嬰幼兒配方乳粉溶解性的影響因素探討

文/何湘麗 湛艷紅 彭喜洋 戴智勇 汪家琦 李 浩

〔澳優(yōu)乳業(yè)（中國）有限公司； 湖南澳優(yōu)食品與營養(yǎng)研究院〕

嬰幼兒配方乳粉是指以牛乳（羊乳）及其加工制品為主要原料，加入適量的維生素、礦物質(zhì)和其他輔料加工而成的，供嬰幼兒（0～36 月齡）食用的產(chǎn)品。市售嬰幼兒配方乳粉通常為干燥、粉末狀固態(tài)，需配合一定的沖調(diào)方法后方可食用。沖調(diào)過程首先是乳粉顆粒充分潤濕，隨后可溶性成分溶解，膠體顆粒（脂肪球和酪蛋白膠束）分散在溶液中，形成均一、可供嬰幼兒直接食用的奶液，這個過程受乳粉顆粒附聚程度、沖調(diào)溫度、沖調(diào)方法、可分散性、可潤濕性等因素影響，表現(xiàn)為溶解性不同。

乳粉溶解性的標(biāo)準(zhǔn)測定方法是將乳粉在標(biāo)準(zhǔn)化條件（一定的濃度、溫度、攪拌強(qiáng)度和持續(xù)時間）下溶于水，離心后測定沉淀物體積，結(jié)果稱為不溶度指數(shù)，或溶解度指數(shù)。

目前常見的嬰幼兒配方乳粉生產(chǎn)工藝主要包括濕法工藝、干法工藝和干濕混合法工藝。濕法工藝是指在鮮奶液態(tài)下進(jìn)行各種原材料的混合，再經(jīng)高溫噴粉、干燥等工序制成粉狀；干法工藝是把各種原材料在固態(tài)粉狀下進(jìn)行混合。目前，兩種處理方法通常結(jié)合使用，噴霧干燥處理后再添加一些干基的營養(yǎng)成分（如維生素、微量元素或碳水化合物）。嬰幼兒配方乳粉的溶解性受生產(chǎn)工藝的影響。

1 理化指標(biāo)對乳粉溶解性的影響

1．1 水分

水分含量主要影響產(chǎn)品在貯存期間的品質(zhì)，所有乳粉都必須滿足水分殘留量標(biāo)準(zhǔn)，嬰幼兒配方乳粉的水分含量要求為≤5.0%。水分含量過高，一方面促進(jìn)乳粉中殘存微生物生長繁殖，產(chǎn)生乳酸，使乳粉中酪蛋白發(fā)生變性而影響乳粉的溶解性[1]；另一方面，高水分活度下，蛋白質(zhì)易發(fā)生變性，無定型狀態(tài)的乳糖結(jié)晶化易造成乳粉中游離脂肪含量增加，脂肪發(fā)生氧化，美拉德反應(yīng)加速進(jìn)行，使乳粉產(chǎn)生變色、結(jié)塊等異常現(xiàn)象[2]。

水分影響嬰幼兒配方乳粉溶解性的主要原因是乳糖暴露于高相對濕度或較高溫度中時易發(fā)生結(jié)晶，使乳粉顆粒表面產(chǎn)生很多裂紋，造成脂肪逐漸滲出，導(dǎo)致粉體的溶解性降低。

在嬰幼兒配方乳粉生產(chǎn)過程中，可以通過調(diào)節(jié)干燥塔排風(fēng)溫度或震動流化床溫度來控制水分含量。在潮濕地區(qū)，冷卻空氣應(yīng)該經(jīng)過除濕處理，避免吸潮。同時，在產(chǎn)品包裝階段，應(yīng)該使用密封不透氣的包裝材料，并將乳粉貯存在陰涼干燥處。

1．2 游離脂肪

脂肪的存在狀態(tài)和分布受工藝處理?xiàng)l件的影響。乳粉中的脂肪通常呈球形，表面由脂肪球膜包裹，均勻分布在脂肪顆粒中，也有一些沒有外層膜的脂肪鑲嵌在乳粉顆粒表面或內(nèi)部。嬰幼兒配方乳粉的脂肪含量要求為1.05～1.40 g/kJ。在一定條件下，游離脂肪酸與蛋白質(zhì)形成復(fù)合物，會導(dǎo)致乳粉的可潤性降低；表面游離脂肪的疏水性也會降低乳粉的流動性和分散性[3]，可能造成乳粉產(chǎn)品表面不易濕潤，延長乳粉的下沉?xí)r間，從而影響乳粉的溶解性。

嬰幼兒配方乳粉中的游離脂肪一般不可避免，但是可采取一些措施降低其含量，從而減少對溶解性的影響[4]，如避免過度泵送和攪動原料，減少原料在蒸發(fā)器中的循環(huán)；選擇合適的熱處理方式，避免低溫下直接熱處理；液奶處理時采用兩段式均質(zhì)[5]等。

1．3 乳粉顆粒及乳粉密度

乳粉顆粒通常由非結(jié)晶狀態(tài)乳糖構(gòu)成連續(xù)相，其他成分如脂肪球、酪蛋白膠束和乳清蛋白分子鑲嵌其中。乳粉顆粒越小，乳粉密度越大，粒徑分布越寬，顆粒間的孔就越窄，以至于水分不能迅速滲透。并且在濕潤過程中，由于顆粒之間空氣-水界面的表面張力推動部分濕潤顆粒彼此靠近，顆粒間孔隙變得更窄，乳糖以非潔凈狀態(tài)存在，形成高黏度溶液，水分滲透停止，乳粉容易形成團(tuán)塊，外部是高濃度黏性乳液，內(nèi)部是干性顆粒，形成難以溶解的團(tuán)塊[6，7]。相反，乳粉顆粒越大，顆粒間空隙更寬，分散性越好，水分容易滲透，下沉速度越快。隨著細(xì)粉（＜90 μm）的增加，乳粉的分散性降低。

乳粉顆粒及乳粉密度對乳粉溶解性的影響非常顯著。黃燾[8]等關(guān)于粉體粒度對溶解性的影響研究表明，乳粉細(xì)粉顆粒（包括0～30 μm，0～50 μm，0～100 μm）的體積占比與潤濕性和分散性呈線性負(fù)相關(guān)，而粗粉顆粒的體積占比與潤濕性和分散性呈線性正相關(guān)。

2 生產(chǎn)工藝對嬰幼兒配方乳粉溶解性的影響

嬰幼兒配方乳粉的典型生產(chǎn)線包括混料、蒸發(fā)濃縮、干燥、干混、包裝成品等環(huán)節(jié)。生產(chǎn)工藝主要是通過影響嬰幼兒配方乳粉的水分、游離脂肪以及顆粒大小等理化指標(biāo)來影響產(chǎn)品的溶解性。

2．1 蒸發(fā)濃縮

在乳粉生產(chǎn)過程中，原料乳在噴霧干燥或滾筒干燥前需要濃縮，濃縮主要是通過加熱蒸發(fā)提高物料的干物質(zhì)濃度，提高生產(chǎn)能力。蒸發(fā)濃縮前的熱處理可能會導(dǎo)致乳清蛋白變性，變得非常致密，未變性的乳清蛋白呈海綿狀，具有更高的水結(jié)合能力，在干燥過程中能形成更多的空泡；而高變性程度的乳粉空泡含量低，具有較高的顆粒密度和容積密度，能夠降低乳粉的分散性[9]。如果進(jìn)料過程中的空氣含量高，產(chǎn)品中的空泡含量也高，也會導(dǎo)致產(chǎn)品具有較低的顆粒密度和容積密度。同時，如果濃縮乳的固形物含量過高，則乳粉的空泡含量低，顆粒密度高[10]。因此，熱處理溫度過高和濃縮乳固形物含量過高都會導(dǎo)致乳粉的顆粒密度過高，不易溶解。

2．2 噴霧干燥

乳制品的干燥方式有滾筒干燥、冷凍干燥、噴霧干燥等，乳制品工業(yè)中最常用的乳粉干燥方式是噴霧干燥。噴霧干燥的目的是產(chǎn)生表面積和質(zhì)量比較大的顆粒（即小顆粒），常與附聚化結(jié)合使用，以得到分散性和溶解性較好的產(chǎn)品[11]。

所有的霧化設(shè)備都能發(fā)生自發(fā)初次附聚，表現(xiàn)為分子之間隨機(jī)無規(guī)律碰撞產(chǎn)生的附聚；而根據(jù)霧化設(shè)備的不同，會發(fā)生自發(fā)二次附聚或強(qiáng)制二次附聚，形成不同的粉粒結(jié)構(gòu)。附聚結(jié)構(gòu)按致密性降低的順序依次為洋蔥型結(jié)構(gòu)、覆盆子型結(jié)構(gòu)、致密葡萄結(jié)構(gòu)、疏松葡萄結(jié)構(gòu)。洋蔥結(jié)構(gòu)附聚乳粉的特點(diǎn)是機(jī)械穩(wěn)定性高，容積密度高，但是復(fù)水后表現(xiàn)為緩慢分散顆粒；葡萄結(jié)構(gòu)附聚乳粉的機(jī)械穩(wěn)定性過低，非常容易破損，導(dǎo)致速溶性降低。致密的葡萄結(jié)構(gòu)附聚是理想狀態(tài)，此時乳粉既有良好的速溶性，又有足夠的機(jī)械穩(wěn)定性，可承受必要的運(yùn)輸和包裝處理。選擇合適的細(xì)粉回風(fēng)口位置和噴嘴設(shè)計(jì)，通過附聚化將細(xì)小顆?？刂圃谧畹退?，使乳粉顆粒間隙更寬，水分更容易滲透。

除附聚化外，噴霧干燥的工藝參數(shù)（如高壓泵壓強(qiáng)、進(jìn)風(fēng)溫度、濃縮奶濃度、噴霧干燥時間和溫度）也是影響粉粒性質(zhì)的重要因素[12]。噴霧干燥噴嘴尺寸直接影響粉體粒徑，而噴霧干燥的時間和溫度則會影響液滴中水分和空氣散失的速度，決定了空泡的大小、數(shù)量和最終乳粉中的水分含量。李慕揚(yáng)等[13]通過響應(yīng)面分析，確定了噴霧干燥工藝參數(shù)為進(jìn)口溫度130 ℃，物料流量729 mL/h，熱風(fēng)流量0.48 m3/min時，乳粉的溶解度為21 s。合適的噴霧干燥條件對乳粉溶解性具有非常重要的影響。

2．3 粉體輸送方式

在嬰幼兒配方乳粉生產(chǎn)過程中，由于乳粉顆粒較小，為避免產(chǎn)生大量粉塵，一般采用封閉環(huán)境輸送，分為氣力輸送和重力輸送兩種方式。根據(jù)顆粒Geldart 分類法及輸送相圖，物料與氣體的作用方式主要取決于物料的平均粒徑分布和物料密度，以此來選擇采用正壓密相輸送、正壓稀相輸送、負(fù)壓密相輸送或負(fù)壓稀相輸送等輸送方式[14]。一般認(rèn)為，輸送管中氣、固混合物的空隙率＜0.95即為密相輸送。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)密相輸送的乳粉沖調(diào)后不容團(tuán)塊增加，溶解性變差，這可能與輸送方式有關(guān)。密相氣力輸送主要是脈沖氣力式栓流輸送，粉料在輸送管中不再散開，而是形成料栓，依靠料栓兩端的靜壓差向前移動。在密相輸送中，物料移動速度慢，固相濃度高，高壓使粉體之間縫隙變小；乳粉中的水分可導(dǎo)致粉體之間形成液橋，顆粒表面黏力增強(qiáng)，出現(xiàn)造粒現(xiàn)象，使乳粉在沖調(diào)過程中潤濕性變差，易出現(xiàn)不溶團(tuán)塊[15]。同時，隨著管道內(nèi)物料濃度增加，顆粒與管道壁面的摩擦加劇，導(dǎo)致粉體游離脂肪含量增高，降低乳粉的流動性和沖調(diào)性。正壓密相輸送壓力對粉體性質(zhì)的影響及原因還有待于進(jìn)一步深入研究。

重力輸送則是利用重力使粉體在密封管道中運(yùn)輸，無外加壓力，在運(yùn)輸過程中，粉體與管道壁面摩擦產(chǎn)生靜電，導(dǎo)致粉體游離脂肪含量增高，也在一定程度上影響乳粉的溶解性。

2．4 充氮包裝

為保證嬰幼兒配方乳粉產(chǎn)品在貨架期內(nèi)的穩(wěn)定品質(zhì)，通常會將產(chǎn)品抽真空，并充入一定混合比例的惰性氣體（如氮?dú)夂投趸迹Ｔ诙栊詺怏w環(huán)境下，一方面可以減少氧化還原反應(yīng)的發(fā)生，抑制脂肪和蛋白質(zhì)的氧化及其他營養(yǎng)素的衰減；另一方面可以保持罐內(nèi)相對穩(wěn)定的氣壓，避免出現(xiàn)脹罐或癟罐、乳粉結(jié)塊等異常[16，17]。李鵬等[18]對自動充氮前后乳粉物理變化的研究表明，充氮包裝后容積密度、振實(shí)容積密度等均有所升高，且有顆粒表面積增大、細(xì)粉比例減小、平均粒徑增大的變化趨勢，從而影響產(chǎn)品的溶解性。在利用自動包裝機(jī)時，應(yīng)當(dāng)保證生產(chǎn)的連續(xù)性，避免產(chǎn)品在灌裝機(jī)中過多停留。

3 小結(jié)

嬰幼兒配方乳粉沖調(diào)性的影響因素很多，生產(chǎn)過程中的每一個環(huán)節(jié)都至關(guān)重要。企業(yè)應(yīng)嚴(yán)格選取和控制關(guān)鍵參數(shù)，優(yōu)化生產(chǎn)工藝，為消費(fèi)者提供滿意的產(chǎn)品。同時，產(chǎn)品的沖調(diào)方式（如沖調(diào)濃度，水溫，攪拌強(qiáng)度、方式和時間等）對產(chǎn)品溶解性也會產(chǎn)生一定影響，企業(yè)應(yīng)在保證奶液營養(yǎng)充足、安全和不產(chǎn)生其他危害的前提下，為消費(fèi)者提供最適合的沖調(diào)方式。