嬰幼兒配方乳粉生產工藝、包裝的現狀研究

李 鑫

佳樂利康天津醫用食品有限公司，天津北辰，300400

0 引言

我國的食品工業始于20世紀50年代初新中國成立，從無到有，從小到大，至今已走過了近60年的發展歷程。近20年間，我國食品行業企業生產能力向著機械化、工業化發展；國家也在不斷更新食品安全標準提升產品質量要求。其中嬰幼兒配方乳粉（以下簡稱“嬰配粉”）是提供給嬰幼兒食用的配方粉[1]。嬰配粉質量，是食品行業的監控重點。嬰配粉原料包括原料乳、脂肪粉、大豆/乳清蛋白、膳食纖維、維生素、礦物質等[2，3]。本文闡述了嬰配粉的生產技術現狀，同時也指出包裝對產品質量的保護是有限的，貯存條件也在影響產品質量，為行業提升嬰配粉的質量提供依據和參考。

1 工藝

1.1 干法工藝

干法工藝流程：原輔料—預混—總混—包裝。

干法工藝的特點是根據原料物性確定添加順序和分級混合[4]。嬰配粉原料或含量比例差異大，為了保證成品含量均勻，通常將維生素和礦物質等物料與其他部分物料混合，采用逐漸放大，通過二級或三級混合，提升混合均勻度，進行干混生產[5]。干法工藝的優勢是工藝步驟少，生產消耗能源少，物料回收率高，維生素和礦物質損耗低。

1.1.1 干法工藝的關鍵點

干法的關鍵生產工藝是稱量、混合、灌裝。混合工藝由于設備混合能力，物料比重、顆粒度規格原因，工藝參數差異大，實際生產時，需要進行工藝驗證，驗證質量指標是混合均勻度，混合均勻度符合要求后才可以正式生產[6]。混合均勻度CV值（變異系數）越低（一般要求CV值低于5%），表示物料含量差異小，混合均勻[7]。

（1）混合時間

干法混合設備分為兩類，一類是容器固定混合機，主要依靠內部構造如氣流（氣流混合機）、漿葉（槽型混合機）、螺旋桿（雙重圓錐機）等進行攪拌，物料在容器內部被外力推動擴散。另一類是容器旋轉混合機，如V型混合機（二維混合機）、三維混合機，物料在機器內部隨著容器旋轉，與容器發生位移，進行物料間彼此擴散[7]。

混合機原理不同，其工作效率也不同。二維混合機混合時間（15min以上）要多于三維混合機（10min以上）。雙軸高效臥式攪拌機混合時間最短，大約90s。以嬰配粉的二十碳四烯酸（ARA）和二十二碳六烯酸（DHA）為研究指標，不同混合設備的混合均勻度CV值均小于5%[8]。

（2）設備裝載系數

混合機的容積有不同規格，混合能力從幾十千克到幾百千克。混合機裝載物料的容積占混合機自身容積的比，即裝載系數。混合機裝載嬰配粉的重量和體積，影響乳粉在混合機內部的流動性、擴散性。裝載乳粉的重量和體積過少，物料流動無阻力，物料擴散移動距離大，物料分散不集中，混合均勻性差；裝載乳粉的重量和體積過多，物流流動受阻，物料擴散范圍有限，各個原料集中且靜止，影響混合均勻度。通過試驗證明，裝載系數是30%～60%，混合均勻度值CV均小于5%時，符合混合要求[9]。

（3）組分添加順序

嬰配粉原料包括液態乳、維生素、礦物質、脂肪粉、大豆/乳清蛋白、麥芽糊精、膳食纖維等。通過測定得知，物料的疏松堆密度排序是礦物質＞脂肪粉＞大豆/乳清蛋白＞麥芽糊精＞維生素，比重比值范圍2～5倍。對于干混工藝，堆密度大的物料由于重力作用比較容易擴散到比重輕的物料中。物料添加順序為堆密度輕的物料先加進混合機，堆密度大的物料，在輕物料之后加到混合機。以混合均勻度作為評價指標，干法工藝的混合步驟，產物的混合均勻度CV值=4%[10]。不同礦物質原料比重差異小，不同維生素原料比重差異大，因此，礦物質混合均勻度優于維生素，煙酸和泛酸混合均勻度為90%。鐵鋅鎂銅混合均勻度均大于93%[10]。

1.2 濕法工藝

濕法工藝流程：原料乳—過濾—均質—濃縮—噴霧干燥—二次干燥—包裝。

濕法工藝特點是采用原料乳作為原料，在原料乳中添加營養強化劑，如維生素和礦物質，均質使維生素和礦物質混合均勻，然后通過高溫濃縮后，噴霧干燥，得到成品。濃縮和噴霧干燥都是采用加熱方式，因此，部分熱敏性物質，如維生素會發生損耗[11]。

1.2.1 濕法工藝的關鍵點

濕法工藝的關鍵控制點是均質和噴霧干燥。關鍵控制點影響成品產品混合均勻度和溶解狀態。

（1）均質

實際生產時，采用高壓均質乳化機進行均質原料乳。高壓均質腔機給乳液加壓，乳液受到高速剪切力、高頻振蕩等機械力作用，使大分子物質的物理、化學結構發生變化，粒度趨于一致，達到均質的效果。均質主要目的使物料分布均勻，且粒徑大小接近。均質前脂肪和蛋白質的粒徑在1.0～10.0μm，油脂粒徑大產生聚集上浮均質后蛋白質和脂肪的粒徑均0.1～1.0μm。粒徑接近的蛋白質、脂肪在水溶液中均勻分散，脂肪不會上浮發生液滴聚集，蛋白質不容易沉淀。研究表明，均質溫度50～80℃，均質次數1～3次，均質壓力20～40MPa為宜。如果均質壓力過大，達到50MPa以上，液滴表面積過大，乳狀液穩定性變差[12]。維生素在均質過程會有熱損失，脂溶性維生素A、D、E損失5%～10%；水溶性維生素C、B1、B2損失10%左右[7]。

（2）噴霧干燥

噴霧干燥生產采用閃蒸或頂噴式噴霧干燥塔設備。噴霧干燥工藝設備參數包括：高壓泵壓強、進風溫度、出風溫度、物料流量、熱風流量。物料控制質量參數：濃縮牛奶濃度。通過正交試驗，發現影響成品溶解性的關鍵參數排序為高壓泵壓強＞進風溫度＞濃縮牛奶濃度[13]。噴霧干燥最佳工藝條件：高壓泵壓力17MPa，進風溫度185℃，濃縮牛奶濃度16。Be。

噴霧干燥的進風溫度過低，容易出現顆粒團聚。提高進風溫度，可加快液體干燥速度，減少顆粒團聚，提高生產效率。但溫度過高會導致熱敏性物質如維生素的損耗。進風溫度180℃左右時，能快速烘干水分，提高產品產率，出風溫度為80℃時，控制產品水分含量小于5%。

近期研究也發現，噴霧干燥的物料流量和熱風流量會影響成品乳粉的溶解時間，因為物料流量和熱風流量決定了成品空泡的大小、數量和最終乳粉中的水分含量。通過響應面分析，確定了噴霧干燥工藝參數為進口溫度130℃，物料流量729mL/h，熱風流量0.48m3/min時，乳粉的溶解時間為21s[12]。采用噴霧干燥工藝，維生素會發生熱損失，脂溶性維生素A、D、E損失5%～10%，水溶性維生素C、B1、B2損失10%左右[13]。

噴霧干燥過程中物料流量和熱風量與干燥速度相關。研究發現，快速去除水分也會導致脂肪向表面遷移。隨著乳糖結晶的進行，會導致表面游離脂肪的增加，進而導致溶解度降低和異味的產生。篩選合適的工藝參數對成品溶解性有影響。

濃縮牛奶黏度是噴霧干燥工藝的限制因素；高于臨界限值時，霧化過程中濃縮物的黏度會產生過大的液滴，無法有效干燥。建議黏度為60～100mPa·s，以實現高效霧化。物料的水溶液黏度比較：濃縮牛奶蛋白＞水解乳清蛋白＞部分水解乳清蛋白＞濃縮乳清蛋白[14]。

1.3 工藝的適用性和工藝比較

1.3.1 適用不同原料

干法工藝的所有原料是固體；濕法工藝的原料是液態乳，固體維生素、固體礦物質等。

1.3.2 適用不同設備

干法工藝主要設備是混合機、粉末灌裝機；濕法工藝主要設備是均質機、噴霧干燥、顆粒灌裝機等設備。

1.3.3 優劣勢分析

干法設備加工周期短，設備參數固定，操作簡單，耗能低。濕法工藝加工周期長，設備參數需要依據液態乳比重、黏度和實際加工情況進行調整，耗能高[8]。干法工藝的優勢是維生素損失少，劣勢是產品沖調后掛壁，維生素和礦物質混合均勻度差[15]。濕法工藝的優勢是產品溶解后掛壁少，維生素和礦物質混合均勻好，劣勢是維生素損失大[16]。

1.4 工藝質量的控制

1.4.1 抽樣選取依據

依據美國食品藥品監督管理局（FDA）規范，混合取樣應具有代表性，對于容器旋轉性混合設備如三維混合機，V型混合機，至少取10個點；不均勻的，容器固定的混合設備，如槽式混合機，至少取20個點，取樣點至少包括出樣口，容器死角處。每個取樣點取3個點。所有結果CV值＜5.00%。所有檢測值應在平均結果的±10.00%以內。《JB 20010中華人民共和國制藥機械行業標準三維混合機》規定混合均勻度的取樣原則是應在容器內部上中下分別取樣，分別取3個樣品，一共9個樣品。

1.4.2 工藝質量控制指標

工藝質量控制指標篩選依據：1）具有代表性的指標，如高溫不穩定的維生素B1、維生素B6；易氧化的DHA、EPA等，見光易分解的維生素D[17]。2）指標的檢測方法能精確的體現工藝質量，檢測方法準確度高，重現性范圍窄，誤差小，優選高效液相色譜法、原子吸收光譜法。

工藝質量有時也要考慮半成品物料的粒度。半成品物料的粒度與成品的溶解速度和均勻度有相關性。乳粉粒度控制在0.25～0.45μm為適宜，粒度太小容易吸潮；太大會導致成品溶解速度慢。顆粒度是100～200μm，即以ARA計，100～160目嬰幼兒乳粉的均勻度C V值=3.65%；小于60目的幼兒乳粉的均勻度CV值=15.85%；60～100目，嬰幼兒乳粉的均勻度CV值=7.65%。粒度對均勻度有影響，細粉和過粗粉均勻度都差[8]。

1.4.3 工藝質量的評價

通常采用混合均勻度CV評價工藝質量，CV值受以下因素影響：比重差異（比重較輕的復配維生素、比重較重的復配礦物質互相分布不均），配方配比差異（DHA、膳食纖維原料占配方的比例小，混合工藝不能滿足在配方中分布均勻）

1.5 粉體輸送方式

輸送設備采用真空抽料機或傳送帶上料機。嬰配粉含易氧化維生素和不飽和脂肪酸，因此，應采用封閉輸送方式，盡量隔離光照和空氣。傳送帶上料機依靠摩擦力輸送，物料在密封管道內，通過傳送帶輸送，無外加壓力，對于物料本身物理和化學性質改變小。真空抽料機，通過真空度，高壓使物料移動，物料間隙變小，容易出現成團聚集現象，改變物料溶解性。10m/s空氣速度輸送空氣速度輸送的粉末的團聚體大部分完好無損，僅觀察到少量破碎的粉末顆粒。以20m/s、30m/s的空氣速度輸送后，凝聚體的表面上有更多較大的裂縫和孔洞[18]。

2 包裝

根據包裝材料不同，選擇不同的包裝機器。嬰配粉多采用馬口鐵罐、復合塑料罐、復合塑料包裝袋、復合鋁箔袋。復合塑料袋、復合鋁箔袋多采用三邊封粉末包裝機，鐵罐或復合塑料罐多采用氣動包裝機。

2.1 包裝材料的篩選

馬口鐵罐為非滲透性包裝材料，金屬材質對空氣，光線、水分隔絕效果優于塑料。馬口鐵罐抗摔打，抗擠壓性，但由于其成本高，多用于高品質嬰配粉。復合塑料袋和復合塑料包裝由于自身材質原因，透氣透水透光性相對較差。單獨使用塑料材料，大多選擇3層或6層復合塑料材質，價格低廉，但性能一般。嬰配粉大多采用復合鋁箔膜袋。復合鋁箔袋是金屬鋁與塑料材料的復合袋。復合鋁箔袋兼具金屬包材的特點，隔熱隔濕隔氣，鋁箔比馬口純鐵罐貴重金屬材料用量少，成本與塑料材質相比略高，且品質優。

2.2 充氮包裝

空氣中包含一定的水分、氧氣。嬰配粉易與包裝袋內的氧氣發生氧化反應，吸收空氣水粉，發生結塊現象。為了減少或避免上述情況發生，很多嬰配粉生產企業采用充氮包裝。充氮包裝采用自動包裝機，通常會在復合膜袋或鐵罐中抽真空，注入性能較穩定的氣體，如氮氣和二氧化碳，去除空氣，減慢營養素與氧氣反應而發生衰減，抑制脂肪發生氧化，避免憋罐、憋袋的發生，確保嬰配粉在產品保質期內營養成分穩定，損耗小[19]。

充氮包裝相比普通包裝可以提升益生菌的活菌數。其原因是充入氮氣后，物料的水分沒有改變，但活度降低，有利于益生菌的生長。

對自動充氮前后乳粉物理變化的研究表明，充氮包裝后，包裝袋內壓強增大，則物料疏松堆密度和振實密度提升，包裝內壓強增加，物料聚集，造成細粉減少、粒度增大，產品溶解變慢[20]。

2.3 貯存條件的影響

嬰配粉在11%和23%的相對濕度下，溫度22℃保持穩定6個月，吸濕增重5%～7%。在54%相對濕度下，22℃條件下儲存，增加了吸濕性，吸濕增重大于5%。在54%相對濕度下，40℃吸濕增重＜4%。儲存溫度相對低，誘導乳糖結晶，增加了嬰配粉的表面脂肪結塊，降低了溶解度[21,22]。

3 小結

本文對嬰配粉干法和濕法生產工藝進行對比和分析，干法工藝得率高，熱敏性物質損耗小；濕法能源消耗大，熱敏性物質損耗大。考慮性能和價格，嬰配粉的多采用鋁塑復合膜，貯存條件的溫濕度對嬰配粉質量產生影響。