全营养配方食品的研制与开发

2018-08-21张艳杰马粉娟夏袁

中国乳品工业 2018年7期

张艳杰，马粉娟，夏袁

（上海晨冠乳业有限公司，上海 201401）

0 引言

特殊医学用途配方食品（foods for special medical purposes，FSMP）是为了满足进食受限、消化吸收障碍、代谢紊乱或特定疾病状态人群对营养素或膳食的特殊需要，专门加工配制而成的配方食品[1]。FSMP通过肠道吸收，具有缓解营养不良、加速病人康复、节省医疗费用等优点，市场前景广阔。虽然国内FSMP注册法规和各项配套措施已近完备，但中国FSMP企业尚在起步阶段，需要对市场进行长期探索，开发适合中国消费者的特医食品。

FSMP属于特殊膳食，包括全营养配方食品、特定全营养配方食品和非全营养配方食品。其中，全营养配方食品适用于有此类食品需求且对营养素没有特别限制的人群，可作为单一营养来源满足目标人群营养需求。FSMP大多采用湿法生产，其优点是物料混合均匀，产品组织状态和冲调性较好，但营养素受热会造成热敏性维生素（如维生素B1、维生素B2、维生素C、叶酸、泛酸）的破坏[2]，且能耗大，成本高。而干法工艺设备相对简单，能耗低，生产过程中不存在营养素损耗，能较准确地控制营养素指标。但是干法工艺对原料要求较高，需要严格控制微生物，且保证物料能混合均匀。在实际生产过程中，混合均匀性受到很多因素影响，如粉体粒度、密度、形态、水分质量分数、表面光滑度等，而粉体粒径由于个体之间差异倍数大对混合均匀度的影响最大[3]。除了混合均匀性，冲调性和渗透压指标对于干法生产全营养配方食品也尤为关键。冲调性往往是消费者评判奶粉优劣的首要标准，是奶粉重要的质量指标之一[4]；渗透压是近年来乳品行业的重要课题，医学上认为等渗溶液渗透压为280～320 mOsm/kgH2O，母乳渗透压为 290 mOsm/kgH2O左右。渗透压越高，对胃的抑制作用越明显。据报道，高渗透压奶粉液喂养婴儿会引起肾脏损伤[5]，可引发成人恶心、呕吐、腹泻等严重不良反应[6]。因此，配方设计中应使冲调液尽可能地接近母乳或等渗水平。

本文通过粉体粒度分布、冲调性及渗透压三个指标对干法生产全营养配方食品的主要原料进行筛选，初步拟定基本配方。根据配方开展试制，对试制样品进行感官评价、渗透压测定及混合均匀性分析，并将营养素含量与国家标准进行对比，分析方案可行性，为商业化生产及相关产品研发提供思路。

1 实验

1.1 材料

麦芽糊精1，麦芽糊精2，植物脂肪粉1，植物脂肪粉2，酪蛋白1，酪蛋白2，浓缩乳清蛋白（WPC80）1，浓缩乳清蛋白2，糖粉，结晶果糖，低聚果糖（FOS），低聚半乳糖（GOS），复配营养强化剂（宏量矿物质、微量矿物质、维生素、VCNa牛磺酸），样品分别用编号为1～16标示，如表1所示。

表1 样品编号及名称

全营养配方食品竞品：购自上海超市，共计2个品牌，分别用竞品1和竞品2标示。

1.2 仪器

WQS-S数显振动筛，仪电物光；SQP电子天平，FM-8P全自动冰点渗透压计，三维运动混合机。

2 方法

2.1 粒度分布

选用7个孔径分别为450，300，200，150，125，105，76μm的圆形金属丝编织网试验筛，试验筛经计量检定机构检定合格。称取50±0.1g样品于顶层试验筛内，盖上顶盖，将套筛放进振筛机内固定，将两侧旋钮旋紧，启动振筛机。选择“连续”的工作模式，振幅为“3”，振动时间为15 min，设定完成后按“确定”立即进入振动状态。振动结束后，取下套筛，分别测量各试验筛网上的样品质量。分离后的各粒级样品质量占样品总质量的分数即定义为样品在相应粒级的粒度分布值。每个样品重复检测3次，结果取平均值。

2.2 冲调性测定

冲调性测定参考速溶乳粉的润湿性及冲调评分。润湿性测量方法如下：制备参考文献中的装置[7]，准确称取（10±0.1）g样品，将样品均匀分布于（250±1）g蒸馏水中，水温调至（25±1）℃，使最终水面以上的烧杯内壁保持干燥，秒表记录颗粒全部润湿所需时间。每个样品重复检测5次，结果取平均值。

冲调性评分过程为：准确称取（10±0.1）g样品，同20℃的水100 mL混合，充分搅拌20 s，静置5 min后，观察冲调液状态，并根据表2进行评分。每个样品重复检测5次，评分结果取平均值。

2.3 渗透压测定

取干净且干燥的试管，分别从300 mOsm/kg和800 mOsm/kg定标液中抽取0.5 mL注入试管，对全自动冰点渗透压计进行定标。定标完成后，以去离子水为溶剂，添加原料样品，制备质量分数为10%的溶液，充分溶解并混合均匀后，进行测定渗透压。每个样品重复检测3次，取平均值。

表2 冲调性评分参考标准

2.4 全营养配方食品的感官评价

由20位评委组成的感官评价小组，采用七分嗜好评分法进行感官评价。感官评定指标包括颜色、组织状态、冲调性、溶液滋气味和喜好度。具体评价细则如表3所示。结果以评分的平均值表示。

表3 感官评价评分参考标准

表4 不同原料粒度分布比较

2.5 混合均匀性实验

三维混合机中混合30 min后，随机选取6个不同空间方位点的样品，测定试制样品中维生素C、维生素B1、铁、镁和锌5个指标的质量分数，通过不同位置的营养素指标差异性分析，验证混合均匀性。实验重复3次，结果取平均值。

3 结果与讨论

3.1 不同原料粒度分布比较

麦芽糊精、植物脂肪粉、酪蛋白、浓缩乳清蛋白WPC 80等原料的粒度分布比较如表4所示。

由表4可以看出，不同种类原料在粒度分布上存在较大差别，如浓缩乳清蛋白（样品7和样品8）、酪蛋白（样品6）粉体粒径均大于150μm，麦芽糊精（样品1和样品2）、植物脂肪粉（样品3和样品4）、酪蛋白（样品5）等其他原料中存在粒径小于150μm颗粒。而同类原料在粒度分布上也有不同程度的差异，如麦芽糊精1（样品1）超一半的粉体粒径大于300μm，麦芽糊精2（样品2）超一半的粉体粒径小于76μm。

由于粒径间隔较多，我们把粒径大于200μm的认为是粗粉颗粒，粒径小于105μm的是细粉颗粒，对≥200μm、200～105μm、＜105μm这三个粒度分布值进行评价，数据处理后如表5所示。所选原料粉体粒度在≥200μm，200～105μm，＜105μm的质量占比为别为16.83%～99.97%，0%～52.28%，0%～53.10%。不同原料在粒度分布上存在显著性差异（P＜0.05），同时也呈现出一定的规律。如样品1，4，6，7，8，10的粗粉颗粒（200μm以上）质量占比相对较多，均高于80%，细粉颗粒（105μm以下）质量占比相对较少，均低于4%。样品3，5的粒度分布类似，≥200μm，200～105 μm，＜105μm的质量占比分别均高于50%，20%，15%。样品11（FOS）和样品12（GOS）均为膳食纤维，粒径分布存在显著性差异（P＜0.05）。FOS粗粉颗粒（200μm以上）质量占比相对较少，80%以上的粉体粒径集中于200μm以下，且细粉颗粒（105μm以下）质量占比超过40%；GOS粗粉颗粒（200μm以上）质量占比为39.12%，而细粉颗粒（105μm以下）质量占比仅为8.27%；样品13～样品16为营养强化剂，其中样品15（维生素）和样品16（VCNa牛磺酸）粒度分布类似，≥200μm，200～105μm，＜105μm的三种粒度分布比较平均，粉体质量占比均在30%左右；样品13（宏量矿物质）与样品3粒度分布相对接近，≥200μm，200～105μm，＜105μm的粉体质量占比分别为50%、20%、25%左右；样品14中200μm～105μm粉体质量占比最多，为52.21%，其次为粗粉（200μm以上），质量占比为29.39%；样品9中粗粉颗粒相对较多，而样品2粗细粉颗粒质量占比相近，共占总质量的95%左右。

表5 不同原料3个粒度分布比较

干混工艺中，不同原料粒度分布越类似，越容易混合均匀。如麦芽糊精和植物脂肪粉互混时，可以选择样品1和样品4；酪蛋白和浓缩乳清蛋白互混，可以选择样品6和样品7（或样品8）。当然实际生产中，所有原料粒度分布很难全部相近，由于每种原料添加量不同，可以优先考虑主要原料之间的粒度分布，还可以通过工艺研究确定合理的投料顺序，达到混合均匀的目的。

3.2 冲调性测定

3.2.1 润湿性比较

不同原料的润湿性见表6，从表中可以看出，碳水化合物、膳食纤维及部分矿物质和维生素润湿时间小于1 s，显示了良好的润湿性。其中，碳水化合物包括麦芽糊精、结晶果糖和糖粉，膳食纤维包括FOS和GOS，部分矿物质和维生素分别为宏量矿物质和VCNa牛磺酸。其他原料的润湿时间较长，均大于5 min，润湿性表现不理想。

表6 不同原料润湿性比较

3.2.2 冲调性评分

不同原料的冲调性评分如图1所示。由图1可以看出，润湿性良好的原料中，除了样品13，其余原料均显示了良好的冲调性能；大部分润湿性能不理想的原料的冲调性评分存在显著性差异（P＜0.05）。16个原料中，样品1～4，样品7～12，样品16冲调性评分均大于85，而样品5，6，13，14，15的冲调性能不理想，评分均小于60。

图1 不同原料的冲调性评分比较

图1 中，数据上标处小写字母完全不同表明具有显著性差异（P＜0.05）。下同。

3.3 渗透压测定

溶液渗透压是指溶液中溶质微粒对水的吸引力，通常用毫渗透摩尔浓度表示（mOsm/kg·H2O）。渗透压的大小与溶液中溶质微粒的数目有关，溶质微粒越多，溶液浓度就越高，溶液渗透压也越高。全营养食品中的不同原料对其渗透压的影响存在显著差异（P＜0.05），结果如图2所示。

图2 不同原料的渗透压值比较

相同质量浓度的溶液，渗透压值最高的为样品13（宏量矿物质），其次为样品16（VCNa牛磺酸），由于两种原料中含有钠、钾等无机盐，溶液中的强电解质对渗透压有较大影响。样品14（微量矿物质）和样品15（维生素）同样作为全营养食品中的营养强化剂，渗透压值明显低于前两个样品。主要原因是微量矿物质与维生素溶解度小，溶液中对渗透压有影响作用的离子浓度较低。

样品10（结晶果糖）和样品9（糖粉），用于增加产品甜味，作为食品原料提供部分碳水化合物，其渗透压值分别为588 mOsm/kg·H2O和319 mOsm/kg·H2O。由于结晶果糖是单糖，分子较糖粉小，因此相同质量浓度的结晶果糖溶液渗透压比糖粉高出近一倍。样品1与样品2均为麦芽糊精，DE值分别为12和19，也在产品中提供碳水化合物。由于DE19的麦芽糊精水解程度较高，还原糖更多，导致其对溶液渗透压影响更大。

样品12（GOS）与样品11（FOS）是膳食纤维，可以作为营养强化剂用于全营养食品中。GOS与FOS均为低聚糖，对渗透压的影响也存在显著差异（P＜0.05）。GOS产品中除了含70%左右的GOS外，还含有部分乳糖和葡萄糖杂质，而FOS纯度较高，质量分数为93%～97%，这就导致了相同质量分数的GOS溶液渗透压大于FOS溶液。

样品3与样品4为同一种原料（植物脂肪粉），在产品中作为食品原料提供脂肪。样品3的成分中含有葡萄糖浆，其溶液渗透压值为102 mOsm/kg·H2O；样品4中添加的为乳糖，溶液渗透压为142 mOsm/kg·H2O，两者存在显著差异（P＜0.05）。除了糖类的影响，渗透压还可能与溶液中Na和K等离子浓度有关。

样品（5～8）为产品提供蛋白质，对溶液渗透压影响较小。样品7和样品8均为WPC 80，乳糖和蛋白质质量分数相近，二者溶液的渗透压不存在显著差异。样品5和样品6为酪蛋白，蛋白质质量分数比WPC 80更高，乳糖质量分数更低，因此相同质量分数的溶液中溶质总颗粒质量较少，导致酪蛋白溶液渗透压值小于WPC 80溶液。

3.4 试制

综合考虑各原料的粒径分布、冲调性及渗透压等因素，初步拟定全营养配方食品的基本配方如表7所示。根据配方进行试制，对样品进行渗透压测定、感官评价及混合均匀性验证试验，并与国家标准对比营养素质量分数，验证配方的合理性。

表7 全营养配方食品的基本配方

3.4.1 渗透压测定

对竞品及试制样品进行渗透压测定，结果如表8所示。

表8 渗透压比较

从表中数据可以看出，试制样品的渗透压为356±1.53 mOsm/kg，明显低于两款竞品，更接近等渗水平。主要原因可能是产品配料中的碳水化合物种类及添加量不同，导致渗透压的差异。

3.4.2 感官评价试验

对试制样品及竞品进行感官评分，评定项目主要包括颜色、组织状态、冲调性、溶液滋气味及喜好度，如图3所示。

图3 感官评价实验

竞品为湿法工艺生产，粉末呈黄色，颜色均一，粉末流动性一般，有少量团块；溶解时有少量团块上浮，溶液澄清，有很强的奶香味和香精味。试制样品粉末呈淡黄色，粉末流动性好，无团块；溶解性良好，无团块上浮，溶液澄清，有较强的奶香味，无异味。因此，试制样品在组织状态和冲调性上得分较高，由于没有添加香精，产品没有浓郁的香气，一定程度上影响了溶液滋气味和喜好度上的得分。但是，不添加香精的产品更健康，更安全，更符合未来消费者的饮食趋势。

3.4.3 混合均匀性验证试验

测定6个不同位置试制样品中维生素C、维生素B1、铁、镁和锌5个指标的含量，计算相对标准偏差，结果如表9所示。

表9 不同位置营养素的相对标准偏差

由表9可知，不同位置营养素的相对标准偏差均在5%以内，根据美国FDA《混合均匀性取样和评价指南》[8]

的规定可以判断混合均匀。维生素和宏量矿物质的混合稳定性略优于微量矿物质，这可能与原料的粒度分布和添加量有关。

3.4.4 营养素的比对

本次试制样品是适用于10岁以上人群的全营养配方食品，根据样品的检测结果，与国家标准GB 29922《特殊医学用途配方食品通则》[9]进行比对，具体如表10所示。

由表10可以看出，本次试制样品即食状态下能量约为420 k J/100 mL，亚油酸和α-亚麻酸的供能比分别为7.1%和1.6%，膳食纤维（FOS+GOS）含量为0.3 g/100 kJ，其余营养素质量分数也均符合GB 29922《特殊医学用途配方食品通则》中营养素添加的要求。

4 结论

本文从粉体粒度分布、冲调性及渗透压3个方面，对全营养配方食品主要原料进行筛选评价，得出如下结论：

（1）不同种类的原料粒度分布大多差异显著，而同类原料也存在不同程度的差异。粒度分布数据对于干混工艺的混合均匀性研究具有一定的理论依据。选择粒度分布接近的物料，更容易混合均匀。

（2）碳水化合物、膳食纤维及营养强化剂（VCNa牛磺酸）润湿及冲调性能良好；大部分润湿性能不理想的原料在冲调性评分上存在显著性差异（P＜0.05）。干法工艺中原料的冲调性能优劣对于成品具有重要意义。

（3）部分营养强化剂和糖类对渗透压影响较大，脂肪和蛋白质的影响相对较小。在配方设计阶段，保证满足目标人群营养需求的同时，应选择合适的原料使产品的渗透压尽可能接近于等渗水平。

综合考虑原料的三方面因素，确定配方原料为麦芽糊精1、糖粉、植物脂肪粉1、浓缩乳清蛋白2、GOS、FOS和营养强化剂，并开展样品试制。通过4个指标对试制样品进行评价分析，包括感官评价、渗透压、混合均匀性及营养素质量分数，结果表明样品在冲调性及组织状态方面表现优秀，口感具有较高的接受度；渗透压结果为（356±1.53）mOsm/kg，略高于等渗水平；不同位置的营养素相对标准偏差均在5%以内，体现出较好的混合均匀性，营养素质量分数均符合国家标准要求。