基于母乳脂肪酸組成的植物油復(fù)配研究

戴 逸,戴智勇,張巖春,莫紅衛(wèi),潘麗娜,劉成國(guó),盧向陽(yáng),周 輝

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，長(zhǎng)沙 410128; 2.澳優(yōu)乳業(yè)(中國(guó))有限公司，長(zhǎng)沙 410200)

母乳是嬰幼兒最好的食物來(lái)源[1-2]，母乳中多不飽和脂肪酸中尤其是n-3系列多不飽和脂肪酸對(duì)促進(jìn)嬰幼兒發(fā)育、人體生理功能起著積極的作用，對(duì)一些慢性疾病也具有一定的預(yù)防及改善作用[3-5]。n-3系列多不飽和脂肪酸主要由α-亞麻酸(ALA)、EPA和DHA等組成，亞油酸(C18∶2n6)和α-亞麻酸(ALA)均無(wú)法在人體內(nèi)合成。花生四烯酸(C20∶4n6，AA)和DHA具有重要的功能[6]，對(duì)嬰幼兒的大腦以及視覺的發(fā)育至關(guān)重要[7-8]。當(dāng)母乳不足或其他原因?qū)е聼o(wú)法滿足嬰幼兒的營(yíng)養(yǎng)需求時(shí)，則需要配方乳粉作為母乳替代品。配方乳粉中的脂肪酸主要來(lái)自于植物油，植物油的品種很多，不同植物油的脂肪酸組成差異較大，營(yíng)養(yǎng)成分與價(jià)值也不同，合理均衡地?cái)z入不同種類的脂肪酸，對(duì)于維持嬰幼兒營(yíng)養(yǎng)是不可或缺的。在前期實(shí)驗(yàn)中，我們發(fā)現(xiàn)市售嬰幼兒配方乳粉中，大多數(shù)配方乳粉中脂肪酸的組成及比例與母乳仍存在差距，個(gè)別配方乳粉中亞油酸和α-亞麻酸的含量偏低。本研究通過(guò)對(duì)比母乳的脂肪酸組成，參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)用MATLAB軟件對(duì)幾種常見的植物油進(jìn)行復(fù)配，使其滿足嬰幼兒配方乳粉脂肪酸的標(biāo)準(zhǔn)，更接近母乳中脂肪酸的組成，以期未來(lái)將其應(yīng)用于嬰幼兒配方乳粉中，為嬰幼兒健康成長(zhǎng)提供合理的營(yíng)養(yǎng)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

菜籽油、葵花籽油、大豆油、椰子油、棕櫚油、棕櫚仁油，購(gòu)自AAK油脂公司。

甲醇、正己烷，色譜純；氫氧化鉀、硫酸氫鈉，分析純；37種脂肪酸甲酯混合標(biāo)準(zhǔn)品(CRM 47885)；2 mol/L 氫氧化鉀-甲醇溶液(自制)。

7890B氣相色譜儀(FID)，美國(guó)安捷倫公司；HP-88毛細(xì)管色譜柱(100 m×0.25 mm×0.20 μm)，美國(guó)安捷倫公司；HJ-4A多頭磁力攪拌器；YK120實(shí)驗(yàn)室攪拌器；T18數(shù)顯高速剪切分散機(jī)，德國(guó)IKA公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 脂肪酸組成的測(cè)定

稱取60 mg油脂，置于10 mL具塞試管中。加入4 mL正己烷溶解(必要時(shí)可以微熱使試樣溶解)，溶解后加入200 μL 2 mol/L氫氧化鉀-甲醇溶液，蓋上塞子猛烈振搖30 s后，靜置至澄清。加入1 g硫酸氫鈉，猛烈振搖，中和氫氧化鉀。待鹽沉淀后，取上清液經(jīng)0.22 μm有機(jī)濾膜過(guò)濾，濾液待氣相色譜分析。

氣相色譜條件：進(jìn)樣器溫度270℃；FID檢測(cè)器溫度280℃；升溫程序?yàn)槌跏紲囟?00℃，保持13 min，以10℃/min的速率升至180℃，保持6 min，再以1℃/min的速率升至200℃，保持20 min，最后以4℃/min的速率升至230℃，保持5.5 min；載氣為氮?dú)?；空氣流?00 mL/min；氫氣流速30 mL/min；恒定尾吹氮?dú)饬魉?5 mL/min；分流比100∶1；進(jìn)樣量1 μL。

脂肪酸定性通過(guò)與37種脂肪酸甲酯混合標(biāo)準(zhǔn)品對(duì)比確定，運(yùn)用面積校正歸一化法計(jì)算植物油中各脂肪酸的相對(duì)含量。

1.2.2 復(fù)合植物油的調(diào)配

嬰兒配方乳粉用復(fù)合植物油的脂肪酸組成按照GB 10765—2010《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 嬰兒配方食品》以及母乳中脂肪酸(見表1)比例進(jìn)行調(diào)配[9]。調(diào)配各脂肪酸占總脂肪酸的比例如表2所示。

表1 母乳中脂肪酸的組成[9] %

表2 復(fù)合植物油調(diào)配的脂肪酸含量范圍

注：反式脂肪酸含量最高不超過(guò)3%，芥酸含量小于1%。

1.2.3 運(yùn)用MATLAB建立數(shù)學(xué)模型

模型中植物油脂肪酸含量表示方法如表3所示。

表3 植物油脂肪酸含量 %

表3中aij表示第j種植物油中第i種脂肪酸的含量(%)，如a1j表示月桂酸與肉豆蔻酸的含量，a2j表示棕櫚酸的含量；aij≥0，i=1，2，3，4，5；j=1，2，3，4，5。

根據(jù)表2中的脂肪酸含量范圍，建立如下數(shù)學(xué)模型：

①假設(shè)復(fù)合植物油總量為1，復(fù)合植物油中單個(gè)植物油占總油的含量為xj，xj≥0，j=1，2，3，4，5。由于各油脂含量之和為100%，則滿足約束條件：

(1)

②根據(jù)嬰幼兒配方食品標(biāo)準(zhǔn)要求，月桂酸和肉豆蔻酸的含量不大于總脂肪酸的20%，則設(shè)定如下條件：

(2)

③根據(jù)表2調(diào)配脂肪酸的含量范圍，棕櫚酸占總脂肪酸的含量為20%～22.5%，則設(shè)定約束條件如下：

(3)

④根據(jù)表2調(diào)配脂肪酸的含量范圍，油酸占總脂肪酸的含量為29%～33%，則設(shè)定約束條件如下：

(4)

⑤根據(jù)表2調(diào)配脂肪酸的范圍，亞油酸占總脂肪酸的含量為20%～22%，則設(shè)定約束條件如下：

(5)

⑥根據(jù)表2調(diào)配脂肪酸的范圍，α-亞麻酸占總脂肪酸的含量不小于1.8%，則設(shè)定約束條件如下：

(6)

⑦根據(jù)表2調(diào)配脂肪酸的范圍，亞油酸與α-亞麻酸的比值為5∶1～15∶1，則設(shè)定約束條件如下：

(7)

根據(jù)所建數(shù)學(xué)模型，利用MATLAB軟件中線性約束優(yōu)化函數(shù)Linprog函數(shù)求解各植物油所占總油的相對(duì)含量xj，進(jìn)行分析。Linprog函數(shù)的公式如下所示：

[x,fval,exitflag,output,lambda]=linprog(f,A,b,Aeq,beq,lb,ub,x0)

式中：x是由優(yōu)化函數(shù)求得的解；fval是解x處的目標(biāo)函數(shù)值；exitflag是退出條件；output是包含優(yōu)化結(jié)果信息的輸出結(jié)構(gòu)；lambda是解x處的拉格朗日乘子；f為目標(biāo)函數(shù)最小化的系數(shù)矩陣；A矩陣為線性不等式約束條件的系數(shù)；b為不等式約束的對(duì)應(yīng)右端項(xiàng)；Aeq矩陣為線性方程約束的系數(shù)；beq為線性方程約束的對(duì)應(yīng)右端項(xiàng)；lb，ub為x的下界和上界；x0代表初值[10]。

根據(jù)設(shè)置的約束條件，實(shí)驗(yàn)調(diào)用函數(shù)如下所示：

[x,fval,exitflag,output,lambda]=linprog([],A,b,Aeq,beq,lb)

(8)

2 結(jié)果與分析

2.1 植物油的脂肪酸組成

6種植物油樣品的脂肪酸組成檢測(cè)結(jié)果如表4所示。

表4 6種植物油的脂肪酸組成及含量 %

續(xù)表4

%

注：“ND”表示未檢出。

由表4可知，菜籽油中的脂肪酸主要為油酸、亞油酸和α-亞麻酸，葵花籽油和大豆油中亞油酸含量最高，大豆油中還含有較高含量的α-亞麻酸，棕櫚油是長(zhǎng)鏈飽和脂肪酸棕櫚酸的主要來(lái)源，椰子油與棕櫚仁油是月桂酸與肉豆蔻酸的主要來(lái)源，兩種植物油的月桂酸和肉豆蔻酸含量總和均超過(guò)50%，另外棕櫚仁油的油酸含量為22.72%，椰子油的油酸含量?jī)H為7.36%，由于其他植物油的油酸含量都很高，而椰子油與棕櫚仁油的組成相似，故選用椰子油來(lái)降低復(fù)合植物油的油酸含量，而不選用棕櫚仁油。綜上所述，選擇菜籽油、葵花籽油、大豆油、棕櫚油和椰子油進(jìn)行復(fù)配。

2.2 建立數(shù)學(xué)模型確定復(fù)合植物油最優(yōu)配比

進(jìn)一步將所選5種植物油樣品脂肪酸組成測(cè)定結(jié)果進(jìn)行分析，結(jié)果見表5。

表5 所選5種植物油的脂肪酸含量 %

根據(jù)表5所選5種植物油的脂肪酸含量和1.2.2 對(duì)所有脂肪酸的約束條件，以及1.2.3分析方法，可確定以下數(shù)學(xué)模型：

根據(jù)該模型可輸入以下系數(shù)，調(diào)用Linprog函數(shù)：

A=[0 0.32 0 1.35 63.45;-4.76 -6.55 -10.89 -39.05 -9.38;4.76 6.55 10.89

39.05 9.38;-61.55 -26.72 -23.37 -44.18 -7.36;61.55 26.72 23.37 44.18 7.36;

-19.96 -61.96 -55.02 -11.28 -2.14;19.96 61.96 55.02 11.28 2.14;-9.24 0

-6.52 0 0;26.24 -61.96 -22.42 -11.28 -2.14;-118.64 61.96 -42.78 11.28

2.14]。

b=[20 -20 22.5 -29 33 -20 22 -1.8 0 0];

Aeq=ones(1,5);

beq=[1];

lb=zeros(5,1);

[x,fval,exitflag,output,lambda]=linprog([],A,b,Aeq,beq,lb)

運(yùn)行MATLAB軟件的輸出結(jié)果為：x=0.105 9、0.114 2、0.135 7、0.413 5、0.230 8。

根據(jù)結(jié)果，將5種植物油進(jìn)行復(fù)配，其中菜籽油占10%，葵花籽油占10%，大豆油占15%，棕櫚油占40%，椰子油占25%。此時(shí)，復(fù)合植物油中脂肪酸理論值月桂酸與肉豆蔻酸總含量為16.43%，棕櫚酸含量為20.73%，油酸含量為31.84%，亞油酸含量為21.49%，α-亞麻酸含量為1.9%，亞油酸與α-亞麻酸的比值為11.3，結(jié)果都在約束條件范圍之內(nèi)，故選此比例進(jìn)行配制。

2.3 復(fù)合植物油的脂肪酸組成

按2.2優(yōu)化結(jié)果，將5種植物油進(jìn)行復(fù)配(10%菜籽油、10%葵花籽油、15%大豆油、40%棕櫚油、25%椰子油)，可得到復(fù)合植物油。復(fù)合植物油的主要脂肪酸組成及含量見表6。

表6 復(fù)合植物油的主要脂肪酸組成及含量 %

注：未檢出反式脂肪酸與芥酸。

由表6可知，復(fù)合植物油脂肪酸組成均符合表2對(duì)于調(diào)配脂肪酸的要求。經(jīng)測(cè)定復(fù)合植物油飽和脂肪酸含量為44.44%，不飽和脂肪酸含量為55.56%，其中單不飽和脂肪酸含量為32.11%，多不飽和脂肪酸含量為23.45%，飽和脂肪酸與不飽和脂肪酸的比例為1∶1.25。復(fù)合植物油中亞油酸含量為21.53%，α-亞麻酸含量為1.92%，亞油酸與α-亞麻酸的比值為11.21，也符合理想比例(5∶1～15∶1)。

3 結(jié) 論

使用MATLAB軟件中的Linprog函數(shù)求解脂肪酸比例合理時(shí)復(fù)合植物油的配比。建立了數(shù)學(xué)模型，得到最佳復(fù)配比例為10%菜籽油、10%葵花籽油、15%大豆油、40%棕櫚油、25%椰子油。經(jīng)氣相色譜分析，復(fù)合植物油的脂肪酸組成及含量符合嬰兒配方食品標(biāo)準(zhǔn)，接近母乳，但限于實(shí)驗(yàn)原料與檢測(cè)手段，本研究并未對(duì)飽和脂肪酸在甘油三酯的位置進(jìn)行研究。嬰幼兒配方乳粉是非完全母乳喂養(yǎng)嬰兒的主要營(yíng)養(yǎng)來(lái)源。所以，嬰幼兒配方乳粉需對(duì)脂肪酸的構(gòu)成與比例進(jìn)行母乳化設(shè)計(jì)，特別是對(duì)于具有特殊意義的脂肪酸進(jìn)行強(qiáng)化與合理搭配，才能夠滿足嬰幼兒所需合理的營(yíng)養(yǎng)需求，使嬰幼兒能夠更好地消化及吸收。然而，母乳由于地域、人種、氣候、飲食的不同，其組分也會(huì)有差異。因此，嬰幼兒配方乳粉的脂肪酸仍具有很大的優(yōu)化空間。