維生素C在嬰兒配方乳粉加工、沖調(diào)模擬體系中的熱降解動(dòng)力學(xué)

劉奕博，任國(guó)譜，肖蓮榮

（1.中南林業(yè)科技大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院,長(zhǎng)沙 410004;2.湖南亞華乳業(yè)有限公司技術(shù)中心,長(zhǎng)沙 410200）

維生素C在嬰兒配方乳粉加工、沖調(diào)模擬體系中的熱降解動(dòng)力學(xué)

劉奕博1，任國(guó)譜1，肖蓮榮2

（1.中南林業(yè)科技大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院,長(zhǎng)沙 410004;2.湖南亞華乳業(yè)有限公司技術(shù)中心,長(zhǎng)沙 410200）

對(duì)嬰兒配方乳粉在加工、沖調(diào)過(guò)程中氧化型維生素C（DHAA）、還原型維生素C（AA）及總量維生素C（AA+DHAA,以VC表示）的熱降解動(dòng)力學(xué)進(jìn)行研究。結(jié)果表明：加工模擬體系中，AA及VC符合動(dòng)力學(xué)一級(jí)反應(yīng)，活化能分別為46.49 kJ/mol和39.69 kJ/mol。沖調(diào)模擬過(guò)程中，溫度對(duì)AA和VC的降解符合零級(jí)反應(yīng)模型，對(duì)DHAA的降解符合一級(jí)反應(yīng)模型，反應(yīng)活化能分別為16.71，19.50，12.04 kJ/mol。

維生素C；嬰兒配方乳粉；加工；沖調(diào)；降解

0 引 言

維生素C又名抗壞血酸，是一種不飽和多羥基內(nèi)酯化合物，L-抗壞血酸 （AA）與L-脫氫抗壞血酸（DHAA）是具有生理活性的兩種形式。其生理功能主要有輔助膠原蛋白的生物合成，促進(jìn)嬰兒期肌腱、韌帶及骨骼的發(fā)育[1]；參與腎上腺激素及肉毒堿的合成，活化多種肽類激素；促進(jìn)機(jī)體對(duì)鐵的吸收[2]；是體內(nèi)一種良好的自由基清除劑。嬰兒配方乳粉是1-6個(gè)月內(nèi)嬰兒獲得維生素C的重要來(lái)源，期間維生素C的缺乏會(huì)導(dǎo)致孩子幼年期出現(xiàn)壞血病癥狀[3]。本文研究了AA、DHAA及VC在嬰兒乳粉加工及沖調(diào)模擬體系下的熱降解動(dòng)力學(xué)，為確定嬰兒配方乳粉中維生素C的合理添加量及維生素C的降解機(jī)理提供理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 材料與儀器

1.1.1 樣品與試劑

樣品：市售生鮮乳、嬰兒配方乳粉I段。

試劑：抗壞血酸，偏磷酸，乙酸，三水合乙酸鈉，硼酸，鄰苯二胺，活性炭，鹽酸。

1.1.2 儀器

F-2500熒光分光光度計(jì)，電子分析天平，數(shù)顯恒溫水浴鍋。

1.2 方法

1.2.1 加工模擬體系

向500 mL生鮮乳中加入約30.0 mg抗壞血酸，超聲10 min均勻混合。取400 mL置于三角瓶中，分別放于60，70，80℃的恒溫水浴鍋中，每隔20 min取出約25 mL，迅速將其置于冰浴中冷卻，測(cè)定其中AA和DHAA質(zhì)量分?jǐn)?shù)。所有試驗(yàn)重復(fù)3次，取平均值。

1.2.2 沖調(diào)模擬體系

以乳粉∶水=1∶6.7的比例用溫開(kāi)水沖調(diào)，隨即取400 mL左右還原液于三角瓶中，分別在40，50，60，70℃的恒溫水浴鍋中加熱，每隔30 min取出約30 mL，迅速置于水浴鍋中冷卻，測(cè)定其中AA和DHAA質(zhì)量分?jǐn)?shù)。所有試驗(yàn)重復(fù)3次，取平均值。

1.2.3 測(cè)定方法

VC的測(cè)定采用GB5413.18—2010，DHAA的測(cè)定是將上述國(guó)標(biāo)去掉活性炭物理氧化這一處理步驟，測(cè)量結(jié)果即為樣品中氧化型維生素C的量，AA的質(zhì)量分?jǐn)?shù)用總量減去DHAA量表示[7]。

1.3 熱降解動(dòng)力學(xué)模型

2 結(jié)果與討論

2.1 維生素C在加工模擬體系下的降解

由圖1和圖2可以看出，AA及VC在生鮮牛乳中的熱降解反應(yīng)符合一級(jí)反應(yīng)模型，相關(guān)系數(shù)均在0.98以上，與絕大多數(shù)體系下維生素C的表現(xiàn)一致[10]。隨溫度的升高，降解速率常數(shù)增加，物質(zhì)損失速率加快。

DHAA在80℃時(shí)，C與t線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)R2為0.9839，符合零級(jí)降解反應(yīng)，如圖3所示。60℃、70℃下各級(jí)動(dòng)力學(xué)方程相關(guān)系數(shù)均小于0.8（圖略），無(wú)明顯規(guī)律，分析原因可能有：①DHAA本身比AA敏感，每次所取生鮮乳中可能存在成分不穩(wěn)定、溶氧量不同等差異，造成規(guī)律性差；② 實(shí)驗(yàn)中使用AA標(biāo)樣強(qiáng)化，DHAA量很少，在一定程度上影響它是否能被檢測(cè)及檢測(cè)的程度；③DHAA的降解不只是簡(jiǎn)單的氧化反應(yīng)，而包含多種降解途徑[7]。

根據(jù)Arrehnius方程，將不同溫度下的lnk對(duì)1/T作圖，由圖4可計(jì)算出AA及VC熱降解反應(yīng)的活化能Ea，根據(jù)k值分別求出半衰期，結(jié)果如表1所示。

表1 加工模擬體系下AA和VC的熱降解動(dòng)力學(xué)參數(shù)

由圖2得到VC在60～80℃，1 h的損失率為16.97%～35.47%。80℃時(shí)半衰期為2.28 h，可推測(cè)在殺菌、干燥等溫度參數(shù)高的工段，考慮溫度及時(shí)間的影響，維生素C的損失會(huì)很顯著。

兩者降解速率常數(shù)及半衰期有顯著性差異 （P＜0.05），說(shuō)明AA的熱穩(wěn)定性要強(qiáng)于VC，進(jìn)一步推出AA的熱穩(wěn)定性高于DHAA。

2.2 維生素C在沖調(diào)模擬體系下的降解

圖5和圖6為在沖調(diào)模擬體系下，AA及VC的降解反應(yīng)符合零級(jí)反應(yīng)。由圖6可得到VC在40，50，60℃的日常沖調(diào)喂養(yǎng)溫度范圍內(nèi)0.5～1 h內(nèi)的損失率分別為18.69%～31.14%，19.80%～30.81%，32.37%～47.94%?？梢?jiàn)斷續(xù)喂養(yǎng)的時(shí)間超過(guò)30 min就會(huì)造成乳粉還原液中維生素C的大量損失。

將DHAA的濃度對(duì)時(shí)間作圖，相關(guān)系數(shù)在0.91～0.99之間，而取濃度對(duì)數(shù)與時(shí)間作圖，回歸系數(shù)均在0.985以上，故認(rèn)為DHAA降解符合一級(jí)模型，結(jié)果見(jiàn)圖7。DHAA作為AA有氧降解的中間產(chǎn)物，在加工過(guò)程中已完成了濃度升高的過(guò)程，成品中AA與DHAA的比例約為1.5∶1，因此在后續(xù)沖調(diào)中，DHAA含量持續(xù)下降。

按Arrehnius積分式作圖，如圖8和圖9所示。計(jì)算出AA、DHAA及VC的熱降解活化能Ea，根據(jù)k值分別求出半衰期，結(jié)果如表5所示。AA及VC的降解速率常數(shù)存在極顯著差異（P＜0.01），EaVC＜EaAA，認(rèn)為VC熱敏性要高于AA，與加工模擬體系的表現(xiàn)一致。

表2 沖調(diào)模擬體系下AA、DHAA及VC的熱降解動(dòng)力學(xué)參數(shù)

由損失率及半衰期等動(dòng)力學(xué)參數(shù)，可發(fā)現(xiàn)維生素C在成品沖調(diào)中穩(wěn)定性弱于加工模擬體系。AA及VC在加工、沖調(diào)模擬體系下分別符合一級(jí)、零級(jí)降解動(dòng)力學(xué)，Maria C.Manso等[13]認(rèn)為不同的基質(zhì)可能存在特定的降解模式，AA（VC）初始含量及接下來(lái)的反應(yīng)速率可能決定其符合零級(jí)還是一級(jí)反應(yīng)。

3 結(jié) 論

加工、沖調(diào)模擬體系中，AA和VC的熱降解分別符合一級(jí)、零級(jí)反應(yīng)。DHAA在沖調(diào)過(guò)程中的熱降解符合一級(jí)反應(yīng)。兩體系下AA的熱穩(wěn)定性都高于VC。AA及VC在加工模擬體系中的穩(wěn)定性高于沖調(diào)體系。兩體系下VC的穩(wěn)定性都會(huì)受到嚴(yán)重影響，加工中2 h，60℃～80℃內(nèi)損失在26.6%～52.6%間，沖調(diào)中1 h，40℃～70℃內(nèi)損失為37.7%～65.6%。

嬰兒配方乳粉還原液中的維生素C在溫度、鹽和糖的濃度、pH值、氧氣、酶、金屬元素、水分活度、AA與DHAA比例等多種因素的綜合作用下?lián)p失率較高，因此喂養(yǎng)過(guò)程的規(guī)范操作對(duì)于嬰兒維生素C攝食量的充足與否有關(guān)鍵意義。加工模擬體系中維生素C的影響因素較沖調(diào)體系少，這可能是造成兩體系下動(dòng)力學(xué)參數(shù)差異的重要原因。

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Kinetics of Vitamin C degradation in infant formula powder during model processing and preparation

LIU Yi-bo1,REN Guo-pu1,XIAO Lian-rong2
（1.Faculty of Food Science and Engineering,Central South University of Forestry and Technology,Changsha 410004,China;2.Hunan Avadairy Co.,Ltd.,Changsha 410200,China）

The thermal degradation kinetics of ascorbic acid（AA）,dehydroascorbic acid（DHAA）and vitamin C were determined in infant formula milk powder during model processing and preparing.The results show that a first order model can describe well the AA and VCdegradation data,with an activation energy of 46.49 kJ/mol,39.69 kJ/mol during the model processing.The degradation of AA and VCduring preparing follow a zero order kinetic model,and DHAA degradation fit to a first order kinetic model,the activation energy are 16.71 kJ/mol、19.50 kJ/mol,12.04 kJ/mol,respectively.

vitamin C;infant formula powder;processing;preparation;degradation

TS252.51

A

1001-2230（2012）09-0023-03

2011-12-26

中國(guó)營(yíng)養(yǎng)學(xué)會(huì)營(yíng)養(yǎng)科研項(xiàng)目基金資助課題；國(guó)家科技支撐計(jì)劃“原料奶質(zhì)量安全監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)研究”（2012BAD12B04）。

劉奕博（1987-），女，碩士研究生，研究方向?yàn)槭称钒踩c控制。

任國(guó)譜