特殊醫學用途全營養配方食品的穩定性研究

王 溢,汪新潔,楊 波,蒲小春,方 芳,夏紹北,陳 林

(1.美廬生物科技股份有限公司技術研發中心,江西九江 332005; 2.九江市特醫食品工程技術研究中心,江西九江 332000)

特殊醫學用途配方食品(Food for Special Medical Purposes,FSMP)(簡稱特醫食品)是為了滿足進食受限、消化吸收障礙、代謝紊亂或特定疾病狀態人群對營養素或膳食的特殊需求,專門加工配制而成的配方食品[1]。其在改善病人營養狀況、促進病人康復、縮短住院時間、節省醫療費用等方面發揮著巨大的作用[2-7]。按照產品類型將其分為全營養配方食品、特定全營養配方食品及非全營養配方食品三類,由于全營養配方食品可在醫生或臨床營養師的指導下,單獨作為單一營養來源滿足目標人群的營養需求[8],因此其產品的營養充足性及穩定性顯得尤為重要。

國家標準GB 29922-2013《食品安全國家標準特殊醫學用途配方食品通則》[9]中要求全營養配方食品中必須含有13種維生素及12種礦物質,由于營養素的穩定性與加工工藝、包裝材質和儲藏條件等密切相關,其中任何一項的變化都會引起特醫食品相關營養素的穩定性。而由于我國自2016年7月開始實施《特殊醫學用途配方食品注冊管理辦法》后市場才有了特醫食品這一新的品類,導致特醫食品產業在我國發展較為滯后,行業及學界對特醫食品穩定性系統性的評價研究較少,華家才等[10]從影響因素試驗(高溫、高濕、光照)角度對特殊醫學用途嬰兒配方食品做了初步探索,但未見其對加速試驗及長期的貨架期穩定性進行評價,其它可供參考的相關研究多來自于嬰幼兒配方乳粉[11-14],而因特殊醫學用途全營養配方食品與嬰幼兒配方食品的基質不同,其參考價值有待考究。故本文從加速試驗、影響因素試驗(高溫、高濕)及貨架期的長期儲存角度出發,分析溫度、濕度和儲存時間對特殊醫學用途全營養配方食品中營養素的影響情況,為特殊醫學用途全營養配方食品產品配方研發、營養素設計及貨架期穩定性等提供一定的數據支撐和參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

愛優諾特殊醫學用途全營養配方食品(適用于10歲以上人群) 規格400克/聽,試驗樣品均為正常商業化生產條件下進行生產的產品,采用真空充氮馬口鐵罐包裝(殘氧量≤3.0%)。

101A-3電熱恒溫干燥箱 上海錦屏儀器儀表有限公司;BSA224S分析天平、Quintix125D-1CN分析天平 賽多利斯(上海)貿易有限公司;JY20002電子天平、JY5002電子天平 上海上天精密儀器有限公司;SHH-100SD-2二箱式藥品穩定性試驗箱 上海建恒儀器有限公司;MULTSKAN熱電酶標儀 賽默飛世爾科技(上海)有限公司;GC-2010plus氣相色譜儀、SPD-M20A高效液相色譜儀、UV-1800紫外可見分光光度計、AA-6880原子吸收分光光度計 日本島津公司;YXQ-LS-100SII立式壓力蒸汽滅菌器 上海博訊醫療生物儀器股份有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 加速試驗 將三批次樣品(未開封)置于恒溫恒濕培養箱中,在溫度(37±2) ℃,相對濕度RH 75%±5%條件下放置180 d,分別于0、30、60、90 d進行取樣,對感官、維生素A、維生素B2、煙酸、維生素C、鐵、鋅、水分進行檢測,在第0和第180 d進行全項目檢測(蛋白質、脂肪、碳水化合物、亞油酸、α-亞麻酸、維生素 A、維生素D、維生素E、維生素K1、維生素B1、維生素B2、維生素B6、維生素B12、煙酸、葉酸、泛酸、維生素C、生物素、鈉、鉀、銅、鎂、鐵、鋅、錳、鈣、磷、碘、氯、硒、?；撬?,以考察加速試驗條件對產品營養素的穩定性影響。

1.2.2 高溫試驗 將三批次樣品(未開封)置于恒溫恒濕培養箱中,在溫度60 ℃,相對濕度RH 60%±10%條件下放置10 d,分別于第5和10 d取樣,對感官、水分、蛋白質、脂肪、亞油酸、α-亞麻酸、維生素A、維生素E、維生素B2、維生素C、鐵、銅等指標進行檢測,如檢測指標發生明顯變化,則在溫度40 ℃條件下同法進行試驗,將各項指標與首次檢測進行對比,以考察溫度對產品的影響。

1.2.3 高濕試驗 將開封后的產品直接暴露于溫度25 ℃、RH 90%±5%的恒溫恒濕培養箱內,在培養皿上攤成≤10 mm厚的薄層開展試驗,放置10 d,分別于第1、5和10 d取樣,檢測樣品吸濕質量增加指標;若產品在1 d內吸濕質量增加5%以上,則在溫度25 ℃、相對濕度RH 75%±5%條件下同法進行試驗,檢測吸濕質量增加指標,若產品在1 d內吸濕質量增加5%以上,但尚未達到5或10 d試驗期,說明濕度對樣品(產品)影響明顯,高濕試驗停止[10]。對比將樣品(未開封)置于溫度25 ℃、相對濕度RH 90%±5%的恒溫恒濕箱內,分別于第5、10 d取樣,樣品檢測吸濕質量增加指標;若產品吸濕質量增加5%以上,則在溫度25 ℃、相對濕度RH75%±5%條件下同法進行試驗,以考察包裝材料對濕度的阻隔性。

1.2.4 長期試驗 將三批次樣品(未開封)置于溫度(25±2) ℃、相對濕度RH 60%±10%的恒溫恒濕培養箱中放置720 d。在第0、90、180、270、360、540、720 d對水分、脂肪、維生素A、維生素B2、煙酸、維生素C、鐵、鋅等指標進行檢測;在第0和720 d進行全項目檢測(同上),以考察產品營養素的貨架期穩定性。

1.3 檢測方法

采用GB 29922-2013《食品安全國家標準特殊醫學用途配方食品通則》[9]中對應的國家安全標準分析方法進行檢測分析,具體檢測方法如下表1所示。

表1 營養素的檢測方法及檢測精度Table 1 Detection method and accuracy of nutrients

1.4 計算方法

試驗結束后,檢測各樣品的營養素含量,采用平均衰減率計算各營養素的損失情況,公式如下:

平均衰減率(%)=(初始檢測值-試驗結束檢測值)/初始檢測值×100[11]

1.5 數據處理

使用Excel 2016及SPSS 19.0軟件進行數據處理和分析。所有理化指標進行三次平行測定,數據均以平均值±標準差的形式表示。

2 結果與討論

2.1 加速試驗結果

加速試驗是在高于長期貯存溫度和濕度條件下,考察產品的穩定性,可為產品偏離實際貯存條件是否依舊能保持質量穩定提供依據,并可初步預測產品在規定貯存條件下的長期穩定性。分別取第0、30、60、90 d加速試驗的樣品進行分析,其感官、維生素A、維生素B2、煙酸、維生素C、鐵、鋅、水分的評測結果見表2所示。

表2 加速試驗90 d后三批次樣品其感官及營養素衰減結果Table 2 Sensory and nutrient attenuation results of three batches of samples after 90 days of the accelerated test

由表2結果可知,隨著加速試驗的進行,產品感官未發生明顯變化,均為乳白色粉末。三批次樣品所檢測指標中水分含量未發生明顯變化,其他營養素含量則存在一定的衰減,其中維生素A衰減程度最高,平均衰減率為11.53%,但以上指標的檢測結果均符合GB 29922[9]的相關要求。

針對三批次樣品加速第0及第180 d進行了感官及全營養素的評測,其營養素平均衰減率檢測結果見表3所示。

表3 加速試驗180 d后三批次樣品其感官及營養素衰減結果Table 3 Sensory and nutrient attenuation results of three batches of samples after 180 days of the accelerated test

由表3可知,在加速180 d后,樣品中營養素的含量發生了不同程度的衰減,其中維生素C的衰減程度最高,平均衰減率為30.73%,其次是生物素(28.87%)、維生素A(26.57%)、維生素K1(22.83%)、維生素E(22.50%)、氯(21.97%)、泛酸(21.97%)、維生素D(20.87%)和碘(20.40%),其余營養成分則相對穩定。部分營養素平均衰減率為負值,可能是由于檢測精密度造成的偏差[10-11]所致。通過與GB 29922[9]中要求進行對比分析,營養素檢測值仍在GB 29922[9]要求的范圍內,產品質量符合國家標準要求。

2.2 高溫試驗結果

將產品分別在60及40 ℃條件下進行高溫試驗,其產品感官、水分及營養素衰減結果見表4所示。

表4 高溫試驗感官及營養素衰減結果Table 4 Sensory and nutrient attenuation results of high-temperature test

由表4可知,在60 ℃條件下,第5和第10 d產品的感官發生明顯變化,粉體及沖調液的顏色均變深,而在40 ℃條件下感官無明顯變化。特殊醫學用途全營養配方食品是由碳水化合物、蛋白質、脂肪等高分子物質組成,這些高分子物質是典型的非晶聚合物,在高溫過程中存在著玻璃化轉變現象。有研究顯示[15],當聚合物在較低溫度時,分子熱運動能量很低,聚合物在外力作用下只能發生很小的形變,表現出來的力學性質與玻璃相似,呈現出較為穩定的玻璃態。而隨著溫度升高到某一溫度時,聚合物整個分子鏈都可以運動,這時聚合物逐漸變成黏性流動的狀態,發生的形變不能恢復,逐漸玻璃化轉變而導致粉體抱團現象。另外,Karmas等[16]研究了溫度對非酶褐變反應速率的影響,結果表明,當溫度低于玻璃化轉變溫度時,反應速率很低;當溫度高于玻璃化轉變溫度時,非酶促反應速率隨溫差的增大而增加,這可能是導致全營養特醫食品在高溫顏色變深的原因。

全營養配方粉中強化了較豐富的營養素,在60 ℃高溫的條件下,蛋白質、脂肪、亞油酸、α-亞麻酸、維生素E、維生素B2、鐵、銅的含量未見明顯變化。脂溶性維生素A在60和40 ℃條件下衰減率在10%～20%之間,隨著溫度的提高,維生素A的衰減率更大,這些與其它學者研究一致[17]。顏景超等[18]在對維生素A酯類的熱降解動力學研究中表明,維生素A酯類的熱降解符合一級反應,維生素A醋酸酯和維生素A棕櫚酸酯降解反應的活化能分別為80.59和100.41 kJ/mol,隨著溫度的增加及時間的增長,維生素A的衰減率越高,這些研究均表明了維生素A對溫度及儲存時間的敏感性。

水溶性維生素C在60和40 ℃條件下衰減率在10%～35%之間。有研究顯示,溫度會對嬰幼兒奶粉中維生素C的含量影響顯著,60 ℃的條件1個月后維生素C僅為原維生素C含量的46.11%[19],劉奕博等[20]在研究維生素C在乳粉加工過程的熱降解動力過程中發現,在2 h,60～80 ℃條件下,維生素C損失在26.6%～52.6%之間,由此可見維生素C對溫度極其敏感。

2.3 高濕試驗結果

高濕試驗結果如表5所示,在25 ℃,RH 90%±5%條件下,將開封后的試驗樣品放置1 d吸濕質量增加為32.14%,遠遠超出5%;在25 ℃,RH 75%±5%條件下,放置1 d吸濕質量增加為12.45%,仍遠遠超過5%,說明濕度對樣品的影響比較大。而在聽罐(馬口鐵)包裝條件下,吸濕質量增加無明顯變化,說明聽罐(馬口鐵)的包裝材料具有較好的濕度阻隔性。

表5 高濕試驗吸濕增重變化Table 5 Changes of hygroscopic weight gain in high-humidity test

2.4 長期試驗結果

將三批次的樣品(未開封)置于溫度(25±2) ℃、濕度RH 60%±10%的恒溫恒濕箱中放置720 d。分別于第0、90、180、270、360、540 d對水分、脂肪、維生素A、維生素B2、煙酸、維生素C、鐵、鋅等進行檢測,其營養素變化見表6所示。從表6中可以看出,在540 d后樣品中脂肪、維生素A、維生素B2、煙酸、鋅的含量無明顯變化(考慮檢測精度),水分、維生素C、鐵的含量呈現明顯衰減趨勢,其中維生素C的衰減程度最高(10.68%)。

表6 長期試驗540 d后三批次樣品營養素衰減結果Table 6 Nutrient attenuation results of three batches of samples after 540 days of long-term test

將三批次試驗樣品置于溫度(25±2) ℃、濕度RH 60%±10%的恒溫恒濕箱中放置720 d,分別于第0和第720 d對GB 29922[9]中要求的蛋白質、脂肪、亞油酸、α-亞麻酸及13種維生素和12種礦物質進行測定,其營養素變化見表7所示。考慮營養素的檢測精密度在10%左右[10-11],絕大多數營養素的衰減及變化均較為穩定,通過與GB 29922[9]進行對比分析,產品在保質期結束時亦符合產品標準要求,而維生素A(32.95%)、維生素B1(24.32%)、泛酸(22.19%)、維生素C(21.69%)的衰減率均超過20%。維生素A是大多數生命形式不可缺少的重要物質,其在維持視覺健康和上皮細胞完整、參與生長生殖及維持免疫系統的完整性等方面發揮著重要作用[21]。維生素B1又稱抗神經炎素或硫胺素,能促進糖的分解代謝,供給神經系統活動所需的能量,維持神經的正常傳導功能[22]。泛酸又名遍多酸、雞抗皮炎因子,在體內主要以輔酶形式參與糖、脂質、蛋白質代謝,能夠保護細胞質膜不受損害,促進磷脂合成幫助細胞修復,具有抗脂質過氧化的作用[23]。維生素C又名抗壞血酸,其主要參與膠原蛋白及結締組織的合成,從而支持血管、肌腱、骨組織的成長[24],作為一種高效抗氧化劑,它可以清除生長代謝產生的活性氧基團及一些自由基,保護細胞免遭氧化損害[25]。因此為保證全營養特醫產品的營養充足性,在全營養特醫食品研發時可適當增加衰減程度較高的營養素的強化量,也可根據不同工藝選擇微膠囊化包埋效果好的維生素A及維生素C,從而提高其穩定性。

表7 長期試驗720 d后三批次樣品營養素衰減結果Table 7 Nutrient attenuation results of three batches of samples after 720 days of long-term test

3 結論

穩定性試驗結果表明,在溫度(37±2) ℃,相對濕度RH 75%±5%將產品放置180 d的加速試驗條件下,維生素A、維生素D、維生素C、維生素E、維生素K1、生物素、泛酸、氯、碘衰減率均超過了20%,其余營養成分則相對穩定。在溫度60和40 ℃,相對濕度RH 60%±10%條件下進行10 d產品高溫試驗,維生素C的衰減程度最高,衰減率分別為30.83%和19.48%。在(25±2) ℃、濕度RH 60%±10%的常溫條件下將產品長期儲藏至720 d,維生素A、維生素B1、泛酸、維生素C的衰減率均超過20%以上,其它營養素的衰減及變化均較為穩定。因此,為保證全營養特醫產品的營養充足性,在全營養特醫食品研發時,對容易衰減的營養素需要結合產品的含量設計、營養素化合物來源、生產工藝及包裝材料等環節上進行綜合評估,以此來提高產品穩定性。

濕度對特殊醫學用途全營養配方粉的影響非常明顯,建議在產品設計時選擇對濕度阻隔性好的包材,并在開包裝后將產品貯藏于陰涼干燥處,盡量縮短產品的食用周期。