濕法工藝對兒童調制乳粉營養素穩定性的影響分析

李琳瑤，儲小軍，康巧娟，儲雪，施笑，華家才*

貝因美（杭州）食品研究院有限公司（杭州 311106）

近幾年在疫情的影響下，消費者對于提升免疫力、營養健康均衡的訴求達到新高度，乳制品也受到越來越多消費者的青睞。《中國居民膳食指南（2022）》[1]指出奶類是優質蛋白質和鈣的最佳食物來源，應鼓勵兒童每天飲奶，建議每天飲奶量為300～500 mL或相當量的乳制品。兒童是指已滿36個月但不滿15歲的個體[2]，兒童期處于生長發育的關鍵時期，在此時期科學和均衡的營養膳食對于身體各項指標的發育至關重要。調制乳粉作為兒童日常飲食的食物之一，其營養素的質量和含量對于兒童身體營養的補充至關重要。

調制乳粉的生產工藝類型有濕法工藝、干法工藝和干濕法復合工藝3種。濕法工藝可以保證營養素混合更加均勻，但濕法工藝生產調制乳粉的過程要經過多道加熱工序，這些加熱工序會對營養素造成一定程度的損失，特別是配料均質、殺菌濃縮和噴霧干燥3個階段。采用濕法工藝生產兒童調制乳粉，在營養素配方設計時，既要考慮保質期內營養素的衰減情況，也要將生產加工中營養素的損失情況考慮在內，以保障生產出的產品符合食品安全國家標準要求。已報道文獻中僅有王玉萍等[3]針對兒童調制乳粉在生產加工中營養素的損失情況開展研究。基于此，試驗分析濕法工藝中兒童調制乳粉營養素的穩定性，以期為產品營養素強化量設計、控制產品質量提供科學參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

生牛乳（黑龍江貝因美乳業有限公司）；脫鹽乳清粉（愛爾蘭Dairygold公司）；脫脂乳粉（新西蘭恒天然公司）；全脂乳粉（黑龍江貝因美乳業有限公司）；食用植物調和油（含1, 3-二油酸-2-棕櫚酸甘油三酯，瑞典Advanced Lipids公司）；乳糖（美國Muscoda公司）；濃縮乳清蛋白粉（澳大利亞Warrnambool公司）；復配營養強化劑（維生素）和復配營養強化劑（礦物質）：哥蘭比亞營養品（蘇州）有限公司；低聚果糖（保齡寶生物股份有限公司）；磷脂：益海嘉里（哈爾濱）糧油食品工業有限公司。

原料通過凈乳、殺菌（巴氏殺菌溫度87～97 ℃，殺菌時間15 s）、配料（混料溫度30～60 ℃，混料時間40～65 min）、均質（均質壓力180～200 bar）、殺菌[直接蒸汽噴射殺菌（Direct Steam Infusion，DSI），殺菌溫度110～120 ℃，殺菌時間≥5 s]、濃縮（一效效體溫度65～92 ℃，二效效體溫度60～75 ℃，三效效體溫度55～65 ℃）、噴霧干燥（進風溫度155～180 ℃，排風溫度80～99 ℃）、流化床二次干燥（固定流化床溫度40～80 ℃，振動流化床溫度24～39 ℃）等主要濕法工序生產兒童調制乳粉，共計3個批次。

試驗的兒童調制乳粉依據GB 19644—2010《食品安全國家標準 乳粉》[4]、GB 14880—2012《食品安全國家標準 食品營養強化劑使用標準》[2]、《中國居民膳食營養素參考攝入量（2013版）》[5]、《中國居民膳食指南（2022）》[1]進行設計，配方中添加6種維生素（維生素A、維生素D、維生素B1、煙酸、葉酸、維生素C）和2種礦物質（鐵、鋅），同時為提高智力發育特別添加牛磺酸，為維持腸道平衡特別添加低聚果糖和1, 3-二油酸-2-棕櫚酸甘油三酯。

1.2 檢測方法

所用檢測方法為兒童調制乳粉中各營養素對應的食品安全國家標準規定的分析方法。其中，1, 3-二油酸-2-棕櫚酸甘油三酯指標的檢測方法為自建檢測方法，檢測原理為通過氨水、乙醇、乙醚和正己烷提取試驗樣品中的脂肪，進一步分析前，氮氣保護下，分離有機相，濃縮至干，用正己烷定容后利用氣相色譜儀檢測。通過面積百分比法測得1, 3-二油酸-2-棕櫚酸甘油三酯占總脂肪酸的比例，進而計算試驗樣品中1, 3-二油酸-2-棕櫚酸甘油三酯的質量分數。各營養素指標的檢測方法和方法精密度如表1所示。

表1 營養素指標檢測方法和精密度

1.3 損失率計算方法

生產加工損失率按式（1）計算。

式中：營養素初始理論值，即根據試驗樣品中各原輔料的添加量和原輔料的營養素檢測值計算得出。

采用SPSS 20.0軟件對試驗數據進行統計分析，生產加工損失率結果以“平均值±標準偏差”的形式表示，即x±s。

1.4 判定原則

若營養素生產加工損失率的絕對值小于檢測方法精密度，則認為該營養素在濕法工藝中未發生損失。

2 結果與分析

2.1 濕法工藝中宏量營養素損失率的分析

濕法工藝中宏量營養素損失率分析如表2所示。結果表明，蛋白質和脂肪的生產加工損失率都小于相應檢測方法的精密度，在濕法工藝中基本沒有發生損失，穩定性相對較好。王玉萍等[3]對兒童奶粉濕法工藝部分營養素損失率的研究也表明，濕法工藝部分蛋白質和脂肪都未發生損失。蛋白質具有三級結構這種特定的空間結構，其穩定性較好。乳脂肪是一種非熱敏性組分，具有較好的穩定性，加熱溫度達到100 ℃以上時，乳脂肪的化學性質也不會發生變化，通常的熱處理工序對乳脂肪的營養特性也不會產生任何顯著的影響。張瑞明等[6]的研究表明在預熱溫度60 ℃、均質壓力40 MPa的生產條件下，脂肪穩定性較好。

表2 濕法工藝中宏量營養素損失率（n=3）

2.2 濕法工藝中維生素損失率的分析

大部分維生素分子含有不飽和碳原子或雙鍵結構，本身性質不穩定，在生產加工中容易受到熱、氧氣、酸、堿、光、離子間相互作用等外在因素的影響而發生損失。濕法工藝中維生素損失率分析如表3所示。將表3中各維生素的生產加工損失率與檢測方法精密度比較，結果發現在濕法工藝中維生素A、維生素B1和維生素C發生明顯損失，維生素D、煙酸和葉酸相對比較穩定，未發生明顯損失。

表3 濕法工藝中維生素損失率（n=3）

維生素A是一種脂溶性維生素，對視力保護、維持皮膚和黏膜的健康有重要作用。試驗樣品中維生素A的化合物來源包括醋酸視黃酯和β-胡蘿卜素兩種，在濕法工藝中維生素A發生一定程度損失，損失率為15.4%±1.0%。烏江雨等[7]研究不同乳品企業的嬰幼兒配方奶粉濕法工藝中營養素的損失率，A企業維生素A平均損失率為15.99%，B企業維生素A平均損失率為18.09%，試驗結果與該結論接近。在常規乳制品加工條件下維生素A是相對穩定的，100 ℃以下加熱幾乎對維生素A的含量沒有影響，若高于100 ℃，維生素A會受到損失。此外，維生素A對光敏感，與內源性維生素A相比，外源添加的維生素A對光敏感性更高，一些保護性物質（如抗壞血酸棕櫚酸鹽和β-胡蘿卜素）會減少外源性維生素A光照時損失的速率[8]。有研究表明[9]造成維生素A損失的主要工序是殺菌濃縮，調制乳粉在殺菌階段采用高純蒸汽通過DSI殺菌器直接噴射到預熱后的料液進行殺菌，即直接蒸汽噴射殺菌（DSI殺菌），DSI殺菌的溫度較高對維生素A造成一定損失，在濃縮階段由于受熱時間較長也會對維生素A造成一定損失。

維生素D是一種脂溶性維生素，有利于骨骼的形成和牙齒的健康，并可促進鈣的吸收和利用。維生素D在濕法工藝中未發生明顯的損失，這與其化學性質的穩定性有關，維生素D耐熱性好，在堿性條件下也是穩定的，對光照和氧氣比較敏感。強化牛乳中對維生素D的降解研究表明在光照下維生素D會降解，而在實際生產中很少會遇到引起維生素D發生損失的必要條件[8]。

維生素B1是一種水溶性維生素，其在能量代謝、維持神經系統生理功能方面發揮作用。試驗樣品中維生素B1的化合物來源為鹽酸硫胺素，硫胺素相對不穩定，在亞甲基碳的位置發生親核置換反應容易裂解，OH-是一種普遍的親核物質，會引發這種反應。另外，加熱也會對維生素B1的穩定性造成一定影響。在濕法工藝中維生素B1發生一定程度損失，損失率為11.0%±0.3%。孫健等[10]對濕法工藝中配方奶粉微量營養素的穩定性進行分析，維生素B1的損失率為9.6%～10.7%，試驗結果與該結論接近。有研究表明[11]配方奶粉中維生素B1的加工損失主要是由于高溫殺菌處理工序，高溫殺菌處理對維生素B1的穩定性存在顯著性影響（P＜0.05），均質、濃縮和干燥工序對維生素B1的穩定性不存在顯著性影響（P＞0.05）。

煙酸是一種水溶性維生素，對能量代謝、維持黏膜和細胞健康、維持神經系統功能來說，是一種不可缺少的成分。煙酸本身性質十分穩定，對熱、光、氧氣、酸、堿都表現出很高的耐受性，是一種穩定程度很高的維生素，在食品生產加工和貯存環節基本都不會發生損失。

葉酸是一種水溶性維生素，有助于紅細胞的形成和神經系統的正常發育。葉酸鹽容易遭受氧化降解，和葉酸鹽相比，葉酸是耐氧化的，只是在酸性介質中穩定性會下降，抗氧化劑（尤其是抗壞血酸）、亞鐵離子和還原糖可以保護葉酸和葉酸鹽免受破壞，提高其穩定性[12]。試驗樣品中添加L-抗壞血酸鈉和乳酸亞鐵，可以在一定程度上起到保護葉酸的作用。

維生素C是一種水溶性維生素，具有抗氧化作用，也有益于維持骨骼、皮膚、牙齦、黏膜健康，并可促進鐵的吸收。兒童調制乳粉在濕法工藝中維生素C的損失率最高，為24.6%±0.6%，與資料顯示[8]的維生素C在噴霧干燥乳粉生產加工中破壞率20%左右接近。但也有研究顯示[3,10,13]，配方乳粉在濕法工藝中維生素C的損失率可達30%以上甚至更高。維生素C本身性質不穩定，濕法工藝的配料均質階段、殺菌濃縮階段和噴霧干燥階段都會對其造成一定程度損失。維生素C對氧化反應高度敏感，在有金屬離子催化劑（尤其是銅離子和鐵離子）存在時更是如此，熱和光能加速氧化反應。試驗樣品添加了乳酸亞鐵，在配料階段可能會與維生素C發生離子間相互作用，導致維生素C部分損失。維生素C具有高度熱敏性，殺菌溫度、濃縮溫度和噴霧干燥溫度過高，都會使維生素C發生損失。而且維生素C是一種水溶性維生素，噴霧干燥時水分的大量減少也會影響其穩定性。劉奕博[14]對配方奶粉中維生素C穩定性的研究表明，高溫殺菌工藝對維生素C的損失存在顯著性影響（P＜0.05），均質和流化床二次干燥工序對維生素C的損失不存在顯著性影響（P＞0.05）。

2.3 濕法工藝中礦物質損失率的分析

微量元素在人體內的含量雖然很少，但卻發揮重要的生物功能作用。兒童處于智力、體格、神經、免疫功能快速發育的關鍵時期，體內微量元素含量缺乏或過量都會影響生長發育水平。盛曉陽[15]研究顯示，兒童是容易出現微量元素缺乏的一類群體，隨著身體的生長，攝入肉、魚、貝殼類、蛋和乳品等食物，兒童缺乏微量元素的狀況會有所改善。夏鐘意等[16]研究杭州市第一人民醫院的2 030例嬰幼兒及兒童（0～10歲）鐵、鋅、鈣的分析結果，結果發現在0～10歲嬰幼兒及兒童中，缺鋅人數占總調查人數的比例最高（14.58%），缺鐵人數占總調查人數比例的5.12%，缺鈣人數占總調查人數比例的5.67%。張星星等[17]研究西安市商橋區3～7歲兒童在2013年和2017年營養素鐵和鋅的缺乏狀況和變化趨勢：2013年3～7歲兒童鐵缺乏率為26.05%，鋅缺乏率為3.80%；2017年鐵缺乏率為20.45%，鋅缺乏率為15.34%；鐵的缺乏比例有所降低，鋅的缺乏比例顯著增加。由此可見，大部分兒童表現出鐵和鋅的攝入量不足，不同的年齡階段缺乏程度也不盡相同。兒童調制乳粉中鐵和鋅的質量和含量對于兒童身體健康十分重要，鐵是紅細胞形成、血紅蛋白產生的重要成分，鋅有助于改善食欲和皮膚健康，對于兒童生長發育都是必需的成分。

濕法工藝中礦物質損失率分析如表4所示。將鐵的生產加工損失率與檢測方法精密度比較，結果發現鐵在濕法工藝中發生一定程度損失，損失率為11.8%±0.5%。孫健等[10]對濕法工藝中配方奶粉微量營養素的穩定性進行分析，鐵的整體損失率為11.5%～12.5%，其中配料均質階段鐵的損失率約7%，殺菌濃縮階段和噴霧干燥階段鐵的損失率均在5%以下。王玉萍等[3]對兒童奶粉濕法工藝部分營養素損失率的研究表明，在整個濕法工藝中，鐵的損失率為13.1%，其中配料均質階段鐵的損失率為12.4%，濃縮殺菌階段和噴霧干燥階段鐵基本沒有發生損失。試驗結果與上述2項研究結論中鐵的整體損失率接近，分析濕法工藝中鐵的損失主要發生在配料均質工序，在配料階段，維生素和礦物質采用不同的溶解罐進行溶解，溶解后通過管道輸送到真空混料罐中充分混合，可能在混料時鐵與具有強還原性的維生素C不可避免地發生離子間相互作用，導致鐵的部分損失。將鋅的生產加工損失率與檢測方法精密度比較，結果發現鋅在濕法工藝中未發生明顯損失，與其他研究結果一致[3,7,13]，說明鋅在濕法工藝中穩定性較好。

表4 濕法工藝中礦物質損失率（n=3）

2.4 濕法工藝中其他營養素損失率的分析

牛磺酸是一種存在于整個動物界的游離氨基酸，它是甲硫氨酸和半胱氨酸代謝的最終產物，沒有結合到任何蛋白質中，在細胞內的水中保持游離。牛磺酸參與許多重要反應，在調節滲透壓、陽離子穩態、受體調控、細胞增長以及細胞信號傳導等基本過程中起到調節劑作用。通常，牛磺酸存在于許多物種的乳汁中，母乳中牛磺酸的質量分數（163～1 170 mg/kg干物質）明顯高于牛奶的（約49 mg/kg干物質）[18]。牛磺酸被添加到所有母乳替代品和嬰兒配方奶粉中，即使沒有確定的每日推薦攝入量。濕法工藝中其他營養素損失率分析如表5所示。將牛磺酸的生產加工損失率與檢測方法精密度比較，結果發現牛磺酸在濕法工藝中未發生明顯的損失。加工方式對豆粉中牛磺酸穩定性的研究表明[19]，加工過程中均質、高溫殺菌、高溫高壓等生產工序均不會影響牛磺酸的穩定性。

表5 濕法工藝中其他營養素損失率（n=3）

母乳中低聚糖含量很高，是除乳糖和脂肪外的第三大固體成分，在整個哺乳期均可分泌，其中初乳的質量濃度最高，為10～20 g/L，成熟乳的質量濃度最低，為5～10 g/L[20]。由于營養科學發展較早的原因，歐洲和美國很早就將低聚糖作為益生元的來源應用于配方食品中。我國GB 14880—2012《食品安全國家標準 食品營養強化劑使用標準》[2]批準低聚果糖作為營養強化劑可以用于兒童調制乳粉中，并規定使用量上限為64.5 g/kg。低聚果糖作為一種益生元，對促進腸道有益菌群的代謝活性、減輕腹瀉的嚴重程度、提高腸道舒適性、增強免疫力等具有明顯效果。表5中低聚果糖的生產加工損失率為負值，分析原因可能是檢測偏差引起的，生產加工損失率偏差在10%以內，屬于合理范圍，可認為濕法工藝中未發生損失。低聚果糖熱穩定性較好，在一般的食品pH范圍（4.0～7.0）內十分穩定，在中性條件下加熱至140 ℃時也表現出很高的穩定性。

我國GB 14880—2012《食品安全國家標準 食品營養強化劑使用標準》[2]批準1, 3-二油酸-2-棕櫚酸甘油三酯作為營養強化劑可以用于兒童調制乳粉中，并規定使用量為24～96 g/kg。1, 3-二油酸-2-棕櫚酸甘油三酯是用脂肪酶催化酯交換制得，含有高比例棕櫚酸在甘油分子的中間位置，在促進脂肪和鈣的吸收、提高腸道舒適度、減輕便秘、改善夜晚睡眠、增強骨骼強度等方面都發揮重要作用[21-23]。將1, 3-二油酸-2-棕櫚酸甘油三酯的生產加工損失率與檢測方法精密度比較，結果發現1, 3-二油酸-2-棕櫚酸甘油三酯在濕法工藝中未發生明顯的損失，與尹蘭等[13]的研究結果一致。

3 結論

對兒童調制乳粉在濕法工藝中營養素的穩定性進行分析。結果顯示，宏量營養素中蛋白質和脂肪相對比較穩定。維生素中損失最明顯的是維生素C，其次是維生素A和維生素B1，維生素D、煙酸和葉酸未發生明顯損失。礦物質中鐵發生明顯損失，鋅未發生明顯損失。其他營養素（牛磺酸、低聚果糖、1, 3-二油酸-2-棕櫚酸甘油三酯）均未發生明顯的損失，相對比較穩定。鑒于濕法工藝會對營養素造成不同程度的損失，因此在兒童調制乳粉配方設計時，不僅要考慮營養素化合物來源和使用量（強化量）的合規性、原料本底波動情況、貨架期衰減趨勢等，也需要將生產加工損失率考慮在內，以保障生產出的產品符合食品安全國家標準的要求。

配方乳粉生產企業應開展更深入的研究，不斷優化工藝參數、提高設備水平以降低營養素的損失量。已有研究學者[24]提出多段低溫噴霧干燥技術在奶粉生產上的應用，其干燥過程更加溫和、更加充分，可以在很大程度上減少對營養素的破壞，是國際上最先進的乳品噴霧干燥技術。