嬰幼兒配方奶粉脂肪酸衰減加速試驗研究

文/陳永斌 戴智勇 董 玲 張巖春 潘麗娜

〔1 澳優(yōu)乳業(yè)（中國）有限公司；2 湖南澳優(yōu)食品與營養(yǎng)研究院〕

嬰幼兒配方奶粉作為母乳替代食品，為人工喂養(yǎng)嬰兒的生長發(fā)育提供了良好的營養(yǎng)支持。為盡量接近母乳，嬰幼兒配方奶粉的組成中添加了多種不飽和脂肪酸及礦物質(zhì)、維生素等營養(yǎng)素。其中，脂肪及脂肪酸作為重要的人體組成成分，能為機體提供營養(yǎng)和儲存能量，促進脂溶性維生素的吸收；必需脂肪酸更是具有多種生理功能，如二十二碳六烯酸（DHA）、花生四烯酸（ARA）等是腦、神經(jīng)組織及視網(wǎng)膜中含量最高的脂肪酸，對腦及視覺功能發(fā)育具有重要的作用[1]，嬰幼兒如果缺乏必需脂肪酸，可導(dǎo)致認(rèn)知功能下降，從而延緩大腦的發(fā)育[2，3]。

嬰幼兒配方奶粉中的不飽和脂肪酸容易被氧化或發(fā)生脂解反應(yīng)而衰減，是嬰幼兒配方奶粉質(zhì)量控制的一個重要過程，因為氧化反應(yīng)的產(chǎn)物可降低嬰幼兒配方奶粉的營養(yǎng)價值，令產(chǎn)品產(chǎn)生酸敗的滋氣味，直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和儲存期限。因此，研究嬰幼兒配方奶粉中各類不飽和脂肪酸在貨架期內(nèi)的穩(wěn)定性，直接關(guān)系到人工喂養(yǎng)嬰兒的脂肪酸攝入水平和質(zhì)量。本文采用高溫加速試驗方法，研究了嬰幼兒配方奶粉中各類必需脂肪酸的變化規(guī)律，旨在為嬰幼兒配方奶粉的配方設(shè)計及質(zhì)量控制提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

嬰幼兒配方奶粉（1～3 段，規(guī)格900 g，馬口鐵罐），電熱恒溫箱（LRH-800-S），氣相色譜儀（安捷倫GC 7890A，帶FID檢測器）。

1.2 試驗方法

根據(jù)阿倫尼烏斯公式，對于常規(guī)化學(xué)反應(yīng)，在一定溫度范圍內(nèi)，反應(yīng)溫度每升高10 ℃，反應(yīng)速度升高1 倍，即K[T+10℃]/K[T]=2（K為反應(yīng)速度）。而對于食品，反應(yīng)速度與食品貨架期壽命成反比，因此有Q[T+10℃]/Q[T]=2（Q為食品貨架壽命）[4～6]。據(jù)此推論，將嬰幼兒配方奶粉在40 ℃恒定溫度下貯藏6 個月，相當(dāng)于20 ℃下貯藏2 年。本文通過40 ℃條件下高溫加速試驗，研究24 個月貨架期嬰幼兒配方奶粉中脂肪酸的衰減變化規(guī)律。

試驗樣品采用1～3 段嬰幼兒配方奶粉，每個階段選取3 批次產(chǎn)品，以減少批次差異影響。將樣品放入電熱恒溫箱中，設(shè)定加速試驗溫度為40 ℃，分別測定樣品在不同時間點（0、1、2、3、6 個月）脂肪酸的含量變化。

總脂肪含量采用《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 嬰幼兒食品和乳品中脂肪的測定》（GB 5413.3-2010）第一法進行檢測，亞油酸（LA）、α-亞麻酸（ALA）、二十二碳六烯酸（DHA）和花生四烯酸（ARA）含量采用《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 嬰幼兒食品和乳品中脂肪酸的測定》（GB 5413.27-2010）第一法進行檢測。

1.3 數(shù)據(jù)分析

試驗開始前，分別測定每批次樣品中脂肪酸含量，作為初始值。在加速試驗中，分別取不同加速試驗時間點的樣品進行檢測，并將檢測結(jié)果與初始值作對比，按照式1計算衰減率。

2 試驗結(jié)果

2.1 總脂肪含量衰減情況

嬰幼兒配方奶粉中的脂肪主要來自植物油及部分乳脂肪[7]。在本研究采用的試驗樣品中，植物油的主要原料為棕櫚仁油、菜籽油和葵花籽油，奶粉中總脂肪含量高達22%～27%。

加速試驗過程中總脂肪含量的衰減率變化情況見圖1，可以看出，在整個加速試驗過程中，總脂肪衰減率基本在零值附近呈現(xiàn)小范圍浮動，加速試驗6 個月后，衰減率為-0.74%，考慮到衰減率的定義以及檢測方法所帶來的偏差，可以認(rèn)為總脂肪含量在整個加速試驗過程中沒有出現(xiàn)衰減現(xiàn)象，與胡君榮等[8]的研究結(jié)果一致。

圖1 總脂肪在加速試驗過程中的衰減變化規(guī)律

嬰幼兒配方奶粉中的單不飽和脂肪酸和多不飽和脂肪酸，在適宜的溫度、濕度等條件下容易發(fā)生氧化反應(yīng)產(chǎn)生過氧化物[9]；同時，由于生鮮乳中微生物產(chǎn)生的脂肪酶具有一定耐熱性，因而會在產(chǎn)品中有一定的殘留，使奶粉脂肪在貯藏過程中易于水解[10]。另外，產(chǎn)品在封罐時會嚴(yán)格控制罐內(nèi)的殘氧量及奶粉的水分含量，而在低氧濃度、低水分活度條件下，脂肪酸的氧化或脂肪的水解很難形成完整的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，使得脂肪酸的飽和度提高或短鏈脂肪酸增加[11]，在本試驗中，這些產(chǎn)物的檢測結(jié)果仍會計入總脂肪含量，因此，近似地認(rèn)為在加速試驗過程中總脂肪沒有出現(xiàn)衰減。

2.2 n-3多不飽和脂肪酸衰減情況

n-3多不飽和脂肪酸（簡稱n-3 PUFA）包括α-亞麻酸（ALA）、二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸（DHA）。其中ALA是膳食中最主要的n-3 PUFA，屬于必需脂肪酸，而EPA和DHA則可由ALA通過體內(nèi)代謝衍生，但其轉(zhuǎn)化效率尤其是在嬰幼兒體內(nèi)的轉(zhuǎn)化效率有限。ALA及DHA對嬰兒神經(jīng)組織的發(fā)育及功能完善具有重要的作用[12]，因此它們在嬰幼兒配方奶粉貨架期中的含量變化規(guī)律，是質(zhì)量控制研究中的重要指標(biāo)。

加速試驗過程中ALA和DHA的衰減規(guī)律見圖2。加速試驗1 個月和6 個月后，ALA的衰減率分別為4.2%和8.0%，DHA的衰減率分別為3.2%和7.1%，可以看出，加速試驗過程中2 種n-3 PUFA都發(fā)生了較為明顯的衰減。

整體來看，2 種n-3 PUFA在加速試驗過程中的衰減都呈現(xiàn)了較好的線性規(guī)律，特別是DHA的衰減率變化曲線線性回歸相關(guān)系數(shù)R2為0.9966。如前文述及，奶粉中多不飽和脂肪酸的衰減主要由于氧化反應(yīng)與脂解反應(yīng)。在奶粉罐密封及罐內(nèi)殘氧量控制良好的情況下，多不飽和脂肪酸的氧化反應(yīng)速率會由于罐內(nèi)氧氣的逐漸消耗而降低，因此，以此種反應(yīng)為主的脂肪酸衰減現(xiàn)象應(yīng)為非線性規(guī)律。而脂解酶催化的脂肪酸水解反應(yīng)則不受罐內(nèi)氧氣濃度的限制，而且由于脂解酶在反應(yīng)過程中不會被消耗，在溫度、水分含量等外界條件恒定時，整個加速試驗過程中該類反應(yīng)的速率可基本保持不變，因此以此類反應(yīng)為主的脂肪酸衰減現(xiàn)象則能夠呈現(xiàn)出良好的線性規(guī)律。綜上所述，在本文所設(shè)定的試驗條件下，可以認(rèn)為ALA和DHA的衰減，主要是由于脂解反應(yīng)所引起的。

圖2 ALA和DHA在加速試驗過程中的衰減變化規(guī)律

圖3 LA和ARA在加速試驗過程中的衰減變化規(guī)律

2.3 n-6多不飽和脂肪酸衰減情況

n-6多不飽和脂肪酸（簡稱n-6 PUFA）包括亞油酸（LA）、γ-亞麻酸（GLA）和花生四烯酸（ARA）。其中，LA是膳食中最主要的n-6 PUFA，也是必需脂肪酸，ARA與DHA有著類似的功能，是腦、神經(jīng)組織及視網(wǎng)膜中含量最高的脂肪酸，對腦及視覺功能發(fā)育有重要的作用[13，14]。本文主要研究LA和ARA在加速試驗過程中的衰減規(guī)律。

加速試驗過程中LA和ARA的衰減情況見圖3。ARA在加速試驗過程中呈現(xiàn)了非常明顯的衰減趨勢，加速試驗1 個月和6 個月的衰減率分別為4.8%和13.7%，其衰減率在本文所研究的不飽和脂肪酸中是最高的。LA在整個加速試驗過程中未發(fā)現(xiàn)明顯的衰減現(xiàn)象。

與DHA在試驗過程中所呈現(xiàn)的線性衰減規(guī)律不同，ARA的衰減規(guī)律更接近于二次方程曲線。文中2.2已有討論，在罐內(nèi)殘氧量控制良好且密封的情況下，由脂解反應(yīng)為主所引起的脂肪酸衰減現(xiàn)象更接近于線性規(guī)律，因此，從圖3中ARA衰減規(guī)律曲線可以看出，ARA在加速試驗過程中發(fā)生了氧化反應(yīng)。

3 討論

嬰幼兒配方奶粉中不飽和脂肪酸會在貨架期內(nèi)產(chǎn)生不同程度的衰減現(xiàn)象，這已被業(yè)內(nèi)眾多相關(guān)的穩(wěn)定性研究試驗所證實，本研究的試驗結(jié)果也獲得了相似的結(jié)論。但是，不同的穩(wěn)定性研究中測得的同種PUFA的衰減結(jié)果不盡相同，試驗結(jié)果與產(chǎn)品的配方設(shè)計、生產(chǎn)工藝以及所采取的試驗條件等因素都有關(guān)系[15]。就本文的試驗結(jié)果來看，不飽和脂肪酸的衰減程度主要受如下因素影響。

3.1 脂肪酸不飽和度的影響

脂肪酸的不飽和度越高，衰減率也越高，如在加速試驗過程中，ARA、DHA及LA等多不飽和脂肪酸都發(fā)生了明顯的衰減現(xiàn)象，而LA則未出現(xiàn)明顯衰減。原因是脂肪酸的不飽和度越高，其化學(xué)活性越強，越容易發(fā)生氧化反應(yīng)或脂解反應(yīng)。

3.2 不飽和脂肪酸的添加方式、劑型及抗氧化劑的影響

不飽和脂肪酸（如DHA、ARA等）極易被氧化，因此嬰幼兒配方奶粉中多采用添加抗氧化劑、使用包埋或微膠囊化等技術(shù)來提高其的穩(wěn)定性。研究表明，采用微膠囊化技術(shù)可以顯著提高不飽和脂肪酸（如DHA）的貯藏穩(wěn)定性[16～18]。在本文的加速試驗中，試驗樣品中的DHA和ARA通過干混工藝添加，其中DHA采用微膠囊化劑型，而ARA則使用普通的包埋劑型。試驗過程中發(fā)現(xiàn)，不飽和度更高的DHA比不飽和度較低的ARA的衰減率低，從而側(cè)面驗證了微膠囊化技術(shù)提高嬰幼兒配方奶粉中不飽和脂肪酸穩(wěn)定性的作用。

3.3 脂解反應(yīng)是不飽和脂肪酸衰減的重要原因

生鮮乳中存在多種微生物，部分微生物所產(chǎn)生的脂解酶由于具有一定的熱穩(wěn)定性，因此不可避免地被帶入產(chǎn)品中，使產(chǎn)品中脂肪酸發(fā)生脂解反應(yīng)。如DHA在加速試驗6個月后的衰減率為7.1%，由衰減規(guī)律曲線推測，其衰減的主要原因是脂解反應(yīng)。

由于生鮮乳中微生物的存在不可避免，因此脂解酶對產(chǎn)品中脂肪酸的衰減影響無法消除，但可以通過合理調(diào)整生產(chǎn)工藝，如縮短牛奶轉(zhuǎn)運及存儲時間、加強清潔等措施來降低其影響。此外，對于添加益生菌的產(chǎn)品，也應(yīng)考慮益生菌原料帶入部分脂解酶的可能性，從而對產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生影響。

4 結(jié)論

將嬰幼兒配方奶粉在40 ℃恒定溫度下進行貯藏試驗，研究不同加速試驗貯藏時間點脂肪酸的衰減規(guī)律。結(jié)果表明：嬰幼兒配方奶粉中脂肪酸的不飽和度越高，越容易產(chǎn)生衰減現(xiàn)象；采用微膠囊化及包埋技術(shù)，可提高不飽和脂肪酸的穩(wěn)定性，降低其衰減率；脂解反應(yīng)是脂肪酸產(chǎn)生衰減的重要原因，因此，生產(chǎn)過程中應(yīng)合理優(yōu)化生產(chǎn)工藝，減少脂解酶的產(chǎn)生及帶入，降低脂解反應(yīng)所帶來的產(chǎn)品質(zhì)量影響；在試驗條件下，總脂肪含量未發(fā)生明顯衰減，說明現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝和質(zhì)量控制參數(shù)下，脂肪酸的氧化或脂解反應(yīng)不太可能形成完整的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。