特殊醫(yī)學(xué)用途全營養(yǎng)配方食品的穩(wěn)定性研究

王 溢,汪新潔,楊 波,蒲小春,方 芳,夏紹北,陳 林

(1.美廬生物科技股份有限公司技術(shù)研發(fā)中心,江西九江 332005; 2.九江市特醫(yī)食品工程技術(shù)研究中心,江西九江 332000)

特殊醫(yī)學(xué)用途配方食品(Food for Special Medical Purposes,FSMP)(簡稱特醫(yī)食品)是為了滿足進(jìn)食受限、消化吸收障礙、代謝紊亂或特定疾病狀態(tài)人群對營養(yǎng)素或膳食的特殊需求,專門加工配制而成的配方食品[1]。其在改善病人營養(yǎng)狀況、促進(jìn)病人康復(fù)、縮短住院時間、節(jié)省醫(yī)療費(fèi)用等方面發(fā)揮著巨大的作用[2-7]。按照產(chǎn)品類型將其分為全營養(yǎng)配方食品、特定全營養(yǎng)配方食品及非全營養(yǎng)配方食品三類,由于全營養(yǎng)配方食品可在醫(yī)生或臨床營養(yǎng)師的指導(dǎo)下,單獨(dú)作為單一營養(yǎng)來源滿足目標(biāo)人群的營養(yǎng)需求[8],因此其產(chǎn)品的營養(yǎng)充足性及穩(wěn)定性顯得尤為重要。

國家標(biāo)準(zhǔn)GB 29922-2013《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)特殊醫(yī)學(xué)用途配方食品通則》[9]中要求全營養(yǎng)配方食品中必須含有13種維生素及12種礦物質(zhì),由于營養(yǎng)素的穩(wěn)定性與加工工藝、包裝材質(zhì)和儲藏條件等密切相關(guān),其中任何一項的變化都會引起特醫(yī)食品相關(guān)營養(yǎng)素的穩(wěn)定性。而由于我國自2016年7月開始實施《特殊醫(yī)學(xué)用途配方食品注冊管理辦法》后市場才有了特醫(yī)食品這一新的品類,導(dǎo)致特醫(yī)食品產(chǎn)業(yè)在我國發(fā)展較為滯后,行業(yè)及學(xué)界對特醫(yī)食品穩(wěn)定性系統(tǒng)性的評價研究較少,華家才等[10]從影響因素試驗(高溫、高濕、光照)角度對特殊醫(yī)學(xué)用途嬰兒配方食品做了初步探索,但未見其對加速試驗及長期的貨架期穩(wěn)定性進(jìn)行評價,其它可供參考的相關(guān)研究多來自于嬰幼兒配方乳粉[11-14],而因特殊醫(yī)學(xué)用途全營養(yǎng)配方食品與嬰幼兒配方食品的基質(zhì)不同,其參考價值有待考究。故本文從加速試驗、影響因素試驗(高溫、高濕)及貨架期的長期儲存角度出發(fā),分析溫度、濕度和儲存時間對特殊醫(yī)學(xué)用途全營養(yǎng)配方食品中營養(yǎng)素的影響情況,為特殊醫(yī)學(xué)用途全營養(yǎng)配方食品產(chǎn)品配方研發(fā)、營養(yǎng)素設(shè)計及貨架期穩(wěn)定性等提供一定的數(shù)據(jù)支撐和參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

愛優(yōu)諾特殊醫(yī)學(xué)用途全營養(yǎng)配方食品(適用于10歲以上人群) 規(guī)格400克/聽,試驗樣品均為正常商業(yè)化生產(chǎn)條件下進(jìn)行生產(chǎn)的產(chǎn)品,采用真空充氮馬口鐵罐包裝(殘氧量≤3.0%)。

101A-3電熱恒溫干燥箱 上海錦屏儀器儀表有限公司;BSA224S分析天平、Quintix125D-1CN分析天平 賽多利斯(上海)貿(mào)易有限公司;JY20002電子天平、JY5002電子天平 上海上天精密儀器有限公司;SHH-100SD-2二箱式藥品穩(wěn)定性試驗箱 上海建恒儀器有限公司;MULTSKAN熱電酶標(biāo)儀 賽默飛世爾科技(上海)有限公司;GC-2010plus氣相色譜儀、SPD-M20A高效液相色譜儀、UV-1800紫外可見分光光度計、AA-6880原子吸收分光光度計 日本島津公司;YXQ-LS-100SII立式壓力蒸汽滅菌器 上海博訊醫(yī)療生物儀器股份有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 加速試驗 將三批次樣品(未開封)置于恒溫恒濕培養(yǎng)箱中,在溫度(37±2) ℃,相對濕度RH 75%±5%條件下放置180 d,分別于0、30、60、90 d進(jìn)行取樣,對感官、維生素A、維生素B2、煙酸、維生素C、鐵、鋅、水分進(jìn)行檢測,在第0和第180 d進(jìn)行全項目檢測(蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、亞油酸、α-亞麻酸、維生素 A、維生素D、維生素E、維生素K1、維生素B1、維生素B2、維生素B6、維生素B12、煙酸、葉酸、泛酸、維生素C、生物素、鈉、鉀、銅、鎂、鐵、鋅、錳、鈣、磷、碘、氯、硒、?；撬?,以考察加速試驗條件對產(chǎn)品營養(yǎng)素的穩(wěn)定性影響。

1.2.2 高溫試驗 將三批次樣品(未開封)置于恒溫恒濕培養(yǎng)箱中,在溫度60 ℃,相對濕度RH 60%±10%條件下放置10 d,分別于第5和10 d取樣,對感官、水分、蛋白質(zhì)、脂肪、亞油酸、α-亞麻酸、維生素A、維生素E、維生素B2、維生素C、鐵、銅等指標(biāo)進(jìn)行檢測,如檢測指標(biāo)發(fā)生明顯變化,則在溫度40 ℃條件下同法進(jìn)行試驗,將各項指標(biāo)與首次檢測進(jìn)行對比,以考察溫度對產(chǎn)品的影響。

1.2.3 高濕試驗 將開封后的產(chǎn)品直接暴露于溫度25 ℃、RH 90%±5%的恒溫恒濕培養(yǎng)箱內(nèi),在培養(yǎng)皿上攤成≤10 mm厚的薄層開展試驗,放置10 d,分別于第1、5和10 d取樣,檢測樣品吸濕質(zhì)量增加指標(biāo);若產(chǎn)品在1 d內(nèi)吸濕質(zhì)量增加5%以上,則在溫度25 ℃、相對濕度RH 75%±5%條件下同法進(jìn)行試驗,檢測吸濕質(zhì)量增加指標(biāo),若產(chǎn)品在1 d內(nèi)吸濕質(zhì)量增加5%以上,但尚未達(dá)到5或10 d試驗期,說明濕度對樣品(產(chǎn)品)影響明顯,高濕試驗停止[10]。對比將樣品(未開封)置于溫度25 ℃、相對濕度RH 90%±5%的恒溫恒濕箱內(nèi),分別于第5、10 d取樣,樣品檢測吸濕質(zhì)量增加指標(biāo);若產(chǎn)品吸濕質(zhì)量增加5%以上,則在溫度25 ℃、相對濕度RH75%±5%條件下同法進(jìn)行試驗,以考察包裝材料對濕度的阻隔性。

1.2.4 長期試驗 將三批次樣品(未開封)置于溫度(25±2) ℃、相對濕度RH 60%±10%的恒溫恒濕培養(yǎng)箱中放置720 d。在第0、90、180、270、360、540、720 d對水分、脂肪、維生素A、維生素B2、煙酸、維生素C、鐵、鋅等指標(biāo)進(jìn)行檢測;在第0和720 d進(jìn)行全項目檢測(同上),以考察產(chǎn)品營養(yǎng)素的貨架期穩(wěn)定性。

1.3 檢測方法

采用GB 29922-2013《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)特殊醫(yī)學(xué)用途配方食品通則》[9]中對應(yīng)的國家安全標(biāo)準(zhǔn)分析方法進(jìn)行檢測分析,具體檢測方法如下表1所示。

表1 營養(yǎng)素的檢測方法及檢測精度Table 1 Detection method and accuracy of nutrients

1.4 計算方法

試驗結(jié)束后,檢測各樣品的營養(yǎng)素含量,采用平均衰減率計算各營養(yǎng)素的損失情況,公式如下:

平均衰減率(%)=(初始檢測值-試驗結(jié)束檢測值)/初始檢測值×100[11]

1.5 數(shù)據(jù)處理

使用Excel 2016及SPSS 19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。所有理化指標(biāo)進(jìn)行三次平行測定,數(shù)據(jù)均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差的形式表示。

2 結(jié)果與討論

2.1 加速試驗結(jié)果

加速試驗是在高于長期貯存溫度和濕度條件下,考察產(chǎn)品的穩(wěn)定性,可為產(chǎn)品偏離實際貯存條件是否依舊能保持質(zhì)量穩(wěn)定提供依據(jù),并可初步預(yù)測產(chǎn)品在規(guī)定貯存條件下的長期穩(wěn)定性。分別取第0、30、60、90 d加速試驗的樣品進(jìn)行分析,其感官、維生素A、維生素B2、煙酸、維生素C、鐵、鋅、水分的評測結(jié)果見表2所示。

表2 加速試驗90 d后三批次樣品其感官及營養(yǎng)素衰減結(jié)果Table 2 Sensory and nutrient attenuation results of three batches of samples after 90 days of the accelerated test

由表2結(jié)果可知,隨著加速試驗的進(jìn)行,產(chǎn)品感官未發(fā)生明顯變化,均為乳白色粉末。三批次樣品所檢測指標(biāo)中水分含量未發(fā)生明顯變化,其他營養(yǎng)素含量則存在一定的衰減,其中維生素A衰減程度最高,平均衰減率為11.53%,但以上指標(biāo)的檢測結(jié)果均符合GB 29922[9]的相關(guān)要求。

針對三批次樣品加速第0及第180 d進(jìn)行了感官及全營養(yǎng)素的評測,其營養(yǎng)素平均衰減率檢測結(jié)果見表3所示。

表3 加速試驗180 d后三批次樣品其感官及營養(yǎng)素衰減結(jié)果Table 3 Sensory and nutrient attenuation results of three batches of samples after 180 days of the accelerated test

由表3可知,在加速180 d后,樣品中營養(yǎng)素的含量發(fā)生了不同程度的衰減,其中維生素C的衰減程度最高,平均衰減率為30.73%,其次是生物素(28.87%)、維生素A(26.57%)、維生素K1(22.83%)、維生素E(22.50%)、氯(21.97%)、泛酸(21.97%)、維生素D(20.87%)和碘(20.40%),其余營養(yǎng)成分則相對穩(wěn)定。部分營養(yǎng)素平均衰減率為負(fù)值,可能是由于檢測精密度造成的偏差[10-11]所致。通過與GB 29922[9]中要求進(jìn)行對比分析,營養(yǎng)素檢測值仍在GB 29922[9]要求的范圍內(nèi),產(chǎn)品質(zhì)量符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2 高溫試驗結(jié)果

將產(chǎn)品分別在60及40 ℃條件下進(jìn)行高溫試驗,其產(chǎn)品感官、水分及營養(yǎng)素衰減結(jié)果見表4所示。

表4 高溫試驗感官及營養(yǎng)素衰減結(jié)果Table 4 Sensory and nutrient attenuation results of high-temperature test

由表4可知,在60 ℃條件下,第5和第10 d產(chǎn)品的感官發(fā)生明顯變化,粉體及沖調(diào)液的顏色均變深,而在40 ℃條件下感官無明顯變化。特殊醫(yī)學(xué)用途全營養(yǎng)配方食品是由碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪等高分子物質(zhì)組成,這些高分子物質(zhì)是典型的非晶聚合物,在高溫過程中存在著玻璃化轉(zhuǎn)變現(xiàn)象。有研究顯示[15],當(dāng)聚合物在較低溫度時,分子熱運(yùn)動能量很低,聚合物在外力作用下只能發(fā)生很小的形變,表現(xiàn)出來的力學(xué)性質(zhì)與玻璃相似,呈現(xiàn)出較為穩(wěn)定的玻璃態(tài)。而隨著溫度升高到某一溫度時,聚合物整個分子鏈都可以運(yùn)動,這時聚合物逐漸變成黏性流動的狀態(tài),發(fā)生的形變不能恢復(fù),逐漸玻璃化轉(zhuǎn)變而導(dǎo)致粉體抱團(tuán)現(xiàn)象。另外,Karmas等[16]研究了溫度對非酶褐變反應(yīng)速率的影響,結(jié)果表明,當(dāng)溫度低于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時,反應(yīng)速率很低;當(dāng)溫度高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時,非酶促反應(yīng)速率隨溫差的增大而增加,這可能是導(dǎo)致全營養(yǎng)特醫(yī)食品在高溫顏色變深的原因。

全營養(yǎng)配方粉中強(qiáng)化了較豐富的營養(yǎng)素,在60 ℃高溫的條件下,蛋白質(zhì)、脂肪、亞油酸、α-亞麻酸、維生素E、維生素B2、鐵、銅的含量未見明顯變化。脂溶性維生素A在60和40 ℃條件下衰減率在10%～20%之間,隨著溫度的提高,維生素A的衰減率更大,這些與其它學(xué)者研究一致[17]。顏景超等[18]在對維生素A酯類的熱降解動力學(xué)研究中表明,維生素A酯類的熱降解符合一級反應(yīng),維生素A醋酸酯和維生素A棕櫚酸酯降解反應(yīng)的活化能分別為80.59和100.41 kJ/mol,隨著溫度的增加及時間的增長,維生素A的衰減率越高,這些研究均表明了維生素A對溫度及儲存時間的敏感性。

水溶性維生素C在60和40 ℃條件下衰減率在10%～35%之間。有研究顯示,溫度會對嬰幼兒奶粉中維生素C的含量影響顯著,60 ℃的條件1個月后維生素C僅為原維生素C含量的46.11%[19],劉奕博等[20]在研究維生素C在乳粉加工過程的熱降解動力過程中發(fā)現(xiàn),在2 h,60～80 ℃條件下,維生素C損失在26.6%～52.6%之間,由此可見維生素C對溫度極其敏感。

2.3 高濕試驗結(jié)果

高濕試驗結(jié)果如表5所示,在25 ℃,RH 90%±5%條件下,將開封后的試驗樣品放置1 d吸濕質(zhì)量增加為32.14%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出5%;在25 ℃,RH 75%±5%條件下,放置1 d吸濕質(zhì)量增加為12.45%,仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過5%,說明濕度對樣品的影響比較大。而在聽罐(馬口鐵)包裝條件下,吸濕質(zhì)量增加無明顯變化,說明聽罐(馬口鐵)的包裝材料具有較好的濕度阻隔性。

表5 高濕試驗吸濕增重變化Table 5 Changes of hygroscopic weight gain in high-humidity test

2.4 長期試驗結(jié)果

將三批次的樣品(未開封)置于溫度(25±2) ℃、濕度RH 60%±10%的恒溫恒濕箱中放置720 d。分別于第0、90、180、270、360、540 d對水分、脂肪、維生素A、維生素B2、煙酸、維生素C、鐵、鋅等進(jìn)行檢測,其營養(yǎng)素變化見表6所示。從表6中可以看出,在540 d后樣品中脂肪、維生素A、維生素B2、煙酸、鋅的含量無明顯變化(考慮檢測精度),水分、維生素C、鐵的含量呈現(xiàn)明顯衰減趨勢,其中維生素C的衰減程度最高(10.68%)。

表6 長期試驗540 d后三批次樣品營養(yǎng)素衰減結(jié)果Table 6 Nutrient attenuation results of three batches of samples after 540 days of long-term test

將三批次試驗樣品置于溫度(25±2) ℃、濕度RH 60%±10%的恒溫恒濕箱中放置720 d,分別于第0和第720 d對GB 29922[9]中要求的蛋白質(zhì)、脂肪、亞油酸、α-亞麻酸及13種維生素和12種礦物質(zhì)進(jìn)行測定,其營養(yǎng)素變化見表7所示。考慮營養(yǎng)素的檢測精密度在10%左右[10-11],絕大多數(shù)營養(yǎng)素的衰減及變化均較為穩(wěn)定,通過與GB 29922[9]進(jìn)行對比分析,產(chǎn)品在保質(zhì)期結(jié)束時亦符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求,而維生素A(32.95%)、維生素B1(24.32%)、泛酸(22.19%)、維生素C(21.69%)的衰減率均超過20%。維生素A是大多數(shù)生命形式不可缺少的重要物質(zhì),其在維持視覺健康和上皮細(xì)胞完整、參與生長生殖及維持免疫系統(tǒng)的完整性等方面發(fā)揮著重要作用[21]。維生素B1又稱抗神經(jīng)炎素或硫胺素,能促進(jìn)糖的分解代謝,供給神經(jīng)系統(tǒng)活動所需的能量,維持神經(jīng)的正常傳導(dǎo)功能[22]。泛酸又名遍多酸、雞抗皮炎因子,在體內(nèi)主要以輔酶形式參與糖、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)代謝,能夠保護(hù)細(xì)胞質(zhì)膜不受損害,促進(jìn)磷脂合成幫助細(xì)胞修復(fù),具有抗脂質(zhì)過氧化的作用[23]。維生素C又名抗壞血酸,其主要參與膠原蛋白及結(jié)締組織的合成,從而支持血管、肌腱、骨組織的成長[24],作為一種高效抗氧化劑,它可以清除生長代謝產(chǎn)生的活性氧基團(tuán)及一些自由基,保護(hù)細(xì)胞免遭氧化損害[25]。因此為保證全營養(yǎng)特醫(yī)產(chǎn)品的營養(yǎng)充足性,在全營養(yǎng)特醫(yī)食品研發(fā)時可適當(dāng)增加衰減程度較高的營養(yǎng)素的強(qiáng)化量,也可根據(jù)不同工藝選擇微膠囊化包埋效果好的維生素A及維生素C,從而提高其穩(wěn)定性。

表7 長期試驗720 d后三批次樣品營養(yǎng)素衰減結(jié)果Table 7 Nutrient attenuation results of three batches of samples after 720 days of long-term test

3 結(jié)論

穩(wěn)定性試驗結(jié)果表明,在溫度(37±2) ℃,相對濕度RH 75%±5%將產(chǎn)品放置180 d的加速試驗條件下,維生素A、維生素D、維生素C、維生素E、維生素K1、生物素、泛酸、氯、碘衰減率均超過了20%,其余營養(yǎng)成分則相對穩(wěn)定。在溫度60和40 ℃,相對濕度RH 60%±10%條件下進(jìn)行10 d產(chǎn)品高溫試驗,維生素C的衰減程度最高,衰減率分別為30.83%和19.48%。在(25±2) ℃、濕度RH 60%±10%的常溫條件下將產(chǎn)品長期儲藏至720 d,維生素A、維生素B1、泛酸、維生素C的衰減率均超過20%以上,其它營養(yǎng)素的衰減及變化均較為穩(wěn)定。因此,為保證全營養(yǎng)特醫(yī)產(chǎn)品的營養(yǎng)充足性,在全營養(yǎng)特醫(yī)食品研發(fā)時,對容易衰減的營養(yǎng)素需要結(jié)合產(chǎn)品的含量設(shè)計、營養(yǎng)素化合物來源、生產(chǎn)工藝及包裝材料等環(huán)節(jié)上進(jìn)行綜合評估,以此來提高產(chǎn)品穩(wěn)定性。

濕度對特殊醫(yī)學(xué)用途全營養(yǎng)配方粉的影響非常明顯,建議在產(chǎn)品設(shè)計時選擇對濕度阻隔性好的包材,并在開包裝后將產(chǎn)品貯藏于陰涼干燥處,盡量縮短產(chǎn)品的食用周期。