戴 逸,戴智勇,張巖春,莫紅衛(wèi),潘麗娜,劉成國,盧向陽,周 輝

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學 食品科學技術學院，長沙 410128; 2.澳優(yōu)乳業(yè)(中國)有限公司，長沙 410200)

母乳是嬰幼兒最好的食物來源[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促進嬰幼兒發(fā)育、人體生理功能起著積極的作用，對一些慢性疾病也具有一定的預防及改善作用[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]，對嬰幼兒的大腦以及視覺的發(fā)育至關重要[7-8]。當母乳不足或其他原因?qū)е聼o法滿足嬰幼兒的營養(yǎng)需求時，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，營養(yǎng)成分與價值也不同，合理均衡地攝入不同種類的脂肪酸，對于維持嬰幼兒營養(yǎng)是不可或缺的。在前期實驗中，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，個別配方乳粉中亞油酸和α-亞麻酸的含量偏低。本研究通過對比母乳的脂肪酸組成，參考國家標準，運用MATLAB軟件對幾種常見的植物油進行復配，使其滿足嬰幼兒配方乳粉脂肪酸的標準，更接近母乳中脂肪酸的組成，以期未來將其應用于嬰幼兒配方乳粉中，為嬰幼兒健康成長提供合理的營養(yǎng)。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

菜籽油、葵花籽油、大豆油、椰子油、棕櫚油、棕櫚仁油，購自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準品(CRM 47885)；2 mol/L 氫氧化鉀-甲醇溶液(自制)。

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

1.2 實驗方法

1.2.1 脂肪酸組成的測定

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有機濾膜過濾，濾液待氣相色譜分析。

氣相色譜條件：進樣器溫度270℃；FID檢測器溫度280℃；升溫程序為初始溫度100℃，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；載氣為氮氣；空氣流速400 mL/min；氫氣流速30 mL/min；恒定尾吹氮氣流速25 mL/min；分流比100∶1；進樣量1 μL。

脂肪酸定性通過與37種脂肪酸甲酯混合標準品對比確定，運用面積校正歸一化法計算植物油中各脂肪酸的相對含量。

1.2.2 復合植物油的調(diào)配

嬰兒配方乳粉用復合植物油的脂肪酸組成按照GB 10765—2010《食品安全國家標準 嬰兒配方食品》以及母乳中脂肪酸(見表1)比例進行調(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3%，芥酸含量小于1%。

1.2.3 運用MATLAB建立數(shù)學模型

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)學模型：

①假設復合植物油總量為1，復合植物油中單個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)嬰幼兒配方食品標準要求，月桂酸和肉豆蔻酸的含量不大于總脂肪酸的20%，則設定如下條件：

(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，則設定約束條件如下：

(7)

根據(jù)所建數(shù)學模型，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含量xj，進行分析。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處的目標函數(shù)值；exitflag是退出條件；output是包含優(yōu)化結果信息的輸出結構；lambda是解x處的拉格朗日乘子；f為目標函數(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為不等式約束的對應右端項；Aeq矩陣為線性方程約束的系數(shù)；beq為線性方程約束的對應右端項；lb，ub為x的下界和上界；x0代表初值[10]。

根據(jù)設置的約束條件，實驗調(diào)用函數(shù)如下所示：

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

(8)

2 結果與分析

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結果如表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，棕櫚油是長鏈飽和脂肪酸棕櫚酸的主要來源，椰子油與棕櫚仁油是月桂酸與肉豆蔻酸的主要來源，兩種植物油的月桂酸和肉豆蔻酸含量總和均超過50%，另外棕櫚仁油的油酸含量為22.72%，椰子油的油酸含量僅為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，故選用椰子油來降低復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、棕櫚油和椰子油進行復配。

2.2 建立數(shù)學模型確定復合植物油最優(yōu)配比

進一步將所選5種植物油樣品脂肪酸組成測定結果進行分析，結果見表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)

運行MATLAB軟件的輸出結果為：x=0.105 9、0.114 2、0.135 7、0.413 5、0.230 8。

根據(jù)結果，將5種植物油進行復配，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，復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，結果都在約束條件范圍之內(nèi)，故選此比例進行配制。

2.3 復合植物油的脂肪酸組成

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

表6 復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，復合植物油脂肪酸組成均符合表2對于調(diào)配脂肪酸的要求。經(jīng)測定復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 論

使用MATLAB軟件中的Linprog函數(shù)求解脂肪酸比例合理時復合植物油的配比。建立了數(shù)學模型，得到最佳復配比例為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，復合植物油的脂肪酸組成及含量符合嬰兒配方食品標準，接近母乳，但限于實驗原料與檢測手段，本研究并未對飽和脂肪酸在甘油三酯的位置進行研究。嬰幼兒配方乳粉是非完全母乳喂養(yǎng)嬰兒的主要營養(yǎng)來源。所以，嬰幼兒配方乳粉需對脂肪酸的構成與比例進行母乳化設計，特別是對于具有特殊意義的脂肪酸進行強化與合理搭配，才能夠滿足嬰幼兒所需合理的營養(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。