一种新型调制代乳脂的制备及其脂肪酸构成分析

2022-05-16丁泽人童刚平李跟笑王锡波蔡东苹卫新璞

草食家畜 2022年3期

丁泽人，童刚平，李跟笑，王锡波，蔡东苹，卫新璞*

（1.新疆西域春乳业有限公司，新疆呼图壁 831299；2.新疆畜牧科学院，乌鲁木齐 830063）

近年来，随着人民生活水平的不断提高，具备保健作用的功能调制乳粉成为人们的时尚需求，为了使调制的乳粉具备相应的功能，需要对乳粉的各宏观组分进行调制，本课题组前期研究发现，适当多不饱和脂肪酸比例的复合脂肪酸具备良好的降血脂功能，基于前期研究基础，本文开发一种利用植物油脂复合的代乳脂，为后续降血脂功能乳粉的开发奠定必要的功能复合脂肪酸基础[1～6]。

杏仁油中油酸含量最高可占总脂肪酸的75%左右，亚油酸含量偏低小于15%[7]；芝麻油含有丰富的维生素和芝麻油中特有的芝麻酚、芝麻酚林素等抗氧化物质，使芝麻具有较高的稳定性，耐储存，不易变质[8]；巴旦木仁油不饱和脂肪酸占94.77%，亚油酸和亚麻酸含量适当，还含有丰富的矿物质元素，既能满足人体保健所需，又具较好的耐贮特性[9]，是适合制备营养保健油的优质原料；人体对菜籽油的吸收率很高，可达99%[10]。它所含的亚油酸等不饱和脂肪酸和维生素E 等营养成分能很好地被机体吸收，具有一定的软化血管、延缓衰老的功效，但菜籽油中含有少量芥酸和芥子甙等物质，一般认为这些物质对人体的生长发育不利[11]，一般与富含不饱和酸的油脂混合食用。近几年营养学研究表明，不饱和脂肪酸不仅能够降血脂，有利于预防心脑血管疾病，而且可以减少体内氧化物和过氧化物的产生，故国际营养学专家主张提高食用油中不饱和脂肪酸的比例。 2002 年必需脂肪酸会议上，国际营养学家提出三种脂肪酸的比例S∶M∶P=1∶6∶1 更为理想[12]。中国营养学会理事长程义勇表示[13]，我国居民从日常饮食中摄入饱和脂肪酸比例日益升高，过多的饱和脂肪酸的摄入会增加各种慢性病和心脑血管病的风险。因此，结合课题组前期研究基础与后续功能乳制品的开发需要，本文适当提高不饱和脂肪酸的比例为S∶M∶P=1∶7～9∶3～4。

改变乳脂的脂肪酸构成或利用其他脂肪酸进行乳脂替代能赋予乳制品新的功能特性，目前在婴幼儿配方奶粉、中学生用调制奶粉等产品中已经采用调制或替代乳脂的方法使乳制品符合相应的能量代谢与功能要求。本文以新疆伊吾野山杏仁、巴旦木仁、芝麻和油菜籽为原料，依据四种原料GC-MS 分析所得脂肪酸组成，以S∶M∶P 比值（1∶7～9∶3～4）为求解的限定条件，建立多元齐次线性数学方程组并应用matlab 数学分析软件求解，结合选择的四种原料出油率，得出复合油中四种原料的配比，再将其混合，正己烷提取，一体化制备满足后续功能开发需要的代乳脂。

1 材料与方法

1.1 实验仪器与材料

1.1.1 实验仪器

气相-质谱仪（Agilent 7890A-5975C）；电子分析天平（METTLER TOLEDO AB204-S，d=0.01 mg；梅特勒-托利多国际贸易上海有限公司）；真空泵（莱伯泰科有限公司LabTechVB50）；粉碎机（九阳JYLC16T）；电热鼓风干燥箱（上海一恒科学仪器有限公司DHG-9 101-ISA 型）；数码恒温水浴箱（余姚市亚星仪器仪表有限公司HH-S）；旋转蒸发器（上海亚荣生化仪器厂RE-52B）；循环水式多用真空泵（郑州杜甫仪器厂SHB-III）。

1.1.2 实验材料

野山杏仁（采自伊吾县）、新油4 号油菜籽(炒制)、伊犁纸皮巴旦木、白芝麻（购自明珠花卉市场）、Wijis 试剂（天津威一化工科技有限公司）、正己烷、EDTA-二钠、柠檬酸钠、氯化钠、乙醚、乙醇、KI、可溶性淀粉、酚酞、丙酮、氢氧化钾、盐酸、冰乙酸、甲醇、无水乙醇、中性乙醚、硫代硫酸钠、石油醚、95%乙醇、均为分析纯。

1.2 试验方法

1.2.1 四种原料油的制备及品质检测方法

1.2.1.1 原料的预处理分别取杏仁、白芝麻、巴旦木于60～65 ℃恒温干燥箱中干燥2 h，粉碎，备用。油菜籽于110 ℃炒制10 min（使芥子苷失活），粉碎，备用。

1.2.1.2 油脂的提取称取50 g 处理后的各原料，分别按料液比1:6（质量体积比）加入正己烷，在70～75 ℃条件下恒温水浴回流2 h，抽滤，取滤液于55 ～60 ℃真空旋蒸脱除提取溶剂正己烷，再于85 ℃水中同温脱磷后，在3 000 rmp 的离心机中离心10 min，吸取上层油脂，脱水，即得精炼油并计算出油率。

1.2.1.3 油脂理化性质检测

（1）皂化价的测定

按GB/T5534-95 方法执行，称取2.00 g 油样（精确到0.005 g）于锥形瓶中，用移液管移取25 mL 氢氧化钾-乙醇溶液加入到试样中，并加入2 粒沸石，连接回流装置，锥形瓶放在水浴上慢慢煮沸，不时摇动，油脂维持沸腾状态1 h，至溶液透明。加0.5～1 mL 酚酞指示剂于热溶液中，并用标准体积盐酸滴定到粉色刚好消失。如果皂化液是深色的则用碱性蓝代替酚酞。

（2）碘值的测定

按GB/T5532-2008 方法执行，称取0.1 g 油样于干燥的500 mL 碘量瓶中，加入10 mL 环己烷使其全部溶解，用移液管加入25 mLWijis 试剂，加盖振摇，用10%碘化钾溶液封闭缝隙，置于20～30 ℃暗处1 h，待反应完全后，轻轻提起瓶盖，用10%碘化钾10 mL 和50 mL 蒸馏水冲洗瓶盖，使液体流入瓶内，打开瓶盖，振摇。迅速用标定的硫代硫酸钠标准液滴定至浅黄色，然后加入1～2 mL 淀粉溶液继续滴定，直到剧烈摇动后蓝色刚好消失。

（3）酸值的测定

按GB/T5530-2005 方法执行，称取油样3.00 g 于250 mL 干燥的锥形瓶中，加入50 mL 中性乙醚和-95%乙醇（2:1）混合液（临用前加酚酞指示液1.0 mL，用氢氧化钾3 g/L 调至微显粉红色）溶解试样，再加入2～3 滴酚酞指示剂，然后用氢氧化钾标准液滴定，出现微红色且在0.5 min 内不褪色即终点。

1.2.2 四种原料油中脂肪酸组成分析

1.2.2.1 脂肪酸的甲酯化取油样100 μL 加入150 mL 圆底烧瓶，并加入沸石1 粒，加入氢氧化钠-乙醇溶液10 mL，置于75 ℃水浴回流20 min。然后从冷凝管上端加入10 mL 三氟化硼-甲醇溶液继续75 ℃回流5～10 min，继续从冷凝管顶端加入10 mL 环己烷回流1～3 min。取下烧瓶，立即加入20 mL 氯化钠饱和溶液。振摇15 s，然后继续加入氯化钠饱和溶液至圆底烧瓶瓶口，吸取1～2 mL 上层环己烷液。在吸取的环己烷液中加入适量无水硫酸钠以去除痕量的水分，将上述制备好的产物过膜（0.25 μm），置于干净的10 mL棕色瓶中，备GC-MS 检测。

1.2.2.2 脂肪酸组成分析的GC-MS 条件 GC 条件：色谱柱：HP-5MS 毛细管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；进样量：0.2 μL；分流比：100:1；升温程序：起始温度为50 ℃，以10 ℃/min 升温至210 ℃，然后以3 ℃/min 升温到240 ℃，再以10 ℃/min 升到300 ℃/min 保持5 min；运行时间37 min。 MS 条件：电离方式：EI，负离子模式扫描；电离能量：70 eV；离子源发生器温度：230 ℃；质量扫描范围：30～700 amu，溶剂延迟3 min。

1.2.3 复合油的原料配比计算方法

设置以复合油中S:M:P＝1:7～9:3～4 为条件的目标函数，建立数学方程组，用Matlab 数学分析软件求解，得到复合油中各单一油样的配比，再结合各单一油样的出油率，计算出复合油的原料配比。复合油中脂肪酸的和应满足：方程组①：

符号说明：Xi为第i 种原料油的含量；Si为第i 种原料油的SFA 值；Mi为第i 种原料油的MUFA 值；Pi为第i 种原料油的PUFA 值。

根据4 种原料GC-MS 检测结果，统计S、M、P 值，建立方程组①，利用Matlab 数学软件求解，即得配比比例。

1.2.4 复合油的制备及品质检测方法

复合油的制备：根据1.2.3 复合油的配比方程解得结果，称取烘干粉碎后的野山杏仁、巴旦木、芝麻和炒制后的油菜籽，按料液比1:6（g/mL）加入正己烷，在70 ～75 ℃条件下恒温水浴回流2 h，抽滤，取滤液于55～60 ℃真空旋蒸脱除提取溶剂正己烷，再于85 ℃水中同温脱磷后，在3 000 rmp 的离心机中离心10 min，吸取上层油脂，脱水，即得精炼油并计算出油率。重复测定三次，取平均值。

复合油皂化价、碘值的测定、酸值的测定与前述各原料油脂的检测方法相同，复合油脂肪酸构成分析甲酯化方法同1.2.2 GC-MS 条件同1.2.2。

2 结果与分析

2.1 四种原料油脂的理化指标结果及脂肪酸组成分析

2.1.1 四种原料油脂的出油率

巴旦木的出油率最高可达58.62%，为淡黄色澄清液体；杏仁的出油率在52.81%左右，色泽为淡黄色，且油品澄清透明；芝麻油的出油率大约在50.34%，颜色为棕黄色；菜籽的出油率为42.23%，颜色为棕黑色。

2.1.2 四种原料油脂理化指标分析

根据国家食用植物油脂的标准，对提取的油脂进行理化指标的分析，其理化性质如表1。酸价是评价油脂质量的一项重要指标，粮油企业油脂内控标准中酸价一般要求≤4[14]。巴旦木仁油的酸价最小，野山杏仁油的酸价次之，芝麻油的酸价略高于野山杏仁油，菜籽油的酸价最大，但这几种油脂的酸价均小于4，符合国家食用植物油的标准；碘值是反应油脂不饱和程度的指标，不饱和度越大，碘值也愈越大。从碘值数据比较可知，这四种油的不饱和脂肪酸的含量较高；皂化值的大小与油脂所含甘油酯的化学成分有关，反应一种油脂的平均分子量。一般来说，甘油酯相对分子量愈小，皂化值越高，不饱和脂肪酸含量越高。

表1 四种原料油脂的理化指标（n=3）

2.1.3 四种原料油脂脂肪酸组成分析

通过气相色谱仪测得各植物油脂肪酸分析色谱图，以保留时间定性，峰面积归一法定量，可得出4 种原料油中脂肪酸组成。

2.1.3.1 野山杏仁油的脂肪酸组成分析结果野山杏仁油的GC-MS 检测的总离子图谱见图1，野山杏仁油的脂肪酸组成见表2。野山杏仁油的不饱和脂肪酸高达总脂肪酸含量的88.11%，其中多不饱和脂肪酸占总脂肪酸含量的10.77%，单不饱和脂肪酸占77.34%，饱和脂肪酸含量为6.58%。根据GC-MS 脂肪酸组分分析可知，野山杏仁油的S:M:P(饱和脂肪酸:单不饱和脂肪酸:多不饱和脂肪酸)为1:11.75 :1.64。

图1 野山杏油GC-MS 总离子流图

表2 野山杏仁油GC-MS 分析结果

2.1.3.2 芝麻油的脂肪酸组成分析结果芝麻油的GC-MS 检测的总离子图谱见图2，芝麻油的脂肪酸组成见表3。芝麻油中多不饱和脂肪酸占总脂肪酸含量的32.88%，单不饱和脂肪酸占4.70%，饱和脂肪酸含量为61.26%。根据GC-MS 脂肪酸组分分析可知，芝麻油的S:M:P（饱和脂肪酸:单不饱和脂肪酸:多不饱和脂肪酸）为13.03:1.0:7.0。

表3 芝麻油GC-MS 分析结果

图2 芝麻油的GC-MS 分析的总离子流图

2.1.3.3 菜籽油的脂肪酸组成分析结果菜籽油的GC-MS 检测的总离子图谱见图3，菜籽油的脂肪酸组成见表4。菜籽油中不饱和脂肪酸高达总脂肪酸含量的85.64%，其中多不饱和脂肪酸占总脂肪酸含量的52.72%，饱和脂肪酸含量为14.36%。根据GC-MS 脂肪酸组分分析可知，菜籽油的S:M:P(饱和脂肪酸:单不饱和脂肪酸:多不饱和脂肪酸)为1:2.03:3.67。

图3 油菜籽油的GC-MS 分析的总离子流图

表4 油菜籽油GC-MS 分析结果

2.1.3.4 巴旦木仁油的脂肪酸组成分析结果巴旦木仁油的GC-MS 检测的总离子图谱见图4，巴旦木仁油的脂肪酸组成见表5。巴旦木仁油的不饱和脂肪酸高达总脂肪酸含量的91.12%，其中多不饱和脂肪酸占总脂肪酸含量的23.63%，饱和脂肪酸含量为8.87%。根据GC-MS 脂肪酸组分分析可知，巴旦杏仁油的S:M:P(饱和脂肪酸:单不饱和脂肪酸:多不饱和脂肪酸)为3:22.3:8。

表5 巴旦杏仁油GC-MS 分析结果

图4 巴旦木仁油的GC-MS 分析的总离子流图

2.1.4 复合油的原料配比结果

根据1.2.3 复合油的原料配比方法和4 种原料油脂肪酸的组成得到如下方程组①：

将方程组①求解，解得X1=15.843 、X2=5.5374 、X3=6.7568 、X4=27.45， X1、X2、X3、X4分别代表复合油中野山杏仁油油量、芝麻油油量、菜籽油油量、巴旦木油油量，再分别除以4 种原料的出油率即得到复合油中各原料的配比。以100 g 复合油原料计，则复合油的原料组成为野山杏仁30 g、芝麻11 g、菜籽16 g、巴旦木仁43 g。

2.2 复合油脂的理化指标结果及脂肪酸组成分析

2.2.1 复合油的出油率（见表6）

表6 复合油的出油率

2.2.2 复合油的理化指标结果

四种原料油还是复合油的酸价均小于1，说明4 种原料油一体化制备后所得的复合油没有发生明显的化学变化，其碘值为102.19，说明复合油的不饱和脂肪酸含量较高；皂化值是反映油脂相对分子量大小的，一般来说，甘油酯相对分子量愈小，皂化值越高，不饱和脂肪酸含量越高。具体结果见表7。

表7 复合油的理化指标结果（n=3）

2.2.3 复合油脂肪酸成分分析

复合油的GC-MS 检测的总离子图谱见图5，复合油的脂肪酸组成见表8。制备的复合油中，不饱和脂肪酸高达总脂肪酸含量的92.29%，其中多不饱和脂肪酸占总脂肪酸含量的25.90%，单不饱和脂肪酸占总脂肪酸含量的66.39%。饱和脂肪酸含量为7.70%。根据GC-MS 脂肪酸组分分析可知，复合油的S:M:P=1:8.6:3.36。

表8 复合油GC-MS 分析结果

图5 复合油的GC-MS 总离子流图

3 分析与讨论

3.1 四种原料的脂肪酸成分含量分析

经GC-MS 法检测可知，野山杏仁油中油酸含量高达77.34%，亚油酸含量为10.77%，饱和脂肪酸含量较少为6.58%；芝麻油中棕榈酸含量高达61.26%，亚油酸含量为32.88%；菜籽油中亚油酸的含量为52.72%，油酸的含量是32.92%；巴旦木仁油中油酸含量高达67.09%，亚油酸的含量为23.63%。 4 种原料脂肪酸组成S:M:P 值分别为：野山杏仁油S:M:P=1:11.75:1.64；芝麻油S:M:P=13.03:1.0:7.0；菜籽油S:M:P=1:2.03:3.67；巴旦木仁油S:M:P=3:22.3:8。这4 种油脂均不满足单独作为调制乳脂粉代乳脂的要求及后续功能研究的需要。

3.2 多元齐次线性数学方程组计算复合油原料配比的可行性分析

选择新疆易得的原料且能够调制复合油脂肪酸组成的油脂原料，根据国际通识的S:M:P 的比例，结合我国居民日常脂肪酸的摄取，设置S:M:P=1:7～9:3～4，建立数学方程组，用matlab 数学分析软件求解，计算出复合油相应的原料配比，一体化制备复合油，实验结果表明，该方法可用于多元复合油的制备，值得进一步探索。