嬰兒配方奶粉氧誘導(dǎo)氧化的分析

蔣雯瑤,蘇米亞,賈宏信,顧建明

(1.上海大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,上海 200444;2.乳業(yè)生物技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,光明乳業(yè)股份有限公司技術(shù)中心,上海乳業(yè)生物工程技術(shù)研究中心,上海 200436)

嬰兒配方奶粉氧誘導(dǎo)氧化的分析

蔣雯瑤1,2,蘇米亞2,賈宏信2,顧建明1,*

(1.上海大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,上海 200444;2.乳業(yè)生物技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,光明乳業(yè)股份有限公司技術(shù)中心,上海乳業(yè)生物工程技術(shù)研究中心,上海 200436)

通過(guò)氧誘導(dǎo)氧化的方式對(duì)嬰兒配方奶粉的氧化誘導(dǎo)穩(wěn)定性進(jìn)行考察,以過(guò)氧化值(PV)、硫代巴比妥酸值(TBA)和色度值的變化來(lái)評(píng)估奶粉的氧化程度,分析奶粉氧化過(guò)程中各個(gè)指標(biāo)的變化趨勢(shì)。結(jié)果表明:嬰兒配方奶粉氧化誘導(dǎo)期內(nèi),隨著誘導(dǎo)時(shí)間的延長(zhǎng),PV值和TBA值都呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì),奶粉亮度值(L*)逐漸降低,紅度值(a*)和黃度值(b*)逐漸增高,奶粉顏色不斷變黃,變暗,失去光澤。結(jié)論:嬰兒配方奶粉誘導(dǎo)氧化的分析可以快速了解奶粉的氧化趨勢(shì),對(duì)于預(yù)測(cè)嬰兒配方奶粉的貨架期具有一定的指導(dǎo)意義。

嬰兒配方奶粉,誘導(dǎo)氧化,過(guò)氧化值,硫代巴比妥酸值,色度值

母乳是嬰幼兒的最佳食品,但是隨著社會(huì)的發(fā)展,越來(lái)越多的母親因?yàn)楣ぷ骱蜕眢w的原因不能進(jìn)行母乳喂養(yǎng),在這種情況下嬰幼兒配方奶粉成為母乳的最佳替代品。嬰兒配方奶粉在儲(chǔ)藏過(guò)程中脂肪易分解,主要由氧化造成[1]。嬰兒配方奶粉中脂肪含量接近26%[2],其中不飽和脂肪酸含量較高。這些不飽和脂肪酸在儲(chǔ)藏過(guò)程中極易發(fā)生氧化,產(chǎn)生氫過(guò)氧化物。氫過(guò)氧化物的進(jìn)一步分解產(chǎn)生醛、酮、醇、酸等物質(zhì)。這些物質(zhì)產(chǎn)生油膩味、酸敗味、金屬味等,是導(dǎo)致嬰兒配方奶粉中風(fēng)味異常的主要原因[3-5]。此外,氧化還降低了嬰兒配方奶粉的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,甚至產(chǎn)生有害物質(zhì)。

目前,文獻(xiàn)報(bào)道的關(guān)于嬰幼兒配方奶粉氧化穩(wěn)定性的研究大多采用充氮包裝或者是真空包裝,在25～60 ℃,50%～75% RH條件下的恒溫恒濕箱中進(jìn)行加速實(shí)驗(yàn)。例如M Romeu[6]、H Stapelfeldt[7]、R Páez[4]等人分別用此種方法研究奶粉在儲(chǔ)藏過(guò)程中溫度、水分活度、熱處理方式等因素對(duì)奶粉氧化穩(wěn)定性的影響。而采用這種方法研究奶粉的氧化穩(wěn)定性所需時(shí)間較長(zhǎng),一般需要2～6個(gè)月的時(shí)間,甚至更長(zhǎng)時(shí)間,為奶粉貨架期研究帶來(lái)不便。而本文是在高溫條件下進(jìn)行氧誘導(dǎo)氧化的方式,大大縮短嬰幼兒配方奶粉氧化時(shí)間,可以快速了解奶粉整個(gè)氧化過(guò)程的變化趨勢(shì),為嬰兒配方奶粉的貨架期預(yù)測(cè)提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

嬰兒配方奶粉1段 光明乳業(yè)中試車(chē)間;硫代巴比妥酸、三氯乙酸、乙醇、氯仿、甲醇、硫氰酸銨、無(wú)水硫酸鈉、氯化亞鐵 國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司,均為分析純。

FA2104型電子天平 德國(guó)Sartorius公司;脂肪氧化儀 意大利VELP公司;CFEZ0751型臺(tái)式色差儀 美國(guó)Hunter Lab公司;SP-754PC型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì) 美國(guó)Spectrum公司;XMTD-8222型水浴鍋 精宏公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 嬰兒配方奶粉的快速氧化 準(zhǔn)確稱取嬰兒配方奶粉10.0 g,放置于樣品盤(pán)中,打開(kāi)脂肪氧化儀與電腦聯(lián)機(jī),設(shè)定實(shí)驗(yàn)溫度為90、80、75、70、60 ℃,當(dāng)反應(yīng)倉(cāng)內(nèi)溫度達(dá)到相應(yīng)的設(shè)定溫度后充入氧氣(氧氣壓為6.0 bar),穩(wěn)定后啟動(dòng)氧化程序。根據(jù)樣品反應(yīng)倉(cāng)內(nèi)氧氣壓力下降的速度來(lái)判斷誘導(dǎo)氧化程度,采用OXITEST software軟件的方法分析反應(yīng)的氧化誘導(dǎo)期。選擇合適的加速溫度進(jìn)行誘導(dǎo)氧化,并定期(10 h)檢測(cè)氧化過(guò)程中嬰兒配方奶粉的PV值、TBA值、色度值的變化。

1.2.2 嬰兒配方奶粉過(guò)氧化值(PV)值的測(cè)定 PV的測(cè)定參考姜慧萍[8]并做改進(jìn)。具體操作如下:稱取5.0 g配方奶粉樣品于具塞錐形瓶中,加入16.5 mL甲醇溶解,超聲振蕩5 min,再加入38.5 mL三氯甲烷(萃取過(guò)程中氯仿∶甲醇始終保持7∶3),過(guò)濾,然后加無(wú)水硫酸鈉再次過(guò)濾。取10 mL濾液于25 mL比色管中,加入50 μL硫氰酸銨(300 g/L)和50 μL氯化亞鐵溶液(3.5 g/L),混合均勻后,避光放置5 min,于500 nm處測(cè)定其吸光度。

1.2.3 嬰兒配方奶粉TBA值的測(cè)定 準(zhǔn)確稱取嬰兒配方奶粉12.00 g,用水溶解并定容至100 mL。移取上述溶液17.6 mL,30 ℃水浴5 min后加入1 mL三氯乙酸溶液(1 g/mL)和2 mL 95%的乙醇,劇烈振蕩1 min后靜置5 min。用定量濾紙進(jìn)行過(guò)濾,取4 mL濾液于比色管中,加入1 mL的硫代巴比妥酸溶液,60 ℃水浴加熱60 min。取出后,冷卻至室溫在532 nm下測(cè)定其吸光度[9]。

1.2.4 嬰兒配方奶粉色度值的檢測(cè) 打開(kāi)色差儀,使用黑板白板進(jìn)行色差儀的標(biāo)準(zhǔn)化,將樣品均勻地填入玻璃盤(pán)中,測(cè)定嬰兒配方奶粉樣品的L*、a*、b*。

2 結(jié)果與討論

2.1 嬰兒配方奶粉最適氧化誘導(dǎo)條件選擇

嬰兒配方奶粉在儲(chǔ)藏過(guò)程中很容易氧化,氧化程度是預(yù)測(cè)貨架期,顯示貨架期壽命的一個(gè)重要指標(biāo)。氧化誘導(dǎo)期(the induction period,IP)值是指在高溫高氧條件下嬰兒配方奶粉氧化的起點(diǎn)時(shí)間開(kāi)始到氧化的速度突然加速的時(shí)間,通過(guò)反應(yīng)倉(cāng)內(nèi)的壓力差來(lái)顯示,用于評(píng)價(jià)樣品氧化動(dòng)力學(xué)的過(guò)程[10-11]。嬰兒配方奶粉的誘導(dǎo)氧化趨勢(shì)線如圖1所示。圖1中在IP值時(shí)間內(nèi)奶粉氧化緩慢,過(guò)了IP值時(shí)間后樣品開(kāi)始急劇氧化,氧化速率加快,導(dǎo)致樣品氧化的不良風(fēng)味,直至最后氧化曲線趨于平緩。不同氧化溫度條件下,嬰兒配方奶粉氧化誘導(dǎo)時(shí)間如表1中所示。

圖1 嬰幼兒奶粉誘導(dǎo)氧化趨勢(shì)圖Fig.1 The trend of the induced oxidation of infant formular注:線1是嬰兒配方奶粉在氧化溫度為75 ℃下的誘導(dǎo)氧化趨勢(shì)線;線2是氧化誘導(dǎo)期值平行于縱坐標(biāo)做的一條直線,其與橫坐標(biāo)的交點(diǎn)即為IP值。

氧化溫度(℃)氧化誘導(dǎo)期時(shí)間(h)906.538025.807560.137089.8260/

表1中顯示溫度對(duì)氧化誘導(dǎo)期的IP值有重要影響,溫度越高,氧化誘導(dǎo)期IP值越短。當(dāng)氧化溫度為90 ℃的時(shí)候,氧化誘導(dǎo)期時(shí)間為6.53 h,氧化速度過(guò)快,可能會(huì)錯(cuò)過(guò)氧化程度指示值的變化趨勢(shì)。當(dāng)氧化溫度為70 ℃的時(shí)候,氧化誘導(dǎo)期時(shí)間為89.82 h,時(shí)間較長(zhǎng)。當(dāng)氧化溫度為60 ℃的時(shí)候,樣品的氧化趨勢(shì)線是呈逐漸下降的一條曲線,不存在氧化誘導(dǎo)期,無(wú)法區(qū)分氧化誘導(dǎo)期和加速期。通過(guò)考慮以上結(jié)果,本實(shí)驗(yàn)選擇將氧化誘導(dǎo)溫度設(shè)置為75 ℃,進(jìn)行加速實(shí)驗(yàn)分析嬰兒配方奶粉的氧化動(dòng)力學(xué)過(guò)程。

2.2 嬰兒配方奶粉PV值的變化

嬰兒奶粉中脂肪含量高,其中不飽和脂肪酸極易發(fā)生氧化酸敗,影響嬰兒配方奶粉的品質(zhì)。PV值是評(píng)價(jià)脂肪初級(jí)氧化程度的重要指標(biāo)之一。嬰兒配方奶粉在75 ℃氧化過(guò)程中PV值的變化情況如圖2所示。

圖2 嬰兒配方奶粉PV值的變化Fig.2 The change of the PV value of the infant formular

由圖2可以看出嬰兒配方奶粉在75 ℃條件下進(jìn)行誘導(dǎo)氧化,PV值是先上升后下降的變化趨勢(shì)。在氧化的前40 h,PV值隨著氧化時(shí)間的延長(zhǎng)呈逐漸上升的趨勢(shì),并且在40 h達(dá)到最大值(1.031 meq/kg);之后隨著氧化時(shí)間的進(jìn)一步延長(zhǎng),PV值又開(kāi)始下降。嬰幼兒奶粉在氧化過(guò)程中存在一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的過(guò)程,脂肪自動(dòng)氧化生成氫過(guò)氧化物,同時(shí)氫過(guò)氧化物分解產(chǎn)生一些低分子量的產(chǎn)物如醛、酮、醇和酸等,影響嬰幼兒奶粉的風(fēng)味。氧化初期,氫過(guò)氧化物的形成速度大于分解速度,PV值呈上升趨勢(shì);隨著氧化程度的進(jìn)一步加深,氫過(guò)氧化物的分解速度大于形成速度,PV值呈下降趨勢(shì)[12-14]。

2.3 嬰兒配方奶粉TBA值的變化

嬰幼兒奶粉在氧化過(guò)程中,一級(jí)氧化產(chǎn)物分解成小分子的醛、酮類(lèi)物質(zhì),其中丙二醛是最具有代表性的二級(jí)氧化產(chǎn)物,TBA值是評(píng)價(jià)丙二醛含量的重要指標(biāo)。75 ℃條件下嬰兒配方奶粉氧化導(dǎo)致TBA值變化的趨勢(shì)見(jiàn)圖3。

圖3 嬰兒配方奶粉TBA值的變化Fig.3 The change of the TBA value of the infant formular

從圖3可以看出,隨著氧化時(shí)間的延長(zhǎng),TBA值呈現(xiàn)上升的趨勢(shì),到70 h上升到最大值;之后開(kāi)始下降。在40 h之前,TBA值變化不大,緩慢增長(zhǎng);40 h之后,嬰幼兒奶粉的TBA值開(kāi)始顯著增長(zhǎng),到70 h增長(zhǎng)了9.7倍,達(dá)到最大值;70 h之后,TBA值又開(kāi)始下降。主要是由于在40 h之前,嬰兒配方奶粉主要是進(jìn)行一級(jí)氧化,產(chǎn)物以氫過(guò)氧化物為主,丙二醛等二級(jí)氧化產(chǎn)物含量較低,PV值增長(zhǎng)大于TBA值的增長(zhǎng)。隨著嬰兒配方奶粉氧化的進(jìn)一步加深,更多的氫過(guò)氧化物降解為小分子的二級(jí)氧化產(chǎn)物,使得丙二醛的生成速度加快,TBA值顯著上升,氧化程度加深,此時(shí)氫過(guò)氧化物含量降低,PV值呈下降趨勢(shì)。70 h之后,TBA值又有所下降,可能是由于丙二醛等二級(jí)氧化產(chǎn)物并不穩(wěn)定,轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性物質(zhì)造成的。這些揮發(fā)性物質(zhì)也是造成奶粉不良?xì)馕?、影響奶粉的感官風(fēng)味性狀的因素[14-16]。

2.4 嬰兒配方奶粉在氧化過(guò)程中色度值的變化

色澤是評(píng)價(jià)奶粉質(zhì)量的重要感官指標(biāo)之一,新鮮的嬰兒配方奶粉應(yīng)該是呈現(xiàn)出乳白色或者是淡黃色。嬰幼兒奶粉在氧化過(guò)程中,色度值會(huì)發(fā)生變化,從而降低奶粉的感官質(zhì)量。嬰幼兒奶粉的色度值變化如表2所示。

由表2中可以看出,隨著氧化時(shí)間的延長(zhǎng),L*(明度)呈下降趨勢(shì),這表明奶粉在氧化過(guò)程中色度值不斷變暗。a*(紅綠度)隨著氧化時(shí)間的延長(zhǎng)從負(fù)值轉(zhuǎn)變成正值,紅度值在增強(qiáng),綠度值在減弱,表明奶粉顏色在不斷變紅。b*(黃藍(lán)度)在呈現(xiàn)出上升趨勢(shì),奶粉顏色在不斷地變黃。在40 h之前奶粉氧化主要是進(jìn)行一級(jí)氧化,產(chǎn)生一級(jí)氧化產(chǎn)物,嬰兒配方奶粉色度值發(fā)生緩慢變化。在40 h之后,奶粉中的脂肪氧化主要是以二級(jí)氧化為主,產(chǎn)生一些醛、酮類(lèi)物質(zhì),導(dǎo)致奶粉色度值發(fā)生明顯的變化。同時(shí)由于奶粉中富含蛋白質(zhì)、脂質(zhì)以及乳糖,在發(fā)生氧化反應(yīng)同時(shí)還伴有美拉德反應(yīng)。脂肪氧化和美拉德褐變相互影響,可進(jìn)一步影響奶粉的色度值,顏色變化顯著[17-19]。

表2 嬰兒配方奶粉氧化過(guò)程中色度值的變化±SD)

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)嬰兒配方奶粉的誘導(dǎo)氧化分析發(fā)現(xiàn),在6 bar的氧分壓下,誘導(dǎo)溫度越高,氧化誘導(dǎo)期越短,這可間接說(shuō)明溫度是影響嬰兒配方奶粉穩(wěn)定性的重要因素之一。嬰兒配方奶粉氧化過(guò)程中PV值、TBA值和色度值的變化為:PV值和TBA值都有一個(gè)先上升后下降的趨勢(shì)。TBA值顯著上升時(shí),PV值開(kāi)始下降,這可能是因?yàn)門(mén)BA值檢測(cè)的是二級(jí)氧化產(chǎn)物,而二級(jí)氧化產(chǎn)物大量的生成晚于一級(jí)氧化產(chǎn)物。氧化過(guò)程中奶粉的顏色明度下降,奶粉整體色度值變暗,逐漸失去其原有的色度值。綜合PV值、TBA值和色度值變化,可以快速的分析其氧化趨勢(shì),對(duì)于研究嬰兒配方奶粉的質(zhì)量變化規(guī)律和預(yù)測(cè)其貨架期具有重要指導(dǎo)意義。

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Analysis for oxygen-induced oxidation of infant formula

JIANG Wen-yao1,2,SU Mi-ya2,JIA Hong-xin2,GU Jian-ming1,*

(1.College of Life Science,Shanghai university,Shanghai 200444,China;2.State Key Laboratory of Dairy Biotechnology,Technical Center,Bright Dairy & Food Co.,Ltd.,Shanghai Engineering Research Center of Dairy Biotechnology,Shanghai 200436,China)

The oxygen-induced oxidative stability of infant formula was studied. Peroxide value(PV),thiobarbituric acid value(TBA)and chroma values of milk powder were examined to analyse the oxidation degree of milk powder in induced oxidation period. Results showed that during the induced oxidation time,the PV and TBA value first increased and then decreased,the brightness value(L*)decreases,the red value(a*)and yellow(b*)gradually increased,milk powder color becomes yellow,dark and then dull. Conclusion:the oxygen-induced oxidative of infant formulas can quickly identify oxidation trend of infant formula,and this study provides a guide for shelf life prediction of milk powder.

infant formula;induced oxidation;peroxide value;TBA value;chromatism values

2016-09-01

蔣雯瑤(1992-)，女，碩士研究生，研究方向：嬰幼兒配方奶粉，E-mail：2530385544@qq.com。

*通訊作者:顧建明(1961-)，男，副教授，研究方向：食品資源與開(kāi)發(fā)利用，E-mai：gujianming@shu.edu.cn。

上海市經(jīng)委引進(jìn)技術(shù)的吸收與創(chuàng)新計(jì)劃(14XI-1-15)；上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)工程中心能力提升項(xiàng)目(16DZ2280600)。

TS252.51

A

1002-0306(2017)06-0116-04

10.13386/j.issn1002-0306.2017.06.013