界面膜技術在嬰幼兒配方奶粉生產工藝中的應用

文 / 孫本風 顧修蕾 孫愛杰 蔣士龍

（黑龍江飛鶴乳業有限公司技術研發中心）

為了保護DHA和ARA不被氧化，保證最終配方奶粉良好的滋氣味，需要利用界面膜技術中的乳化劑對DHA和ARA油滴進行乳化、包埋，同時添加抗氧化劑，這樣乳化液就形成了穩定的體系，目的是使DHA和ARA具有更長的貨架期和更佳的口感。因此界面膜技術在DHA和ARA保護領域的運用顯得尤為重要。

1 材料與方法

1.1 主要材料、儀器、設備

1.1.1 試驗材料

壁材：辛烯基琥珀酸淀粉鈉；芯材：DHA和ARA油脂；抗氧化劑：抗壞血酸棕櫚酸酯、維生素E；載體：植物油等。

1.1.2 儀器與設備

乳化機組；均質機；顯微鏡、水浴鍋；恒溫培養箱；油脂氧化穩定性測量儀等。

1.2 方法

1.2.1 乳化液制備方法

利用界面膜技術制備乳化液過程中，水是連續相（Continuous Phase），油滴是分散相（Dispersed Phase）。主要分為兩步，第一步是預混（Premix），利用高速乳化剪切力將界面膜壁材溶解，然后與油相混合。第二步是乳化（Emulsion），利用乳化剪切設備和高壓均質機將料液中大的油滴變成均勻的小油滴，均勻分散在界面膜的壁材中，通過循環均質控制乳化不好的油滴聚合成大油滴。

該方法將DHA和ARA油劑制成乳化液后，能降低液體間的界面張力，使互不相溶的液體易于乳化，從而形成水包油型乳化液，因此油相表面形成界面膜，防止脂肪氧化。該方法經過一次加熱即可實現包埋，可以更好地保證DHA和ARA功能性的釋放，減少一次加熱環節對DHA和ARA滋氣味的破壞，從而攻破奶粉中“魚腥味”的技術壁壘，同時保證營養充分吸收。利用DHA和ARA乳化液制備奶粉的方法，工藝流程如下：

水相（界面臘加入純凈水并加熱至35～65 ℃）+油相（油相加熱至50～100 ℃后停止加熱，再加入抗氧化劑，使抗氧化劑完全溶于植物油中）→ 液溫在35～60℃時剪切乳化，5～15 min → 循環均質，30～50 MPa，5～10 min DHA和ARA乳化液 → 配料系統 → 包埋工藝 → 高壓均質 → 物料濃縮 → 噴霧干燥 → 嬰幼兒配方奶粉。

1.2.2 乳化液測定方法

（1）烘箱法

將乳液分裝到小燒杯中，置于45 ℃烘箱中，每小時觀察乳液分層浮油情況，作為乳化液感官評價指標。

（2）水浴法

將配制好的乳化液，取8 mL注入10 mL刻度管中，置于55 ℃水浴鍋中，每1 h觀察一次，看是否有油圈出現及分層情況，作為乳化液感官評價指標。

（3）鏡檢法

用吸管將乳化液稍加稀釋后滴在載玻片上，蓋上蓋玻片，然后滴一滴松柏油，使用1 000 倍油鏡（配備標尺）觀察，判定標準是液滴直徑全部小于1 μm，絕大多數在0.3～0.7 μm之間，且油滴的分布越均勻越好，作為乳化液判定合格的標準。

1.2.3 烘箱法加速方法［1］

采用Schaal烘箱法抗氧化性能實驗方法，根據Arrhenius經驗公式，對于正常化學反應，反應溫度每升高10 ℃，反應速度升高1 倍，即K（T+10℃）/K（T）=2（式中K為反應速度常數）。反應速度常數與食品貨架壽命成反比，即反應速度常數越大，食品貨架壽命越短，因此有Q（T）/Q（T+10℃)=2（式中Q為食品貨架壽命），得到表1。

表1 溫度與貨架壽命系數關系

表2 常用乳化劑分類

2 結果與討論

2.1 結果

2.1.1 界面膜壁材的選擇

對于一種微膠囊產品來說，合適的乳化劑非常重要，選擇適合的乳化劑是微膠囊工藝成功的關鍵，壁材在很大程度上決定著產品物理性質。界面膜技術實質上是一種包裝技術，其效果的好壞與“包裝材料”壁材的選擇緊密相關。理想的乳化劑必須具備如下特性：安全無毒，能與芯材相配且不發生化學反應；具有一定的強度和力學性能；具備適當的溶解性、流動性、潤滑性、滲透性和穩定性。

由于食品行業的特殊性，所用的乳化劑必須是安全無毒的，故選擇乳化劑時不僅要考慮壁材應具有的一般特性，還需考慮能否滿足食品工業的安全衛生要求［2］。

近年來，界面膜技術發展迅速，乳化劑作為其重要組成部分受到了更廣泛的關注。界面膜的制備過程中，乳化劑的組成與選擇對芯材的性質保護至關重要。對于乳化劑的選配，一般要考慮高分子包埋材料自身的物理-化學性質，如溶解性、吸濕性、穩定性、機械強度、成膜性和乳化性等。

此外，乳化劑還應價格合理，且容易制備［3］。按照壁材來源進行分類，常用乳化劑可以分為天然材料、半合成材料和合成材料（表2）。

可作為乳化劑的材料很多，只要材料成膜性好，能夠在芯材周圍沉積，并且具有一定的強度與韌性就有可能做壁材。天然高分子材料具有成膜性好的優點，是最常用的壁材。主要包括碳水化合物類、蛋白質類、親水膠體、脂類，在此基礎上同時開發出了新型壁材。試驗分析比較了幾種變性淀粉和阿拉伯膠的吸濕性、粘度、乳化性等方面的性能，結果見表3。

作為乳化劑一般要求有良好的乳化性、較低的粘度和吸濕性［4］。由試驗結果可見，變性淀粉的乳化作用略優于阿拉伯膠；變性淀粉的運動粘度遠低于阿拉伯膠；不同變性淀粉的吸濕性有所差異，其中以National變性淀粉吸濕性最低，低于2%。因此National變性淀粉是一種理想的界面膜乳化劑。

2.1.2 抗氧化劑的選擇

通常，含油脂的食品在貯運過程中極易發生氧化，以至縮短貨架期。同時油脂的過氧化會對膜、酶、蛋白質造成破壞，甚至可以導致老年化的很多疾病，還可以致癌，嚴重危害人體健康[5]。為了保證高脂肪含量的乳化液的穩定性，需要添加抗氧化劑進行保護乳化體系。

所用儀器為瑞士 Metrohm 公司生產的743 Rancimat，溫度控制在50～220 ℃，空氣流量為7～25 L/h，可同時測定8 個樣品。進樣量液態時為2～12 mL，固態時為0.01～0.50 g。所需材料為二十二碳六烯酸油脂（簡稱DHA，未加抗氧化劑）、抗氧化劑[L-抗壞血酸棕櫚酸酯（L-AP）、維生素E（VE）、特丁基對苯二酚（TBHQ）、迷迭香提取物]。采用的試驗條件是：進樣量約4 mL，測試溫度120 ℃，空氣流量20 L/h。

通過單獨和組合添加不同抗氧化劑進行氧化誘導試驗，得出不同誘導時間（表4）。

無論是天然抗氧化劑，還是合成抗氧化劑，添加到嬰幼兒奶粉中要符合中國法律法規的規定，由此可篩選出抗壞血酸棕櫚酸酯和維生素是理想的抗氧化劑，其查詢結論見表5。

2.1.3 乳化液判定標準

（1）標準乳化液

液滴均勻，直徑小于1 μm，為合格乳化液。

（2） 非標準乳化液

液滴不均勻，直徑大于2μm，為不合格乳化液。

表3 幾種變性淀粉和阿拉伯膠的性能分析

表4 添加不同抗氧化劑誘導時間

2.2 討論

目前采用的工藝及其設備屬于自主研發產品，乳化過程中會有少量空氣混入，影響乳化效果，下步將從國外原裝進口全自動密封生產線，更有利于芯材的保護。

3 結論與展望

3.1 結論

利用界面膜技術制備DHA和ARA乳化液是一種行之有效的方法，該方法能夠包埋DHA和ARA不良滋氣味，改善嬰幼兒配方奶粉滋氣味。本論文以辛烯基琥珀酸淀粉鈉為乳化劑，以維生素E和抗壞血酸棕櫚酸酯為抗氧化劑進行制備DHA和ARA乳化液為研究對象，確定了乳化液制備的最佳工藝參數；研究了乳化液的檢測方法；對其在配方奶粉中的應用作了初步探討，確定了奶粉的評價方法；得到的主要結論如下：

3.1.1 DHA和ARA乳化液在制備過程中受溫度、攪拌時間、均質壓力等因素影響，同時考慮生產現場操作方便，經優化的乳化液制備工藝為：料液溫度45 ℃，攪拌時間12 min，均質壓力35 MPa。該優化條件下制備的乳化液油滴粒徑在0.5μm，得到了最佳的乳化液。

3.1.2 DHA和ARA乳化液中油滴粒徑的大小直接反應配方奶粉的滋氣味，因此可將油滴直徑作為量化評價乳化液質量的檢測依據。試驗表明，油滴粒徑控制小于1 μm，配方奶粉感官指標得到很好改善。

3.1.3 采用Schaal烘箱法抗氧化性能實驗方法，根據Arrhenius經驗公式，對于正常化學反應，反應溫度每升高10 ℃，反應速度升高1 倍，在42 ℃儲存1 天相當于在22 ℃室溫下貯藏4 天，所以按照2 年的保質期計算，在42 ℃儲存應為180 天，相當于2 年的貨架期。按照上述方法，對DHA和ARA進行包埋和未包埋的配方奶粉產品充氮密封包裝，將其放在恒濕箱試驗，溫度為42 ℃，時間為180 天。結果表明，包埋DHA和ARA后的配方奶粉的滋氣味要好于未包埋DHA和ARA的配方奶粉。

本研究首次采用界面膜技術制備DHA和ARA乳化液，克服了DHA和ARA油劑和粉劑缺點，研發了第三種劑型——乳化液，優化了其制備工藝。應用鏡檢法、水浴法、離心法、烘箱法等檢測方法進行分析表明，DHA和ARA油劑經過乳化、包埋、抗氧化后能夠改善嬰幼兒配方奶粉滋氣味，減少魚腥味，為今后DHA和ARA乳化液規模化生產奠定了堅實的基礎。

表5 食品添加劑法律法規查詢結論

3.2 展望

3.2.1 改進現有乳化劑、研發新型乳化劑

（1）改進現有乳化劑

目前使用的辛烯基琥珀酸淀粉鈉pH值在4～5之間，呈現變性淀粉固有的酸味，口感一般，下步需要改進口感。（2）研發新型乳化劑

使用乳蛋白等替代辛烯基琥珀酸淀粉鈉，可以改進口感和降低成本。

3.2.2 改進檢測方法

（1）濁度檢測

采用濁度儀對乳化液進行檢測，從上到下多次掃描，如果乳化效果良好，濁度儀掃描的結果是一條直線；如果乳化效果差，溶質分布不均勻，濁度儀掃描的結果為曲線，通過此儀器可以判定乳化液是否乳化均勻。

（2）激光粒徑分析

采用激光粒徑分析儀進行檢測，通過正態分布曲線觀察粒徑分布情況，此方法快捷，但是設備費用投入較大。

3.2.3 研發制備方法

（1）復核界面膜技術

開發矩陣式復核界面膜技術。

（2）多層界面膜技術

利用復配壁材進行多層界面膜技術的開發。

3.2.4 新型工藝應用

隨著DHA和ARA產業的進一步發展，新的包埋技術也在與時俱進，從過去傳統的噴霧干燥技術到現在的噴霧冷凍技術，DHA和ARA的產品質量越來越高，對多不飽和脂肪酸的保護越來越好。粉末床技術和噴霧冷凍干燥技術將是DHA和ARA包埋技術的重要發展方向。

目前，噴霧冷凍干燥已經有成熟的技術，從實驗室小規模設備到較大規模的設備都已研發，并且利用某些固體冷卻劑能夠在一定程度上實現連續自動生產。SFD技術已經應用到了食品領域中，為界面膜技術提供了新的制備方法。

[1]王興國，裘愛泳，史小華，等. 抗壞血酸棕櫚酸酯在不同油品中的抗氧化性能研究. 中國油脂，2003，25（3）：52-53.

[2]孫蘭萍，許暉，張斌，等. 食品成分微膠囊制備技術及發展趨勢展望.農產品加工，2008，136（5）：12-13.

[3]張宏康，王武. 微膠囊技術及其子食品工業中的應用. 食品研究與開發，1999，20（4）：27-29.

[4]吳克剛，孟宏昌. 利用變性淀粉微膠囊化微藻單細胞DHA油脂的研究. 食品科學，2004，25（7）：76-77.

[5]穆同娜，張惠，景全榮. 油脂的氧化機理及天然抗氧化物的簡介. 食品科學，2004，25（增刊）：241-244.