基于粒子特性研究特殊醫(yī)學用途配方食品全營養(yǎng)乳液的穩(wěn)定性

韓麗麗，孫豐義，陳朝青，王學敏，周 昊，張 燕，何 梅，劉 鷺

(北京市營養(yǎng)源研究所，系統(tǒng)營養(yǎng)工程技術研究中心，北京100069)

特殊醫(yī)學用途配方食品(Food for Special Medical Purpose，FSMP)，是為了滿足進食受限、消化吸收障礙、代謝紊亂或特定疾病狀態(tài)人群對營養(yǎng)素或膳食的特殊需要，專門加工配制而成的配方食品。FSMP屬于腸內營養(yǎng)，主要針對存在營養(yǎng)不足或營養(yǎng)風險但仍具有胃腸道功能的患者，在臨床上主要起到營養(yǎng)支持和營養(yǎng)治療作用［1－2］。相比于普通食品，特醫(yī)法規(guī)(GB 29922－2013、GB 25596－2010)對FSMP全營養(yǎng)乳液的能量密度、蛋白、碳水、脂肪的供能比以及礦物質(12種)和維生素(13種)的含量有具體的要求，其蛋白、脂肪、碳水化合物的含量遠高于類似的普通液態(tài)食品［3－5］。

表1 部分乳制品與腸內全營養(yǎng)乳液能量及三大宏量營養(yǎng)素組成對比(100 mL)Table 1 Comparison of three macronutrients and energy of liquid dairy and total enteral nutrition emulsion(100 mL)

雖然FSMP全營養(yǎng)乳液的外觀及組成比較接近于液態(tài)乳制品，但由于食品安全國家標準(GB 29922－2013、GB 25596－2010)對FSMP的營養(yǎng)素組成及其含量均有具體的要求，而目前專門針對FSMP全營養(yǎng)乳液的穩(wěn)定性的研究較為少見。全營養(yǎng)乳液是一個成分復雜的緩沖體系，由蛋白質、脂肪、碳水化合物、維生素和礦物質類組成。它在熱力學上屬于不穩(wěn)定體系，既有蛋白質等微粒形成的懸浮液、脂肪乳濁液，又有以糖、鹽類形成的真溶液。其主要質量問題為加工及貯藏中出現沉淀、分層以及脂肪上浮等問題。從微觀上表現為乳狀液分散相顆粒的遷移(表現為沉淀和析水)，或是分散相顆粒平均粒徑大小的變化(表現為團聚和絮凝)。凡是影響全營養(yǎng)乳液中蛋白質穩(wěn)定性的因素，破壞蛋白結構穩(wěn)定性的因素都會影響產品的穩(wěn)定性，例如穩(wěn)定劑、乳液體系的pH、礦物質鹽以及蛋白誘導膠凝。不適當的穩(wěn)定劑或者pH會導致體系中蛋白平均粒徑增大，易發(fā)生聚集、團聚;酪蛋白膠體鈣與離子鈣之間的鹽類平衡被打破等都對產品穩(wěn)定性造成影響［6－8］。乳液體系中微觀粒子的平均粒徑、電位以及體系pH的變化在一定程度上可以反映乳液體系的穩(wěn)定性情況［12－14］。

粒度特征既可以從微觀上確定乳狀液分散相的組成特點，又可以從宏觀上描述食品乳狀液絮凝和聚結等過程。平均粒徑分布分析是通過特定的儀器和方法對體系平均粒徑特性進行表征的一種技術，可以從微觀上闡明乳液體系中粒子的狀態(tài)［12－13，15］。乳狀液的其他性質如黏度等，也與其平均粒徑密切相關［16－17］。本研究應用平均粒徑、ζ－電位、離心沉淀率等手段研究微晶纖維素、結冷膠以及乳液體系p H對全營養(yǎng)乳液體系穩(wěn)定性的影響;對貨架期內全營養(yǎng)乳液體系中平均粒徑、電勢等穩(wěn)定性特性進行測定分析，探討影響全營養(yǎng)乳液的粒子變化規(guī)律，以期為特殊醫(yī)學用途全營養(yǎng)乳液的開發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

酪蛋白、乳清蛋白水解物、結冷膠 阿澤雷斯國際貿易(上海)有限公司;麥芽糊精 羅蓋特貿易(上海)有限公司;白砂糖 北京糖業(yè)有限公司;維生素預混包、礦物質預混包 哥蘭比亞營養(yǎng)品(蘇州)有限公司;菜籽油、椰子油 益海嘉里集團;微晶纖維素 欣融實業(yè)有限公司。

AH－BASIC高壓均質機 ATS工業(yè)系統(tǒng)有限公司;Nano ZS90電位及納米粒度測定儀 馬爾文儀器公司(中國);FE20 pH計 德國Sartorius公司;LUMsizer611快速穩(wěn)定性分析儀 德國LUMisizer公司;Thermo Centrifuge X3R冷凍離心機 賽默飛世爾科技公司;RW20高速攪拌器及T25高速剪切儀 德國IKA magic LAB;Tomy－SX700全自動滅菌鍋 日本Tomy Digital Biology公司;超高溫滅菌設備ST20及無菌灌裝設備CT20 上海順儀實驗設備有限公司;Brookfield DV－I Prime旋轉粘度計 美國博勒飛公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 配方設計及依據 本配方的能量密度、三大營養(yǎng)素供能比以及營養(yǎng)素的含量參考《特殊醫(yī)學用途配方食品通則》(GB 29922－2013)和中國營養(yǎng)學會膳食營養(yǎng)素參考攝入量(DRIs)以及專家共識的要求(包括優(yōu)質蛋白含量、不飽和脂肪酸與飽和脂肪酸比例、營養(yǎng)素供能比、礦物質含量等)的設計［1－2］。本研究中的特殊醫(yī)學用途全營養(yǎng)乳液能量密度為1 kcal/mL，蛋白質來源為酪蛋白、乳清蛋白水解物。脂肪來源為菜籽油、椰子油等。各營養(yǎng)素設計具體見下表所示:

表2 特殊醫(yī)學用途全營養(yǎng)乳液營養(yǎng)素設計Table 2 Formula design of total nutrient emulsion for FSMP

1.2.2 全營養(yǎng)乳液生產工藝流程 全營養(yǎng)乳液的工藝流程如圖1所示。

圖1 特殊醫(yī)學用途食品全營養(yǎng)乳液工藝流程Fig.1 Processing flow chart of total nutrient emulsion for FSMP

1.2.3 穩(wěn)定劑對全營養(yǎng)乳液穩(wěn)定性的影響 制備不同濃度的微晶纖維素(0.3、0.6、0.9、1.2、1.5、1.8 g/L)、不同濃度的結冷膠(0.05、0.1、0.15、0.2、0.25 g/L)的全營養(yǎng)乳液，利用殺菌釜滅菌。第2 d測定全營養(yǎng)乳液的平均粒徑、電位、黏度、離心沉淀率的變化。考察不同穩(wěn)定劑不同濃度對全營養(yǎng)乳液的穩(wěn)定性的影響。

1.2.4 不同pH對全營養(yǎng)乳液穩(wěn)定性的影響 制備0.1 g/L的結冷膠和0.6 g/L的微晶纖維素為穩(wěn)定劑組成的全營養(yǎng)乳液，以0.1 mol/L鹽酸或0.1 mol/L氫氧化鈉溶液調節(jié)p H至6.2、6.27、6.42、6.58、6.68、6.82、6.95，經殺菌釜滅菌。測定常溫下貯存第1 d和第20 d全營養(yǎng)乳液的平均粒徑、電位、黏度、離心沉淀率的變化，考察p H對全營養(yǎng)乳液穩(wěn)定性的影響。

1.2.5 全營養(yǎng)乳液貨架期實驗設計 按照圖1的工藝配制一批全營養(yǎng)乳液，物料采用超高溫瞬時滅菌工藝(137℃，15 s)滅菌，于(30±1)℃無菌灌裝。將無菌灌裝后的全營養(yǎng)乳液置于室溫(25±2.5℃)環(huán)境下測定135 d。每隔15 d取樣，測定樣品的平均粒徑、電位、黏度、p H、離心沉淀率的變化，分析其微觀粒子特性變化的規(guī)律。

1.2.6 離心沉淀率(WHC)的測定 用吸管吸取25 mL待測樣品于離心管中。測定樣品質量m0后，放入離心機，以10000 r/min離心10 min后，取出離心管，除去上清液，靜止倒置10 min后，測離心管中殘余物的質量m。每個樣品進行3次平行測定，取平均值。計算離心沉淀率。

1.2.7 ζ－電位的測定 室溫下將待測樣品與去離子水按照1∶1000稀釋后，過0.45μm微濾膜過濾，利用納米平均粒徑電位分析儀對全營養(yǎng)乳液的ζ－電位進行測定，樣品池選用DTS1060彎曲式毛細管樣品池。每個樣品測定3次，取算術平均值。

1.2.8 平均粒徑的測定 同ζ－電位的測定，對樣品進行前處理，將Zeta電位儀設置為平均粒徑模式，測定其平均粒徑。每個樣品測定3次，取算術平均值。

1.2.9 p H測定 將樣品置于25℃至恒溫。利用p H計測定樣品的p H，每個樣品平行測定3次，取算術平均值。

1.2.10 黏度測定 將常溫樣品緩慢倒入200 mL容器內，將轉子置于乳液內，液體沒過轉子刻度。測定參數:61號轉子，50 r/min，30 s。共測定三次，取其平均值。

1.2.11 穩(wěn)定性分析測定 采用快速穩(wěn)定性分析儀對不同穩(wěn)定劑使用方案下得到的全營養(yǎng)乳液進行穩(wěn)定性分析。儀器通過離心加速分層和量化沉淀、懸浮的方法(STEP技術)快速分析液體的穩(wěn)定性。本儀器采用近紅外光全程監(jiān)測分離過程中的粒子遷移行為，以時間和位置為參數，同步測量和記錄樣品的空間與時間消光圖譜。儀器軟件SEPView(6.3.116.7044)通過光透過率對時間積分，其曲線斜率作為不穩(wěn)定系數。通過不穩(wěn)定系數值比較樣品的穩(wěn)定性。不穩(wěn)定系數值越大，在一定的時間內樣品的透光率變化越快，即樣品的移動分層速度變化越快，樣品越不穩(wěn)定;反之不穩(wěn)定系數數值越小，樣品越穩(wěn)定［14－15］。

測定參數:溫度25℃，離心力2300 g，光源875 nm;光因子系數1.00，每10 s掃描1次，共掃描300次。光學管:LUM 2 mm。

1.3 數據處理

所有測定均測定三次，取其平均值。采用Turkey分析法對結果進行顯著性分析(P＜0.05)。

2 結果與分析

2.1 膠體對全營養(yǎng)乳液穩(wěn)定性的影響

蛋白質是全營養(yǎng)乳液中的三大宏量營養(yǎng)素之一。蛋白質是二次復溶于水中，這對蛋白質的熱穩(wěn)定性提出了極高的要求。這一復雜的體系不僅需要合適的工藝，還需要適量的穩(wěn)定劑、乳化劑以及一定的體系條件(p H、金屬離子濃度)以保持液體的穩(wěn)定性［20－22］。本研究中所用的結冷膠、微晶纖維素都是陰離子多糖，可吸附在帶正電荷的酪蛋白的表面，通過靜電排斥力或空間位阻作用防止酪蛋白聚集沉淀，從而提高全營養(yǎng)乳液的穩(wěn)定性［23］。

2.1.1 微晶纖維素對全營養(yǎng)乳液穩(wěn)定性的影響 微晶纖維素(microcrystalline cellulose，MCC)是由纖維素原料經過稀酸水解并經過一系列處理得到的極限聚合度的產物，是一種可自由流動的纖維素晶體的天然聚合物［20，24］。微晶纖維素在溶液中經過高速剪切分散和均質之后，可以徹底分散在體系中，和水以氫鍵形式成三維網絡結構，這種三維網絡結構可以有效懸浮蛋白顆粒，阻止變性蛋白的聚集。MCC與其他親水膠體不同之處在于MCC本身并不與水分子結合，只是分散在液體體系中，分散體系呈觸變性;這種以氫鍵結合的微晶體網絡體系沒有糊狀質感，口感清爽［6，21］。

本研究在全營養(yǎng)乳液的營養(yǎng)素配方基礎上，考察不同濃度微晶纖維素對全營養(yǎng)乳液的穩(wěn)定性的影響，比如平均粒徑、黏度、電位等。乳液體系中粒子平均粒徑及其分布是影響產品穩(wěn)定性的一個重要因素，平均粒徑越小，沉淀速度越慢，乳液更穩(wěn)定［15，25］。如表3所示，隨著微晶纖維素濃度的增大，從0.3增加到1.8 g/L，乳液體系中平均粒徑變化幅度在521.53～583.23 nm之間。微晶纖維素添加濃度為0.6 g/L時，此時平均粒徑(521.53 nm)最小(P＜0.05)。當微晶纖維素濃度增加至0.9 g/L時，乳液中平均粒徑濃度達至最大，為583.23 nm(P＜0.05);此時微晶纖維素濃度繼續(xù)增加，平均粒徑開始減小;當微晶纖維素濃度達到1.8 g/L時，乳液平均粒徑降到550.23 nm。

表3 不同濃度微晶纖維對全營養(yǎng)乳液體系的影響Table 3 Effect of various MCC concentrations on total nutrient emulsion

黏度也是影響穩(wěn)定性的一個重要因素。高黏度的體系可以使分散相不容易聚集和凝聚，從而確保分散體系更加穩(wěn)定。研究結果顯示微晶纖維素濃度從0.3增加到1.8 g/L，全營養(yǎng)乳液的黏度從18.83增加至53.10 mPa·s;當微晶纖維素濃度小于1.5 g/L時，盡管黏度變化是顯著的(P＜0.05)，但黏度幅度增加緩慢，僅由18.83 mPa·s增至38.40 mPa·s。

離心沉淀率是反映液體體系穩(wěn)定性的一個指標。沉淀率越大，表明溶液懸浮性能較差，易發(fā)生蛋白沉淀等現象。當微晶纖維素濃度從0.3增加至0.6 g/L時，乳液的離心沉淀率顯著降低至1.91%(P＜0.05);隨著微晶纖維素濃度繼續(xù)增加至1.8 g/L，離心沉淀率顯著增加，為2.47%(P＜0.05)。在整個微晶纖維素濃度變化范圍內，全營養(yǎng)乳液電位變化不明顯(－20.77～－18.10 mV)，沒有顯著性變化(P＞0.05)。微晶纖維素主要依賴于三維網絡結構的形成進而保持全營養(yǎng)乳液體系的穩(wěn)定，與黏度關系較小。LUMisizer穩(wěn)定性分析結果顯示微晶纖維素濃度為0.3和0.6 g/L時，全營養(yǎng)乳液的不穩(wěn)定性指數降低(P＜0.05);隨著其濃度的增加，不穩(wěn)定指數顯著性增加，體系不穩(wěn)定性增加。

圖2 不同濃度微晶纖維素的全營養(yǎng)乳液LUMiSizer穩(wěn)定性圖譜Fig.2 The dispersion analysis of LUMiSizer chromatograms of total nutrient emulsion with various concentrations of MCC

綜合考慮平均粒徑、黏度、離心沉淀率及不穩(wěn)定性指數，微晶纖維素濃度的最適濃度為0.6 g/L，此時全營養(yǎng)乳液體系最穩(wěn)定，此時的離心沉淀率也是最低，平均粒徑也是最小。

圖3 不同濃度微晶纖維素的全營養(yǎng)乳液體系不穩(wěn)定性指數Fig.3 The instability index of total nutrient emulsion with various concentrations of MCC

2.1.2 結冷膠對全營養(yǎng)乳液穩(wěn)定性的影響 結冷膠是由伊樂假單胞菌(Pseudomonas elodea)發(fā)酵分泌的一種陰離子線性多糖，天然形成的結冷膠稱為高酰基結冷膠(High Acyl Gellan Gum，HA)。高?；Y冷膠具有添加量小、熱穩(wěn)定性高、增稠性能明顯和懸浮性優(yōu)良等特性;相比于其他膠體，結冷膠還具有穩(wěn)定酪蛋白膠束的作用［20，26］。結冷膠在高溫下水溶液中分散為無序的隨機線圈狀態(tài);在適宜的陽離子以及凝膠溫度下，結冷膠的聚合物會聚合形成螺旋，最后形成三維結構［16，24，27］。

本文基于全營養(yǎng)營養(yǎng)素配方，考察了不同濃度的結冷膠對全營養(yǎng)乳液穩(wěn)定性的影響。如表4所示，結冷膠對體系的黏度貢獻很大。隨著結冷膠濃度的微小增加，黏度幅度增長比較大:結冷膠濃度由0.05增加到0.25 g/L，體系黏度從14.57增加至54.20 mPa·s，口感稍感黏稠。離心沉淀率顯示結冷膠濃度為0.1～0.15 g/L時，乳液的離心沉淀率為1.71%～1.75%，顯著低于結冷膠濃度為0.2 g/L的全營養(yǎng)乳液(P＜0.05)。但0.05～0.15 g/L的全營養(yǎng)乳液之間的離心沉淀率無顯著性差異(P＞0.05)。雖然乳液體系中的高黏度在一定程度上有利于乳液穩(wěn)定性，減少乳液顆粒的聚集。本研究結果顯示當結冷膠濃度高于0.15 g/L時，黏度持續(xù)增高，而離心沉淀率顯著升高，表明穩(wěn)定性不好。

本研究發(fā)現全營養(yǎng)乳液體系中平均粒徑的變化與結冷膠濃度變化相反。隨著結冷膠的濃度由0.05增加到0.25 g/L，乳液的平均粒徑顯著性降低(P＜0.05)，從813.47降低至642.57 nm。張帆［24］報道結冷膠濃度由0.05%增加到0.175%，β－胡蘿卜素乳液乳液平均粒徑由7μm逐漸減小到最低值(4μm);結冷膠濃度繼續(xù)增加至0.2%，乳液平均粒徑則開始增加至4.5μm。β－胡蘿卜素乳液成分較為簡單，主要為β－胡蘿卜素和中鏈甘油脂肪，結冷膠此時主要起到乳化脂肪，作用于油滴表面降低表面張力，減少顆粒聚集;當結冷膠濃度增加超過一定范圍，造成乳液微粒聚集，從而使平均粒徑上升，乳液不穩(wěn)定性增強［24］。全營養(yǎng)乳液成分較為復雜，含有蛋白質、脂肪、礦物質等。結冷膠等膠體不僅要作用于脂肪，作用于油滴表面，同時還要與油滴一起圍繞在蛋白顆粒表面，降低表面吸附力，起到穩(wěn)定體系的作用。因此全營養(yǎng)乳液體系和β－胡蘿卜素乳液體系的平均粒徑的變化不同。

研究結果還顯示0.05～0.25 g/L的結冷膠濃度范圍內的乳液體系的電位值變化不顯著(P＞0.05)。全營養(yǎng)乳液體系復雜，含有9～13種礦物質。本文推測全營養(yǎng)乳液中大量的金屬離子對電位的影響遠大于膠體對電位的影響。因此膠體濃度變化對體系電位的影響不明顯。

LUMisizer穩(wěn)定性分析結果顯示，結冷膠濃度由0.05增長至0.1 g/L時，全營養(yǎng)乳液不穩(wěn)定性指數顯著降低(P＜0.05);隨著結冷膠濃度的增加，由0.1增長至0.20 g/L時，不穩(wěn)定性指數顯著增加(P＜0.05)。綜合平均粒徑、離心沉淀率以及乳液不穩(wěn)定指數，0.1～0.15 g/L的結冷膠制成的全營養(yǎng)乳液穩(wěn)定性較好，平均粒徑變化趨于平緩，為710.87～770.40 nm，離心沉淀率為1.71%～1.75%，此時黏度為21.70～23.13 mPa·s。

2.2 p H對全營養(yǎng)乳液穩(wěn)定性的影響

全營養(yǎng)乳液屬于腸內營養(yǎng)制劑，一般要求pH4～7左右。本研究中全營養(yǎng)乳液中的蛋白質為酪蛋白和部分水解乳清蛋白，皆為親水親油分子。液態(tài)環(huán)境的pH會影響蛋白質的空間結構的變化以及酪蛋白中膠體磷酸鈣和離子鈣的之間的動態(tài)平衡。pH還可以影響乳液表面集團的離子化程度，改變乳液液滴表面電荷密度，進而影響乳液中粒子的微觀特性和穩(wěn)定性。本研究通過調節(jié)全營養(yǎng)乳液不同的pH，考察p H對全營養(yǎng)乳液穩(wěn)定性的影響。

乳液的電位反映了乳液體系中粒子的電荷水平。總體來說，電位絕對值越大，體系越趨于穩(wěn)定。結果如圖6所示，常溫貯存第1 d，當乳液pH為6.2～6.58時，偏弱酸性，電位較低，在－23 mV左右波動;隨著pH增加至6.95，電位下降到－25.07 mV。常溫貯存20 d的乳液的電位相比于同pH的第1 d的電位都有所下降:pH6.2～6.42，電位下降至－24 mV;pH6.58～6.68，電位下降至－26.7 mV左右;p H6.82～6.95時，全營養(yǎng)乳液的電勢降至－27.7 mV左右;基本來看，無論是貯存1 d還是貯存20 d，全營養(yǎng)乳液p H在偏弱堿性范圍(pH6.82～6.95)的電位絕對值較高;當pH6.95時，貯藏20 d電位為－27.5 mV。

表4 不同濃度結冷膠對全營養(yǎng)乳液體系的影響Table 4 Effect of various gellan gum concentrations on total nutrient emulsion

圖4 不同濃度結冷膠的全營養(yǎng)乳液LUMiSizer穩(wěn)定性圖譜Fig.4 The dispersion analysis of LUMiSizer chromatograms of total nutrient emulsion with various concentrations of gellan gum

圖5 不同濃度結冷膠的全營養(yǎng)乳液的不穩(wěn)定性系數Fig.5 The instability index of total nutrient emulsion with various concentrations of gellan gum

圖6 不同pH下全營養(yǎng)乳液中電位的變化Fig.6 Effect of pH on Zeta potential of total nutrition emulsion

如圖7所示，整個貯藏期內，隨著貯存時間的增加，不同pH的全營養(yǎng)乳液的平均粒徑都有相應的增加。平均粒徑增大表明粒子相互聚集，不穩(wěn)定性因素增高。全營養(yǎng)乳液pH從6.2增加到6.68，全營養(yǎng)乳液的平均粒徑急速下降:平均粒徑分別由1300 nm降至393 nm(第1 d)和由1369 nm下降至522 nm(第20 d)。當全營養(yǎng)乳液的pH繼續(xù)升高至6.95，乳液的平均粒徑則由393 nm增加到404 nm(第1 d)和由522 nm增加到603.5 nm(第20 d)。在整個貯藏期內，不同p H的乳液的平均粒徑變化趨勢一致，當pH為6.68時，乳液平均粒徑最小。一方面液態(tài)環(huán)境的pH會影響蛋白質空間結構的變化以及酪蛋白中膠體磷酸鈣和離子鈣之間的動態(tài)平衡，進而影響到乳液微粒之間聚集程度;另一方面本研究所使用的結冷膠、微晶纖維素為陰離子多糖，隨著pH減小，羧基質子化程度增加，乳液乳化能力降低，液滴間的靜電斥力也隨之減弱，乳液平均粒徑增大。

圖7 不同pH全營養(yǎng)乳液中平均粒徑的變化Fig.7 Effect of pH on mean particle size of total nutrition emulsion

如圖8所示，全營養(yǎng)乳液的pH從6.2增加到6.68時，全營養(yǎng)乳液的離心沉淀率持續(xù)降低。當pH為6.68時，乳液的離心沉淀率分別為1.79%(第1 d)和2.48%(第20 d);p H繼續(xù)增加，由6.68增加至6.95時，離心沉淀率開始增加。當pH為6.95時，離心沉淀率分別增加至2.64%(第1 d)和3.1%(第20 d)。從乳液外觀來看，偏弱酸性(p H6.20、p H6.27)的全營養(yǎng)乳液瓶壁上可見粗顆粒的分布;隨著pH向中性或弱堿性(pH6.68～6.95)遷移，全營養(yǎng)乳液瓶壁光滑，未見粗顆粒。離心沉淀率的變化基本與平均粒徑變化相一致?？傮w來看，pH為6.68時，離心沉淀率降至最低1.79%;隨著貯存時間的增加，離心沉淀率也有所上升，貯存20 d后，離心沉淀率達到2.48%?？傮w來看，中性或弱堿性條件下(pH6.68～6.95)，乳液中的粒子平均粒徑較小，電位較大，離心沉淀率較小，此時體系較穩(wěn)定。

圖8 不同pH下全營養(yǎng)乳液的離心沉淀率Fig.8 Effect of pH on centrifugation sedimentation rate of total nutrition emulsion

2.3 全營養(yǎng)乳液貨架期內穩(wěn)定性變化

為了考察全營養(yǎng)乳液貨架期的穩(wěn)定性變化，本研究利用UHT滅菌、無菌灌裝一批全營養(yǎng)乳液，置于常溫下觀察。全營養(yǎng)乳液135 d的電位變化如圖9所示:貯藏期前期(第1～60 d)，全營養(yǎng)乳液的電位一直不斷下降，從－28 mV下降到－34 mV;貯藏期后半期(第60～135 d)，電位緩慢下降，從－33.77 mV下降到－34.77 mV。

圖9 常溫下全營養(yǎng)乳液貯藏期間電位的變化Fig.9 Trends of Zeta potential of total nutrition emulsion during shelf life at room temperature

本研究中全營養(yǎng)乳液中的蛋白來源為酪蛋白和部分水解乳清蛋白。全營養(yǎng)乳液經過超高溫滅菌、無菌灌裝后，開始流通和銷售。在熱處理過程中，部分水解乳清蛋白變性、沉積于酪蛋白表面，蛋白顆粒發(fā)生聚集，乳液平均粒徑增大。圖10顯示，135 d貯存期內，全營養(yǎng)乳液體系中平均粒徑逐漸增大。貯藏期前期(第1～30 d)，平均粒徑基本維持在400 nm左右，變化不大;貯藏期中期(第30～45 d)，平均粒徑增大至約500 nm左右;貯藏期后期(第45～135 d)，乳液的平均粒徑基本變化幅度不大，維持在500 nm。隨著貯存期的增加，一些變性的蛋白逐漸沉積于酪蛋白表面;同時附著在酪蛋白附近的脂肪液滴也逐漸吸引聚集，使得乳液體系中平均粒徑逐漸增大。

圖10 常溫下全營養(yǎng)乳液貯藏期間平均粒徑的變化Fig.10 Trends of mean particle size of total nutrition emulsion during shelf life at room temperature

圖11 顯示，貯藏期前期(第1～60 d)全營養(yǎng)乳液的離心沉淀率基本變化不大，約為1.8%左右;貯存期第60～105 d，離心沉淀率緩慢增加，從1.8%增加到2.3%;貯存期105～135 d，離心沉淀率變化不大，維持在2.3%左右。此時全營養(yǎng)乳液外觀均一，有少許脂肪上浮，無沉淀。

圖11 常溫下全營養(yǎng)乳液貯藏期間離心沉淀率的變化Fig.11 Trends of centrifual sedimentation rate of total nutrition emulsion during shelf life at room temperature

全營養(yǎng)乳液在135 d貯藏期內pH變化如圖12所示。不同殺菌處理會導致滅菌后全營養(yǎng)乳液的pH有所變化。同樣的物料及配比，全營養(yǎng)乳液經UHT滅菌后，p H為7.02?？傮w來看貯藏于常溫下的全營養(yǎng)乳液在整個貯藏期內p H呈下降趨勢。圖12顯示全營養(yǎng)乳液的p H在貯藏期前期(第1～60 d)下降幅度很大，從7.02下降到6.57。貯藏后半期(第60～135 d)，全營養(yǎng)乳液的pH下降趨于緩和，pH保持在6.57左右。貯藏期間內全營養(yǎng)乳液pH下降的原因很多:脂肪的氧化造成的水解、乳基原料中殘余酶對蛋白和脂肪的降解生成游離氨基酸和脂肪酸、來自于酪蛋白的脫磷酸化作用、磷酸鈣鹽的形成［6，28－29］。本次貯存實驗的樣品是在UHT中試線上完成。在整個貯藏實驗過程中，除了后期樣品可觀察到微量的脂肪上浮，未觀察到膠凝現象和微生物污染現象?？紤]到本研究中全營養(yǎng)乳液所用的原料與UHT中試線的情況，貯存期內全營養(yǎng)乳液pH的降低主要來自于脂肪的氧化降解以及熱力加工所導致鹽螯合、蛋白聚合造成體系pH變化。而體系p H的降低，又會反過來影響產品的穩(wěn)定性。因此生產過程中阻氧對于保證全營養(yǎng)乳液體系穩(wěn)定性非常重要。

圖12 常溫下全營養(yǎng)乳液貯藏期間pH的變化Fig.12 Trends of pH of total nutrition emulsion during shelf life at room temperature

3 結論

不同膠體對全營養(yǎng)乳液穩(wěn)定性影響不同。微晶纖維素濃度對全營養(yǎng)乳液的平均粒徑和黏度的變化幅度影響有限，對電位沒有明顯影響。微晶纖維素的適宜濃度為0.6 g/L，此時離心沉淀率和不穩(wěn)定性指數分別為1.91%和0.0045。結冷膠濃度與全營養(yǎng)乳液的平均粒徑成反比，與黏度成正比，結冷膠最適宜濃度為0.1 g/L。此時離心沉淀率為1.71%，不穩(wěn)定性指數為0.0055。

p H對全營養(yǎng)體系的穩(wěn)定性影響較大，p H微小變化會導致乳液平均粒徑等特性發(fā)生明顯變化，進而導致穩(wěn)定性發(fā)生變化。弱酸性(6.2～6.58)范圍內，易導致粒子互相聚集，易發(fā)生沉淀，體系不穩(wěn)定。p H為6.68時，平均粒徑最小，為393 nm，此時離心沉淀率最小，為1.79%;隨著pH偏堿性移動(6.68～6.95)，平均粒徑又開始增高，離心沉淀率值開始變大。貯藏20 d，全營養(yǎng)乳液的同pH的全營養(yǎng)乳液的平均粒徑、電位以及離心沉淀率的變化基本與儲藏第1 d全營養(yǎng)乳液的粒子特性變化基本一致。

全營養(yǎng)乳液的平均粒徑、電位、p H的變化主要在發(fā)生在貨架期的前60 d，在這期間內，隨著貯藏時間的增加，乳液中粒子不斷發(fā)生聚集，變化到一定的程度進而影響到全營養(yǎng)乳液的穩(wěn)定性。從貨架期第60～105 d，全營養(yǎng)乳液的離心沉淀率增加至2.3%。從105～135 d，粒子特性基本保持不變。