影響奶粉漲罐的因素及惰性氣體對奶粉穩定性的研究

任國譜，李夢怡，吳昊霞，韋呈宇，蔡彥希

（1.中南林業科技大學食品科學與工程學院，長沙410004；2.湖南優卓食品科技有限公司，長沙410200）

影響奶粉漲罐的因素及惰性氣體對奶粉穩定性的研究

任國譜1，李夢怡2，吳昊霞1，韋呈宇1，蔡彥希1

（1.中南林業科技大學食品科學與工程學院，長沙410004；2.湖南優卓食品科技有限公司，長沙410200）

針對奶粉在高溫和高原地區的脹罐現象，在工廠對生產過程的控制因素進行了全面的研究分析。結果表明，在其他條件一樣的情況下，環境溫度、罐內壓力、以及惰性氣體（氮氣和二氧化碳）的比例是造成脹罐的關鍵因素，并且，惰性氣體對油脂和DHA的氧化、維生素C的衰減有穩定保護作用。

奶粉；脹罐；溫度；壓力；氮氣；二氧化碳；穩定性

0 引言

為了防止貨架期內奶粉的氧化，奶粉的生產過程中，通常是將奶粉灌到包裝袋或罐中，再經過抽真空并充惰性氣體（氮氣（N2）、二氧化碳（CO2））后封口[1-3]。一般要求是：袋內殘氧量≤4%（體積分數），罐內殘氧量≤3%（體積分數）。

包裝完好的奶粉上市銷售到不同的地區，由于溫度和氣壓的變化，經常出現脹袋或罐的現象；液態食品的脹罐多是由于貨架期期間微生物繁殖產生氣體而引起的[4-7]；而奶粉是固體粉末，水分活度很低，貨架期期間奶粉中的微生物不再繁殖[8]，因此，引起奶粉脹罐是其他因素造成的。

本文選擇罐裝奶粉作為研究對象，對影響其脹罐的因素進行了研究分析，并對貨架期內的油脂氧化、DHA和維生素的衰減進行了分析。

1 實驗

1.1 材料與試劑

嬰幼兒奶粉為生產留樣；N2和CO2的純度均為97%(體積分數)以上。

主要試劑為：月桂基硫酸鹽胰蛋白胨肉湯、馬鈴薯-葡萄糖-瓊脂培養基、瓊脂、溴甲酚紫、甲萘胺、對氨基苯磺酸、甲苯（色譜純）、乙酰氯、淀粉酶。

微生物試劑的準備和培養基的配制參照各個檢驗標準的具體要求，其他常規試劑均為國產分析純或色譜純。

1.2 設備與儀器

氣相色譜儀（帶FID檢測器，Angilent 6890 N）、熒光分光光度計（F-2500）、生化培養箱（SPX-250B-Z型），生物安全柜(SG603A-HE型)，全自動高壓蒸汽滅菌器（HV-85型），生物顯微鏡（ECLIPSE80i型），拍擊式均質器（Basic型），高壓滅菌鍋（SX 500型），自動罐裝機（DVC250型），真空度檢測儀（HTZK-IV型），殘氧量測試儀（HGA-01型），頂空氣體分析儀（6600型）。

1.3 方法

（1）罐內殘氧量的檢測方法。殘氧量測試儀預熱完成后（約15分鐘），撬開奶粉罐的外蓋，將罐內奶粉輕輕搖至底部，并將密封膠片貼緊于鋁箔中部，然后測試針小心地通過密封膠片插入罐內，按下測試健，讀取檢測數據。

（2）菌落總數測定。依據GB 4789.2-2010《菌落總數測定》進行。

（3）大腸菌群計數。依據GB/T4789.3-2010《大腸菌群計數》進行。

（4）霉菌和酵母菌計數。依據GB/T4789.15-2003《霉菌和酵母菌計數》進行。

（5）水分測定。依據GB5009.3-2010《食品中水分的測定》進行。

（6）水分活度測定。依據GB/T 23490-2009《食品水分活度的測定》進行。

（7）二十二碳六烯酸（DHA）含量的測定。依據GB 5413.27-2010《嬰幼兒食品和乳品中脂肪酸的測定》進行。

（8）維生素C的測定。依據GB 5413.18-2010《嬰幼兒食品和乳品中維生素C的測定》進行。

（9）奶粉氧化味的感官評價。采用3級評價方式，分為正常（Ⅰ）、輕微（Ⅱ）、明顯（Ⅲ）3個等級；品嘗小組成員9人，對奶粉樣品的干粉進行嗅聞評價，分別打分后求其平均值，然后對應相應的等級。

2 結果與討論

2.1 脹罐奶粉的統計

某工廠發往市場的罐裝嬰幼兒奶粉發生了大量的脹罐現象，突出表現為鋁制蓋膜（鋁膜）的明顯凸起，共有11598罐，發生脹罐的區域和數量如表1所示。

表1 發生脹罐的區域和數量

可見，發往云南和貴州的脹罐比例最大，分別為99.6%和93.9%，其次為四川，脹罐比例為65.1%。

2.2 脹罐奶粉的質量評價

2.2.1 脹罐奶粉的罐內負壓測定

隨機抽取10罐脹罐奶粉，測定罐內壓力，結果在-3～8kPa之間，這說明罐子的密封性良好。

2.2.2 脹罐奶粉的水分和水分活度測定

國家標準對嬰幼兒奶粉的水分要求為≤5%（質量分數），企業為了防止在貨架期期間微生物的生長，一般控制水分小于3%（質量分數）。對脹罐樣品隨機抽取了10罐進行了水分和水分活度檢測，結果分別在1.96%～2.85%（質量分數）和0.177～0.259之間，這樣的水分和水分活度下，在奶粉的貨架期期間，微生物不可能生長[8]。

2.2.3 脹罐奶粉的微生物測定

對隨機抽取的10罐樣品進行了菌落總數、大腸菌群、霉菌和酵母的檢測，結果分別是80～800 g-1，小于10 g-1和10～30 g-1，因此，抽檢脹罐奶粉樣品的各項微生物指標均符合國家標準。

根據以上分析，脹罐奶粉的密封性、水分、水分活度和微生物指標均符合要求，因此，造成奶粉脹罐的原因不是奶粉的內在質量引起的。

2.3 終止氣壓對罐內氣壓的影響

通過改變設備上充氮終止氣壓的設置來測定罐內氣壓，結果如表2所示。

表2 充氮終止氣壓對罐內氣壓的影響kPa

結果表明，改變充氮的終止氣壓對最終罐體內的壓強有很大關系，試驗的罐子約可承受50 kPa的壓力。

2.4 環境溫度對罐體內氣壓的影響

以下樣品罐裝時的條件為：殘氧量控制在3%（體積分數）以下，封罐時奶粉溫度25～28℃，分別用常溫常壓封罐和充氮封罐（罐內氣壓與市場上發生大量脹罐的氣壓保持一致，為-20 kPa）兩種形式進行封罐，各封8罐，并放置在37°C的環境下72 h取出，觀察罐體和罐頂鋁膜的變形情況，如表3所示。

表3 環境溫度對罐內氣壓的影響

這表明環境溫度對罐內氣壓是有影響的，標準要求奶粉的倉儲溫度在25℃以下，但當環境溫度升高時，罐內氣體膨脹，引起罐內氣壓加大，使鋁膜突起，常壓罐裝很明顯；真空充氮罐裝雖有-20 kPa的負壓，但當罐內氣壓加大時，鋁膜也發生了輕微突起，但情況優于常壓封罐。

以上數據可以解釋湖北和廣東脹罐的原因主要是環境溫度的變化引起的，另外，罐內負壓設定不合理也可能是造成脹罐的原因。

2.5 罐內氣壓的調整對脹罐的影響

通過改變設備上充氮終止氣壓的數值可調整罐內負壓，表4是將罐內氣壓分別設定為-20，-30，-40 kPa；并在真空環境下（參考昆明地區的氣壓，將壓力設定為80 kPa）升溫后罐體的變化情況，其他條件同2.4。

表4 罐內氣壓對脹罐的影響

可見，市場上發生大量脹罐的主要原因是罐內氣壓設定不合理造成的，尤其是云貴川等高原地區，海拔高度高，氣壓低，生產上原來設定的-20 kPa的罐內氣壓是不合適的，表4的數據表明，單純充氮時，罐內氣壓調整到-30～-40 kPa是合理的。

2.6 混合氣體(N2和CO2)的充填比例及其對奶粉的質量評價

2.6.1 混合氣體(N2和CO2)的充填比例

奶粉的包裝從普通包裝、真空包裝、充氮包裝到充混合氣體(N2和CO2)的方式發展。表5是將罐內氣壓設定為-20 kPa，并在真空環境下（壓力為80 kPa）升溫后罐體的變化情況，其他條件同2.4。

表5 混合氣體的充填比例

與表4相比，相同的內壓設定值（-20 kPa）下，混充CO2后罐內負壓明顯增高，而且隨著CO2占比的增加而增加，60%以上的CO2罐內負壓不再增加。

試驗數據表明，比例60%以上的CO2能夠確保在37℃下罐內氣壓的相對穩定。

2.6.2 混合氣體對嬰幼兒奶粉的質量評價

將嬰兒奶粉分別充氮和充混合氣體（體積分數40%N2，60%CO2）包裝，罐體負壓為-20 kPa，室溫存放24個月，每個季度（90 d）測定1次，至24個月結束，樣品均未出現明顯的氧化味；另外，純氮氣包裝和混合氣體包裝的DHA和維生素C的變化分別如圖1和圖2所示。

圖1 純氮氣包裝和混合氣體包裝的DHA的變化

圖2 純氮氣包裝和混合氣體包裝的維生素C的變化

DHA和維生素C是嬰幼兒配方奶粉中最敏感的成分，不僅在加工過程中容易被破壞，在貨架期內也容易損失。圖1和圖2的數據表明，用純氮氣和混合氣體（體積分數40%N2，60%CO2）包裝奶粉，貨架期24個月時，DHA的損失率分別為10.2%和7.6%（質量分數），維生素C的損失率分別為11.2%和8.3%（質量分數）。結合風味評價的結果說明，用混合氣體（體積分數40%N2，60%CO2）包裝奶粉優于純氮氣包裝，能夠保證貨架期內奶粉的良好品質。

2.6.3 討論

脹罐奶粉本身無質量問題，脹罐現象是溫度變化和氣壓變化兩重作用的結果。本研究所用罐子能夠承受50kPa左右的壓力，在這個前提下，需要設定好罐內的負壓，既要防止脹罐也要防止癟罐。隨著氣溫的升高，罐內氣體的壓力相應升高，當罐內壓力大于大氣壓力的時候，產品就會出現脹罐的現象，嚴重時可將頂部鋁膜頂開。當產品在高原地區銷售時，大氣壓力降低，也會出現同樣的問題。當然，罐內的壓力值也不是越低就越好，否則就會出現癟罐的現象，對材料強度的要求就會高[9-10]。

CO2的質量分數比N2和O2大，略重于空氣，因此充氣后，CO2容易分布在包括罐底的整個空間；加上CO2的吸附能力要大于N2和O2，因此，奶粉生產中充含有CO2的混合氣體的優勢是明顯的。與活性炭類似，奶粉的表面積較大，具有豐富的微孔和很強的吸附能力，另外，CO2也能被奶粉中的氨基酸吸附，因而造成負壓[11-14]。

奶粉的油脂含量很高，其中的多不飽和脂肪酸如DHA很易氧化分解，產生異味。與單純充氮氣相比，充CO2后能在奶粉圍形成一層保護膜,防止油脂氧化，因此，CO2能較長期保持奶粉的風味和食用品質[15-17]。圖1和圖2的對貨架期期間DHA和維生素C的跟蹤檢測結果充分說明了這一點。

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Study on the influence factors of swelled can and the stability influenced by in?ert gas of milk powder

REN Guopu1,LI Mengyi2,WU Haoxia1,WEI Chengyu1,CAI Yanxi1
（1.Food College of Central South University of Forestry Technology,Changsha 410004，China;2.Hunan You Zhuo Food Technology Company,Changsha 410200，China）

In order to analyse the reasons of swelled can of milk powder in the area of high temperature and high altitude,detailed research on the whole process was carried out in a plant.The results showed that environment temperature,inner pressure of can,and the ratio of ni?trogen to carbon dioxide were the main factors under the same other conditions.In addition,the oxidation of oil&DHA and attenuation of vitamin C can be protected by inert gas(N2and CO2).

milk powder；swelled can；temperature；pressure；nitrogen；carbon dioxide；stability

TS252.51

：A

：1001-2230（2017）06-0057-04

2016-11-09

任國譜(1964-)，男，教授，主要從事營養素加工和功能性乳制品研究。