濕法工藝對兒童調(diào)制乳粉營養(yǎng)素穩(wěn)定性的影響分析

李琳瑤，儲小軍，康巧娟，儲雪，施笑，華家才*

貝因美（杭州）食品研究院有限公司（杭州 311106）

近幾年在疫情的影響下，消費者對于提升免疫力、營養(yǎng)健康均衡的訴求達到新高度，乳制品也受到越來越多消費者的青睞?！吨袊用裆攀持改希?022）》[1]指出奶類是優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)和鈣的最佳食物來源，應鼓勵兒童每天飲奶，建議每天飲奶量為300～500 mL或相當量的乳制品。兒童是指已滿36個月但不滿15歲的個體[2]，兒童期處于生長發(fā)育的關(guān)鍵時期，在此時期科學和均衡的營養(yǎng)膳食對于身體各項指標的發(fā)育至關(guān)重要。調(diào)制乳粉作為兒童日常飲食的食物之一，其營養(yǎng)素的質(zhì)量和含量對于兒童身體營養(yǎng)的補充至關(guān)重要。

調(diào)制乳粉的生產(chǎn)工藝類型有濕法工藝、干法工藝和干濕法復合工藝3種。濕法工藝可以保證營養(yǎng)素混合更加均勻，但濕法工藝生產(chǎn)調(diào)制乳粉的過程要經(jīng)過多道加熱工序，這些加熱工序會對營養(yǎng)素造成一定程度的損失，特別是配料均質(zhì)、殺菌濃縮和噴霧干燥3個階段。采用濕法工藝生產(chǎn)兒童調(diào)制乳粉，在營養(yǎng)素配方設(shè)計時，既要考慮保質(zhì)期內(nèi)營養(yǎng)素的衰減情況，也要將生產(chǎn)加工中營養(yǎng)素的損失情況考慮在內(nèi)，以保障生產(chǎn)出的產(chǎn)品符合食品安全國家標準要求。已報道文獻中僅有王玉萍等[3]針對兒童調(diào)制乳粉在生產(chǎn)加工中營養(yǎng)素的損失情況開展研究。基于此，試驗分析濕法工藝中兒童調(diào)制乳粉營養(yǎng)素的穩(wěn)定性，以期為產(chǎn)品營養(yǎng)素強化量設(shè)計、控制產(chǎn)品質(zhì)量提供科學參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

生牛乳（黑龍江貝因美乳業(yè)有限公司）；脫鹽乳清粉（愛爾蘭Dairygold公司）；脫脂乳粉（新西蘭恒天然公司）；全脂乳粉（黑龍江貝因美乳業(yè)有限公司）；食用植物調(diào)和油（含1, 3-二油酸-2-棕櫚酸甘油三酯，瑞典Advanced Lipids公司）；乳糖（美國Muscoda公司）；濃縮乳清蛋白粉（澳大利亞Warrnambool公司）；復配營養(yǎng)強化劑（維生素）和復配營養(yǎng)強化劑（礦物質(zhì)）：哥蘭比亞營養(yǎng)品（蘇州）有限公司；低聚果糖（保齡寶生物股份有限公司）；磷脂：益海嘉里（哈爾濱）糧油食品工業(yè)有限公司。

原料通過凈乳、殺菌（巴氏殺菌溫度87～97 ℃，殺菌時間15 s）、配料（混料溫度30～60 ℃，混料時間40～65 min）、均質(zhì)（均質(zhì)壓力180～200 bar）、殺菌[直接蒸汽噴射殺菌（Direct Steam Infusion，DSI），殺菌溫度110～120 ℃，殺菌時間≥5 s]、濃縮（一效效體溫度65～92 ℃，二效效體溫度60～75 ℃，三效效體溫度55～65 ℃）、噴霧干燥（進風溫度155～180 ℃，排風溫度80～99 ℃）、流化床二次干燥（固定流化床溫度40～80 ℃，振動流化床溫度24～39 ℃）等主要濕法工序生產(chǎn)兒童調(diào)制乳粉，共計3個批次。

試驗的兒童調(diào)制乳粉依據(jù)GB 19644—2010《食品安全國家標準 乳粉》[4]、GB 14880—2012《食品安全國家標準 食品營養(yǎng)強化劑使用標準》[2]、《中國居民膳食營養(yǎng)素參考攝入量（2013版）》[5]、《中國居民膳食指南（2022）》[1]進行設(shè)計，配方中添加6種維生素（維生素A、維生素D、維生素B1、煙酸、葉酸、維生素C）和2種礦物質(zhì)（鐵、鋅），同時為提高智力發(fā)育特別添加牛磺酸，為維持腸道平衡特別添加低聚果糖和1, 3-二油酸-2-棕櫚酸甘油三酯。

1.2 檢測方法

所用檢測方法為兒童調(diào)制乳粉中各營養(yǎng)素對應的食品安全國家標準規(guī)定的分析方法。其中，1, 3-二油酸-2-棕櫚酸甘油三酯指標的檢測方法為自建檢測方法，檢測原理為通過氨水、乙醇、乙醚和正己烷提取試驗樣品中的脂肪，進一步分析前，氮氣保護下，分離有機相，濃縮至干，用正己烷定容后利用氣相色譜儀檢測。通過面積百分比法測得1, 3-二油酸-2-棕櫚酸甘油三酯占總脂肪酸的比例，進而計算試驗樣品中1, 3-二油酸-2-棕櫚酸甘油三酯的質(zhì)量分數(shù)。各營養(yǎng)素指標的檢測方法和方法精密度如表1所示。

表1 營養(yǎng)素指標檢測方法和精密度

1.3 損失率計算方法

生產(chǎn)加工損失率按式（1）計算。

式中：營養(yǎng)素初始理論值，即根據(jù)試驗樣品中各原輔料的添加量和原輔料的營養(yǎng)素檢測值計算得出。

采用SPSS 20.0軟件對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，生產(chǎn)加工損失率結(jié)果以“平均值±標準偏差”的形式表示，即x±s。

1.4 判定原則

若營養(yǎng)素生產(chǎn)加工損失率的絕對值小于檢測方法精密度，則認為該營養(yǎng)素在濕法工藝中未發(fā)生損失。

2 結(jié)果與分析

2.1 濕法工藝中宏量營養(yǎng)素損失率的分析

濕法工藝中宏量營養(yǎng)素損失率分析如表2所示。結(jié)果表明，蛋白質(zhì)和脂肪的生產(chǎn)加工損失率都小于相應檢測方法的精密度，在濕法工藝中基本沒有發(fā)生損失，穩(wěn)定性相對較好。王玉萍等[3]對兒童奶粉濕法工藝部分營養(yǎng)素損失率的研究也表明，濕法工藝部分蛋白質(zhì)和脂肪都未發(fā)生損失。蛋白質(zhì)具有三級結(jié)構(gòu)這種特定的空間結(jié)構(gòu)，其穩(wěn)定性較好。乳脂肪是一種非熱敏性組分，具有較好的穩(wěn)定性，加熱溫度達到100 ℃以上時，乳脂肪的化學性質(zhì)也不會發(fā)生變化，通常的熱處理工序?qū)θ橹镜臓I養(yǎng)特性也不會產(chǎn)生任何顯著的影響。張瑞明等[6]的研究表明在預熱溫度60 ℃、均質(zhì)壓力40 MPa的生產(chǎn)條件下，脂肪穩(wěn)定性較好。

表2 濕法工藝中宏量營養(yǎng)素損失率（n=3）

2.2 濕法工藝中維生素損失率的分析

大部分維生素分子含有不飽和碳原子或雙鍵結(jié)構(gòu)，本身性質(zhì)不穩(wěn)定，在生產(chǎn)加工中容易受到熱、氧氣、酸、堿、光、離子間相互作用等外在因素的影響而發(fā)生損失。濕法工藝中維生素損失率分析如表3所示。將表3中各維生素的生產(chǎn)加工損失率與檢測方法精密度比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在濕法工藝中維生素A、維生素B1和維生素C發(fā)生明顯損失，維生素D、煙酸和葉酸相對比較穩(wěn)定，未發(fā)生明顯損失。

表3 濕法工藝中維生素損失率（n=3）

維生素A是一種脂溶性維生素，對視力保護、維持皮膚和黏膜的健康有重要作用。試驗樣品中維生素A的化合物來源包括醋酸視黃酯和β-胡蘿卜素兩種，在濕法工藝中維生素A發(fā)生一定程度損失，損失率為15.4%±1.0%。烏江雨等[7]研究不同乳品企業(yè)的嬰幼兒配方奶粉濕法工藝中營養(yǎng)素的損失率，A企業(yè)維生素A平均損失率為15.99%，B企業(yè)維生素A平均損失率為18.09%，試驗結(jié)果與該結(jié)論接近。在常規(guī)乳制品加工條件下維生素A是相對穩(wěn)定的，100 ℃以下加熱幾乎對維生素A的含量沒有影響，若高于100 ℃，維生素A會受到損失。此外，維生素A對光敏感，與內(nèi)源性維生素A相比，外源添加的維生素A對光敏感性更高，一些保護性物質(zhì)（如抗壞血酸棕櫚酸鹽和β-胡蘿卜素）會減少外源性維生素A光照時損失的速率[8]。有研究表明[9]造成維生素A損失的主要工序是殺菌濃縮，調(diào)制乳粉在殺菌階段采用高純蒸汽通過DSI殺菌器直接噴射到預熱后的料液進行殺菌，即直接蒸汽噴射殺菌（DSI殺菌），DSI殺菌的溫度較高對維生素A造成一定損失，在濃縮階段由于受熱時間較長也會對維生素A造成一定損失。

維生素D是一種脂溶性維生素，有利于骨骼的形成和牙齒的健康，并可促進鈣的吸收和利用。維生素D在濕法工藝中未發(fā)生明顯的損失，這與其化學性質(zhì)的穩(wěn)定性有關(guān)，維生素D耐熱性好，在堿性條件下也是穩(wěn)定的，對光照和氧氣比較敏感。強化牛乳中對維生素D的降解研究表明在光照下維生素D會降解，而在實際生產(chǎn)中很少會遇到引起維生素D發(fā)生損失的必要條件[8]。

維生素B1是一種水溶性維生素，其在能量代謝、維持神經(jīng)系統(tǒng)生理功能方面發(fā)揮作用。試驗樣品中維生素B1的化合物來源為鹽酸硫胺素，硫胺素相對不穩(wěn)定，在亞甲基碳的位置發(fā)生親核置換反應容易裂解，OH-是一種普遍的親核物質(zhì)，會引發(fā)這種反應。另外，加熱也會對維生素B1的穩(wěn)定性造成一定影響。在濕法工藝中維生素B1發(fā)生一定程度損失，損失率為11.0%±0.3%。孫健等[10]對濕法工藝中配方奶粉微量營養(yǎng)素的穩(wěn)定性進行分析，維生素B1的損失率為9.6%～10.7%，試驗結(jié)果與該結(jié)論接近。有研究表明[11]配方奶粉中維生素B1的加工損失主要是由于高溫殺菌處理工序，高溫殺菌處理對維生素B1的穩(wěn)定性存在顯著性影響（P＜0.05），均質(zhì)、濃縮和干燥工序?qū)S生素B1的穩(wěn)定性不存在顯著性影響（P＞0.05）。

煙酸是一種水溶性維生素，對能量代謝、維持黏膜和細胞健康、維持神經(jīng)系統(tǒng)功能來說，是一種不可缺少的成分。煙酸本身性質(zhì)十分穩(wěn)定，對熱、光、氧氣、酸、堿都表現(xiàn)出很高的耐受性，是一種穩(wěn)定程度很高的維生素，在食品生產(chǎn)加工和貯存環(huán)節(jié)基本都不會發(fā)生損失。

葉酸是一種水溶性維生素，有助于紅細胞的形成和神經(jīng)系統(tǒng)的正常發(fā)育。葉酸鹽容易遭受氧化降解，和葉酸鹽相比，葉酸是耐氧化的，只是在酸性介質(zhì)中穩(wěn)定性會下降，抗氧化劑（尤其是抗壞血酸）、亞鐵離子和還原糖可以保護葉酸和葉酸鹽免受破壞，提高其穩(wěn)定性[12]。試驗樣品中添加L-抗壞血酸鈉和乳酸亞鐵，可以在一定程度上起到保護葉酸的作用。

維生素C是一種水溶性維生素，具有抗氧化作用，也有益于維持骨骼、皮膚、牙齦、黏膜健康，并可促進鐵的吸收。兒童調(diào)制乳粉在濕法工藝中維生素C的損失率最高，為24.6%±0.6%，與資料顯示[8]的維生素C在噴霧干燥乳粉生產(chǎn)加工中破壞率20%左右接近。但也有研究顯示[3,10,13]，配方乳粉在濕法工藝中維生素C的損失率可達30%以上甚至更高。維生素C本身性質(zhì)不穩(wěn)定，濕法工藝的配料均質(zhì)階段、殺菌濃縮階段和噴霧干燥階段都會對其造成一定程度損失。維生素C對氧化反應高度敏感，在有金屬離子催化劑（尤其是銅離子和鐵離子）存在時更是如此，熱和光能加速氧化反應。試驗樣品添加了乳酸亞鐵，在配料階段可能會與維生素C發(fā)生離子間相互作用，導致維生素C部分損失。維生素C具有高度熱敏性，殺菌溫度、濃縮溫度和噴霧干燥溫度過高，都會使維生素C發(fā)生損失。而且維生素C是一種水溶性維生素，噴霧干燥時水分的大量減少也會影響其穩(wěn)定性。劉奕博[14]對配方奶粉中維生素C穩(wěn)定性的研究表明，高溫殺菌工藝對維生素C的損失存在顯著性影響（P＜0.05），均質(zhì)和流化床二次干燥工序?qū)S生素C的損失不存在顯著性影響（P＞0.05）。

2.3 濕法工藝中礦物質(zhì)損失率的分析

微量元素在人體內(nèi)的含量雖然很少，但卻發(fā)揮重要的生物功能作用。兒童處于智力、體格、神經(jīng)、免疫功能快速發(fā)育的關(guān)鍵時期，體內(nèi)微量元素含量缺乏或過量都會影響生長發(fā)育水平。盛曉陽[15]研究顯示，兒童是容易出現(xiàn)微量元素缺乏的一類群體，隨著身體的生長，攝入肉、魚、貝殼類、蛋和乳品等食物，兒童缺乏微量元素的狀況會有所改善。夏鐘意等[16]研究杭州市第一人民醫(yī)院的2 030例嬰幼兒及兒童（0～10歲）鐵、鋅、鈣的分析結(jié)果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在0～10歲嬰幼兒及兒童中，缺鋅人數(shù)占總調(diào)查人數(shù)的比例最高（14.58%），缺鐵人數(shù)占總調(diào)查人數(shù)比例的5.12%，缺鈣人數(shù)占總調(diào)查人數(shù)比例的5.67%。張星星等[17]研究西安市商橋區(qū)3～7歲兒童在2013年和2017年營養(yǎng)素鐵和鋅的缺乏狀況和變化趨勢：2013年3～7歲兒童鐵缺乏率為26.05%，鋅缺乏率為3.80%；2017年鐵缺乏率為20.45%，鋅缺乏率為15.34%；鐵的缺乏比例有所降低，鋅的缺乏比例顯著增加。由此可見，大部分兒童表現(xiàn)出鐵和鋅的攝入量不足，不同的年齡階段缺乏程度也不盡相同。兒童調(diào)制乳粉中鐵和鋅的質(zhì)量和含量對于兒童身體健康十分重要，鐵是紅細胞形成、血紅蛋白產(chǎn)生的重要成分，鋅有助于改善食欲和皮膚健康，對于兒童生長發(fā)育都是必需的成分。

濕法工藝中礦物質(zhì)損失率分析如表4所示。將鐵的生產(chǎn)加工損失率與檢測方法精密度比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)鐵在濕法工藝中發(fā)生一定程度損失，損失率為11.8%±0.5%。孫健等[10]對濕法工藝中配方奶粉微量營養(yǎng)素的穩(wěn)定性進行分析，鐵的整體損失率為11.5%～12.5%，其中配料均質(zhì)階段鐵的損失率約7%，殺菌濃縮階段和噴霧干燥階段鐵的損失率均在5%以下。王玉萍等[3]對兒童奶粉濕法工藝部分營養(yǎng)素損失率的研究表明，在整個濕法工藝中，鐵的損失率為13.1%，其中配料均質(zhì)階段鐵的損失率為12.4%，濃縮殺菌階段和噴霧干燥階段鐵基本沒有發(fā)生損失。試驗結(jié)果與上述2項研究結(jié)論中鐵的整體損失率接近，分析濕法工藝中鐵的損失主要發(fā)生在配料均質(zhì)工序，在配料階段，維生素和礦物質(zhì)采用不同的溶解罐進行溶解，溶解后通過管道輸送到真空混料罐中充分混合，可能在混料時鐵與具有強還原性的維生素C不可避免地發(fā)生離子間相互作用，導致鐵的部分損失。將鋅的生產(chǎn)加工損失率與檢測方法精密度比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)鋅在濕法工藝中未發(fā)生明顯損失，與其他研究結(jié)果一致[3,7,13]，說明鋅在濕法工藝中穩(wěn)定性較好。

表4 濕法工藝中礦物質(zhì)損失率（n=3）

2.4 濕法工藝中其他營養(yǎng)素損失率的分析

?；撬崾且环N存在于整個動物界的游離氨基酸，它是甲硫氨酸和半胱氨酸代謝的最終產(chǎn)物，沒有結(jié)合到任何蛋白質(zhì)中，在細胞內(nèi)的水中保持游離。牛磺酸參與許多重要反應，在調(diào)節(jié)滲透壓、陽離子穩(wěn)態(tài)、受體調(diào)控、細胞增長以及細胞信號傳導等基本過程中起到調(diào)節(jié)劑作用。通常，?；撬岽嬖谟谠S多物種的乳汁中，母乳中?；撬岬馁|(zhì)量分數(shù)（163～1 170 mg/kg干物質(zhì)）明顯高于牛奶的（約49 mg/kg干物質(zhì)）[18]。?；撬岜惶砑拥剿心溉樘娲泛蛬雰号浞侥谭壑校词箾]有確定的每日推薦攝入量。濕法工藝中其他營養(yǎng)素損失率分析如表5所示。將?；撬岬纳a(chǎn)加工損失率與檢測方法精密度比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)?；撬嵩跐穹üに囍形窗l(fā)生明顯的損失。加工方式對豆粉中?；撬岱€(wěn)定性的研究表明[19]，加工過程中均質(zhì)、高溫殺菌、高溫高壓等生產(chǎn)工序均不會影響?；撬岬姆€(wěn)定性。

表5 濕法工藝中其他營養(yǎng)素損失率（n=3）

母乳中低聚糖含量很高，是除乳糖和脂肪外的第三大固體成分，在整個哺乳期均可分泌，其中初乳的質(zhì)量濃度最高，為10～20 g/L，成熟乳的質(zhì)量濃度最低，為5～10 g/L[20]。由于營養(yǎng)科學發(fā)展較早的原因，歐洲和美國很早就將低聚糖作為益生元的來源應用于配方食品中。我國GB 14880—2012《食品安全國家標準 食品營養(yǎng)強化劑使用標準》[2]批準低聚果糖作為營養(yǎng)強化劑可以用于兒童調(diào)制乳粉中，并規(guī)定使用量上限為64.5 g/kg。低聚果糖作為一種益生元，對促進腸道有益菌群的代謝活性、減輕腹瀉的嚴重程度、提高腸道舒適性、增強免疫力等具有明顯效果。表5中低聚果糖的生產(chǎn)加工損失率為負值，分析原因可能是檢測偏差引起的，生產(chǎn)加工損失率偏差在10%以內(nèi)，屬于合理范圍，可認為濕法工藝中未發(fā)生損失。低聚果糖熱穩(wěn)定性較好，在一般的食品pH范圍（4.0～7.0）內(nèi)十分穩(wěn)定，在中性條件下加熱至140 ℃時也表現(xiàn)出很高的穩(wěn)定性。

我國GB 14880—2012《食品安全國家標準 食品營養(yǎng)強化劑使用標準》[2]批準1, 3-二油酸-2-棕櫚酸甘油三酯作為營養(yǎng)強化劑可以用于兒童調(diào)制乳粉中，并規(guī)定使用量為24～96 g/kg。1, 3-二油酸-2-棕櫚酸甘油三酯是用脂肪酶催化酯交換制得，含有高比例棕櫚酸在甘油分子的中間位置，在促進脂肪和鈣的吸收、提高腸道舒適度、減輕便秘、改善夜晚睡眠、增強骨骼強度等方面都發(fā)揮重要作用[21-23]。將1, 3-二油酸-2-棕櫚酸甘油三酯的生產(chǎn)加工損失率與檢測方法精密度比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)1, 3-二油酸-2-棕櫚酸甘油三酯在濕法工藝中未發(fā)生明顯的損失，與尹蘭等[13]的研究結(jié)果一致。

3 結(jié)論

對兒童調(diào)制乳粉在濕法工藝中營養(yǎng)素的穩(wěn)定性進行分析。結(jié)果顯示，宏量營養(yǎng)素中蛋白質(zhì)和脂肪相對比較穩(wěn)定。維生素中損失最明顯的是維生素C，其次是維生素A和維生素B1，維生素D、煙酸和葉酸未發(fā)生明顯損失。礦物質(zhì)中鐵發(fā)生明顯損失，鋅未發(fā)生明顯損失。其他營養(yǎng)素（?；撬帷⒌途酃?、1, 3-二油酸-2-棕櫚酸甘油三酯）均未發(fā)生明顯的損失，相對比較穩(wěn)定。鑒于濕法工藝會對營養(yǎng)素造成不同程度的損失，因此在兒童調(diào)制乳粉配方設(shè)計時，不僅要考慮營養(yǎng)素化合物來源和使用量（強化量）的合規(guī)性、原料本底波動情況、貨架期衰減趨勢等，也需要將生產(chǎn)加工損失率考慮在內(nèi)，以保障生產(chǎn)出的產(chǎn)品符合食品安全國家標準的要求。

配方乳粉生產(chǎn)企業(yè)應開展更深入的研究，不斷優(yōu)化工藝參數(shù)、提高設(shè)備水平以降低營養(yǎng)素的損失量。已有研究學者[24]提出多段低溫噴霧干燥技術(shù)在奶粉生產(chǎn)上的應用，其干燥過程更加溫和、更加充分，可以在很大程度上減少對營養(yǎng)素的破壞，是國際上最先進的乳品噴霧干燥技術(shù)。