包裝殘氧量對幼兒配方乳粉品質的影響

周夢瑤，程莎莎，田 芳，魯杏茹，梁雅琪，朱振宇，賈 蕾，張 微，滿朝新,*，姜毓君

（1.東北農業大學食品學院，乳品科學教育部重點實驗室，黑龍江 哈爾濱 150030；2.雅培營養品上海研發中心，上海 200233）

嬰幼兒配方乳粉是液態奶經過一系列加工生產的粉狀食品，主要成分是蛋白質、脂肪、碳水化合物、維生素、礦物質以及其他微量營養素[1]。嬰幼兒配方乳粉的品質主要體現在其營養價值方面，但風味也是限制乳制品成分應用和保質期的關鍵因素之一[2]。在貯藏期間，嬰幼兒配方乳粉的營養特性尤其是維生素的變化不容忽視。維生素極其敏感并且穩定性差，易受光照、氧氣等其他因素的影響，分析貯藏期間包裝內氧氣含量對嬰兒配方乳粉維生素的穩定性對于乳粉質量的把控具有重要的實際意義。在嬰幼兒配方奶粉中添加長鏈多不飽和脂肪酸是一個新的方向，但由于嬰幼兒配方奶粉含有大量不飽和脂肪酸，容易發生脂質氧化[3]。添加不飽和脂肪酸雖然可以提高奶粉的營養價值，但這也為脂肪氧化提供了更有利條件，導致奶粉的不穩定性增加[4]。

產品的貯藏穩定性主要取決于包裝，并隨包裝方式的不同而變化[5]。包裝可以避免食品受外界因素影響，防止營養物質流失，有助于延長乳制品的保質期，保持食品性能穩定[6-7]。嬰幼兒配方乳粉在貯藏期間會出現結塊，維生素等敏感營養成分含量衰減以及不良風味增加等變化，乳粉頂空氣體的組成對其穩定性具有重要的影響[8]。乳粉易發生氧化變質，An等[9]為了保證嬰幼兒配方奶粉的質量，揭示了氧氣屏障的需求與食品性質和保質期之間的交互關系。Chudy等[10]研究了真空貯藏對乳粉氧化及感官等特性的影響，發現真空包裝的乳粉也會發生物理和化學變化，但乳粉在貯藏前期仍保持良好的感官屬性。戴智勇等[11]發現選擇的惰性氣體不同對其衰減率的影響沒有明顯區別，在充入惰性氣體條件下，包裝內氧氣含量極低，不易發生理化反應。乳粉包裝內氣體的種類以及含量影響乳粉貯藏過程中的穩定性。充氮包裝的方式可以減少包裝內氧氣含量，降低產品脂肪氧化的速度[12]。因此，在貯藏過程中，嬰幼兒配方乳粉包裝內的氧氣含量對乳粉的貯藏穩定性有著至關重要的作用。

《嬰幼兒配方乳粉生產許可審查細則（2013版）》[13]要求包裝要在特定貯藏和使用條件下不影響嬰幼兒配方乳粉的安全和產品特性，GB 10765—2010《嬰兒配方食品》中規定可以使用食品級或純度不小于99.9%的二氧化碳和（或）氮氣作為包裝介質[14]。因為奶粉易氧化的特性，所以其包裝多采用高阻隔的氣調包裝，常在包裝內填充氮氣或二氧化碳等氣體。當氧氣含量較低時，食品和細菌均處于冬眠狀態，可有效延長食品的保質期。因此，生產嬰幼兒配方乳粉的企業對產品有一項殘氧量的內控標準，通常在3%左右。

本研究選擇3 段幼兒配方乳粉（適合12～36個月的嬰幼兒）為實驗樣品，設置4個不同殘氧量的樣品（0.2%、2%、3%、5%，V/V）。將包裝內不同殘氧量的乳粉樣品在相同條件下貯藏，研究其主要營養物質（VA、VE、VC、葉黃素）、揮發性油脂氧化產物及感官特性（味覺、氣味、顏色）的變化，為嬰幼兒配方乳粉產品的包裝條件提供一定依據，對于提升產品品質具有重要的現實意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

3 段幼兒配方乳粉、預制袋4 層包裝膜（膜材結構：12 μm聚對苯二甲酸乙二醇酯/9 μm Al/15 μm聚酰胺/75 μm聚乙烯；尺寸：300 mm×200 mm） 雅培貿易有限公司。

抗壞血酸、α-生育酚、己醛、戊醛、丙醛標準品、鄰苯二胺、粉狀活性炭、2,6-二叔丁基對甲酚（2,6-ditert-butyl-4-methylphenol，BHT）、環己烷 上海阿拉丁生化科技股份有限公司；視黃醇、葉黃素標準品成都德思特生物技術有限公司；偏磷酸、三水乙酸鈉生工生物工程（上海）股份有限公司；乙酸、石油醚（沸點30～60 ℃）、無水乙醇、濃鹽酸（11.9 mol/L）、無水乙醚、乙酸丁酯 天津市富宇精細化工有限公司；硼酸、氫氧化鉀 天津市天大化學試劑廠；甲醇（色譜級）、正己烷 天津星馬克科技發展有限公司。

1.2 儀器與設備

ZQPL-200恒溫培養箱 天津市萊玻特瑞儀器設備有限公司；恒溫攪拌型水浴鍋 江蘇金壇區西城新瑞儀器廠；F-7100熒光分光光度計 日本日立公司；1260II Prime高效液相色譜儀、7890B氣相色譜儀 美國安捷倫科技公司；DM6電子鼻、SA402B電子舌 日本Insent公司；ZE6000色差計 日本電色工業株式會社；渦旋振蕩器 美國Scientific Industries公司；高速離心機賽默飛世爾科技（中國）有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品制備及貯藏

使用預制袋4 層包裝膜包裝3 段幼兒配方乳粉，使用充氮包裝機和氧氣混配儀制備包裝內不同殘氧量的乳粉樣品（氧氣體積分數為0.2%、2%、3%、5%）。按照商業生產標準，乳粉樣品的營養成分符合GB 10767—2010《較大嬰兒和幼兒配方食品》[15]的要求。

按照《特殊醫學用途配方食品穩定性研究要求（試行）》[16]中加速實驗的方法，將包裝內不同殘氧量的乳粉樣品于37 ℃、相對濕度75%加速條件下貯藏，分別于第0、4、8、12、16、20、24周取樣，進行相應指標的測定。

1.3.2 VC含量的測定

參考GB 5413.18—2010《嬰幼兒食品和乳品中維生素C的測定》[17]的方法。

1.3.3 VA及VE含量的測定

參考GB 5009.82—2016《食品中維生素A、D、E的測定》[18]中的反相高效液相色譜法。

1.3.4 葉黃素含量的測定

參考GB 5009.248—2016《食品中葉黃素的測定》[19]的方法并略有改動。提取葉黃素時加入0.3 g BHT，提取后使用1.0 g/L BHT乙醇溶液溶解殘渣并定容至10 mL。

1.3.5 氣相色譜儀測定揮發性油脂氧化產物

參考趙春燕[20]的方法并略有改動。使用己醛、戊醛以及丙醛標準品配制成不同質量濃度（己醛、戊醛質量濃度梯度為0.25、2.5、5、10、50 μg/mL；丙醛質量濃度梯度為250、500、750、1 000、1 500 μg/mL）的混合標準溶液，使用外標法上機測定，得到標準曲線。取（1.00±0.01）g乳粉樣品于頂空瓶中，加入4 mL水復溶，密封后搖晃均勻，上機測定其己醛、戊醛、丙醛含量。

頂空條件：平衡溫度80 ℃；平衡時間30 min；傳輸線溫度130 ℃；進樣時間0.05 min。

氣相色譜條件：HP-5毛細管色譜柱（30 m×0.32 mm；0.25 μm）；氫焰離子化檢測器；升溫程序：起始溫度40 ℃，保持5 min，以10 ℃/min升至180 ℃，保持5 min；進樣口溫度200 ℃；檢測器溫度250 ℃；載氣為氮氣，流量1.5 mL/min；氫氣流量47 mL/min；空氣流量400 mL/min；分流比1∶1。

1.3.6 電子鼻測定氣味

測定前清洗傳感器，清洗時間60 s。稱取（5.00±0.01）g乳粉樣品于頂空進樣瓶中，將一次性無菌針頭插入進樣瓶（雙手不能握住進樣瓶），針頭盡可能接近乳粉表面（不能接觸）進行測定，檢測時間60 s。

1.3.7 電子舌測定味覺

測定前使用緩沖液浸泡電子舌探頭24 h，每次測定前清洗傳感器探頭。稱取（2.50±0.01）g乳粉樣品于錐形瓶中，加入50 mL溫水，攪拌后倒入樣品杯中進行測定[21]。

1.3.8 色差計測定顏色

測定前先進行儀器校正。稱取（2.00±0.01）g乳粉樣品于樣品皿中，用樣品勺將樣品平鋪均勻，測定樣品的色度值——明度（L*）、紅/綠值（a*）、藍/黃值（b*）。b*值由負值變為正值時，代表樣品顏色由藍色變為黃色[22]。由于乳粉樣品的顏色變化主要為黃色以及樣品在貯藏期間顏色會由黃色向棕色轉變[23]。因此，通過b*值的變化觀察包裝殘氧量對乳粉顏色的影響。

1.4 數據處理

2 結果與分析

2.1 不同殘氧量包裝幼兒配方乳粉貯藏過程中的營養素變化

2.1.1 VC的穩定性分析

嬰幼兒一般從母乳或/和嬰幼兒配方乳粉獲得VC[24]。VC對外界因素高度敏感，是引起許多食品發生變化的關鍵指標之一[25]。如圖1所示，在37 ℃恒溫培養箱內貯藏至第24周時，4種不同殘氧量包裝的幼兒配方乳粉中VC含量較第0周都出現了明顯下降；包裝殘氧量為0.2%、2%、3%、5%的乳粉中VC含量分別下降了21.01%、23.97%、25.90%、29.64%。在貯藏期間隨著殘氧量的增加，VC含量整體下降越明顯。貯藏16 周后，包裝殘氧量為0.2%與2%、3%、5%的乳粉中VC含量都差異顯著（P＜0.05），且包裝殘氧量5%的乳粉中VC含量下降率最高。

結果表明，包裝殘氧量對乳粉中VC含量有一定影響。殘氧量5%的包裝對乳粉中VC穩定性影響最大，其次是殘氧量為3%和2%的包裝。這可能是由于乳粉包裝內氧氣含量高，VC在有氧環境中不穩定，暴露在氧氣環境下易發生氧化而衰減[26]，導致最高殘氧量包裝的乳粉在貯藏結束時VC含量最低，這與Oey等[27]發現抗壞血酸穩定性與氧氣有關的研究結論一致。

圖1 不同殘氧量包裝乳粉貯藏期間VC的變化Fig. 1 Changes in VC content in packaged milk powder with different residual oxygen levels during storage

2.1.2 VA及VE的穩定性分析

為了維持視覺、免疫和認知等正常發育，嬰兒必須攝入足夠的VA[28]。VE在調節基因表達、細胞信號傳導和其他代謝過程中發揮重要作用[29]。如圖2所示，隨著貯藏時間的延長，包裝殘氧量為3%和5%的幼兒配方乳粉中VA含量逐漸下降。貯藏第24周，包裝殘氧量為0.2%、2%、3%、5%的乳粉中VA含量較第0周分別下降了9.06%、9.70%、7.1%、12.94%，VE含量分別下降了15.60%、32.06%、33.86%、39.51%（圖3）；其中，包裝殘氧量為0.2%的乳粉在貯藏期間與其他殘氧量相比VA及VE含量變化較小。

由圖2可知，貯藏第24周時，包裝殘氧量為2%和3%的乳粉之間VA含量無顯著差異（P＞0.05），包裝殘氧量為5%的乳粉中VA含量與其他包裝殘氧量的乳粉相比衰減顯著（P＜0.05）。雖然VA及其衍生物的化學性質活潑，極易發生氧化，但也可以阻止機體內脂質過氧化反應的發生，發揮良好的抗氧化功能[30]。由圖3可知，貯藏第24周時，VE含量的下降率也隨著包裝殘氧量的增加逐漸升高。這可能是由于VE本身不穩定，已在有氧環境中發生氧化，同時，VE也有抗氧化的作用[31]。貯藏前20 周所有殘氧量的包裝內乳粉中VE含量整體變化不大，第20周時各包裝的乳粉中VE含量與貯藏第0周相比分別下降了7.73%、8.93%、16.91%、16.80%，尤其是殘氧量為0.2%和2%的包裝乳粉中VE含量與第0周相比無明顯差異。但在貯藏第24周時，包裝殘氧量為2%、3%、5%的乳粉中VE含量發生了明顯變化，尤其是包裝殘氧量5%的乳粉中VE含量下降最明顯。在貯藏第24周包裝殘氧量為2%的乳粉中VE含量發生急速衰減的原因還有待研究。綜上所述，包裝氧氣含量較低的條件下，VA以及VE的穩定性更好。與其他研究結果相比[32]，本研究的VA以及VE含量下降更明顯，這可能是由于貯藏溫度較高而引起。貯藏溫度也是影響脂溶性維生素穩定性的重要因素，一般貯藏溫度越高，配方乳粉中脂溶性維生素的穩定性越差[32]。

圖2 不同殘氧量包裝乳粉在貯藏期間VA的變化Fig. 2 Changes in VA content in packaged milk powder with different residual oxygen levels during storage

圖3 不同殘氧量包裝乳粉在貯藏期間VE的變化Fig. 3 Changes in VE content in packaged milk powder with different residual oxygen levels during storage

2.1.3 葉黃素的穩定性分析

葉黃素是存在于嬰幼兒大腦中主要的類胡蘿卜素，并且其作為黃斑區的主要色素可以保護視神經抵抗藍光和氧化的損害，有利于嬰幼兒眼睛的良好發育[33]。如圖4所示，在貯藏期間，4種不同殘氧量的包裝內幼兒配方乳粉中葉黃素含量都隨著貯藏時間的延長整體逐漸下降。貯藏第24周時，包裝殘氧量為0.2%、2%、3%、5%的乳粉中葉黃素含量較貯藏第0周分別下降了25.19%、27.82%、29.84%、34.58%，相對于貯藏前其含量都發生了明顯變化；包裝殘氧量為5%的乳粉中葉黃素含量下降最多，其次是3%和2%，而包裝殘氧量0.2%的乳粉下降率最低，由此說明包裝內的氧氣體積分數對幼兒配方乳粉中的葉黃素含量有一定影響。魏哲文等[34]對嬰幼兒配方乳粉中葉黃素穩定性進行了研究，發現貯藏期間馬口鐵乳粉罐對葉黃素保持效果最好，其次是鋁箔復合軟包裝。這可能是由于嬰幼兒配方乳粉中葉黃素對溫度、氧氣比較敏感，葉黃素在貯藏期間不穩定，極易發生降解[35]。葉黃素受光照、溫度、空氣、包裝材質等多種方面的影響[36]。綜上所述，本研究中每個殘氧量水平的乳粉中葉黃素下降率都較高，這可能是由于葉黃素易受溫度的影響發生衰減，而本實驗中貯藏溫度保持不變；比較不同殘氧量水平的乳粉中葉黃素含量可以看出，包裝內的氧氣對葉黃素穩定性也有一定影響。Kuang Pengqun等[37]研究也發現葉黃素高度不穩定并且容易受到熱和氧化降解的影響。

圖4 不同殘氧量包裝乳粉在貯藏期間葉黃素的變化Fig. 4 Changes in lutein content in packaged milk powder with different residual oxygen levels during storage

2.2 不同殘氧量包裝幼兒配方乳粉貯藏過程中風味變化

2.2.1 揮發性油脂氧化產物分析

揮發性化合物如己醛和戊醛與不良風味的產生有關，已作為新鮮牛奶質量的潛在標記，醛類成分是乳粉保質期評價的指標之一[38]。己醛是n-6多不飽和脂肪酸的特定揮發性氧化產物，丙醛是n-3多不飽和脂肪酸的特定揮發性氧化產物。Li等[4]發現隨著貯藏時間的延長，不同類型的商品乳粉中典型氧化風味物質的濃度均顯著增加，其中已醛含量最高。醛類可作為一種潛在的標志物，用于評價乳的新鮮度和整體氧化質量[39]。

如圖5所示，隨著貯藏時間的延長，幼兒配方乳粉中己醛、戊醛、丙醛含量也隨之增加，并且與貯藏第0周相比都發生不同程度地變化。貯藏第24周殘氧量為0.2%的己醛、戊醛、丙醛含量較貯藏第0周沒有發生明顯變化；包裝殘氧量為2%的乳粉中己醛含量從0.94 μg/100 g顯著上升到19.38 μg/100 g，戊醛含量從1.02 μg/100 g顯著上升到15.10 μg/100 g，丙醛含量從266.08 μg/100 g顯著上升到801.94 μg/100 g；包裝殘氧量為3%的乳粉中己醛含量從1.12 μg/100 g顯著上升到32.22 μg/100 g，戊醛含量從0.65 μg/100 g顯著上升到23.00 μg/100 g，丙醛含量從247.72 μg/100 g顯著上升到1 269.52 μg/100 g；包裝殘氧量為5%的乳粉中己醛含量從1.12 μg/100 g顯著上升到41.11 μg/100 g，戊醛含量從1.77 μg/100 g顯著上升到28.79 μg/100 g，丙醛含量從239.5 μg/100 g顯著上升到936.72 μg/100 g。從第12周開始，包裝殘氧量為5%的乳粉中己醛含量已經與其他殘氧量的乳粉有顯著差異（P＜0.05），從貯藏第16周開始，4種殘氧量之間都出現了顯著差異（P＜0.05），并且隨著乳粉包裝內殘氧量的增加，己醛、戊醛含量也隨之增加。由此可以看出，包裝內殘氧量對己醛有重要的影響，戊醛與己醛的變化趨勢幾乎一致，而丙醛的變化趨勢較為復雜。由圖5c可知，貯藏第24周時，雖然包裝殘氧量為3%的乳粉中丙醛含量超過了包裝殘氧量為5%，但兩者之間無顯著差異（P＞0.05）。在貯藏期間，乳粉中的脂肪在有氧環境中極易發生氧化，產生己醛、戊醛、丙醛等揮發性油脂產物，脂質氧化是油脂和含脂食品變質的主要原因，脂質過氧化會導致乳粉的味道和氣味發生變化。隨著包裝內殘氧量的上升，多數貯藏時間下，3種醛的含量都在增加，因此，包裝內氧氣含量是影響脂肪氧化的重要因素。

圖5 不同殘氧量包裝乳粉貯藏期間己醛（a）、戊醛（b）、丙醛（c）的變化Fig. 5 Changes in hexanal (a), valeraldehyde (b) and propanal (c) content in packaged milk powder with different oxygen levels during storage

2.2.2 氣味變化分析

貯藏過程中，嬰幼兒配方乳粉易發生脂肪氧化、美拉德反應和乳糖結晶等反應，進而影響乳粉的滋味、氣味[40]。電子鼻系統是為了粗略模仿人類的味覺感覺器官而設計的，為樣本的分類、鑒別、識別等提供了快速有效的工具[41]。由于其方便、快捷、檢測范圍廣等優點，已廣泛應用于食品氣味方面的檢測[42]。電子鼻共有10個金屬氧化物傳感器，其檢測氣味分別為苯類（W1C）、氮氧化物（W5S）、氨類（W3C）、氫化物（W6S）、短鏈烷烴（W5C）、甲基類（W1S）、硫化物（W1W）、醇類（W2S）、含有機硫化物（W2W）、甲烷類（W3S）。傳感器的響應值以相對電導率的比值（G/G0）為依據，當G/G0值大于1時才認為存在相應的揮發性成分[43]。

圖6 不同殘氧量包裝乳粉在貯藏期間氣味變化雷達圖Fig. 6 Radar maps of odor changes in packaged milk powder with different residual oxygen levels during storage

由圖6可知，貯藏過程中測得G/G0值大于1的傳感器有氮氧化物、氫化物、甲基類、硫化物、醇類；而氮氧化物、氫化物、硫化物傳感器測得的G/G0值變化較為復雜，無法看出其規律，只有甲基類以及醇類測得的G/G0值有較規律的變化。貯藏第24周時，包裝殘氧量為0.2%、2%、3%、5%的幼兒配方乳粉的甲基類G/G0值較貯藏第0周分別顯著增加了0.523、0.573、0.642、1.057（P＜0.05）；醇類G/G0值分別顯著增加了0.231、0.248、0.267、0.385 7（P＜0.05），4個含氧水平的醇類物質之間有顯著差異（P＜0.05），并且隨著包裝殘氧量的增加，醇類物質G/G0值也隨之增加。綜上所述，含氧水平對幼兒配方乳粉中甲基類以及醇類揮發性化合物有一定影響，對其他類揮發性物質的影響還有待進一步研究。

2.2.3 乳粉味覺變化

電子舌能夠模擬人的舌頭及其神經系統的信息處理過程，構建客觀的味覺評價體系，具有快速、簡便和靈敏等優點，并且滿足了食品風味的客觀評價要求[44]。電子舌的味覺傳感器主要包括酸味、苦味、澀味、鮮味、咸味、澀味回味、苦味回味、鮮味回味。

由圖7可知，不同殘氧量包裝的乳粉酸味無明顯變化規律，與貯藏第0周相比，貯藏第24周的酸味值沒有發生顯著變化（P＞0.05），而其他味覺在貯藏第24周時較貯藏第0周都發生了一定變化。所有包裝的鮮味和鮮味回味值都隨著貯藏時間的增加整體下降緩慢，而咸味、苦味及苦味回味值的整體變化相反。但貯藏第24周時，4種殘氧量包裝的幼兒配方乳粉的鮮味、鮮味回味值、咸味、苦味以及苦味回味值都沒有顯著差異（P＞0.05）。乳粉澀味與澀味回味值變化規律復雜，兩者之間也無明顯關聯。通過電子舌對不同殘氧量包裝的3 段幼兒配方乳粉進行味覺上的檢測，發現不同含氧量包裝之間所有傳感器數值無顯著差異（P＞0.05），因此通過電子舌只能粗略判斷各味覺的變化，對于包裝殘氧量對乳粉味覺上產生的影響尚不明確。這可能是由于電子舌在食品領域中的應用具有一定的局限性，而幼兒配方乳粉在其保質期內的味覺變化不大，因此在味覺上并沒有體現出一定的規律性。

圖7 不同殘氧量包裝乳粉在貯藏期間味覺變化雷達圖Fig. 7 Radar maps of taste changes in packaged milk powder with different residual oxygen levels during storage

2.2.4 乳粉顏色變化

如圖8所示，相對于貯藏前，貯藏第24周乳粉的b*值明顯增加，這可能是由于乳粉在貯藏期間發生了美拉德反應，導致乳粉顏色變深[45]。貯藏結束時，除包裝殘氧量2%和3%乳粉的b*值之間差異不顯著，其余殘氧量包裝的乳粉間均差異顯著（P＜0.05），隨著包裝殘氧量的增加，b*值增大。但整個貯藏時間b*值的變化規律復雜，無法確定顏色與包裝殘氧量之間的相關性。有研究表明牛奶蛋白和還原糖之間的美拉德反應的產物有抗氧化活性，但初期的美拉德反應抗氧化活性的產物比例較低[46]。

圖8 不同殘氧量包裝乳粉貯藏期間色差b*值的變化Fig. 8 Change in color parameter b* value of packaged milk powder with different residual oxygen levels during storage

3 結 論

選用不同殘氧量包裝的3 段幼兒配方乳粉作為樣品，研究氧氣體積分數對其營養以及風味特征穩定性的影響。雖然低氧氣體積分數無法完全阻止幼兒配方乳粉的營養和風味特性發生改變，但結果表明，殘氧量為0.2%和2%包裝的幼兒配方乳粉穩定性較好，較低的包裝內氧氣體積分數能夠提高乳粉樣品的品質。因此，在考慮包裝材質的同時，也要考慮乳粉包裝內的氧氣濃度以及包裝的密封性，從而將乳粉營養以及風味的改變減少到最小。本研究表明若將包裝內氧氣體積分數控制在2%以下，與乳粉企業常規使用的3%相比，能夠更好地為幼兒配方乳粉在貯藏期間維持其本身的營養和風味穩定性提供一個良好的條件。本研究可為幼兒配方乳粉在貯藏內品質的良好保持提供一定理論依據，也為嚴格控制幼兒配方乳粉的質量安全提供技術支持。