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基于主成分分析与马氏距离结合运用的婴幼儿配方奶粉营养综合评价基于主成分分析与马氏距离结合运用的婴幼儿配方奶粉营养综合评价

张 雪1，葛武鹏1,*，郗梦露1，杨 莉1，何 锐2，崔秀秀3

（1.西北农林科技大学食品科学与工程学院，陕西 杨凌 712100；2.陕西优利士乳业有限公司，陕西 咸阳 712000；3.陕西百跃羊乳集团有限公司，陕西 西安 710000）

摘 要：目的：科学评价婴幼儿配方奶粉主成分营养，为婴幼儿食品开发与优化提供技术参考。方法：采用气相色谱、高效液相色谱、离子色谱等方法检测婴幼儿配方奶粉的脂肪、蛋白质和碳水化合物三大宏量营养素及其脂肪酸、氨基酸、乳糖和低聚糖组成及质量分数，在多指标体系中提取出6 个主成分，利用马氏距离评分测算婴幼儿配方奶粉与母乳的营养吻合度，对不同婴幼儿配方奶粉进行综合评价。结果表明：1）在所测9 个配方奶粉样品中三大宏量营养素组成及质量分数与母乳相似，但其分项指标与母乳仍有显著差异（P＜0.05）；2）所测样品中婴幼儿配方（以下简称婴配）羊奶粉D样品综合马氏距离评分最高，为90.15，其营养综合评价最佳；婴配羊奶粉F样品次之，为86.96；婴配牛奶粉H、I样品得分均处于较低水平，分别为82.32、82.11，婴配羊奶粉马氏距离评分普遍高于婴配牛奶粉。同时综合马氏距离评分发现其受脂肪酸量效影响最大，碳水化合物对整体马氏距离评分影响最小，各种营养素之间存在交互作用，对整体马氏距离评分有影响。该方法对于多个营养指标体系的婴配奶粉营养评价较为科学合理。

关键词：婴幼儿配方奶粉；主成分分析；马氏距离；宏量营养素

婴幼儿阶段是身体和大脑发育的重要时期，其充足均衡的营养供给对婴幼儿健康成长极其重要。母乳是婴幼儿喂养的金标准，当母乳供应不足或因各种社会因素等不能进行母乳喂养时，婴幼儿配方（以下简称婴配）奶粉就成了婴幼儿母乳的最佳替代品[1]。婴配奶粉的营养成分必须满足婴幼儿的生长需要，应最大程度地接近母乳，其各营养素成分及含量，构成及量效关系对满足婴幼儿营养需求至关重要[2]。特别是三大产能营养素蛋白质、脂肪、碳水化合物的热量供给更应科学合理，且三者的摄入比例亦影响着微量营养素的摄入状况[3]，因此对其进行合理科学的综合性评价显得尤其重要。

目前尚缺乏多营养指标体系的婴配奶粉的综合评价标准化方法。本研究首次利用马氏距离（Mahalanobis distance，MD）对婴配奶粉中三大宏量营养素进行综合评价，营养素组成、含量与母乳的吻合度越高则表明营养价值越优。吻合度为样本与真值（理论值、标准值）两个或多个变量之间接近程度的量化指标[4]，是通过计算样本与标准值之间的距离转化得到。马氏距离是1936年印度统计学家Mahalanobis[5]提出的，它是一种有效的计算一个样本与样本集“重心”的最近距离或者计算两个未知样本集相似度的方法。与欧氏距离相比，马氏距离不受量纲的影响，即两点之间的马氏距离与原始数据的测量单位无关；且马氏距离考虑到各种特性之间的联系，可以排除变量之间的相关性的干扰[6]。

本研究采用气相色谱、高效液相色谱、离子色谱等方法对婴配奶粉的三大宏量营养素（蛋白质、脂肪、碳水化合物）及其氨基酸、脂肪酸、低聚糖、乳糖含量进行测定并分析，首次利用主成分分析与马氏距离法相结合的方法对婴配奶粉进行营养综合评价，比对不同婴配奶粉的优劣，以期为婴配奶粉的开发及综合科学评价提供更多的参考依据。

综上所述，现有关于产城融合发展水平的研究主要集中在我国整体和东部区域，鲜有学者关注欠发达地区产城融合发展水平情况，因而难以具体分析我国各区域产城融合发展的深层次问题。对于产城融合发展的影响因素研究主要侧重于探讨某一类产业与城市融合发展，并且已有研究鲜有在产、城、人三者融合互促的基础上去探讨产城融合发展水平及其影响因素。因此，本文以产、城、人三者融合为基本思路框架，对新疆产城融合发展水平进行测度，同时对产城融合发展影响因素的作用机理进行探讨，并对其进行量化分析，最后提出促进新疆产城融合发展的对策建议。

1 材料与方法1.1 材料与试剂

I段（0～6月）婴配羊奶粉，编号为A～G；I段婴配牛奶粉，编号为H～I，购于陕西某连锁超市。

邻苯二甲醛（o-phthaldialdehyde，OPA）、9-芴甲氧羰酰氯（Fmoc-Cl）、脂肪酸-甲酯混合标准品 美国Sigma-Aldrich公司；17 种氨基酸标准混合物、氨基酸补充剂盒 美国安捷伦科技有限公司。

1.2 仪器与设备

8400凯氏定氮仪 丹麦FOSS公司；1100高效液相色谱仪、Poroshell HPH-C18色谱柱（4.6 mm×100 mm，2.7 μm）、HP-88气相色谱柱（100 m×0.25 mm，0.20 μm） 美国安捷伦科技有限公司；GC-2014C气相色谱仪（配有火焰离子化检测器） 日本岛津公司；ICS5000+离子色谱仪 美国赛默飞世尔公司。

1.3 方法

1.3.1 基础营养指标含量的测定

蛋白质含量参照GB 5009.5—2016《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》，采用8400全自动凯氏定氮仪测定。脂肪含量测定参照GB 5009.6—2016《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》。碳水化合物含量测定参照GB 10765—2010《食品安全国家标准 婴儿配方食品》。脂肪酸含量测定采用气相色谱法参照GB 5009.168—2016《食品安全国家标准 食品中脂肪酸的测定》中乙酰氯-甲醇法。乳糖质量分数测定参照GB 5413.5—2010《婴幼儿食品和乳品中乳糖、蔗糖的测定》。

1.3.2 16 种水解氨基酸含量的测定

1.3.2.1 样品前处理

16 种氨基酸（除色氨酸）参照GB/T 5009.124—2016《食品安全国家标准 食品中氨基酸的测定》，采用1100高效液相色谱仪测定。

朋比，是宋代君主特别要戒除的危险之一。而庆历新政期间，晏殊周围业已形成一个小圈子：富弼是晏殊的女婿，范仲淹是由晏殊一手推荐提拔并成为执政，欧阳修则是晏殊之门生，虽然官品不高，却居台谏之要职。因此，可以说，围绕晏殊，客观上已经形成一股不可小觑的政治势力。

而在NBA，人们熟悉的林书豪是个“疯子”。2012年，在尼克斯队与湖人队的对决中，这个坐冷板凳的“临时工”火力全开，面对科比的强势进攻砍下了38分。此役之后，美国媒体为他创造了一个新词“Linsanity”——林疯狂。

1.3.2.2 OPA-FMOC柱前在线衍生分析

柱前在线衍生方法需在样品瓶1～5号位置依次放置0.4 mol/L硼酸钠缓冲液（pH 10.2）、超纯水、1% OPA、0.5% Fmoc-Cl、流动相A液；设置程序：先抽取1号瓶2.5 μL；再抽取2号瓶2.5 μL，最大速率，空气混合5.0 μL 2 次，等待0.5 min；抽取2号瓶0 μL；接着抽取3号瓶1.0 μL，最大速率空气混合6.0 μL，6 次；再抽取2号瓶0 μL；接着抽取4号瓶1.0 μL，最大速率空气混合7.0 μL，6 次；再抽取5号瓶20 μL，最大速率空气混合20.0 μL，2 次；接着进样20 μL[7]。

1.3.2.3 色谱条件

色谱柱Poroshell HPH-C18（4.6 mm×100 mm，2.7 μm）；柱温40 ℃，流速1.5 mL/min；流动相A：含10 mmol/L磷酸氢二钠、10 mmol/L硼酸钠的缓冲溶液，用盐酸溶液调pH值至8.2；流动相B：甲醇-乙腈-水（45∶45∶10，V/V）；按表1进行梯度洗脱。紫外检测器波长338 nm，10 nm带宽，参比390 nm，20 nm带宽（一级氨基酸）；262 nm，16 nm带宽；参比324 nm，8 nm带宽（二级氨基酸）；于赖氨酸出峰后切换波长至262 nm。

1.3.1 红薯叶总黄酮提取工艺流程 红薯叶经拣选、清水漂洗后，用吸水纸吸干表面水分，80℃烘至恒重，粉碎后过40目筛得红薯叶粉末备用。称取红薯叶粉末5 g，用70%乙醇于70℃水浴中提取5 h，得到红薯叶黄酮提取液。

表 1 洗脱梯度程序
Table 1 Gradient elution program

     

时间/min 0 0.35 13.40 13.50 15.70 15.80 18.00 A相体积分数/% 98 98 43 0 0 98 98 B相体积分数/% 2 2 57 100 100 2 2

1.3.3 色氨酸测定

究竟什么是新媒体呢？其与传统媒体有何不同？又具有怎样的特点？新媒体 （New Media）是指当下万物皆媒的环境，简单说：新媒体是一种环境。新传媒产业联盟秘书长王斌： “新媒体是以数字信息技术为基础，以互动传播为特点、具有创新形态的媒体[2]。”

参照AOAC 988.15测定饲料中色氨酸的标准，采用1100高效液相色谱仪测定。衍生与色谱条件同1.3.2节。

1.3.4 低聚糖含量测定

低聚果糖含量的测定：采用离子色谱法，参照GB 5009.255—2016《食品安全国家标准 食品中果聚糖的测定》。低聚半乳糖含量的测定参考邵琪等[8]的方法。

1.3.5 主成分与马氏距离的计算

主成分分析的目的就是将数据降维，以消除众多信息共存中相互重叠的信息部分。主成分分析得到多个变量的主成分和得分，得分为压缩后的变量数据，使用得分数据代替原始营养指标的数据计算马氏距离，不仅能反映全部数据信息，而且也能压缩参加计算马氏距离的变量数，并能保证M矩阵不存在共线问题[9]。计算由多个主成分变量赋予的不同样品各自得分T（式（1））。

   

式中：X为指标变量矩阵；P为载荷矩阵；n为样品数；m为变量数；f为主成分数。

2.3.3 临床资料的延伸：已经获得的临床资料，通过临床思维有时需要向空间和时间延伸。例如有1例顽固性低血钾症患者，伴有促肾上腺皮质激素(ACTH)增高，进一步检查发现患有小细胞肺癌。原来原发病是小细胞肺癌，并发异位内分泌综合征，继发性低血钾。另有1例气急、肺部阴影的患者，还有关节痛。根据这个思路延伸，最后确诊为胶原系统疾病。有时根据目前的临床资料需要追溯以前的信息。有1例肺部块影患者，经纤维支气管镜肺活检病理诊断为肺恶性淋巴瘤。追问病史8年前肺部块影手术切除，术后病理为“炎性假瘤”。将8年前切除的组织标本重新检查，也是恶性淋巴瘤。

计算样品数据到标准值（母乳数据）的马氏距离矩阵（式（2））。

   

式中：D为马氏距离；M为标准指标集因子分析中得分阵（Score）的协方差阵；Ti为样本的得分向量；T为n个样品参考的标准值；i为不同的样本。

记得在纪录片也看到过这样的故事，冰岛国家破产，金融危机阶段，许多人去了邻国挪威找工作，然而过了些年，大家又回来，引起了冰岛当地媒体的好奇，接受采访，有人说是对冰岛经济又有了信心，克朗贬值，旅游业大力发展，也有一群人的答案整齐统一：为了暖气！挪威烧煤供暖，费用惊人，难怪家家户户有古老的壁炉，宁可烧木柴，缺点是只有客厅热，要是卧室睡觉，或厕所洗澡，冷得哭出声。

得到的马氏距离代表样品该营养指标与母乳的吻合程度，数值越大，距离越远，与母乳吻合度越低，呈负相关。为将其转换为呈正相关的最终得分，计算最终马氏距离评分MD（式（3））。

从国内经济社会发展和国际全球化视角分析，标准化发展呈现两个发展内容。一是，在国内用高标准推动高质量发展。突出标准化的质量基础作用，加快形成推动高质量发展的标准体系，推动我国经济由高速增长向高质量发展的转变。二是，在国际上用高标准共建人类命运共同体。以国际标准体系为技术基础构建全球治理体系和促进全球经贸合作发展，突出标准对促进世界互联互通、完善全球治理、构建人类命运共同体的作用。[8]

   
1.4 数据处理与分析

利用Excel 2010和Minitab 16.2.3软件进行数据整理、绘图、方差分析，利用Matlab 2014软件进行主成分分析、马氏距离评分计算。

2 结果与分析2.1 基础营养指标的组成及含量

蛋白质、脂肪、碳水化合物（主要是乳糖）是婴幼儿从出生到断奶时期的主要营养物质，是母乳为婴幼儿提供的基本且重要的营养保障[10]。作为食品中为婴幼儿的生长发育提供能量的三大宏量营养素，它们的质量及含量是首要考虑因素。

表 2 不同品牌的婴配奶粉宏量营养素组成
Table 2 Macronutrient composition of different brands of infant formula

     

成分 样品A B C D E F G H I脂肪含量/（g/100 g） 25.05 25.69 24.80 25.76 26.58 24.44 25.26 27.34 27.04蛋白质含量/（g/100 g） 12.59 12.93 12.06 12.83 12.82 12.51 12.25 11.68 11.05碳水化合物含量/（g/100 g） 55.38 54.62 56.23 54.97 54.27 57.71 57.23 55.82 56.06乳糖含量/（g/100 g） 53.58 51.90 52.96 53.31 51.49 54.59 53.83 53.91 52.90乳糖/碳水化合物/% 96.75 95.02 94.18 96.98 94.88 94.59 94.06 96.58 94.36

脂类成分的摄入能满足机体能量供应及基础的脂肪酸需求，对于脂溶性维生素、类胡萝卜素和胆固醇的消化吸收至关重要，同时也促进了风味的传递及饱腹感的产生[11]。乳糖是婴配奶粉中含量较高的一种糖，GB 10765—2010中规定0～6 个月适龄的配方奶粉中乳糖含量应占碳水化合物的90%以上，乳糖经乳糖酶作用形成有机酸，可以促进钙离子吸收、有益菌成长[12]。由表2可以看出，几种配方奶粉的乳糖含量均占碳水化合物90%以上，符合GB 10765—2010。

     

图 1 婴配奶粉冲调乳及母乳中宏量营养素的质量浓度
Fig. 1 Comparison of macronutrient contents in infant formula and breast milk

母乳中的主要营养成分含量通常作为婴幼儿营养需求的标准，是各类婴儿配方食品配料选择的基础。母乳中蛋白质平均质量浓度为0.9～1.2 g/100 mL[13]，脂肪占总能量的47%，乳糖质量分数为7%；由图1可看出，除脂肪质量浓度外，婴配奶粉中蛋白质、乳糖质量浓度均高于母乳，均能满足婴幼儿的能量需求。不同基料的婴配奶粉蛋白质量浓度为1.49～1.75 g/100 mL，远高于母乳。这与逄金柱等[14]研究结果一致。蛋白质含量过高会加重婴幼儿肾脏的代谢负担，已有多项临床实验证明[15]：低蛋白含量的配方奶粉不影响婴儿的各项生理指标，且有降低肥胖和患慢性疾病的几率。同时平衡婴配奶粉中总蛋白含量与必需氨基酸含量，是婴配奶粉在蛋白质和氨基酸组成上能够更贴近母乳的关键技术要点。

2.2 低聚糖组成及含量

母乳作为“金标准”，天然含有牛乳中不存在的益生元（即低聚糖）。有研究表明，低聚糖种类及含量的不同是导致婴儿肠道菌群存在差异的重要原因，母乳中的低聚糖有重要的益生作用（特别是对双歧杆菌），在婴儿配方奶中添加低聚半乳糖和菊粉可以促进双歧杆菌增殖[16]。Arslanogru等[17]研究表明，含短链低聚半乳糖和长链低聚果糖的婴儿配方食品能够降低出生6 个的婴儿患过敏性皮炎及其他传染病的风险。为模拟母乳，目前较多婴配奶粉中都添加了低聚半乳糖和低聚果糖。

表 3 婴配奶粉低聚半乳糖和低聚果糖含量
Table 3 Contents of oligogalactose and oligofructose in infant formula

     

注：—.未检出。

成分 样品A B C D E F G H I低聚半乳糖含量/（g/100 g） 1.73 0.63 — 0.72 0.61 0.67 0.66 — 1.60低聚果糖含量/（g/100 g） 1.61 1.79 1.83 0.64 0.73 0.44 0.41 1.72 1.48低聚糖总含量/（g/100 g） 3.34 2.62 1.83 1.36 1.34 1.11 1.07 1.72 3.08

由表3可以看出，不同品牌的婴配奶粉低聚半乳糖和低聚果糖的添加量差异显著。其中羊奶粉样品C和牛奶粉样品H中未添加低聚半乳糖，其余样品中，低聚半乳糖添加量最少的是样品E，仅为0.61 g/100 g，最多的是样品A，为1.73 g/100 g。低聚果糖添加量最少为样品G（0.41 g/100 g），最多的是样品C（1.83 g/100 g）。国内外的研究发现，母乳中益生元的质量分数为7‰，对应奶粉中益生元质量分数应为5.5%[18]。样品A中益生元添加量最高，为3.34 g/100 g；样品G中益生元添加量最低，为1.07 g/100 g，均与母乳存在较大差异。

2.3 婴配奶粉氨基酸含量分析结果

由表4及图2可知，通过柱前衍生高效液相色谱法检测到婴配奶粉中的17 种氨基酸，氨基酸总含量最高的为婴配羊奶粉B样品（12.72 g/100 g），最低的为婴配牛奶粉样品I（10.67 g/100 g）；由氨基酸热图可以看到：婴配羊奶粉B样品多种氨基酸颜色均最深，表明其含量最高；婴配牛奶粉I颜色均最浅，表明其氨基酸含量较低。总体而言，所测样品中婴配羊奶粉氨基酸含量高于婴配牛奶粉，氨基酸总量与蛋白质含量呈正相关。其中包括色氨酸在内的9 种EAA占氨基酸总含量的41.42%～44.10%，EAA/NEAA为70.70%～78.88%，均高于联合国粮食及农业组织/世界卫生组织理想蛋白质标准（40%和60%以上）[19]。婴配牛奶粉样品H的EAA/TAA和EAA/NEAA均最低；婴配羊奶粉A样品最高。所有样品的17 种氨基酸含量中最高和最低的分别为Glu和Trp，与李菁等[20]用氨基酸自动分析仪测定婴配奶粉中的氨基酸研究结果一致。有研究显示母乳氨基酸含量中谷氨酸含量最丰富[21]。所测样品中婴配羊奶粉B的Glu含量最高，为2.61 g/100 g。Glu是谷胱甘肽的前体，是中枢神经系统重要的兴奋性递质，其对婴幼儿的生长发育有更大的益处，同时是肠道细胞能量的重要底物[22]。9 种EAA中，Leu均含量最高，为1.02～1.26 g/100 g，其次为Lys、Val、Thr和Ile。Leu在机体中发挥着重要的营养生理作用，主要包括氧化供能、调节机体免疫功能和调节机体（尤其是骨骼肌）的蛋白质代谢[23]。Leu、Ile和Val又称为支链氨基酸，不仅是合成蛋白质的前体物质，而且具有许多其他特殊生物学功能，属于功能性氨基酸[24-25]。BCAA/TAA的比值中，婴配羊奶粉B样品最高，为21.17；婴配牛奶粉H样品支链氨基酸含量较少，比值较低，为18.11，其余样品均在20以上。不同基料、不同品牌的婴配粉在多种氨基酸含量上均存在差异，但除His外，其余氨基酸的差异并不显著。婴配牛奶粉H、I样品在多种氨基酸含量上均低于其余样品。顾浩峰等[26]研究表明，与牛奶婴配奶粉相比，羊奶婴配奶粉中的蛋白质的消化率更高，且EAA含量更高，能更好地被机体吸收利用。王逸斌等[27]分析发现与配方牛奶粉相比，全羊乳蛋白配方羊奶粉可以明显促进婴儿的体质量及头围等一系列指标增长，对整体生长发育促进作用明显优于配方牛奶粉，可能因为羊奶所特有的理化性质如蛋白质的组成和性质、EAA含量等更有益于其营养价值的发挥，从而导致婴儿对羊奶的消化率以及消化吸收速率高于牛奶。

表 4 婴配奶粉氨基酸含量
Table 4 Amino acid contents of infant formula

     

注：同行无相同字母表示差异显著（P＜0.05）；TAA.氨基酸总量（total amino acids）；EAA.必需氨基酸总量（total essential amino acids），包括表中前9 种氨基酸；NEAA.非必需氨基酸总量（total nonessential amino acids）；BCAA.支链氨基酸（branch chain amino acids）（包括Ile、Leu和Val）。Cys在酸水解、碱水解过程中遭到破坏，数据暂无，下同。

成分 样品A B C D E F G H I Leu含量/（g/100 g） 1.139abcd1.260a1.131abc1.200ab1.160abc1.135abcd1.116bcd1.018d1.019cd Lys含量/（g/100 g） 0.886ab0.976a0.883ab0.892ab0.900ab0.856b 0.834b 0.961a 0.844b Val含量/（g/100 g） 0.761ab0.774a0.716ab0.768ab0.726ab0.749ab0.697b 0.543c 0.601c Ile含量/（g/100 g） 0.619abc0.658a0.617bc0.650ab0.641ab0.640ab0.597bc0.499d0.556cd Phe含量/（g/100 g） 0.486ab 0.504a0.483ab0.490ab0.502ab0.480ab0.473b 0.407c 0.414c Thr含量/（g/100 g） 0.652 ab0.603a0.596 ab0.570 ab0.662 ab0.671 ab0.684ab0.623ab0.600ab His含量/（g/100 g） 0.277 b0.241bc0.167 e 0.420a 0.189 d0.242 bc0.247 bc0.206 c0.187 d Met含量/（g/100 g） 0.245 ab0.257 a0.251 ab0.264 a0.236 abc0.245 ab0.249ab 0.207c 0.220bc Trp含量/（g/100 g） 0.227c 0.210d 0.200d 0.229c 0.261a0.258ab0.229c 0.248b 0.185c Tyr含量/（g/100 g） 0.379abc0.387a0.383abc0.386abc0.385abc0.405ab0.367bc0.413a 0.351c Ser含量/（g/100 g） 0.656ab 0.637a0.645 ab0.667 a0.651 ab0.647 ab0.622 ab0.596 b0.616 ab Ala含量/（g/100 g） 0.486 b0.514 a0.468 bc0.505 ab0.539 a0.514 ab0.469 bc0.423c 0.425c Gly含量/（g/100 g） 0.219b 0.232 b0.229 b 0.296a 0.221 b0.209 b0.215 b0.217 b0.207 b Arg含量/（g/100 g） 0.322 bc0.307 a0.312 bc0.308 bc0.332 bc0.348 b 0.300 c0.330bc 0.231d Asp含量/（g/100 g） 1.192 b1.397 a1.244 b1.254 b1.430 b1.257 b1.207 b1.260 b1.139 b Glu含量/（g/100 g） 2.511 ab2.610 c 2.589 a 2.604 a 2.596 a2.535 ab2.442 ab2.393 ab2.098 b Pro含量/（g/100 g） 0.942c 1.150 a1.073 abc1.126 ab1.142 ab1.071 abc1.035 bc1.028 bc0.979 c TAA含量/（g/100 g） 12.00 12.72 11.99 12.63 12.57 12.26 11.78 11.37 10.67 EAA含量/（g/100 g） 5.29 5.48 5.04 5.48 5.28 5.28 5.13 4.71 4.63 NEAA含量/（g/100 g） 6.71 7.23 6.94 7.15 7.30 6.99 6.66 6.66 6.05 EAA/TAA/% 44.10 43.12 42.08 43.41 41.96 43.03 43.51 41.42 43.35 EAA/NEA/% 78.88 75.79 72.65 76.71 72.29 75.52 77.01 70.70 76.52 BCAA/TAA/% 20.99 21.17 20.56 20.73 20.09 20.60 20.45 18.11 20.39

     

图 2 不同品牌婴配奶粉氨基酸热图
Fig. 2 Heatmap for amino acids in different brands of infant formula

2.4 婴配奶粉脂肪酸含量分析结果

通过表5和图3可以看出，不同品牌、基料的婴配奶粉中脂肪酸组成相似，但各种脂肪酸含量差异较大，与母乳仍有较大差距。母乳中主要脂肪酸组成为棕榈酸C16:0、油酸C18:1c和亚油酸C18:2c，其含量占总量的70%以上。婴配奶粉中主要脂肪酸与母乳一致，婴配羊奶粉中其含量占总量的72%～80%；婴配牛奶粉中其含量占总量的80%以上。

在短链、中链和长链脂肪酸中，不同品牌奶粉中短链脂肪酸的含量差异性显著，含量最高的为婴配方羊奶粉样品D（5.73%），含量最低的为婴配牛奶粉样品I（0.88%）。可以看出，婴配羊奶粉中短链脂肪酸的含量明显高于婴配牛奶粉。羊乳中的短中链脂肪酸（C4～C10）含量显著高于牛乳和母乳，研究表明脂肪酶分解短中链脂肪酸的能力要比分解长链脂肪酸强的多，这也是山羊乳脂比牛乳脂更易消化的原因之一[28]。短链脂肪酸具有易消化的特性，能够抑制胆固醇沉积、预防和治疗肠功能紊乱等疾病，还可调节肠道菌群，维持体液和电解质平衡[29-30]。长链多不饱和脂肪酸中ARA和DHA含量较高，它们均来源于添加的微生物油脂。婴配奶粉中ARA和DHA含量远低于母乳（分别为0.84%、0.58%），婴配牛奶粉样品I中含量较高，分别为0.37%和0.33%。且同种基料的配方奶粉间差异不显著，婴配牛奶粉含量高于婴配羊奶粉（P＜0.05）。DHA对婴儿大脑、视网膜、皮肤和肾的发育十分重要，其摄入或合成不足时可直接影响学习能力及视力发育[31]。ARA在脑和神经组织中，占多不饱和脂肪酸总量的40%以上，在神经末梢甚至高达70%。它与婴儿的智力和神经发育及视觉敏锐度直接相关。ARA和DHA可以协同促进海马神经细胞生长[32]。GB 10765—2010规定，若添加DHA，至少要添加等量的ARA，因此，ARA和DHA的比值至关重要。由表5可知，婴配奶粉中ARA/DHA均大于1，婴配羊奶粉F样品中其比值高达1.9。

表 5 不同品牌婴配奶粉与母乳中脂肪酸质量分数
Table 5 Comparison of fatty acid contents in different brands of infant formula and breast milk

     

注：ND.未检出。SCFA.短链脂肪酸（short-chain fatty acids）；MCFA.中链脂肪酸（medium-chain fatty acids）；LCFA.长链脂肪酸（longchain fatty acids）；SFA.饱和脂肪酸（saturated fatty acid）；MUFA.单不饱和脂肪酸（monounsaturated fatty acid）；PUFA.多不饱和脂肪酸（polyunsaturated fatty acid）；LA.亚油酸（linoleic acid）；ALA. α-亚麻酸（α-linoleic acid）；ARA.花生四烯酸（arochidonic acid）；DHA.二十二碳六烯酸（docosahexaenoic acid）。

C6:0质量分数/% 0.43c 0.34d 0.33de 1.38b 1.35b 1.46a 0.34d 0.30e 0.18f 0.06g C8:0质量分数/% 0.80f 0.83e 0.87d 1.33b 1.27c 1.41a 1.40a 0.61g 0.21h 0.20h C10:0质量分数/% 2.75b 2.43c 2.31c 3.02a 2.92ab 2.77b 2.77b 0.85e 0.49f 1.14d C11:0质量分数/% 0.02b 0.02b 0.02b 0.03b 0.03b 0.02b 0.02b ND 0.04b 0.14a C12:0质量分数/% 1.20e 2.19d 2.64d 4.76b 4.52bc 5.55a 5.52a 2.61d 0.58f 4.85b C13:0质量分数/% 0.02b 0.01c 0.01c 0.02b 0.03b 0.02b 0.02b 0.01c ND 0.15a C14:0质量分数/% 3.29c 3.24c 3.17c 5.27a 5.40a 4.51b 4.5b 3.25c 1.95d 5.06a C14:1质量分数/% 0.05b 0.05b 0.05b 0.15a 0.16a 0.04b 0.04b 0.14a 0.13a 0.16a C15:0质量分数/% 0.27ab 0.23b 0.20b 0.33a 0.36a 0.21b 0.21b 0.21b 0.20b 0.20b C16:0质量分数/% 25.80a 22.75b 14.75f 15.48e 16.39d 17.90c 18.03c 22.17b 10.05g 18.85c C16:1质量分数/% 0.36c 0.30d 0.32d 0.49b 0.51b 0.28d 0.28d 0.37c 0.37c 1.68a C17:0质量分数/% 0.33a 0.26c 0.24c 0.31ab 0.32a 0.26c 0.26c 0.21d 0.19d 0.31ab C17:1质量分数/% 0.09bc 0.08c 0.08c 0.10b 0.10b 0.07c 0.07c 0.05d 0.06cd 0.19a C18:0质量分数/% 5.82ab 4.45cd 3.89e 4.39d 4.54c 4.61c 4.64c 5.52b 4.36d 5.99a C18:1 t质量分数/% 0.62b 0.40d 0.41d 0.58c 0.85a 0.57c 0.57c 0.50cd 0.24e ND C18:1 c质量分数/% 28.07g 35.92c 30.95ef 33.23d 33.08d 29.45f 29.84f 37.46b 52.16a 31.65e C18:2 t质量分数/% 0.09b 0.07bc 0.06c 0.12a 0.13a 0.06c 0.08b 0.06c 0.07bc ND C18:2 c质量分数/% 24.51c 22.34d 34.18a 23.93c 22.97d 25.68b 26.06b 21.43e 24.05c 19.86f C18:3 n6质量分数/% 0.13a 0.11b 0.13a 0.13a 0.13a 0.13a 0.13a 0.12b 0.12b 0.10c C20:0质量分数/% 0.11e 0.23b 0.29a 0.13d 0.12d 0.13d 0.15c 0.22b 0.08f 0.22b C18:3 n3质量分数/% 4.06ab 2.60d 4.14a 4.16a 3.57c 3.93b 4.12a 2.83d 3.29c 3.51e C20:1质量分数/% 0.13c 0.12c 0.12c 0.24b 0.22b 0.12c 0.13c 0.06e 0.10d 0.31a C21:0质量分数/% 0.03b 0.01d 0.02c 0.03b 0.02c 0.02c 0.01d 0.04a ND ND C20:2质量分数/% 0.03d 0.04c 0.04c 0.04c 0.05b 0.03d 0.05b 0.04c 0.04c 0.87a C22:0+C20:3 n6质量分数/% 0.26d 0.27d 0.32c 0.25de 0.24e 0.23e 0.24e 0.33c 0.72a 0.59b C20:3 n3质量分数/% 0.03b 0.03b 0.03b 0.03b 0.03b 0.03b 0.03b 0.06a 0.02c 0.06a C22:1质量分数/% ND ND 0.01d 0.02c 0.02c 0.01d 0.01d 0.03b ND 0.15a C20:4质量分数/% 0.29c 0.23e 0.25d 0.24de 0.23e 0.25d 0.24d 0.37b 0.37b 0.84a C23:0质量分数/% 0.04c 0.09a 0.07b 0.04c 0.04c 0.03c 0.02d 0.03c 0.04c 0.01d C20:5质量分数/% 0.21a 0.21a 0.26a 0.03d 0.11b ND ND ND 0.07c 0.13b C24:0质量分数/% ND ND ND 0.13bc 0.08d 0.11c 0.10c 0.14b 0.19a 0.14b C24:1质量分数/% ND ND ND 0.03b 0.03b 0.01d ND 0.02c ND 0.16a C22:6质量分数/% 0.18c 0.15cd 0.17c 0.16c 0.16c 0.13d 0.13d 0.28b 0.33b 0.58a SCFA（C4～C10）质量分数/% 3.94c 3.61cd 3.51d 5.73a 5.57a 5.65a 4.51b 1.76e 0.88g 1.40f MCFA（C11～C17）质量分数/% 31.43a 29.12b 21.48d 26.94d 27.81c 28.84b 28.94b 29.03b 13.58e 31.59a LCFA（≥C18）质量分数/% 64.63f 67.27d 75.33b 67.91d 66.62de 65.51f 66.54e 69.54c 86.25a 65.17f SFA质量分数/% 41.00 37.22 28.97 36.77 37.53 39.11 38.12 36.34 18.92 37.62 MUFA质量分数/% 29.32 36.86 31.94 34.83 34.97 30.54 30.94 38.63 53.07 34.30 PUFA质量分数/% 29.68 25.92 39.42 28.98 27.5 30.35 30.95 25.36 28.73 26.24 SFA∶MUFA∶PUFA 1.37∶0.98∶11.42∶1.41∶10.73∶0.81∶11.26∶1.2∶11.35∶1.27∶11.28∶1∶1 1.22∶1∶11.42∶1.51∶10.64∶1.82∶11.43∶1.21∶1 LA∶ALA 6.04∶1 8.59∶1 8.30∶1 5.75∶1 6.43∶1 6.53∶1 6.33∶1 7.57∶1 7.31∶1 5.66∶1 ARA∶DHA 1.61 1.53 1.47 1.50 1.44 1.92 1.85 1.32 1.12 1.45

     

图 3 不同品牌婴配奶粉脂肪酸热图
Fig. 3 Heatmap for fatty acids in different brands of infant formula

LA和ALA是人体的必需脂肪酸，LA/ALA对于新生儿的生长发育有重要作用，新生儿配方乳中该值推荐范围5∶1～15∶1，且在5∶1～6∶1时最佳[33]。如表5所示，不同品牌的婴配奶粉中的亚油酸和α-亚麻酸差异不大，除个别品牌外，亚油酸质量分数主要集中在22%～26%。其中婴配羊奶粉C样品亚油酸质量分数最高，34.18% α-亚麻酸质量分数主要集中在3%～4%，9 种婴配奶粉中油酸和α-亚麻酸的比值均符合5∶1～15∶1的要求，其中大部分集中在6∶1左右。

此外，不同种类脂肪酸的比例是评价脂肪酸营养价值的重要指标，世界卫生组织推荐SFA∶MUFA∶PUFA＝1∶1∶1[34]。在9 种奶粉中，婴配羊奶粉样品G中SFA∶MUFA∶PUFA最接近1∶1∶1，与脂肪酸理想比例模式最接近。

2.5 主成分分析结合马氏距离计算评分

表 6 特征值与方差贡献率
Table 6 Eigenvalues and their contributions to the variance

     

主成分 特征值 贡献率/% 累积贡献率/%F1 4.45 32.60 32.60 F2 2.69 19.75 52.35 F3 1.66 12.17 64.52 F4 1.40 10.23 74.75 F5 1.30 9.53 84.28 F6 0.81 5.91 90.19

利用Matlab软件对婴配奶粉氨基酸质量分数、脂肪酸质量分数、乳糖与低聚糖含量进行标准化等数据预处理，消除不同维度的数据差异性，再对数据进行主成分分析，根据累积贡献率大于90%的原则，提取出6 个主成分，累积贡献率达到90.19%，说明这6 个主成分基本包含了全部变量信息，因此选择前6 个成分进行马氏距离分析。提取的主成分及贡献率见表6。对提取出的主成分进行马氏距离分析，得到马氏距离评分。

表 7 不同品牌婴配奶粉的马氏距离评分
Table 7 MD scores for different brands of infant formula

     

样品 A B C D E F G H I马氏距离评分 82.1586.7085.7890.1583.4186.9686.7082.3282.10

如表7所示，马氏距离评分最高的样品为婴配羊奶粉D（90.15）；婴配羊奶粉F样品评分次之，为86.96。婴配牛奶粉H、I样品评分均处于较低水平，分别为82.32、82.10。所测样品中婴配羊奶粉评分普遍高于婴配牛奶粉。马氏距离评分越高，表明该样品与母乳马氏距离越小，即样品与母乳中营养成分的相似程度越高。

为进一步探究各营养素对整体得分的影响，对氨基酸、脂肪酸数据进行标准化等预处理、主成分分析，根据累积贡献率大于90%的原则，氨基酸提取出4 个主成分，脂肪酸提取出4 个主成分，并分别计算其马氏距离评分。碳水化合物数据（乳糖、低聚糖）进行标准化等预处理，计算马氏距离评分。

表 8 不同品牌配方奶粉中的氨基酸、脂肪酸、碳水化合物马氏距离评分
Table 8 MD scores for amino acids, fatty acids, and carbohydrates in different brands of infant formula

     

马氏距离评分 样品A B C D E F G H I氨基酸 90.04 85.71 88.99 85.38 85.09 87.26 89.36 82.47 84.37脂肪酸 85.71 87.75 85.53 87.65 86.64 86.97 87.54 84.23 82.26碳水化合物 95.18 89.01 89.04 89.64 88.13 89.97 89.72 90.54 93.09

由表8可知，整体的马氏距离评分受脂肪酸数据影响最大，若脂肪酸组成和含量与母乳差异较大，则其综合评分也较母乳差异较大，而碳水化合物数据对整体马氏距离评分的影响最小，各种营养素之间的交互作用对整体马氏距离评分造成影响。

3 结 论

本研究通过对婴配奶粉的三大宏量营养素、乳糖、低聚半乳糖、低聚果糖、脂肪酸与氨基酸的种类及含量分析，并选择主成分分析与马氏距离相结合的方法对婴配奶粉进行多指标综合评价，以期为婴配奶粉的开发、配方调整提供依据。婴配奶粉三大宏量营养素均能满足婴幼儿的能量需求，其组成及质量分数与母乳相似，但其分项指标与母乳仍有差异；为模拟母乳，均添加了低聚糖（低聚果糖或低聚半乳糖+低聚果糖），平均含量为1.94 g/100 g，但远低于母乳中益生元的水平（5.5%）。氨基酸总量最高的是婴配羊奶粉B样品，12.72 g/100 g，在所测样品中羊奶粉氨基酸含量均高于牛奶粉；婴配奶粉脂肪酸组成与母乳相似，但各种脂肪酸含量差异较大，其中C16:0、C18:1c、C18:2c为主要脂肪酸，占总量80%左右。通过对氨基酸、脂肪酸、乳糖、低聚糖数据预处理，并提取了6 个主成分，代表了90.19%的指标信息；选择马氏距离测算样品中该营养成分与母乳的吻合度，马氏距离评分最高的是婴配羊奶粉D样品，为90.15；婴配羊奶粉F样品次之，为86.96；婴配牛奶粉H、I样品评分均处于较低水平，分别为82.32、82.11，婴配羊奶粉样品评分普遍高于婴配牛奶粉。马氏距离评分越高，表明与母乳营养素含量与组成越相近，吻合度越好。同时综合马氏距离评分发现其受脂肪酸量效影响最大，碳水化合物对整体马氏距离评分影响最小，各种营养素之间存在交互作用对整体马氏距离评分有影响。可以看出婴配奶粉与母乳之间营养素组成相似，但各种营养素的含量存在较大差异，以母乳为“金标准”，婴幼儿奶粉配方达到母乳仍有较大提升空间。

独特性是指具有特殊保护价值的生态系统、生态景观等，反映了海洋公园的稀有程度（如海蚀地貌景观、历史遗迹的分布及特点，或生物多样性程度等）[10]。而自然性是指海洋公园所处区域被保护或没有因面临人类活动影响而发生变化的程度。

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Comprehensive Nutrition Evaluation of Infant Formula Based on Principal Component Analysis with Mahalanobis Distance

ZHANG Xue1, GE Wupeng1,*, XI Menglu1, YANG Li1, HE Rui2, CUI Xiuxiu3
(1. College of Food Science and Engineering, Northwest A & F University, Yangling 712100, China;2. Shaanxi Youlishi Dairy Industry Co. Ltd., Xianyang 712000, China; 3. Shaanxi Baiyue Goat Group Co. Ltd., Xi’an 710000, China)

Abstract: This study aimed to scientifically evaluate the main nutritional ingredients of infant formula in order to provide a technical basis for the development and optimization of new infant foods. Gas chromatography, high performance liquid chromatography and ion chromatography were used to detect the three macronutrients proteins, fats and carbohydrates as well as fatty acids, amino acids, lactose and oligosaccharides in infant formula. From the multi-index system, six principal components were extracted and the Mahalanobis distance (MD) was used to measure the nutritional coincidence degree between infant formula and breast milk, and a comprehensive nutritional evaluation was carried out. The results showed that: 1) The compositions and contents of the macronutrients in nine infant formula samples were similar to those in breast milk, but there was a significant difference in some individual components (P < 0.05); 2) Among the tested infant formula samples, goat milk sample D scored highest for Mahalanobis distance (MD = 90.15), followed by goat milk sample F(MD = 86.96), and bovine milk samples H and I showed lower MD scores (82.32 and 82.11, respectively). Accordingly,MD scores for goat milk infant formula were generally higher than those for bovine milk infant formula; 3) MD scores were most affected by fatty acids, and the effect of carbohydrates was the least. The interaction between various nutrients also had an effect. This method can be considered a scientific and reasonable method for the nutritional evaluation of infant formula using multiple nutritional indicators.

Keywords: infant formula; principal component analysis; Mahalanobis distance; macronutrients

收稿日期：2019-03-05

基金项目：陕西省科技创新能力建设计划项目（2017XY-02）；陕西省企业创新项目（K4030218139）

第一作者简介：张雪（1994—）（ORCID: 0000-0003-3172-6472），女，硕士研究生，研究方向为食品科学。E-mail: 616741730@qq.com

*通信作者简介：葛武鹏（1965—）（ORCID: 0000-0024-4194-488X），男，副教授，博士，研究方向为乳及乳制品科学。E-mail: josephge@sina.com

DOI:10.7506/spkx1002-6630-20190305-051

中图分类号：TS252.1

文献标志码：A

文章编号：1002-6630（2020）05-0166-07

引文格式：

张雪, 葛武鹏, 郗梦露, 等. 基于主成分分析与马氏距离结合运用的婴幼儿配方奶粉营养综合评价[J]. 食品科学, 2020,41(5): 166-172. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20190305-051. http://www.spkx.net.cn

研究产品质量信用的评价体系，首先需要理解产品质量信用相关概念，下面从信用、质量信用、产品质量信用和企业质量信用分别进行介绍说明。

ZHANG Xue, GE Wupeng, XI Menglu, et al. Comprehensive nutrition evaluation of infant formula based on principal component analysis with Mahalanobis distance[J]. Food Science, 2020, 41(5): 166-172. (in Chinese with English abstract)DOI:10.7506/spkx1002-6630-20190305-051. http://www.spkx.net.cn

（1）构建完善的维修保养制度。在施工中应对现有机械设备进行合理调度，挖掘机械设备潜力，尽可能提高利用率，增大维修与保养管理力度，保证随坏随修，杜绝带病和带伤作业，同时根据施工的实际情况，充分利用间隙的时间保养机械设备，及时发现与解决潜在的问题，使机械设备处于正常运行状态。