一款改善睡眠奶粉的工藝研究

◎ 宮建輝

（北京姿美堂生物技術有限公司研發中心，北京 100144)

我國睡眠研究會調查問卷統計顯示，高達38.2%的中國城市居民存在著不同程度的失眠。根據中國睡眠研究會《2016中國中產階層睡眠指數白皮書》披露，睡眠不佳對人們身心健康造成不同程度的傷害，被調查人群中有失眠癥狀的比例達46.58%，其中4.79%的人群需要長期服用安眠藥才能入睡[1]。γ-氨基丁酸（Gamma-Aminobutyric Acid，GABA）是一種廣泛分布于動、植物體內的小分子量非蛋白質氨基酸，是一種重要的中樞神經系統抑制性神經遞質。李科等[2]研究了外源攝入GABA通過腸-腦軸、腦組織透性及其體內代謝物在改善睡眠方面的作用機制，論證了GABA可以改善睡眠。茶氨酸是茶葉中的一種主要氨基酸，占茶葉游離氨基酸的50%~60%，占茶葉干重的1%~2%[3]。茶氨酸是茶葉的呈味物質，是谷氨酸的衍生物。日本學者發現，茶氨酸能迅速透過血腦屏障進入腦內，并直接參與腦內神經傳遞質的合成，并能自動轉化成GABA（γ-氨基丁酸），后者是一種對人體來說非常重要的神經傳遞質[4]。茶氨酸小鼠灌胃實驗發現，茶氨酸能有效延長戊巴比妥鈉催眠條件下小鼠的睡眠時間，提高小鼠的入睡率及有效縮短睡眠潛伏期，具有改善睡眠的功能[5]。酪蛋白水解物能提高受試者睡眠質量指數總分，特別是提高治療2周后睡眠質量，治療4周后減少睡眠潛伏期和日間功能障礙[6]。隨著社會壓力的增大，越來越多人有睡眠障礙，本研究以γ-氨基丁酸、茶葉茶氨酸、酪蛋白酶解物為主要原料，采用過篩、混合現代工藝，對配方進行優化，研制一款具有改善睡眠作用的奶粉，為功能奶粉食品的開發提供思路。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

γ-氨基丁酸，遼寧天華生物藥業；茶葉茶氨酸，陜西艾特生物；酪蛋白酶解物，廣東化肽生物；三氯蔗糖、全脂奶粉、牛奶香精，均為食品級；L-茶氨酸，上海源葉生物科技有限公司；4-氨基丁酸，中國食品藥品檢定研究院；三氟乙酸、硼酸、氫氧化鈉、鄰苯二甲醛、巰基乙醇、乙酸鈉三水合物、三乙胺、冰醋酸、四氫呋喃和濃硫酸，均為分析純；甲醇、乙腈，均為色譜級。

1.2 儀器與設備

高效液相色譜儀、電子天平、藥物穩定性檢查儀、休止角測定儀、標準篩、V型混合機、電子水分測定儀、電熱鼓風恒溫干燥箱。

1.3 實驗方法

1.3.1 工藝流程

目標工藝流程為：過篩→稱量→混合→分裝→外包裝。

1.3.2 工藝參數考察方法

（1）物料物理性質考察。①休止角的測定：采用固定圓錐底法，取底盤半徑（r）為5.5 cm的培養皿，將物料固定于培養皿中心點上面的漏斗中，物料從漏斗中流出，直至物料堆積至從培養皿上緣流出、圓錐體高度不再增加為止，測出圓錐體的頂點到平皿上緣的高（H），重復測定3次[7-8]。休止角計算公式為②松密度的測定。將適量物料（質量為Mb）通過短頸漏斗緩慢沿漏斗壁倒入100 mL量筒中，使量筒中物料表面鋪平，不得振蕩，讀出其體積（Vb），則松密度（堆密度）計算公式為③振實密度的測定。將裝有物料的量筒，以一定振幅振動300次，記錄振實后的體積（Vbt），振實密度。④壓縮度的測定。根據松密度（ρb）以及振實密度（ρbt）計算壓縮度，計算公式為

（2）吸濕率。參考《中華人民共和國藥典》（2020年 版）四部[9]“藥物引濕性試驗指導原則”。

（3）相對臨界濕度考察。參考中藥藥劑學，依次準確量取46.59 mL、61.51 mL、73.06 mL、83.16 mL、 92.67 mL、102.12 mL及112.26 mL濃 硫 酸，配 制 200 mL濃度依次為22.83%、30.14%、35.80%、40.75%、 45.41%、50.04%及55.01%的硫酸溶液，對應的相對濕度（Relative Humidity，RH）為85%、75%、65%、55%、45%、35%及25%，將硫酸溶液依次倒入干燥器中，放入25 ℃的恒溫箱內平衡24 h。

將干燥恒重的稱量瓶編號，分別置于上述濕度梯度的干燥器內平衡12 h以上。稱取物料，平鋪于已平衡的稱量瓶中（厚度約為2 mm），吸濕至恒重后 （7 d）取出稱重，并記錄外觀變化，計算吸濕百分率，平行做3份。以吸濕率為縱坐標，相對濕度為橫坐標，繪制相對濕度曲線。曲線拐點處的切線與X坐標軸的交點對應的相對濕度即為物料相對臨界濕度。吸濕百分率=（吸濕后質量-吸濕前質量）/吸濕前質量×100%。

（4）原料影響因素試驗。參考《中華人民共和國藥典》（2020年版）四部“原料藥物與制劑穩定性試驗指導原則”項下進行。

（5）混合均勻度測定。分別從混合物料中按照五點取樣法取樣檢測茶氨酸的含量，以茶氨酸含量的RSD值為指標優選混合時間。

（6）重點指標測定。茶氨酸的測定按照《保健食品理化及衛生學指標檢測與評價技術指導原則（2020年版）》中保健食品中茶氨酸的測定方法進行。γ-氨基丁酸的測定按照《γ-氨基丁酸》（QB/T 4587—2013）規定的方法進行測定。水分測定按照《食品安全國家標準 食品中水分的測定》（GB 5009.3—2016）的方法進行。灰分測定按照《食品安全國家標準 食品中灰分的測定》（GB 5009.4—2016）方法進行。

1.3.3 感官評價

按照擬定試驗用量稱取全脂奶粉、三氯蔗糖、牛奶香精混合，本品每袋擬加溫開水200 mL，攪拌，從口感、香氣2個方面進行評分。

2 實驗結果

2.1 混合原料的流動性、堆密度及吸濕性考察

γ-氨基丁酸、茶葉茶氨酸、酪蛋白酶解物按固定配比稱取，混合均勻，按1.3.3項下方法對其流動性及吸濕性進行考察。結果見表1。由表1可知，混合原料的平均休止角為40.0°，平均壓縮度為24.6%，表明混合原料的流動性略差（休止角小于40°，壓縮度小于20%，物料流動性較好，能滿足工業化生產，壓縮度增大時流動性下降，當壓縮度值達到40%~50%時粉體很難從容器中自動流出[10]）。混合原料平均吸濕率為22.39%，表明混合原料極具吸濕性。

表1 混合原料的流動性及吸濕性考察結果表

2.2 混合原料相對臨界濕度考察

按1.3.2項下方法，進行混合原料相對臨界濕度考察，結果見圖1。曲線拐點處的切線與X坐標軸的交點對應的相對濕度即為物料相對臨界濕度。由圖可知，混合原料的相對臨界濕度為73.14%，相對臨界濕度較大，因此需要適當增加輔料。

2.3 產品口感優化

γ-氨基丁酸、茶葉茶氨酸、酪蛋白酶解物按固定配比稱取，混合均勻，進行口感嘗試。結果：直接吞服，有不良苦味且苦味持續時間久；用200 mL溫開水沖泡飲用，味苦，口感不適，有不適氣味。因此，選用三氯蔗糖作為甜味劑、同時添加牛奶香精調節滋氣味。為確定最佳配方，按照擬定試驗用量稱取全脂奶粉、三氯蔗糖、牛奶香精混合，本品每袋擬加溫開水200 mL，攪拌，從口感、香氣2個方面進行評分，評分細則見表2，結果見表3[11]。結果表明，通過 10人評定小組給出評分，試驗5評分最高，說明試驗5配方最優，確定全脂奶粉、牛奶香精、三氯蔗糖的添加量分別為93.76%、3.0%、0.030%。

表2 沖調后風味評分標準表

表3 試驗結果表

2.4 原輔料過篩考察

根據物料過篩難易程度，分別對γ-氨基丁酸、茶葉茶氨酸、酪蛋白酶解物、全脂奶粉、牛奶香精和三氯蔗糖進行過篩考察，結果見表4。試驗結果表明，γ-氨基丁酸、茶葉茶氨酸、酪蛋白酶解物、全脂奶粉、牛奶香精和三氯蔗糖均易通過60目篩。故最終選擇過60目篩。

表4 物料過篩目數考察結果表

2.5 物料混合考察

按照5 kg稱取已過篩的原輔料，將三氯蔗糖、茶葉茶氨酸按照等量遞增方式混合，每次3 min，得混合粉1；混合粉1、γ-氨基丁酸、酪蛋白酶解物、牛奶香精和全脂奶粉混合（轉速16 r·min-1），分別在混合20 min、30 min、40 min時，停止混合，按照五點取樣法，分別在樣品的左上、右上、中間、左下和右下5個部位進行取樣，測定茶氨酸含量，以茶氨酸含量優化混合時間。試驗結果見表5。結果表明，混合粉 1與γ-氨基丁酸、酪蛋白酶解物、牛奶香精和全脂奶粉混合40 min時茶氨酸含量的RSD值＜5%，故本品擬定混合40 min。

表5 物料混合均勻度考察結果表

2.6 混合粉相對臨界濕度

取總混粉，按“1.3.2”項下方法，進行總混粉相對臨界濕度考察，結果見圖2。按照“1.3.2”項下的方法，計算該總混合粉的相對臨界濕度為60.14%，故生產時應控制車間相對濕度在60%以下。

2.7 混合粉的流動性、堆密度考察

取混合均勻的混合原料，按“1.3.2”項下方法對其流動性進行考察。結果見表6。結果可知，總混粉流動性良好，由此可見，三氯蔗糖、牛奶香精的加入也改變了產品的流動性。

表6 混合原料的流動性及吸濕性考察結果表

2.8 分裝實驗

取上述混合時間項下的總混合粉，使用全自動粉末包裝機分裝，25 g/袋，考察分裝情況，袋裝產品情況，測定裝量。試驗結果顯示設備正常運行，無密封不嚴、漏氣情況，裝量符合規定。試驗表明，混合粉分裝順利，可以滿足生產要求。

2.9 小試驗證

按產品配方及以上工藝進行1批小試驗證，批量5 kg，結果見表7。

表7 小試工藝驗證結果表

3 結論

結果表明，睡眠奶粉的全脂奶粉、三氯蔗糖、牛奶香精的最佳添加量為93.76%、3.0%、0.030%。最佳生產工藝如下。①γ-氨基丁酸、茶葉茶氨酸、酪蛋白酶解物、牛奶香精、三氯蔗糖分別過60目篩。②三氯蔗糖、茶葉茶氨酸按照等量遞增方式混合，每次3 min， 得混合粉1；混合粉1、γ-氨基丁酸、酪蛋白酶解物、牛奶香精和全脂奶粉混合30 min（16 r·min-1），得總混合粉。③生產過程中車間濕度控制在60%以下。按優選配方及工藝生產的睡眠奶粉穩定，水分、灰分、γ-氨基丁酸、茶氨酸含量穩定。可作為睡眠奶粉成熟的小試生產工藝，為后續大生產提供依據。