干法工艺中婴幼儿配方乳粉的物性及配方的筛选

吴学志，章肇敏，刘洋，曾晓龙，熊文英

（1.江西金薄金生态科技有限公司，江西高安330812；2.金薄金数字化营养研究院，江西南昌330003）

0　引言

目前，我国婴幼儿配方乳粉的生产工艺主要分为湿法工艺、干法工艺和干湿复合工艺[1]。通常热敏性营养素和部分功能性蛋白[2]易受工艺条件所限，导致存在营养素的损失[3]和部分功能性蛋白活性降低的可能，同时，在配方营养素指标的实现上干法工艺更易于精确控制和操作[4]，因此，现在更多的是采用干湿复合工艺和干法工艺来进行生产。由于物料间固态混合的方式比较难将各营养素精确的平均分布，只能在一定尺度下来满足混合均匀的要求[5-6]，并满足产品的营养素设计要求。因此，对原料进行物性研究，在符合配方设计的前提下，可以根据原料物性间的差异来进行配方筛选，从这个角度上具有一定实践意义。

1　实验

1.1　材料与试剂

全脂奶粉，全脂羊奶粉，脱脂奶粉，乳清蛋白粉，酶水解乳清蛋白粉，乳白蛋白粉，脱盐乳清粉，植物脂肪粉（含乳糖），低聚半乳糖，植物脂肪粉（无乳糖），植物脂肪粉（OPO），中碳链脂肪粉，复配营养强化剂，复配矿物质，婴幼儿配方乳粉（自制）。

维生素C标准品，铁，锌，镁标准溶液，国家标准物质，其他试剂均为分析纯。

1.2　仪器与设备

JA2003电子天平，BT-301振实密度测定仪，FT-104B休止角测定仪，标准筛，荧光分光光度计，马弗炉，TAS-990原子吸收分光光度计，400 kg混粉缸。

1.3　方法[7-9]

1.3.1维生素C测定

按GB 5413.18-2010法。

1.3.2铁测定

按GB 5413.21-2010法。

1.3.3锌测定

按GB 5413.21-2010法。

1.3.4镁测定

按GB 5413.21-2010法。

1.3.5颗粒度测定

用烧杯称取约100 g样品，将12目、14目、16目、20目、24目和40目标准筛依据目数从小到大的顺序依次叠好后，将称好的样品倒入筛中，摇动标准筛至恒重记录未通过标准筛的样品质量，通过以下公式计算样品颗粒通过率。

式中：Xi为试样通过某规格筛的百分比；mi为试样未通过某规格筛的质量；M为试样的质量。

1.3.6振实密度测定[10]

称取一定质量的样品于25 mL或100 mL塑料量筒中，将其置于振实密度仪上，振动频率100min-1，振动次数3 000次，读取振动后体积，通过以下公式计算样品振实密度。

式中：X为试样的比容，g/mL；V为试样振动后体积，mL；M为试样的质量，g。

1.3.7休止角测定[11]

将漏斗固定于坐标纸（纸放置于水平台上）上方一定高度，从漏斗加入物料直到形成的堆积圆锥顶部与漏斗底部刚好接触，测定圆锥直径，以漏斗底高度与圆锥半径比作为正切值计算休止角。

1.3.8溶解性测定[12]

用量筒取45℃蒸馏水100 mL于250 mL烧杯中，后称量婴幼儿配方奶粉样品12 g分散地倒入烧杯中，搅拌并观察上浮、下沉团块，最后将样液倒在暗色台面上，观察是否有未溶解的颗粒。

1.3.9筛选配方

以母乳研究[13]中营养素的组成为依据，参考有关婴幼儿配方乳粉的设计[14]，结合我国婴幼儿配方食品和营养强化剂等标准要求，设计了3个系列配方供筛选研究用。在设计供筛选配方时，主要是基于体现配方中占比大、颗粒大的原料间差异，而对于配方占比小、颗粒小的微量元素则主要是从混合均一性作为验证点来考虑。供筛配方如表1所示。

表1　婴幼儿配方乳粉筛选配方

1.3.10取样方法

按表1中配方进行混合，选择10个不同物料方位进行取样，作为考察样本。

2　结果与分析

2.1　颗粒度分析

对待筛选配方所用原料及待筛配方成品的颗粒度进行了测定，考虑分析的有效性，主要对20目、24目和40目过筛率进行了分析，结果如表2和表3及图1所示。

表2　原料的颗粒度分析 %

表3　筛选配方的颗粒度分析 %

由表2和表3及图1可以看出，筛选配方的实际通过率均高于理论通过率，这主要由于理论通过率是依据原辅料配比及其颗粒通过率经过加权计算而得，而实际生产中，随着混料V型缸三维空间的旋转和桨叶的不断搅拌，不同大小颗粒的物料会逐渐从无序状态变为有序状态，大颗粒间的空隙由小颗粒填补，最后物料达到均一、颗粒度分布均匀，这也是验证样品混合均匀性的常用手段之一[16-17]。此外，随着标准筛目数的增加，产品颗粒的通过率虽然有所下降，但至40目筛时，所有配方产品的通过率仍大于97%，差异性几乎不存在，表明此工艺条件下物料混合较为均一。由于实际生产时筛孔尺寸目数较大，综合考量营养素指标符合性和生产成本控制的需要，C系列配方要优于A系列和B系列配方。

图1　筛选配方颗粒度通过率对比（40目）

2.2　振实密度分析

分别对待筛选配方的密度进行了分析，结果如表4所示。

表4　筛选配方的振实密度分析

由表4可以看出，9个筛选配方的振实密度均值基本一致，其变异系数均小于3%，表明混合都十分均匀，配方物料各位点的振实密度也趋近一致。综合考虑相对均一性，C系列配方要略优于A系列和B系列配方。

2.3　休止角分析

对筛选配方的粉体流动性进行了分析，结果如表5所示。

表5　筛选配方的休止角分析

由表5可以看出，由于原辅料选择的差异，9个筛选配方的休止角存在一定的差异，总体上C系列配方的休止角最小，B系列配方的休止角最大，而通常休止角与粉体流动性有关，休止角越小则流动性越好[18]。因此，C系列配方的流动性要优于A系列和B系列配方。此外，各配方的休止角变异系数均在5%以内，表明原料颗粒大小的差异对混合工艺的适应性影响不大。

2.4　溶解性分析

对待筛选配方的溶解性进行了分析，各配方产品的溶解度（g/100g）见图2。

由图2可以看出，C系列配方的1段、2段溶解性最佳，3段则次之，表明原辅料的选择差异会导致终产品的溶解性存在较大差异。而溶解性也与许多因素有关，包括添加成分、水分质量分数[19]、颗粒度大小[20]、蛋白质质量分数[21]等都会影响乳粉产品的溶解性。总体而言，C系列配方的溶解性优于A系列和B系列配方。

图2　筛选配方的溶解性对比

2.5　混合均匀度分析

选择小颗粒的如矿物质和易氧化的维生素C[22]作为考察指标，对筛选配方的混合均匀度进行了分析，结果如表6和表7所示。

表6　筛选配方中维生素C、铁、锌、镁的质量分数 mg/100g

表7　筛选配方的营养素混合变异系数 mg/100g

3　结束语

由表6和表7可以看出，所有配方取样样本的维生素C和矿物质营养素差异性都很小，其混合变异系数均小于5%，表明小颗粒物料都已均匀的分布，混合十分均匀。但考虑到矿物质营养素的货架期不存在损失[23]，而维生素C的货架期损失率可达65%[24-25]，基于此，选择上C系列配方要优于A系列和B系列配方。

在婴幼儿配方乳粉的干法生产中，大多只考量营养素指标的符合性，很少从物料性质的差异角度去考量。通过对物料组合的颗粒性、流动性、溶解性等物性研究，除了可对工艺的混合均一效果进行直观、便捷的判断，对于产品研发的配方筛选也具有一定的实践价值。

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