基于母乳脂肪酸组成的植物油复配研究

戴 逸,戴智勇,张岩春,莫红卫,潘丽娜,刘成国,卢向阳,周 辉

(1.湖南农业大学 食品科学技术学院，长沙 410128; 2.澳优乳业(中国)有限公司，长沙 410200)

母乳是婴幼儿最好的食物来源[1-2]，母乳中多不饱和脂肪酸中尤其是n-3系列多不饱和脂肪酸对促进婴幼儿发育、人体生理功能起着积极的作用，对一些慢性疾病也具有一定的预防及改善作用[3-5]。n-3系列多不饱和脂肪酸主要由α-亚麻酸(ALA)、EPA和DHA等组成，亚油酸(C18∶2n6)和α-亚麻酸(ALA)均无法在人体内合成。花生四烯酸(C20∶4n6，AA)和DHA具有重要的功能[6]，对婴幼儿的大脑以及视觉的发育至关重要[7-8]。当母乳不足或其他原因导致无法满足婴幼儿的营养需求时，则需要配方乳粉作为母乳替代品。配方乳粉中的脂肪酸主要来自于植物油，植物油的品种很多，不同植物油的脂肪酸组成差异较大，营养成分与价值也不同，合理均衡地摄入不同种类的脂肪酸，对于维持婴幼儿营养是不可或缺的。在前期实验中，我们发现市售婴幼儿配方乳粉中，大多数配方乳粉中脂肪酸的组成及比例与母乳仍存在差距，个别配方乳粉中亚油酸和α-亚麻酸的含量偏低。本研究通过对比母乳的脂肪酸组成，参考国家标准，运用MATLAB软件对几种常见的植物油进行复配，使其满足婴幼儿配方乳粉脂肪酸的标准，更接近母乳中脂肪酸的组成，以期未来将其应用于婴幼儿配方乳粉中，为婴幼儿健康成长提供合理的营养。

1 材料与方法

1.1 实验材料

菜籽油、葵花籽油、大豆油、椰子油、棕榈油、棕榈仁油，购自AAK油脂公司。

甲醇、正己烷，色谱纯；氢氧化钾、硫酸氢钠，分析纯；37种脂肪酸甲酯混合标准品(CRM 47885)；2 mol/L 氢氧化钾-甲醇溶液(自制)。

7890B气相色谱仪(FID)，美国安捷伦公司；HP-88毛细管色谱柱(100 m×0.25 mm×0.20 μm)，美国安捷伦公司；HJ-4A多头磁力搅拌器；YK120实验室搅拌器；T18数显高速剪切分散机，德国IKA公司。

1.2 实验方法

1.2.1 脂肪酸组成的测定

称取60 mg油脂，置于10 mL具塞试管中。加入4 mL正己烷溶解(必要时可以微热使试样溶解)，溶解后加入200 μL 2 mol/L氢氧化钾-甲醇溶液，盖上塞子猛烈振摇30 s后，静置至澄清。加入1 g硫酸氢钠，猛烈振摇，中和氢氧化钾。待盐沉淀后，取上清液经0.22 μm有机滤膜过滤，滤液待气相色谱分析。

气相色谱条件：进样器温度270℃；FID检测器温度280℃；升温程序为初始温度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；载气为氮气；空气流速400 mL/min；氢气流速30 mL/min；恒定尾吹氮气流速25 mL/min；分流比100∶1；进样量1 μL。

脂肪酸定性通过与37种脂肪酸甲酯混合标准品对比确定，运用面积校正归一化法计算植物油中各脂肪酸的相对含量。

1.2.2 复合植物油的调配

婴儿配方乳粉用复合植物油的脂肪酸组成按照GB 10765—2010《食品安全国家标准 婴儿配方食品》以及母乳中脂肪酸(见表1)比例进行调配[9]。调配各脂肪酸占总脂肪酸的比例如表2所示。

表1 母乳中脂肪酸的组成[9] %

表2 复合植物油调配的脂肪酸含量范围

注：反式脂肪酸含量最高不超过3%，芥酸含量小于1%。

1.2.3 运用MATLAB建立数学模型

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种植物油中第i种脂肪酸的含量(%)，如a1j表示月桂酸与肉豆蔻酸的含量，a2j表示棕榈酸的含量；aij≥0，i=1，2，3，4，5；j=1，2，3，4，5。

根据表2中的脂肪酸含量范围，建立如下数学模型：

①假设复合植物油总量为1，复合植物油中单个植物油占总油的含量为xj，xj≥0，j=1，2，3，4，5。由于各油脂含量之和为100%，则满足约束条件：

(1)

②根据婴幼儿配方食品标准要求，月桂酸和肉豆蔻酸的含量不大于总脂肪酸的20%，则设定如下条件：

(2)

③根据表2调配脂肪酸的含量范围，棕榈酸占总脂肪酸的含量为20%～22.5%，则设定约束条件如下：

(3)

④根据表2调配脂肪酸的含量范围，油酸占总脂肪酸的含量为29%～33%，则设定约束条件如下：

(4)

⑤根据表2调配脂肪酸的范围，亚油酸占总脂肪酸的含量为20%～22%，则设定约束条件如下：

(5)

⑥根据表2调配脂肪酸的范围，α-亚麻酸占总脂肪酸的含量不小于1.8%，则设定约束条件如下：

(6)

⑦根据表2调配脂肪酸的范围，亚油酸与α-亚麻酸的比值为5∶1～15∶1，则设定约束条件如下：

(7)

根据所建数学模型，利用MATLAB软件中线性约束优化函数Linprog函数求解各植物油所占总油的相对含量xj，进行分析。Linprog函数的公式如下所示：

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

式中：x是由优化函数求得的解；fval是解x处的目标函数值；exitflag是退出条件；output是包含优化结果信息的输出结构；lambda是解x处的拉格朗日乘子；f为目标函数最小化的系数矩阵；A矩阵为线性不等式约束条件的系数；b为不等式约束的对应右端项；Aeq矩阵为线性方程约束的系数；beq为线性方程约束的对应右端项；lb，ub为x的下界和上界；x0代表初值[10]。

根据设置的约束条件，实验调用函数如下所示：

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

(8)

2 结果与分析

2.1 植物油的脂肪酸组成

6种植物油样品的脂肪酸组成检测结果如表4所示。

表4 6种植物油的脂肪酸组成及含量 %

续表4

%

注：“ND”表示未检出。

由表4可知，菜籽油中的脂肪酸主要为油酸、亚油酸和α-亚麻酸，葵花籽油和大豆油中亚油酸含量最高，大豆油中还含有较高含量的α-亚麻酸，棕榈油是长链饱和脂肪酸棕榈酸的主要来源，椰子油与棕榈仁油是月桂酸与肉豆蔻酸的主要来源，两种植物油的月桂酸和肉豆蔻酸含量总和均超过50%，另外棕榈仁油的油酸含量为22.72%，椰子油的油酸含量仅为7.36%，由于其他植物油的油酸含量都很高，而椰子油与棕榈仁油的组成相似，故选用椰子油来降低复合植物油的油酸含量，而不选用棕榈仁油。综上所述，选择菜籽油、葵花籽油、大豆油、棕榈油和椰子油进行复配。

2.2 建立数学模型确定复合植物油最优配比

进一步将所选5种植物油样品脂肪酸组成测定结果进行分析，结果见表5。

表5 所选5种植物油的脂肪酸含量 %

根据表5所选5种植物油的脂肪酸含量和1.2.2 对所有脂肪酸的约束条件，以及1.2.3分析方法，可确定以下数学模型：

根据该模型可输入以下系数，调用Linprog函数：

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)

运行MATLAB软件的输出结果为：x=0.105 9、0.114 2、0.135 7、0.413 5、0.230 8。

根据结果，将5种植物油进行复配，其中菜籽油占10%，葵花籽油占10%，大豆油占15%，棕榈油占40%，椰子油占25%。此时，复合植物油中脂肪酸理论值月桂酸与肉豆蔻酸总含量为16.43%，棕榈酸含量为20.73%，油酸含量为31.84%，亚油酸含量为21.49%，α-亚麻酸含量为1.9%，亚油酸与α-亚麻酸的比值为11.3，结果都在约束条件范围之内，故选此比例进行配制。

2.3 复合植物油的脂肪酸组成

按2.2优化结果，将5种植物油进行复配(10%菜籽油、10%葵花籽油、15%大豆油、40%棕榈油、25%椰子油)，可得到复合植物油。复合植物油的主要脂肪酸组成及含量见表6。

表6 复合植物油的主要脂肪酸组成及含量 %

注：未检出反式脂肪酸与芥酸。

由表6可知，复合植物油脂肪酸组成均符合表2对于调配脂肪酸的要求。经测定复合植物油饱和脂肪酸含量为44.44%，不饱和脂肪酸含量为55.56%，其中单不饱和脂肪酸含量为32.11%，多不饱和脂肪酸含量为23.45%，饱和脂肪酸与不饱和脂肪酸的比例为1∶1.25。复合植物油中亚油酸含量为21.53%，α-亚麻酸含量为1.92%，亚油酸与α-亚麻酸的比值为11.21，也符合理想比例(5∶1～15∶1)。

3 结 论

使用MATLAB软件中的Linprog函数求解脂肪酸比例合理时复合植物油的配比。建立了数学模型，得到最佳复配比例为10%菜籽油、10%葵花籽油、15%大豆油、40%棕榈油、25%椰子油。经气相色谱分析，复合植物油的脂肪酸组成及含量符合婴儿配方食品标准，接近母乳，但限于实验原料与检测手段，本研究并未对饱和脂肪酸在甘油三酯的位置进行研究。婴幼儿配方乳粉是非完全母乳喂养婴儿的主要营养来源。所以，婴幼儿配方乳粉需对脂肪酸的构成与比例进行母乳化设计，特别是对于具有特殊意义的脂肪酸进行强化与合理搭配，才能够满足婴幼儿所需合理的营养需求，使婴幼儿能够更好地消化及吸收。然而，母乳由于地域、人种、气候、饮食的不同，其组分也会有差异。因此，婴幼儿配方乳粉的脂肪酸仍具有很大的优化空间。