陳文泰 胡崑 薛艷 盧興東 王鳴

餐飲排放是城市地區(qū)揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）重要的無(wú)組織來(lái)源，由于其排放特征復(fù)雜，是大氣環(huán)境研究和管理的薄弱環(huán)節(jié).本研究采用了現(xiàn)場(chǎng)和實(shí)驗(yàn)?zāi)M兩種采樣方式，利用2，4-二硝基苯肼（DNPH）采樣柱和不銹鋼罐分別采集羰基化合物和全空氣樣品，然后利用高效液相色譜（HPLC）和氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS/FID）對(duì)116種組分進(jìn)行定性定量分析.在此基礎(chǔ)上，分析了餐飲源VOCs的排放特征及其影響因素.總體來(lái)看，含氧有機(jī)物（OVOCs）和烷烴是VOCs濃度的主要貢獻(xiàn)者，但不同餐飲源的源譜特征差異較大.另外，通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)食用油的種類(lèi)、油的使用次數(shù)、加熱方式、烹飪方式和調(diào)味料等因素會(huì)對(duì)餐飲源VOCs排放特征造成顯著影響.進(jìn)一步分析了不同菜系所排放VOCs的臭氧生成潛勢(shì)（OFP），關(guān)鍵組分主要是甲醛、乙醛、丁烯醛、乙烯和丙烯等.本研究成果能夠補(bǔ)充我國(guó)餐飲源VOCs控制所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù).關(guān)鍵詞

餐飲源;揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）;排放特征;源成分譜;臭氧生成潛勢(shì)（OFP）

中圖分類(lèi)號(hào) X511

文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A

0 引言

揮發(fā)性有機(jī)物（Volatile Organic Compounds，VOCs）是臭氧（O3）和細(xì)顆粒物（PM2.5）的重要前體物[1].為了實(shí)現(xiàn)空氣質(zhì)量持續(xù)改善的目標(biāo)，近年來(lái)我國(guó)開(kāi)展了許多針對(duì)VOCs來(lái)源的研究，其中機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣、工業(yè)源及燃煤等被認(rèn)為是城市大氣VOCs的主要來(lái)源[2-5].隨著我國(guó)對(duì)移動(dòng)源和固定源VOCs的有效管控，一些無(wú)組織排放過(guò)程對(duì)大氣VOCs的影響日益凸顯.餐飲源是城市地區(qū)重要的無(wú)組織源，食材和食用油等在烹飪加工過(guò)程中，會(huì)通過(guò)熱氧化和熱分解等化學(xué)反應(yīng)生成VOCs[6-7].Wang等[8]利用排放因子法計(jì)算出我國(guó)餐飲VOCs排放量已達(dá)到66 244.6 t/a.

近年來(lái)，我國(guó)開(kāi)展了一些針對(duì)餐飲源VOCs排放特征的研究，發(fā)現(xiàn)其會(huì)受到多種因素的影響.菜系和菜品是影響餐飲源VOCs排放特征的重要因素.有研究發(fā)現(xiàn)燒烤排放的VOCs濃度遠(yuǎn)高于西式快餐、中式快餐、川菜和浙菜[9]，葷菜類(lèi)排放的VOCs濃度高于素菜類(lèi)[10-11].食用油的種類(lèi)、加熱方式和調(diào)味料也會(huì)影響VOCs的排放特征.研究發(fā)現(xiàn)，烹飪過(guò)程中橄欖油排放的VOCs濃度最高，其次為花生油、葵花籽油、大豆油和調(diào)和油[12].以燃?xì)庾鳛榧訜岱绞剿欧诺腣OCs濃度是電磁爐的1.4～2.0倍[13];烹飪過(guò)程中加入調(diào)味料后排放的VOCs濃度也會(huì)有明顯改變[11，14].此外，已有文獻(xiàn)對(duì)餐飲源VOCs的分析大多是針對(duì)于全空氣或者羰基化合物中的某一類(lèi)，僅有少量研究將全空氣和羰基化合物樣品相結(jié)合進(jìn)行分析[10，15].

本研究針對(duì)菜系、食用油的種類(lèi)、油的重復(fù)使用次數(shù)、烹飪方式及調(diào)料等影響因素，采用現(xiàn)場(chǎng)與實(shí)驗(yàn)?zāi)M采樣相結(jié)合的方法，綜合分析了餐飲源VOCs的源成分譜、濃度水平以及相對(duì)組成，并進(jìn)一步分析了不同菜系的臭氧生成潛勢(shì)（OFP）以及對(duì)臭氧生成貢獻(xiàn)的關(guān)鍵VOCs組分.本研究對(duì)餐飲源VOCs排放特征的分析能夠?yàn)椴惋嬙磁欧徘鍐蔚臉?gòu)建提供數(shù)據(jù)支撐，并為餐飲源VOCs控制提供科學(xué)依據(jù).

1 實(shí)驗(yàn)儀器及研究方法

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置和采樣

餐飲源VOCs采集裝置如圖1所示，主要部件包括不銹鋼集氣罩、不銹鋼油煙管路和真空隔膜泵三部分.從不銹鋼油煙管路上引出支路分別連接2，4-二硝基苯肼（DNPH）采樣柱（Dikma 65913）和內(nèi)壁拋光并經(jīng)過(guò)硅烷化的不銹鋼罐（3.2 L，Entech，USA），來(lái)采集羰基化合物和全空氣樣品.DNPH柱前端接碘化鉀（KI）柱去除臭氧（O3）.采樣泵（Gilian，GilAir Plus）的采樣流速設(shè)置為800 mL/min，采樣時(shí)長(zhǎng)為10 min.羰基化合物樣品采集完成后，將DNPH柱密封后于4 ℃冷藏保存.不銹鋼罐在采樣前用清罐儀（Entech 3100，USA）進(jìn)行清洗并抽真空（內(nèi)部壓力≤50×133.322 mPa）.

本研究共采集了61個(gè)樣品，其中餐館現(xiàn)場(chǎng)采集17個(gè)樣品（包括2個(gè)川菜、6個(gè)家常菜（燃?xì)庠睿?個(gè)煎炸和4個(gè)燒烤）.實(shí)驗(yàn)?zāi)M采集44個(gè)樣品，包括：6個(gè)家常菜（電磁爐）樣品;10個(gè)不同的食用油種類(lèi)（花生油、玉米油、菜籽油、葵花籽油和大豆油）樣品;12個(gè)玉米油和花生油重復(fù)使用次數(shù)（即1次油、2次油和3次油）樣品;6個(gè)不同烹飪方式（爆炒、慢炒、煮湯）樣品;10個(gè)不同調(diào)料（大蒜、豆瓣醬、胡椒粒、花椒粒、生抽）樣品.環(huán)境空氣中也存在VOCs，為了避免其對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，本研究還在每次采樣前預(yù)先采集1個(gè)環(huán)境樣品（包括DNPH柱和不銹鋼罐），共采集了13個(gè)環(huán)境樣品，并在計(jì)算各餐飲源VOCs濃度時(shí)予以分別扣除.

1.2 實(shí)驗(yàn)室分析方法

采集完成后的DNPH柱采用5 mL乙腈逆流洗脫，利用高效液相色譜儀（HPLC，Agilent Waters 1260 Infinity）進(jìn)行分離，色譜柱為C18柱，通過(guò)紫外光（UV）檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè).流動(dòng)相為去離子水、乙腈（色譜純）和四氫呋喃的三元混合物，三者比例梯度為：0～16 min，50%/38%/12%～46%/40%/14%;16～20 min，46%/40%/14%～40%/50%/10%;20～24 min，40%/50%/10%～40%/50%/10%;24～30 min，40%/50%/10%～5%/85%/10%，30～32 min，5%/85%/10%～50%/38%/12%.流量：1 mL/min;柱溫：（25±0.5）℃;檢測(cè)波長(zhǎng)為360 nm.校準(zhǔn)曲線的相關(guān)系數(shù)的平方R2均大于0.999，儀器檢測(cè)限（Method Detection Limit，MDL）計(jì)算方法見(jiàn)文獻(xiàn)[16]，本研究MDL為0.1 ～0.6 μg/m3.該方法共測(cè)量13種羰基化合物，包括甲醛、乙醛、丙酮、丙烯醛、丙醛、丁烯醛、2-丁酮、甲基丙烯醛、正丁醛、苯甲醛、戊醛、間甲基苯甲醛和己醛.

全空氣樣品中的VOCs則利用北京大學(xué)自主研發(fā)的大氣揮發(fā)性有機(jī)物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行定量分析.該系統(tǒng)為雙氣路設(shè)計(jì)，其中氣路Ⅰ使用PLOT柱（25 cm×0.53 mm）在-150 ℃捕集C2～C5碳?xì)浠衔铮∟MHCs）組分，加熱汽化后利用PLOT柱（15 m×0.32 mm）進(jìn)行分離，再利用氫火焰離子化檢測(cè)器（Flame Ionization Detector，F(xiàn)ID）進(jìn)行檢測(cè).氣路Ⅱ使用去活石英毛細(xì)管空柱（25 cm×0.53 mm）在-150 ℃捕集C5～C12的NMHCs、鹵代烴和含氧揮發(fā)性有機(jī)物（OVOCs）等組分，加熱汽化后利用DB-624色譜柱（15 m×0.25 mm）進(jìn)行分離，再利用四級(jí)桿質(zhì)譜檢測(cè)器（Mass Spectrometer，MS）進(jìn)行檢測(cè).儀器檢測(cè)限的計(jì)算方法、參數(shù)設(shè)置和質(zhì)量控制及質(zhì)量保證（QA/QC）見(jiàn)文獻(xiàn)[17].本研究MDL為0.01～0.38 μg/m3，精密度為0.5%～8.6%.該方法共測(cè)量103種VOCs組分，包括29種烷烴、11種烯烴、乙炔、17種芳香烴、35種鹵代烴、7種OVOCs和3種其他組分.

1.3 臭氧生成潛勢(shì)

臭氧生成潛勢(shì)（Ozone Formation Potential，OFP）常用于評(píng)價(jià)各VOCs組分生成臭氧的能力[18]，其計(jì)算公式如下：

OFPi=MIRi×[VOC]i， （1）

式中：OFPi為某VOC組分i的OFP（μg/m3）;MIRi表示某VOC組分i的臭氧最大增量反應(yīng)活性（μg/μg，以每μg VOC產(chǎn)生的O3量（μg）計(jì)）;[VOC]i表示某VOC組分i的質(zhì)量濃度（μg/m3）.

2 結(jié)果與討論

2.1 不同菜系所排放VOCs的源譜特征

圖2展示了餐館現(xiàn)場(chǎng)采集的不同菜系所排放VOCs的化學(xué)組成特征.從圖2中可以看出，不同菜系所排放的VOCs化學(xué)組成具有顯著差異.烷烴是川菜、家常菜和煎炸所排放VOCs的主要組成，其貢獻(xiàn)率分別為51.2%、42.5%和47.3%.

（1：乙烷;2：乙烯;3：丙烷;4：丙烯;5：異丁烷;6：乙炔;7：正丁烷;8：反-2-丁烯;9：1-丁烯;10：順-2-丁烯;11：環(huán)戊烷;12：異戊烷;13：正戊烷;

14：氟利昂12;15：氟利昂114;16：氯甲烷;17：氯乙烯;18：1，3-丁二烯;19：溴甲烷;20：氯乙烷;21：氟利昂11;22：1-戊烯;23：反-2-戊烯;

24：異戊二烯;25：2-戊烯;26：1，1-二氯乙烯;27：氟利昂113;28：2，2-二甲基丁烷;29：二硫化碳;30：異丙醇;31：2，3-二甲基丁烷;

32：二氯甲烷;33：2-甲基戊烷;34：3-甲基戊烷;35：甲基叔丁基醚;36：1-己烯;37：正己烷;38：1，1-二氯乙烷;39：乙酸乙烯酯;

40：2，4-二甲基戊烷;41：基環(huán)戊烷;42：反-1，2-二氯乙烯;43：順-1，2-二氯乙烯;44：乙酸乙酯;45：四氫呋喃;46：三氯甲烷;

47：1，1，1-三氯乙烷;48：2-甲基己烷;49：環(huán)己烷;50：2，3-二甲基戊烷;51：四氯化碳;52：3-甲基己烷;53：苯;54：1，2-二氯乙烷;

55：2，2，4-三甲基戊烷;56：庚烷;57：三氯乙烯;58：甲基環(huán)己烷;59：1，2-二氯丙烷;60：甲基丙烯酸甲酯;61：1，4-二氧己環(huán);62：二氯溴甲烷;

63：2，3，4-三甲基戊烷;64：2-甲基庚烷;65：反-1，3-二氯丙烯;66：3-甲基庚烷;67：甲基異丁基酮;68：甲苯;69：正辛烷;

70：順-1，3-二氯丙烯;71：1，1，2-三氯乙烷;72：四氯乙烯;73：2-己酮;74：二溴一氯甲烷;75：1，2-二溴乙烷;76：氯苯;77：乙基苯;

78：間/對(duì)二甲苯;79：正壬烷;80：鄰二甲苯;81：苯乙烯;82：溴仿;83：異丙基苯;84：1，1，2，2-四氯乙烷;85：正丙苯;86：間乙基甲苯;

87：對(duì)乙基甲苯;88：1，3，5-三甲基苯;89：癸烷;90：鄰乙基甲苯;91：1，2，4-三甲基苯;92：1，3-二氯苯;93：1，4-二氯苯;94：1，2，3-三甲基苯;

95：芐基氯;96：間二乙基苯;97：對(duì)二乙基苯;98：1，2-二氯苯;99：十一烷;100：十二烷;101：1，2，4-三氯苯;102：六氯-1，3-丁二烯;

103：萘;104：甲醛;105：乙醛;106：丙酮;107：丙烯醛;108：丙醛;109：丁烯醛;110：2-丁酮;111：甲基丙烯醛;

112：正丁醛;113：苯甲醛;114：戊醛;115：間甲基苯甲醛;116：己醛）

圖2 不同菜系所排放VOCs的化學(xué)組成特征

Fig.2 Chemical composition of VOCs emitted from cooking of different cuisines

而燒烤中主要貢獻(xiàn)者為OVOCs（69.2%），其次是烯烴（15.8%），烷烴僅為9.7%.此外，OVOCs還是川菜、家常菜和煎炸的次要貢獻(xiàn)者，貢獻(xiàn)率分別為28.0%、30.3%和34.1%.

對(duì)于具體VOCs組分而言，不同菜系之間的差異更加顯著.在川菜中，乙烷、甲醛和丙烷是主要貢獻(xiàn)組分，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為37.5%、19.2%和4.1%，此外乙烯也貢獻(xiàn)了3.3%.家常菜所排放VOCs質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高的組分是丙烷（32.3%）、甲醛（11.0%）和乙烯（7.9%）.在煎炸所排放的VOCs中，丙烷、正戊烷和乙醛是主要貢獻(xiàn)組分，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為20.4%、14.2%和10.3%.在燒烤所排放的VOCs中，主要貢獻(xiàn)組分是乙醛（17.0%）、丁烯醛（15.1%）和甲醛（12.3%），但同時(shí)乙烯和丙烯的貢獻(xiàn)率也不可忽視，分別達(dá)到了5.6%和3.8%.由于燒烤是直接將食材放置于炭火上加熱，而木炭的燃燒會(huì)產(chǎn)生羰基化合物和烯烴[19-20]，可能是導(dǎo)致燒烤所排放VOCs中羰基化合物和烯烴貢獻(xiàn)增加的原因.

2.2 食用油的品種和油的使用次數(shù)對(duì)餐飲源VOCs排放特征的影響

圖3a比較了以電磁爐作為加熱方式，分別利用5種食用油炸等量新鮮雞塊時(shí)的VOCs排放特征.結(jié)果表明，利用不同的食用油烹飪相同菜品時(shí)所排放的VOCs濃度水平和化學(xué)組成具有較大差異.從質(zhì)量濃度水平來(lái)看，VOCs排放質(zhì)量濃度最高的是花生油，達(dá)到758.5 μg/m3，其次分別為菜籽油（367.2 μg/m3）、玉米油（348.9 μg/m3）、葵花籽油（344.1 μg/m3）和大豆油（184.1 μg/m3）.

從化學(xué)組成來(lái)看，不管使用哪種食用油，OVOCs均是炸雞塊所排放的VOCs的主要貢獻(xiàn)者.以菜籽油炸雞塊時(shí)，OVOCs的貢獻(xiàn)率為52.1%，低于其他4種食用油（78.2%～85.5%）.而菜籽油炸雞塊所排放的C6以上烷烴的占比較高（28.7%），是其他4種食用油烷烴貢獻(xiàn)率的7.8～27.0倍.此外，鹵代烴在以玉米油和菜籽油炸雞塊所排放的VOCs中占比相對(duì)較高，分別達(dá)到了9.1%和11.1%，遠(yuǎn)高于花生油（0.6%）、葵花籽油（0.7%）和大豆油（0.6%）.

在一些烹飪過(guò)程中，食用油會(huì)被重復(fù)使用，本研究進(jìn)一步分析了油的使用次數(shù)對(duì)餐飲源VOCs排放特征的影響.圖3b展示了以燃?xì)庠钭鳛榧訜岱绞?，以花生油和玉米油作為烹飪用油，重?fù)使用1～3次來(lái)炸等量新鮮雞塊時(shí)VOCs的排放特征.結(jié)果表明，食用油的使用次數(shù)會(huì)對(duì)VOCs的濃度水平和化學(xué)組成造成顯著影響.從質(zhì)量濃度水平上來(lái)看，以花生油作為烹飪用油時(shí)，重復(fù)使用3次的花生油炸雞塊所排放的VOCs質(zhì)量濃度高達(dá)62 588.8 μg/m3，是使用1次的花生油炸雞塊（4 660.7 μg/m3）的14倍，是重復(fù)使用2次花生油（4 829.4 μg/m3）的13倍.以玉米油作為烹飪用油時(shí)，也是重復(fù)使用3次的油來(lái)炸雞塊時(shí)所排放的VOCs質(zhì)量濃度最高（29 734.8 μg/m3），分別是使用1次玉米油（17 795.2 μg/m3）的2倍，是重復(fù)使用2次玉米油（5 753.5μg/m3）的5倍.

從化學(xué)組成來(lái)看，烷烴均是以花生油和玉米油炸雞塊所排放VOCs的主要貢獻(xiàn)者，對(duì)食用油使用1次、2次和3次后所排放VOCs質(zhì)量濃度的貢獻(xiàn)范圍分別為48.3%～81.4%和61.8%～86.2%，平均貢獻(xiàn)率為54.2%和65.5%.在花生油和玉米油的1次和2次使用的結(jié)果中，均以C2～C3烷烴為主，質(zhì)量濃度貢獻(xiàn)范圍為44.8%～76.6%.而在花生油和玉米油重復(fù)使用3次所排放的VOCs中，C2～C3烷烴的貢獻(xiàn)率下降，C4～C5烷烴和C6以上烷烴的貢獻(xiàn)率增加.其中，C4～C5烷烴對(duì)花生油和玉米油重復(fù)使用3次所排放VOCs的貢獻(xiàn)率分別為48.7%和60.4%，而C6以上烷烴的貢獻(xiàn)率則分別為16.2%和18.4%.

2.3 加熱方式對(duì)餐飲源VOCs排放特征的影響

通過(guò)比較上節(jié)中以燃?xì)庠詈碗姶艩t作為加熱方式，利用花生油和玉米油炸雞塊的VOCs排放特征時(shí)，發(fā)現(xiàn)以燃?xì)庠钭鳛榧訜岱绞降腣OCs排放質(zhì)量濃度（103～104 μg/m3）遠(yuǎn)高于電磁爐（102 μg/m3）.同時(shí)VOCs的化學(xué)組成也差異顯著，燃?xì)庠罴訜岱绞剿欧诺腣OCs中以烷烴為主，平均貢獻(xiàn)率大于60%，而在電磁爐加熱方式中則以O(shè)VOCs為主（80%）.

為了比較不同加熱方式對(duì)家常菜所排放VOCs的影響，本研究又分析了以電磁爐作為加熱方式烹飪制作家常菜時(shí)所排放VOCs的化學(xué)組成特征.結(jié)果發(fā)現(xiàn)，OVOCs是家常菜（電磁爐）的主要貢獻(xiàn)者，貢獻(xiàn)率為61.4%，其次為烷烴（28.6%）和烯烴（4.2%）.通過(guò)比較兩種加熱方式所排放出的具體VOCs組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)發(fā)現(xiàn)，家常菜（燃?xì)庠睿┧欧诺谋椋?2.3%）和乙烷（3.2%）均達(dá)到家常菜（電磁爐）的丙烷（10.3%）和乙烷（1.1%）的3倍左右，同時(shí)乙烯（7.9%）和丙烯（2.8%）也是高于電磁爐的乙烯（0.8%）和丙烯（1.7%）.

本研究進(jìn)一步將所有采集的餐飲源樣品（包括餐館現(xiàn)場(chǎng)和實(shí)驗(yàn)?zāi)M采集），根據(jù)加熱方式的不同分成了燃?xì)庠詈碗姶艩t兩大類(lèi).結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩種加熱方式所排放VOCs的質(zhì)量濃度水平和化學(xué)組成差異顯著.從質(zhì)量濃度水平來(lái)看，以燃?xì)庠钭鳛榧訜岱绞剿欧诺腣OCs質(zhì)量濃度范圍為613.5 ～101 998.0 μg/m3，平均值為（11 790.2±21 323.0）μg/m3;而以電磁爐作為加熱方式所排放的VOCs質(zhì)量濃度范圍為128.2 ～2 257.4 μg/m3，平均值為（608.4±535.5）μg/m3.以燃?xì)庠钭鳛榧訜岱绞剿欧诺腣OCs質(zhì)量濃度是電磁爐的19倍以上，這個(gè)比值高于To等[13]的研究結(jié)果.

圖4展示了以燃?xì)庠詈碗姶艩t分別作為加熱方式時(shí)所排放VOCs的化學(xué)組成特征.從圖4a中可以看出，烷烴是以燃?xì)庠钭鳛榧訜岱绞剿欧臯OCs的主要貢獻(xiàn)者，平均貢獻(xiàn)率為52.2%，其次分別為OVOCs（28.5%）和烯烴（10.2%）;而在圖4b中，OVOCs則是以電磁爐作為加熱方式所排放VOCs的主要貢獻(xiàn)者（66.4%），其次為烷烴（25.5%）.作為燃料的液化石油氣（Liquefied Petroleum Gas，LPG）和天然氣（Natural Gas，NG）在餐飲烹飪過(guò)程中使用越來(lái)越普遍，其主要成分為乙烷、丙烷等[21]，因此可能導(dǎo)致了C2～C3烷烴濃度的增加，同時(shí)燃料的燃燒過(guò)程也會(huì)產(chǎn)生烯烴[13，22]，這可能導(dǎo)致了烯烴濃度的增加.另外，燃?xì)庠罴訜岱绞绞窃诿荛]或半密閉狀態(tài)的廚房?jī)?nèi)，而電磁爐則是在較為開(kāi)放的環(huán)境中.隨著烹飪和采樣過(guò)程的持續(xù)進(jìn)行，廚房?jī)?nèi)VOCs濃度會(huì)逐步積累，這可能進(jìn)一步導(dǎo)致了兩種加熱方式所排放VOCs之間的差異.

2.4 烹飪方式和調(diào)味料對(duì)VOCs排放特征的影響

為了探究烹飪方式對(duì)VOCs排放特征的影響，本研究選取了“西紅柿+雞蛋”的組合作為研究對(duì)象，以花生油為烹飪用油，電磁爐作為加熱方式，分別采用了爆炒、慢炒和煮湯的方式（圖5a）.結(jié)果表明，不同的烹飪方式對(duì)餐飲源VOCs排放特征影響顯著.從濃度水平來(lái)看，由于爆炒時(shí)加熱溫度較高，烹飪過(guò)程中翻炒頻繁，排放的VOCs質(zhì)量濃度達(dá)到2 110.5 μg/m3，遠(yuǎn)高于慢炒（510.3 μg/m3）和煮湯（147.0 μg/m3）.從化學(xué)組成來(lái)看，在3種烹飪方式所排放的VOCs中，OVOCs均是質(zhì)量濃度的主要貢獻(xiàn)者（53.2%～77.7%），其次貢獻(xiàn)者為烷烴（18.6%～21.2%）.

調(diào)味料的使用能提升菜品的口味，是烹飪過(guò)程中的一個(gè)重要元素，也會(huì)對(duì)餐飲源VOCs排放特征產(chǎn)生影響[14].本研究選取了“辣椒炒肉”作為典型菜品，分別以大蒜、胡椒粉、生抽、花椒粒和豆瓣醬作為調(diào)味料，以花生油為烹飪用油，電磁爐為加熱方式，相同溫度下翻炒10 min（圖5b），來(lái)分析調(diào)味料的使用對(duì)餐飲源VOCs質(zhì)量濃度水平和化學(xué)組成的影響.從濃度水平上來(lái)看，加入大蒜后所排放的VOCs濃度水平最高，達(dá)到643.5 μg/m3，其次分別為加入胡椒粉（542.2 μg/m3）、生抽（524.0 μg/m3）、花椒粒（431.6 μg/m3）和豆瓣醬（245.3 μg/m3）.從VOCs化學(xué)組成來(lái)看，OVOCs是加入胡椒粉、豆瓣醬和生抽后所排放VOCs濃度的主要貢獻(xiàn)者，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為91.0%、79.6%和60.4%.烷烴則是加入大蒜和花椒粒后所排放VOCs濃度的主要貢獻(xiàn)者，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為71.5%和57.8%，而OVOCs貢獻(xiàn)率僅為23.8%和37.7%.

2.5 不同菜系OFP及關(guān)鍵VOCs組分

VOCs組分繁多，化學(xué)活性差異大.為了評(píng)估餐飲源所排放的不同VOCs組分對(duì)臭氧生成的影響，本研究計(jì)算了不同菜系所排放VOCs的OFP（圖6）.燒烤所排放VOCs的OFP最高（51 925.2 μg/m3），其次為煎炸（12 854.9 μg/m3）、家常菜（燃?xì)庠睿?1 236.6 μg/m3）、川菜（8 338.3 μg/m3）和家常菜（電磁爐）（1 724.9 μg/m3），質(zhì)量濃度最高值（燒烤）是最低值（家常菜（電磁爐））的30倍以上.從各類(lèi)VOCs對(duì)OFP的貢獻(xiàn)來(lái)看，OVOCs對(duì)OFP的貢獻(xiàn)最高，對(duì)家常菜（電磁爐）、燒烤、川菜、煎炸和家常菜（燃?xì)庠睿㎡FP的貢獻(xiàn)率分別為78.3%、72.3%、64.3%、56.4%和50.7%.烯烴是家常菜（燃?xì)庠睿?5.6%）、煎炸（29.3%）、燒烤（24.2%）和川菜（12.3%）的次要貢獻(xiàn)者，而家常菜（電磁爐）的次要貢獻(xiàn)者則是烷烴（8.6%）.

圖7展示了對(duì)不同菜系OFP貢獻(xiàn)排名前十的關(guān)鍵VOCs組分.結(jié)果表明，醛類(lèi)化合物和烯烴對(duì)OFP貢獻(xiàn)相對(duì)較大.在川菜、家常菜（燃?xì)庠睿?、煎炸和燒烤中，甲醛均是OFP排名第一的組分，其OFP分別高達(dá)4 633.5、4 063.5、3 378.5和9 654.8 μg/m3.而乙醛則是家常菜（電磁爐）OFP排名第一的組分（1 034.8 μg/m3）.整體來(lái)看，家常菜（燃?xì)庠睿┖图逭∣FP排名前三組分中均包含乙烯和丙烯，川菜OFP排名前三組分中僅包含乙烯，而燒烤和家常菜（電磁爐）OFP

排名前三的組分均為醛類(lèi)化合物，主要是甲醛、乙醛和丁烯醛.值得注意的是，燒烤也均包含乙烯和丙烯組分，且組分排名相對(duì)靠前.而在常菜（電磁爐）中，丙烯僅排名第六，乙烯甚至未出現(xiàn)在前十組分中.產(chǎn)生這種差異的原因可能與加熱方式有關(guān).本研究中的川菜、家常菜（燃?xì)庠睿⒓逭ê蜔揪鶠槊骰鸺訜幔ㄈ細(xì)饣蚰咎浚?，燃料的燃燒過(guò)程會(huì)排放出烯烴[21]，使得乙烯和丙烯的排名相對(duì)靠前.

3 結(jié)束語(yǔ)

1）菜系會(huì)影響餐飲源VOCs的排放特征.OVOCs和烷烴是川菜、家常菜、煎炸及燒烤的主要貢獻(xiàn)者，兩者之和分別貢獻(xiàn)了79.2%、72.9%、81.4%和78.9%.對(duì)于具體VOCs組分而言，不同菜系的差異十分顯著.

2）食用油的種類(lèi)和油的使用次數(shù)會(huì)影響餐飲源VOCs的排放特征.利用電磁爐加熱方式炸雞塊所排放的VOCs濃度水平依次為：花生油>菜籽油>玉米油>葵花籽油>大豆油，OVOCs均是主要貢獻(xiàn)者（52.1%～85.5%）.利用燃?xì)庠罴訜岱绞降幕ㄉ秃陀衩子驼u塊所排放VOCs中，烷烴均是主要貢獻(xiàn)者，平均貢獻(xiàn)率為54.2%和65.5%.重復(fù)使用的3次花生油和3次玉米油所排放VOCs濃度分別是前兩次使用結(jié)果的13～14倍和2～5倍.

3）加熱方式會(huì)影響餐飲源VOCs的排放特征.利用燃?xì)庠罴訜岱绞降乃袠悠匪欧臯OCs的平均質(zhì)量濃度為（11 790.2±21 323.0）μg/m3，高于電磁爐的（608.4±535.5）μg/m3.烷烴是燃?xì)庠罴訜岱绞剿欧臯OCs的主要貢獻(xiàn)者（52.2%），其次為OVOCs（28.5%）;而電磁爐加熱方式所排放VOCs的主要組成則是OVOCs（64.4%），其次為烷烴（25.5%）.

4）烹飪方式和調(diào)味料會(huì)影響餐飲源VOCs的排放特征.3種烹飪方式所排放VOCs濃度水平依次為：爆炒>慢炒>煮湯，OVOCs均為VOCs的主要貢獻(xiàn)者（53.2%～77.7%），其次為烷烴.加入調(diào)味料后所排放VOCs的濃度水平依次為：大蒜>胡椒粉>生抽>花椒粒>豆瓣醬.其中，OVOCs是加入胡椒粉、豆瓣醬和生抽后所排放VOCs濃度的主要貢獻(xiàn)者（60.4%～91.0%），烷烴則是加入大蒜（71.5%）和花椒粒（57.8%）后所排放VOCs濃度的主要組成.

5）不同菜系的OFP及其關(guān)鍵VOCs組分差異顯著.OFP依次為：燒烤>煎炸>家常菜（燃?xì)庠睿?川菜>家常菜（電磁爐），其中OVOCs對(duì)OFP的貢獻(xiàn)最高（50.7%～78.3%）.甲醛、乙醛、丁烯醛、乙烯和丙烯等是關(guān)鍵VOCs組分.

參考文獻(xiàn)

References

[1]唐孝炎，張遠(yuǎn)航，邵敏.大氣環(huán)境化學(xué)[M].2版.北京：高等教育出版社，2006

TANG Xiaoyan，ZHANG Yuanhang，SHAO Min.Atmospheric environmental chemistry[M].2nd ed.Beijing：Higher Education Press，2006

[2] Wang M，Shao M，Chen W W，et al.Trends of non-methane hydrocarbons （NMHC） emissions in Beijing during 2002-2013[J].Atmospheric Chemistry and Physics，2015，14（3）：85-94

[3] 胡崑，王鳴，鄭軍，等.基于PMF量化工業(yè)排放對(duì)大氣揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）的影響：以南京市江北工業(yè)區(qū)為例[J].環(huán)境科學(xué)，2018，39（2）：493-501

HU Kun，WANG Ming，ZHENG Jun，et al.Quantification of the influence of industrial emissions on volatile organic compounds （VOCs） using PMF model：a case study of Jiangbei industrial zone in Nanjing[J].Environmental Science，2018，39（2）：493-501

[4] Chen W T，Shao M，Lu S H，et al.Understanding primary and secondary sources of ambient carbonyl compounds in Beijing using the PMF model[J].Atmospheric Chemistry and Physics，2014，14（6）：3047-3062

[5] Liu H，Man H Y，Cui H Y，et al.An updated emission inventory of vehicular VOCs and IVOCs in China[J].Atmospheric Chemistry & Physics，2017，17（20）：1-32

[6] Klein F，Platt S M，F(xiàn)arren N J，et al.Characterization of gasphase organics using proton transfer reaction time-of-flight mass spectrometry：cooking emissions[J].Environmental Science & Technology，2016，50（3）：1243-1250

[7] Wang L N，Xiang Z Y，Stevanovic S，et al.Role of Chinese cooking emissions on ambient air quality and human health[J].Science of the Total Environment，2017，589：173-181

[8] Wang H L，Xiang Z Y，Wang L N，et al.Emissions of volatile organic compounds （VOCs） from cooking and their speciation：a case study for Shanghai with implications for China[J].Science of the Total Environment，2018，621：1300-1309

[9] 崔彤，程婧晨，何萬(wàn)清，等.北京市典型餐飲企業(yè)VOCs排放特征研究[J].環(huán)境科學(xué)，2015，36（5）：1523-1529

CUI Tong，CHENG Jingchen，HE Wanqing，et al.Emission characteristics of VOCs from typical restaurants in Beijing[J].Environmental Science，2015，36（5）：1523-1529

[10] 郭浩，張秀喜，丁志偉，等.家庭烹飪油煙污染物排放特征研究[J].環(huán)境監(jiān)控與預(yù)警，2018，10（1）：51-56

GUO Hao，ZHANG Xiuxi，DING Zhiwei，et al.Research on emission characteristics of family cooking fume[J].Environmental Monitoring and Forewarning，2018，10（1）：51-56

[11] 高雅琴，王紅麗，許睿哲，等.餐飲源揮發(fā)性有機(jī)物組成及排放特征[J].環(huán)境科學(xué)，2019，40（4）：1627-1633

GAO Yaqin，WANG Hongli，XU Ruizhe，et al.Characterization of volatile organic compounds from cooking emissions[J].Environmental Science，2019，40（4）：1627-1633

[12] 何萬(wàn)清，聶磊，田剛，等.基于GC-MS的烹調(diào)油煙VOCs的組分研究[J].環(huán)境科學(xué)，2013（12）：4605-4611

HE Wanqing，NIE Lei，TIAN Gang，et al.Study on the chemical compositions of VOCs emitted by cooking oils based on GC-MS[J].Environmental Science，2013，34（12）：4605-4611

[13] To W M，Yeung L L.Effect of fuels on cooking fume emissions[J].Indoor & Built Environment，2011，20（5）：555-563

[14] Liu T Y，Liu Q Y，Li Z J，et al.Emission of volatile organic compounds and production of secondary organic aerosol from stirfrying spices[J].Science of the Total Environment，2017，599/600：1614-1621

[15] 徐敏，何萬(wàn)清，聶磊，等.傳統(tǒng)北京烤鴨烤制過(guò)程中大氣污染物的排放特征[J].環(huán)境科學(xué)，2017（8）：3139-3145

XU Min，HE Wanqing，NIE Lei，et al.Atmospheric pollutant emission characteristics from the cooking process of traditional Beijing roast duck[J].Environmental Science，2017，38（8）：3139-3145

[16] 胡崑，王鳴，王紅麗，等.基于PMF和源示蹤物比例法的大氣羰基化合物來(lái)源解析：以南京市觀測(cè)為例[J/OL].環(huán)境科學(xué)，1-13[2020-07-30].https：∥doi.org/10.13227/j.hjkx.202005224

HU Kun，WANG Ming，WANG Hongli，et al.Source apportionment of ambient carbonyl compounds based on PMF and source tracer ratio method：a case based on observation in Nanjing[J/OL].Environmental Science，1-13[2020-07-30].https：∥doi.org/10.13227/j.hjkx.202005224

[17] Wang M，Zeng L M，Lu S H，et al.Development and validation of a cryogen-free automatic gas chromatograph system （GC-MS/FID） for online measurements of volatile organic compounds[J].Analytical Methods，2014，6（23）：9424-9434

[18] Carter W P L.Updated maximum incremental reactivity scale and hydrocarbon bin reactivities for regulatory applications[R].California Air Resources Board Contract 07-339，2009

[19] 李興華，王書(shū)肖，郝吉明.民用生物質(zhì)燃燒揮發(fā)性有機(jī)化合物排放特征[J].環(huán)境科學(xué)，2011，32（12）：3515-3521

LI Xinghua，WANG Shuxiao，HAO Jiming.Characteristics of volatile organic compounds （VOCs） emitted from biofuel combustion in China[J].Environmental Science，2011，32（12）：3515-3521

[20] 程婧晨，崔彤，何萬(wàn)清，等.北京市典型餐飲企業(yè)油煙中醛酮類(lèi)化合物污染特征[J].環(huán)境科學(xué)，2015（8）：2743-2749

CHENG Jingchen，CUI Tong，HE Wanqing，et al.Pollution characteristics of aldehydes and ketones compounds in the exhaust of Beijing typical restaurants[J].Environmental Science，2015，36（8）：2743-2749

[21] Blake D R，Rowland F S.Urban leakage of liquefied petroleum gas and its impact on Mexico city air quality[J].Science，1995，269（5226）：953-956

[22] 李勤勤，龔道程，吳愛(ài)華，等.餐飲油煙VOCs排放特征研究進(jìn)展[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2018，41（12）：113-121

LI Qinqin，GONG Daocheng，WU Aihua，et al.Emission characteristics of VOCs from commercial cooking fumes：a review[J].Environmental Science & Technology，2018，41（12）：113-121

Characterization of volatile organic compounds （VOCs） from

cooking emission and their impact on ozone formation

CHEN Wentai1，2 HU Kun1 XUE Yan1 LU Xingdong1，2 WANG Ming1

1

School of Environmental Science and Engineering/Collaborative Innovation Center of Atmospheric Environment and

Equipment Technology/Jiangsu Key Laboratory of Atmospheric Environment Monitoring and Pollution Control，

Nanjing University of Information Science and Technology，Nanjing 210044

2 Nanjing Intelligent Environmental Sci-Tech Company Limited，Nanjing 211800

Abstract Cooking emission is an important unorganized source of volatile organic compounds （VOCs） in urban areas.VOCs from cooking is still a weak link in atmospheric environment research and management，due to the complexity of their emission characteristics.In this study，VOCs were sampled in restaurant kitchens and designed cooking experiments.Carbonyl compounds and whole air samples were collected by 2，4-dinitrophenylhydrazine （DNPH） and stainless steel canister，respectively.A total of 116 compounds were quantitatively analyzed by high performance liquid chromatography （HPLC） and gas chromatography （GC）.The emission characteristics of VOCs from cooking were then analyzed and their influencing factors were investigated.In general，oxygenated VOCs （OVOCs） and alkanes were the main contributors to VOCs emitted from cooking，while the chemical source profiles of VOCs from different cooking sources showed significant discrepancies.In addition，we found that oil types，times of oil use，heating modes，cooking styles，and seasoning have significant impacts on cooking emission of VOCs.The ozone formation potential （OFP） of VOCs from different cuisines were then calculated.The most abundant components for OFP were formaldehyde，acetaldehyde，butyraldehyde，ethylene，and propylene.The results obtained in this study can supplement Chinas database of VOCs emitted from cooking.

Key words cooking emission;volatile organic compounds （VOCs）;emission characteristics;source profiles;ozone formation potential （OFP）

收稿日期 2020-07-28

資助項(xiàng)目 國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2016Y￣F￣C￣0￣2￣0￣2￣200）;國(guó)家自然科學(xué)基金（41505113）

作者簡(jiǎn)介

陳文泰，男，博士，研究方向?yàn)榇髿釼OCs來(lái)源及環(huán)境效應(yīng)研究.chenwentai@ies-tech.cn

胡崑（通信作者），男，碩士，研究方向?yàn)榇髿釼OCs監(jiān)測(cè)及來(lái)源研究.hukun@nuist.edu.cn