影響奶粉漲罐的因素及惰性氣體對(duì)奶粉穩(wěn)定性的研究

任國(guó)譜，李夢(mèng)怡，吳昊霞，韋呈宇，蔡彥希

（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.湖南優(yōu)卓食品科技有限公司，長(zhǎng)沙410200）

影響奶粉漲罐的因素及惰性氣體對(duì)奶粉穩(wěn)定性的研究

任國(guó)譜1，李夢(mèng)怡2，吳昊霞1，韋呈宇1，蔡彥希1

（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.湖南優(yōu)卓食品科技有限公司，長(zhǎng)沙410200）

針對(duì)奶粉在高溫和高原地區(qū)的脹罐現(xiàn)象，在工廠對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的控制因素進(jìn)行了全面的研究分析。結(jié)果表明，在其他條件一樣的情況下，環(huán)境溫度、罐內(nèi)壓力、以及惰性氣體（氮?dú)夂投趸迹┑谋壤窃斐擅浌薜年P(guān)鍵因素，并且，惰性氣體對(duì)油脂和DHA的氧化、維生素C的衰減有穩(wěn)定保護(hù)作用。

奶粉；脹罐；溫度；壓力；氮?dú)?；二氧化碳；穩(wěn)定性

0 引言

為了防止貨架期內(nèi)奶粉的氧化，奶粉的生產(chǎn)過(guò)程中，通常是將奶粉灌到包裝袋或罐中，再經(jīng)過(guò)抽真空并充惰性氣體（氮?dú)猓∟2）、二氧化碳（CO2））后封口[1-3]。一般要求是：袋內(nèi)殘氧量≤4%（體積分?jǐn)?shù)），罐內(nèi)殘氧量≤3%（體積分?jǐn)?shù)）。

包裝完好的奶粉上市銷售到不同的地區(qū)，由于溫度和氣壓的變化，經(jīng)常出現(xiàn)脹袋或罐的現(xiàn)象；液態(tài)食品的脹罐多是由于貨架期期間微生物繁殖產(chǎn)生氣體而引起的[4-7]；而奶粉是固體粉末，水分活度很低，貨架期期間奶粉中的微生物不再繁殖[8]，因此，引起奶粉脹罐是其他因素造成的。

本文選擇罐裝奶粉作為研究對(duì)象，對(duì)影響其脹罐的因素進(jìn)行了研究分析，并對(duì)貨架期內(nèi)的油脂氧化、DHA和維生素的衰減進(jìn)行了分析。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料與試劑

嬰幼兒奶粉為生產(chǎn)留樣；N2和CO2的純度均為97%(體積分?jǐn)?shù))以上。

主要試劑為：月桂基硫酸鹽胰蛋白胨肉湯、馬鈴薯-葡萄糖-瓊脂培養(yǎng)基、瓊脂、溴甲酚紫、甲萘胺、對(duì)氨基苯磺酸、甲苯（色譜純）、乙酰氯、淀粉酶。

微生物試劑的準(zhǔn)備和培養(yǎng)基的配制參照各個(gè)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的具體要求，其他常規(guī)試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純或色譜純。

1.2 設(shè)備與儀器

氣相色譜儀（帶FID檢測(cè)器，Angilent 6890 N）、熒光分光光度計(jì)（F-2500）、生化培養(yǎng)箱（SPX-250B-Z型），生物安全柜(SG603A-HE型)，全自動(dòng)高壓蒸汽滅菌器（HV-85型），生物顯微鏡（ECLIPSE80i型），拍擊式均質(zhì)器（Basic型），高壓滅菌鍋（SX 500型），自動(dòng)罐裝機(jī)（DVC250型），真空度檢測(cè)儀（HTZK-IV型），殘氧量測(cè)試儀（HGA-01型），頂空氣體分析儀（6600型）。

1.3 方法

（1）罐內(nèi)殘氧量的檢測(cè)方法。殘氧量測(cè)試儀預(yù)熱完成后（約15分鐘），撬開(kāi)奶粉罐的外蓋，將罐內(nèi)奶粉輕輕搖至底部，并將密封膠片貼緊于鋁箔中部，然后測(cè)試針小心地通過(guò)密封膠片插入罐內(nèi)，按下測(cè)試健，讀取檢測(cè)數(shù)據(jù)。

（2）菌落總數(shù)測(cè)定。依據(jù)GB 4789.2-2010《菌落總數(shù)測(cè)定》進(jìn)行。

（3）大腸菌群計(jì)數(shù)。依據(jù)GB/T4789.3-2010《大腸菌群計(jì)數(shù)》進(jìn)行。

（4）霉菌和酵母菌計(jì)數(shù)。依據(jù)GB/T4789.15-2003《霉菌和酵母菌計(jì)數(shù)》進(jìn)行。

（5）水分測(cè)定。依據(jù)GB5009.3-2010《食品中水分的測(cè)定》進(jìn)行。

（6）水分活度測(cè)定。依據(jù)GB/T 23490-2009《食品水分活度的測(cè)定》進(jìn)行。

（7）二十二碳六烯酸（DHA）含量的測(cè)定。依據(jù)GB 5413.27-2010《嬰幼兒食品和乳品中脂肪酸的測(cè)定》進(jìn)行。

（8）維生素C的測(cè)定。依據(jù)GB 5413.18-2010《嬰幼兒食品和乳品中維生素C的測(cè)定》進(jìn)行。

（9）奶粉氧化味的感官評(píng)價(jià)。采用3級(jí)評(píng)價(jià)方式，分為正常（Ⅰ）、輕微（Ⅱ）、明顯（Ⅲ）3個(gè)等級(jí)；品嘗小組成員9人，對(duì)奶粉樣品的干粉進(jìn)行嗅聞評(píng)價(jià)，分別打分后求其平均值，然后對(duì)應(yīng)相應(yīng)的等級(jí)。

2 結(jié)果與討論

2.1 脹罐奶粉的統(tǒng)計(jì)

某工廠發(fā)往市場(chǎng)的罐裝嬰幼兒奶粉發(fā)生了大量的脹罐現(xiàn)象，突出表現(xiàn)為鋁制蓋膜（鋁膜）的明顯凸起，共有11598罐，發(fā)生脹罐的區(qū)域和數(shù)量如表1所示。

表1 發(fā)生脹罐的區(qū)域和數(shù)量

可見(jiàn)，發(fā)往云南和貴州的脹罐比例最大，分別為99.6%和93.9%，其次為四川，脹罐比例為65.1%。

2.2 脹罐奶粉的質(zhì)量評(píng)價(jià)

2.2.1 脹罐奶粉的罐內(nèi)負(fù)壓測(cè)定

隨機(jī)抽取10罐脹罐奶粉，測(cè)定罐內(nèi)壓力，結(jié)果在-3～8kPa之間，這說(shuō)明罐子的密封性良好。

2.2.2 脹罐奶粉的水分和水分活度測(cè)定

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)嬰幼兒奶粉的水分要求為≤5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），企業(yè)為了防止在貨架期期間微生物的生長(zhǎng)，一般控制水分小于3%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。對(duì)脹罐樣品隨機(jī)抽取了10罐進(jìn)行了水分和水分活度檢測(cè)，結(jié)果分別在1.96%～2.85%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）和0.177～0.259之間，這樣的水分和水分活度下，在奶粉的貨架期期間，微生物不可能生長(zhǎng)[8]。

2.2.3 脹罐奶粉的微生物測(cè)定

對(duì)隨機(jī)抽取的10罐樣品進(jìn)行了菌落總數(shù)、大腸菌群、霉菌和酵母的檢測(cè)，結(jié)果分別是80～800 g-1，小于10 g-1和10～30 g-1，因此，抽檢脹罐奶粉樣品的各項(xiàng)微生物指標(biāo)均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)以上分析，脹罐奶粉的密封性、水分、水分活度和微生物指標(biāo)均符合要求，因此，造成奶粉脹罐的原因不是奶粉的內(nèi)在質(zhì)量引起的。

2.3 終止氣壓對(duì)罐內(nèi)氣壓的影響

通過(guò)改變?cè)O(shè)備上充氮終止氣壓的設(shè)置來(lái)測(cè)定罐內(nèi)氣壓，結(jié)果如表2所示。

表2 充氮終止氣壓對(duì)罐內(nèi)氣壓的影響kPa

結(jié)果表明，改變充氮的終止氣壓對(duì)最終罐體內(nèi)的壓強(qiáng)有很大關(guān)系，試驗(yàn)的罐子約可承受50 kPa的壓力。

2.4 環(huán)境溫度對(duì)罐體內(nèi)氣壓的影響

以下樣品罐裝時(shí)的條件為：殘氧量控制在3%（體積分?jǐn)?shù)）以下，封罐時(shí)奶粉溫度25～28℃，分別用常溫常壓封罐和充氮封罐（罐內(nèi)氣壓與市場(chǎng)上發(fā)生大量脹罐的氣壓保持一致，為-20 kPa）兩種形式進(jìn)行封罐，各封8罐，并放置在37°C的環(huán)境下72 h取出，觀察罐體和罐頂鋁膜的變形情況，如表3所示。

表3 環(huán)境溫度對(duì)罐內(nèi)氣壓的影響

這表明環(huán)境溫度對(duì)罐內(nèi)氣壓是有影響的，標(biāo)準(zhǔn)要求奶粉的倉(cāng)儲(chǔ)溫度在25℃以下，但當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，罐內(nèi)氣體膨脹，引起罐內(nèi)氣壓加大，使鋁膜突起，常壓罐裝很明顯；真空充氮罐裝雖有-20 kPa的負(fù)壓，但當(dāng)罐內(nèi)氣壓加大時(shí)，鋁膜也發(fā)生了輕微突起，但情況優(yōu)于常壓封罐。

以上數(shù)據(jù)可以解釋湖北和廣東脹罐的原因主要是環(huán)境溫度的變化引起的，另外，罐內(nèi)負(fù)壓設(shè)定不合理也可能是造成脹罐的原因。

2.5 罐內(nèi)氣壓的調(diào)整對(duì)脹罐的影響

通過(guò)改變?cè)O(shè)備上充氮終止氣壓的數(shù)值可調(diào)整罐內(nèi)負(fù)壓，表4是將罐內(nèi)氣壓分別設(shè)定為-20，-30，-40 kPa；并在真空環(huán)境下（參考昆明地區(qū)的氣壓，將壓力設(shè)定為80 kPa）升溫后罐體的變化情況，其他條件同2.4。

表4 罐內(nèi)氣壓對(duì)脹罐的影響

可見(jiàn)，市場(chǎng)上發(fā)生大量脹罐的主要原因是罐內(nèi)氣壓設(shè)定不合理造成的，尤其是云貴川等高原地區(qū)，海拔高度高，氣壓低，生產(chǎn)上原來(lái)設(shè)定的-20 kPa的罐內(nèi)氣壓是不合適的，表4的數(shù)據(jù)表明，單純充氮時(shí)，罐內(nèi)氣壓調(diào)整到-30～-40 kPa是合理的。

2.6 混合氣體(N2和CO2)的充填比例及其對(duì)奶粉的質(zhì)量評(píng)價(jià)

2.6.1 混合氣體(N2和CO2)的充填比例

奶粉的包裝從普通包裝、真空包裝、充氮包裝到充混合氣體(N2和CO2)的方式發(fā)展。表5是將罐內(nèi)氣壓設(shè)定為-20 kPa，并在真空環(huán)境下（壓力為80 kPa）升溫后罐體的變化情況，其他條件同2.4。

表5 混合氣體的充填比例

與表4相比，相同的內(nèi)壓設(shè)定值（-20 kPa）下，混充CO2后罐內(nèi)負(fù)壓明顯增高，而且隨著CO2占比的增加而增加，60%以上的CO2罐內(nèi)負(fù)壓不再增加。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，比例60%以上的CO2能夠確保在37℃下罐內(nèi)氣壓的相對(duì)穩(wěn)定。

2.6.2 混合氣體對(duì)嬰幼兒奶粉的質(zhì)量評(píng)價(jià)

將嬰兒奶粉分別充氮和充混合氣體（體積分?jǐn)?shù)40%N2，60%CO2）包裝，罐體負(fù)壓為-20 kPa，室溫存放24個(gè)月，每個(gè)季度（90 d）測(cè)定1次，至24個(gè)月結(jié)束，樣品均未出現(xiàn)明顯的氧化味；另外，純氮?dú)獍b和混合氣體包裝的DHA和維生素C的變化分別如圖1和圖2所示。

圖1 純氮?dú)獍b和混合氣體包裝的DHA的變化

圖2 純氮?dú)獍b和混合氣體包裝的維生素C的變化

DHA和維生素C是嬰幼兒配方奶粉中最敏感的成分，不僅在加工過(guò)程中容易被破壞，在貨架期內(nèi)也容易損失。圖1和圖2的數(shù)據(jù)表明，用純氮?dú)夂突旌蠚怏w（體積分?jǐn)?shù)40%N2，60%CO2）包裝奶粉，貨架期24個(gè)月時(shí)，DHA的損失率分別為10.2%和7.6%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），維生素C的損失率分別為11.2%和8.3%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。結(jié)合風(fēng)味評(píng)價(jià)的結(jié)果說(shuō)明，用混合氣體（體積分?jǐn)?shù)40%N2，60%CO2）包裝奶粉優(yōu)于純氮?dú)獍b，能夠保證貨架期內(nèi)奶粉的良好品質(zhì)。

2.6.3 討論

脹罐奶粉本身無(wú)質(zhì)量問(wèn)題，脹罐現(xiàn)象是溫度變化和氣壓變化兩重作用的結(jié)果。本研究所用罐子能夠承受50kPa左右的壓力，在這個(gè)前提下，需要設(shè)定好罐內(nèi)的負(fù)壓，既要防止脹罐也要防止癟罐。隨著氣溫的升高，罐內(nèi)氣體的壓力相應(yīng)升高，當(dāng)罐內(nèi)壓力大于大氣壓力的時(shí)候，產(chǎn)品就會(huì)出現(xiàn)脹罐的現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)可將頂部鋁膜頂開(kāi)。當(dāng)產(chǎn)品在高原地區(qū)銷售時(shí)，大氣壓力降低，也會(huì)出現(xiàn)同樣的問(wèn)題。當(dāng)然，罐內(nèi)的壓力值也不是越低就越好，否則就會(huì)出現(xiàn)癟罐的現(xiàn)象，對(duì)材料強(qiáng)度的要求就會(huì)高[9-10]。

CO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比N2和O2大，略重于空氣，因此充氣后，CO2容易分布在包括罐底的整個(gè)空間；加上CO2的吸附能力要大于N2和O2，因此，奶粉生產(chǎn)中充含有CO2的混合氣體的優(yōu)勢(shì)是明顯的。與活性炭類似，奶粉的表面積較大，具有豐富的微孔和很強(qiáng)的吸附能力，另外，CO2也能被奶粉中的氨基酸吸附，因而造成負(fù)壓[11-14]。

奶粉的油脂含量很高，其中的多不飽和脂肪酸如DHA很易氧化分解，產(chǎn)生異味。與單純充氮?dú)庀啾?，充CO2后能在奶粉圍形成一層保護(hù)膜,防止油脂氧化，因此，CO2能較長(zhǎng)期保持奶粉的風(fēng)味和食用品質(zhì)[15-17]。圖1和圖2的對(duì)貨架期期間DHA和維生素C的跟蹤檢測(cè)結(jié)果充分說(shuō)明了這一點(diǎn)。

[1]李松濤,孟蜻,劉寧.二氧化碳對(duì)原料乳保藏及原料乳中部分成分的影響[J].食品科學(xué).2007,28(4):351-355.

[2]MARTIN J D,WERNER B G,HOTCHKISS J H.Effects of carbon dioxide on bacterial growth parameters in milk as measured by conduc?tivity[J].J.Dairy Sci.，2003,86:1932-1940.

[3]MANIAR A B,MARCY J E,BISHOP J R,et al.Modified atmo?sphere packaging to maintain direct-set cottage cheese quality[J].J. Food Sci.，1994,59:1305-1308.

[4]闞紅玲,江地.鋁易開(kāi)蓋兩片罐裝飲料脹罐原因分析及防范[J].食品工業(yè)科技.2000,21(1):74-75.

[5]CHAN H L,HWANG Y,CHOI S Y.Modified atmosphere packaging as a means to alleviate package expansion of Korean fermented red pep?per paste[J].International Journal of Food Science and Technology，2003,?38?(3):247-254.

[6]劉娟,王廣英,劉懷東.乳酸菌飲料常見(jiàn)的質(zhì)量問(wèn)題及控制措施[J].中國(guó)乳品工業(yè)，2005（4）:62-64.

[7]張雪,趙玉娟,張莉.脹包酸奶有害酵母菌的分離鑒定[J].中國(guó)乳品工業(yè)，2014（1）:27-30.

[8]李琳,萬(wàn)素英.水分活度與食品防腐[J].中國(guó)食品添加劑，2000（4）: 33-37.

[9]LONG L C,LI Y,ZHAO B.Optimum Buckling Design of Thin-Walled Stiffened Cylindrical Shell[C].The Seventh China-Ja?pan-Korea Joint Symposium on Optimization of Structural and Me?chanical Systems，2012:18-21.

[10]BELBLIDIA F,CROFT T N,HARDY S J.Simulation based aero?sol can design under pressure and buckling loads and comparison with experimental trials[J].Materials and Design,2013,52:214-224.

[11]鄧?yán)^勇，張海濤，王亞龍，等.活性炭纖維的吸附性能對(duì)CO2、N2、O2與氙氣的吸附規(guī)律[J].材料研究學(xué)報(bào)，2001,15(3):303-307.

[12]PIERGIOVANNI L,FAVA P,MORO M.Shelf-life extension of Taleggio cheese by modified atmosphere packaging[J].Ital J.Food Sci.，1993,2:115-127.

[13]HOTCHKISS J H,LEE E.Extending shelf-life of dairy products with dissolved carbon dioxide[J].Eur Dairy Mag.，1996,3:16-19.

[14]KOSIKOWSKI F V,BROWN D P.Influence of carbon dioxide and nitrogen on microbial populations and shelf life of cottage cheese and sour cream[J].J.Dairy Sci.，1972,56:12-18.

[15]張麗丹,王曉寧,韓春英,等.活性炭吸附二氧化碳性能的研究[J].北京化工大學(xué)學(xué)報(bào)，2007,34(1):76-80.

[16]付新，李軍平，趙寧，等.氨基修飾的介孔分子篩對(duì)CO2的吸附性能[J].石油化工，2008,37(10):1021-1025.

[17]MANNHEIM C H,SOFFER T.Shelf-life extension of cottage cheese by modified atmosphere packaging[J].Food Sci Technol.，1996,29:767-771.

Study on the influence factors of swelled can and the stability influenced by in?ert gas of milk powder

REN Guopu1,LI Mengyi2,WU Haoxia1,WEI Chengyu1,CAI Yanxi1
（1.Food College of Central South University of Forestry Technology,Changsha 410004，China;2.Hunan You Zhuo Food Technology Company,Changsha 410200，China）

In order to analyse the reasons of swelled can of milk powder in the area of high temperature and high altitude,detailed research on the whole process was carried out in a plant.The results showed that environment temperature,inner pressure of can,and the ratio of ni?trogen to carbon dioxide were the main factors under the same other conditions.In addition,the oxidation of oil&DHA and attenuation of vitamin C can be protected by inert gas(N2and CO2).

milk powder；swelled can；temperature；pressure；nitrogen；carbon dioxide；stability

TS252.51

：A

：1001-2230（2017）06-0057-04

2016-11-09

任國(guó)譜(1964-)，男，教授，主要從事?tīng)I(yíng)養(yǎng)素加工和功能性乳制品研究。