和环境化学的房屋观察”（HOMEChem）的研究项目，实地探索了我们的日常活动如何影响室内空气中痕量气体和颗粒的排放、化学转化和去除。炒菜这种烹饪活动就被包含其中。
在 HOMEChem 项目里，炒菜实验一共进行了 16 次，每次都可以被分为三个阶段：
1.使用燃气或电炉，在不粘锅或铸铁锅中加热大豆油（加热阶段）
2.加入冷冻蔬菜（蔬菜阶段）
3.蔬菜炒熟后加入调味酱汁（调料阶段）
在这个过程中，研究人员使用高分辨率飞行时间气溶胶质谱仪（HR-AMS）和飞行时间气溶胶化学形态监测仪（ACSM）对厨房空气中颗粒物浓度和化学成分进行了实时测量。这些颗粒主要以气溶胶的形态出现，含有多种有机物，包括甘油三酯、脂肪酸和蛋白质，以及物质暴露于高热环境和热油时产生的各种化学物质。此外，一些挥发性化合物会在食物下锅后还会直接以气体的形式排放，或者在气相和气溶胶之间转变。
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在 HOMEChem 数据的支持下，约翰·霍普金斯大学环境健康与工程副教授 Peter DeCarlo 和他的团队将热力学因素纳入了炒菜排放颗粒物的计算模型中。他们在分析数据后发现，炒菜过程中存在两个颗粒物的排放高峰。第一个高峰出现在将蔬菜加入热油后，这时与炒菜用油有关的成分（sbOA，类似亚油酸）会在空气中大量出现；第二个高峰则是加入调味酱汁的阶段，这时的排放物主要以燃烧/褐变反应后的食物成分（bbOA）为主。此外，在炒菜的初始阶段，也就是加热食用油时，与炒菜用油有关的成分以及碳氢化合物等混杂成分（mOA）就已经开始上升了。
a-c 是从三次实验中测定的三类颗粒物成分的排放情况。d-f 是有机物气溶胶的排放情况。实线代表厨房区域和临近生活区，虚线代表房屋内的其他生活区。图片来源：论文
除此之外，DeCarlo 和团队还考察了炒菜颗粒物在环境中的传输和分布，以及烹饪活动对整间房屋室内空气质量的影响。在 HOMEChem 项目中，炒菜实验的厨房与相邻的起居室相通。这两个加起来面积大约为 100 平米的区域，是烹饪的主要影响区域，排放物浓度增长幅度最大。然而，这并不意味着房屋其他区域能够逃过“烟火气”的洗礼。在其余的约 40 平米的区域，即使不与厨房直接相连，研究者也在烹饪开始后的数分钟内检测到了上述三种成分的扩散。
DeCarlo 团队的模型证明，炒菜带来的排放物会在整个室内空间中移动，这就是为什么我们可以隔着几个房间都能闻到其他人正在做饭的味道。
宫保鸡丁的“威力”
其实，DeCarlo 不是第一个对炒菜排放物感兴趣的学者。2022 年，一组来自南京信息工程大学、北京大学和中国科学院等多家机构的中国学者，对炒和炸这两种中国家庭常用的烹饪方式展开了更为全面的调查。
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他们首先比较了烹饪方式和食材对厨房颗粒排放物的影响。研究者在实验室里重现了炸鸡块、煎豆腐、炒卷心菜和宫保鸡丁四道典型菜品，同时使用气象色谱和质谱仪分析了不同菜品烹饪油烟中的化合物成分。结果显示，这四道菜的烹饪油烟中包含 326 种可被定量的化学物质，其中 201 种属于污染物（挥发性/半挥发性有机化合物较多），包括 25 种芳烃、19 种正构烷烃、100 种含氧化合物（含有 7 种酸、10 种醇、29 种醛、24 种酯类、5 种酮类）、3 种多环芳烃，以及 54 种其他化学物质。
四种菜品中，宫保鸡丁由于其相对“激烈”的烹饪方法，化学物质排放率、臭氧形成潜能值和次级有机气溶胶的检测值都处于第一。炸鸡块和煎豆腐次之，炒卷心菜相对排放量最少。在烹调肉类菜品产生的油烟中，甲苯、己酸、戊酸等含量较多，占总排放量的一半以上。而炒卷心菜产生的有机化合物中，烷烃、醇类（芳樟醇、丁醇）和蒎烯（β-蒎烯）是主要的化学类别。
四道中式菜肴的污染物排放率比较。来源：论文
考虑到食用油在中式烹调中的重要地位，这项研究还比较了玉米油、花生油、大豆油和葵花籽油四种中国家庭常见的食用油在炸鸡块时产生的有机物排放。结果显示，玉米油炸鸡块时排放的气态污染物种类最为丰富，而大豆油炸鸡油烟的臭氧形成潜能比其他种类的油都要高，花生油和葵花籽油则更容易产生丁醇。进一步的统计学分析表明，尽管烹饪方式会影响污染物排放量，但使用的油的种类更能解释烹饪油烟的成分和排放差异。
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油烟杀手
尽管上述研究都没有直接评估炒菜油烟带来的健康影响，但多环芳烃、苯并芘、氮氧化物等排放物会进入人体呼吸道和肺部，增加癌症风险。
英国 2021 年发表的一项研究报告表明，在通风系统差、燃烧效能极低的炊具上做饭，对健康造成的损害相等于每天抽 2 包烟，这种情况每年在全球导致 160 万人死亡。这项报告还指出，厨房油烟可导致肺癌、肺炎及其他下呼吸道疾病。可能引起的其他疾病还包括哮喘甚至白内障。
早在 2009 年，同济大学肿瘤研究所一项长达 5 年的肺癌流行病学调查就发现，中青年女性长期在厨房做饭时接触高温油烟，会使其患肺癌的危险性增加 2~3 倍。在非吸烟女性肺癌危险因素中，超过 60% 的女性长期接触厨房油烟，做饭时经常有眼和咽喉的烟雾刺激感；有 32% 的女性烧菜喜欢用高温油煎炸食物，同时厨房门窗关闭，厨房小环境油烟污染严重；还有 25％ 的家庭中厨房连着卧室，并且冬天炒菜时也很少打开窗户，导致睡觉时也在吸入高温油烟。
这些数据和研究再次说明了做饭时减少高温煎炸，多开窗保持厨房空气流通的重要性。尽管抽油烟机已经是中国家庭的标配，但大部分抽油烟机的效能范围集中在其下方 45 厘米，其余油烟散发的有毒烟量仍是一根香烟的上千倍。尽量减少暴露，依然是目前最现实也最有效的保护途径。
论文信息
Model Framework for Predicting Semivolatile Organic Material Emissions Indoors from Organic Aerosol Measurements: Applications to HOMEChem Stir-Frying
Bryan E. Cummings, Matson A. Pothier, Erin F. Katz, Peter F. DeCarlo, Delphine K. Farmer, and Michael S. Waring
Environmental Science & Technology 2023 57 (45), 17374-17383
DOI: 10.1021/acs.est.3c04183
Impact of cooking style and oil on semi-volatile and intermediate volatility organic compound emissions from Chinese domestic cooking
Song, K., Guo, S., Gong, Y., Lv, D., Zhang, Y., Wan, Z., Li, T., Zhu, W., Wang, H., Yu, Y., Tan, R., Shen, R., Lu, S., Li, S., Chen, Y., and Hu, M.
Atmos. Chem. Phys., 22, 9827–9841
https://doi.org/10.5194/acp-22-9827-2022, 2022.
其他参考资料：
https://phys.org/news/2023-12-indoor-pollution-cooking.html
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.estlett.2c00207
https://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_11614168
https://www.gov.cn/govweb/fwxx/kp/2009-11/09/content_1459757.htm
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