特殊醫學全營養配方食品貨架期內品性評價

孫婉婷，汪玉芬，王賽，陳炫宏，董雷超，周泉城

1. 山東理工大學農業工程與食品科學學院食品科學系（淄博 255049）；2. 農產品功能化技術山東省高校重點實驗室（淄博 255049）

特殊醫學用途配方食品（特醫食品）是指針對某些進食受限、代謝紊亂、消化吸收障礙或特定疾病患者對營養素或膳食的特殊需求而專門配制加工而成的配方食品[1]，是給予特殊人群特定疾病狀態下的營養支持與保障，涉及種類廣、組分多、工藝復雜，質量安全直接影響到目標人群的健康安全[2]，一般分為全營養、特定全營養、非全營養三大類[3]。國內外對糖尿病、呼吸系統疾病、腎病、腫瘤、炎性腸病、食物蛋白質過敏、難治性癲癇、肥胖、減脂手術適用的特醫食品進行系統研究，特醫食品對健康的推動作用也日益顯現，疾病由查出后才采取治療而逐漸轉移至治未病[4]。同時，特定全營養配方食品適用于患有糖尿病、腎病等疾病的人群[5]。

此外，由于特醫食品營養成分復雜、含量要求精細，一些輕微的組分調整都會引起產品營養和流變等品性變化，影響到患者身體健康甚至生命安全[5-6]。在貨架期內即食品在規定的貯藏條件下，能夠滿足確定需要的最短期限[7]易受環境因素（溫度、濕度、光、氧氣等）影響誘發或加速理化反應，從而引起其營養成分、感官品質、物性發生改變[8]。因此，特醫食品安全問題至關重要，這包括產品的營養素含量、流變性、滲透壓等[9-10]。

試驗探究特殊醫學全營養配方食品營養素衰減穩定性及流變學性質，對優化相關產品儲藏條件、掌握保存特醫食品功能效用規律、確定最佳食用期具有重要意義。旨在通過對加速試驗模擬測評貨架期中特殊醫學全食營養素衰減及流變性規律，揭示營養素及流變性影響規律，為特殊醫學食品的開發應用提供試驗數據和理論指導。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

豌豆蛋白（煙臺雙塔食品股份有限公司）；乳清蛋白（食品級）、羥甲基淀粉（上海愛純生物科技有限公司）；核桃油（南陽磨坊麻麻原生態食品有限公司）；維生素（混合）、礦物質（混合）、氯化鈉、磷酸二氫鉀（鄭州瑞普生物工程有限公司）；黃原膠（上海鴻鍵食品配料有限公司）。

氫氧化鈉、鹽酸等（均為分析純）；淀粉酶（活力單位≥100 U/mg）；木瓜蛋白酶（活力單位≥10 U/mg）；高峰淀粉酶（活力單位≥100 U/mg）。

1.2 儀器與設備

英國馬爾文儀器公司流變儀（Malvern KINEXUS）；高溫爐；自動凱氏定氮儀；原子吸收光譜儀：配石墨爐原子化器；壓力消解罐；紫外分光光度計；HPLC儀。

1.3 試驗組成

1.3.1 樣品組成

特殊醫學全營養配方食品的配方組成：豌豆蛋白0.8 g、乳清蛋白0.7 g、羥丙基淀粉7.595 g、核桃油0.25 g、維生素（混合）0.01 g、礦物質（混合）0.16 g、氯化鈉0.11 g、磷酸二氫鉀0.06 g、黃原膠0.02 g，共計9.705 g。pH 6.71（4～7之間），滲透壓307 mOSM/g，服用時加水量至少25 mL，攪拌至完全溶解后，均質。

1.3.2 加速試驗設計

貨架期加速試驗（ASLT）法應用化學動力學方法將環境因素對產品的影響進行量化，通過改變產品一個或多個儲藏條件，加速產品理化指標及感官品質的變化，從而在較短時間內模擬產品長期儲藏發生的變化，預測其貨架期[11-12]。特殊醫學全營養配方食品取樣3個批次，每批次1 kg左右，在溫度37±2 ℃、濕度RH 75%±5%的條件下進行，在0，1，2，3和6個月分別檢測1次。

1.3.3 流變性測定

采用Malvern KINEXUS旋轉流變儀對特殊醫學全營養配方食品的流變學性質進行表征。試驗測試溫度25 ℃，夾具為直徑20 mm的平行板，間距0.5 mm。每次測試均用輕質硅油封樣以防止水分揮發，并使用新的樣品防止樣品損傷。為使樣品保持相同的初始狀態，裝樣后使之平衡5 min后開始測試[13]。

穩態剪切黏度曲線測試中，采用控制剪切速率的測試模式（CR模式），剪切速率由0.1 s-1升至1 000 s-1記錄樣品的黏度隨剪切速率的變化[13]。時間依賴性曲線測定中，分別在剪切率50 s-1，200 s-1時剪切5 min，靜置1 min，剪切1 min，測試黏度隨著時間的變化情況[14]。

1.3.4 營養素衰變測定

測定營養素種類及其測定方法。水分測定參照GB 5009.3—2016；灰分測定參照GB 5009.4—2016；脂肪測定參照GB 5009.6—2016；蛋白質測定參照GB 5009.5—2016；維生素A測定參照GB 5009.82—2016；維生素B2測定參照GB 5009.85—2016；維生素E測定參照GB 5009.82—2016；維生素C測定參照GB 5009.86—2016；鈉測定參照GB 5009.91—2017；鈣測定參照GB 5009.92—2016；鎂測定參照GB 5009.241—2017；鐵測定參照GB 5009.90—2016；銅測定參照GB 5009.13—2017；鋅測定參照GB 5009.14—2017；硒測定參照GB 5009.93—2017。

營養素衰變計算方法[15]。

衰減率=（首次檢測值-末次檢測值）/首次檢查值×100% （1）

1.4 數據統計分析

每個操作3次平行，利用Origin 2017軟件作圖。

2 結果與討論

2.1 特殊醫學全營養配方食品損失率的研究

初始設計產品時，就對營養素衰減情況進行充分考慮，為此全部營養素檢測值在加速試驗后的檢測值均符合產品標識值誤差，與國家標準要求相符[16]。由表1可知，整個加速試驗中，平均衰減率從大到小為維生素E＞維生素A＞維生素C＞銅＞硒＞鋅＞碳水化合物＞蛋白質＞鐵＞鈉＞鈣＞脂肪＞鎂＞維生素B2＞水分。各元素穩定性與衰減率呈反比，較低的衰減率保證了其含量的最大保留[17]。一方面，維生素類營養素的損失率明顯高于其他營養素中，表明其穩定性較差；另一方面，宏量營養素和礦物質均在貨架期內均表現出高穩定性，其衰減率均在0.1%以下。總體來說，雖然維生素類營養素的衰減率略高，但無任何營養素衰減率高于1%，這表明此全營養配方食品在貨架期內都較穩定，各營養素損失較少，保證食品的品質。

表1 不同時期宏量營養素含量及衰變率

表2 不同時期維生素含量及衰變率

表3 不同時期常量元素含量及衰變率

表4 不同時期微量元素含量及衰變率

作為乳劑型特醫食品的三大宏量營養素：蛋白質、油脂和碳水化合物，它們通過各種類型的化學和物理鍵作用對乳劑的構成和穩定發揮重要影響[18]。蛋白質和碳水化合物能夠吸附在油水界面上，保護乳化液滴不被聚集，使液滴粒徑減小從而提高體系穩定性[19]。脂肪在氧氣存在的條件下反應生成初級氧化產物（脂質過氧化物），而后進一步氧化降解生成揮發性及非揮發性醛、酮、酸等小分子物質，對產品風味造成不利影響[20]。由圖1可知，蛋白質在初始至1月份開始衰減；1-2月份衰減率有所降低，到達2月份時衰減率呈現負值，含量有所增加；2-3月份衰減率增加，在3月份衰減率達到0，營養素含量恢復到初始時含量；3月份以后衰減率明顯上升，營養素損失較多。碳水化合物和脂肪的衰減程度相近，變化范圍均較小，在貨架期內表現出較高的穩定性，脂肪的衰減率為0，可認為在貨架期內不存在衰減。水分在貨架期內衰變率均呈現負值，表明水分在此期間含量一直增加。灰分在初始至1月份損失率呈現負值即含量增加，在1-2月份損失率增加，1月中旬含量與初始含量持平恢復到原來的含量，2-3月份衰減率降低，3-6月份持續增加。總體來看，宏量營養素的損失率均較低，在貨架期內均穩定。

圖1 宏量營養素衰減率

維生素是一組化學結構不同、營養作用和生理功能各異的一類低分子有機化合物[21]。由圖2可知，脂溶性維生素在貨架期內均呈現了不同程度的衰減。衰減率由大到小分別為維生素E（87.99%）＞維生素A（36.11%）＞維生素C（20.73%）。維生素E的損失最多，其在無氧條件下較穩定，甚至加熱到200 ℃以上也不被破壞，但在空氣中極易被氧化，其增強免疫功能、抗氧化效應、抗應激作用、維持生育功能[22]也會降低。總體來說，維生素族營養素衰減率明顯高于其他營養素，在此配方中沒有表現出較好的穩定性，維生素類物質對于外界環境較為敏感，空氣、水分、溫度等對其穩定性均有影響。因此充氮密封保護也對其中脂溶性維生素的保持具有重要作用[15]。

圖2 維生素衰減率

常量元素是指在有機體內含量占體重0.01%以上的元素。這類元素在體內所占比例較大，有機體需要量較多，是構成有機體的必備元素。

由圖3可知，在整個貨架期各種常量元素含量并沒有發生顯著性衰減。衰減率較高的礦物質是鈉、鈣（衰減率0.82%和0.61%），衰減率最低的礦物質是鎂（衰減率0%），基本沒有發生衰減。鎂元素在貨架期內先衰減后恢復到原來的含量。從成分性質來說，食品中礦物質本身性質相對穩定，對空氣、溫度、光照等因素均有一定程度的耐受性，這與類似文獻報道結果一致[15]。由于衰減率很低，可以認為常量貨架期內基本不會發生衰減。

圖3 常量元素衰減率

微量元素在人體中存在量極少，低于人體體重0.01%，人體每日對微量元素的需要量很少，但對人體來說必不可少[23]。

由圖4可知，各種元素的衰減情況相近，且在貨架期內各元素的穩定性較好，無明顯損失。硒的衰減率較其他微量元素有較大變化，但在前2個月其含量有所增加，2個月以后衰減率升高。總體來說，礦物質在貨架期內均表現出較低的衰減率，即保證礦物質的最大保留。

圖4 微量元素衰減率

2.2 穩態剪切黏度曲線研究

溶劑的黏度是由流體分子相互之間的內摩擦作用而產生，黏度越大，內摩擦力越大，表現為流動性越差[24]。剪切速率由0.1 s-1升至1 000 s-1，記錄樣品的黏度隨剪切速率的變化。假塑性是指流體的黏度隨剪應變率的增加而減小。擁有此種性質的流體屬于非牛頓流體。由圖5可知，特殊醫學全營養配方食品的黏度隨著剪切速率增加而降低，為假塑性流動。從分子角度來看，在該區內剪切作用已經超過布朗運動的作用，分子鏈發生定向、伸展并發生纏繞的逐步解體，而且已不能恢復。剪切速率在0.1～200 s-1之間，配方黏度降低最快，且之后趨于穩定，黏度不再發生變化。

圖5 穩態剪切黏度曲線

2.3 時間依賴性曲線研究

圖6 恒定剪切速率50 s-1時間依賴性曲線

圖7 恒定剪切速率200 s-1時間依賴性曲線

時間依賴性曲線測定中，分別在剪切率50 s-1和200 s-1進行剪切，測得配方黏度隨時間的變化規律。該試驗運用間歇恒剪切速率的方法[25]來表征流體在剪切發生、停頓和恢復時，黏度隨時間的變化。試驗結果亦可反映流體是否具有觸變性[26]。定溫下表觀黏度隨剪切持續時間而降低的液體稱為觸變性液體。觸變性是一種非牛頓流體性質，它用于描述表觀黏度隨荷載大小及荷載作用時間變化的規律[27]。由圖6和圖7可知，在剪切速率50 s-1時，配方的黏度明顯大于剪切速率200 s-1時的黏度。恒定剪切速率50 s-1和200 s-1時所測得的黏度在靜置前后變化幅度微小，說明該配方觸變性很小。靜置1 min后配方的黏度有所降低，但在12 s后配方恢復到原來的黏度，說明黏度的恢復具有時間滯后性。總體來說，該配方在剪切速率50 s-1和200 s-1時觸變性很小，靜置一段時間后黏度可迅速恢復，流變性較穩定。

3 結論

采用加速模擬試驗，對特殊醫學全營養配方食品中宏量營養素、礦物元素、維生素等進行全面衰減率及穩定性方面的研究。

營養物質的穩定性由強到弱為：宏量營養素＞常量元素＞微量元素＞維生素。其中，宏量營養素、礦物質穩定性最高，在整個貨架期內基本無衰減；維生素族元素衰減率較高但均低于1%，此配方在貨架期內各營養素衰減率均較低，呈現出較高穩定性。該配方食品具有剪切變稀特性，且觸變性較小，具有良好的流變特性。

試驗對該配方進行營養素衰減率和流變性能研究，結果表明，該特殊醫學全營養配方食品具有較長的貯藏期和穩定性，為醫用食品行業的發展提供理論性指導和試驗數據參考。