特殊医学全营养配方食品货架期内品性评价

2020-12-01孙婉婷汪玉芬王赛陈炫宏董雷超周泉城

食品工业 2020年11期

孙婉婷，汪玉芬，王赛，陈炫宏，董雷超，周泉城

1. 山东理工大学农业工程与食品科学学院食品科学系（淄博 255049）；2. 农产品功能化技术山东省高校重点实验室（淄博 255049）

特殊医学用途配方食品（特医食品）是指针对某些进食受限、代谢紊乱、消化吸收障碍或特定疾病患者对营养素或膳食的特殊需求而专门配制加工而成的配方食品[1]，是给予特殊人群特定疾病状态下的营养支持与保障，涉及种类广、组分多、工艺复杂，质量安全直接影响到目标人群的健康安全[2]，一般分为全营养、特定全营养、非全营养三大类[3]。国内外对糖尿病、呼吸系统疾病、肾病、肿瘤、炎性肠病、食物蛋白质过敏、难治性癫痫、肥胖、减脂手术适用的特医食品进行系统研究，特医食品对健康的推动作用也日益显现，疾病由查出后才采取治疗而逐渐转移至治未病[4]。同时，特定全营养配方食品适用于患有糖尿病、肾病等疾病的人群[5]。

此外，由于特医食品营养成分复杂、含量要求精细，一些轻微的组分调整都会引起产品营养和流变等品性变化，影响到患者身体健康甚至生命安全[5-6]。在货架期内即食品在规定的贮藏条件下，能够满足确定需要的最短期限[7]易受环境因素（温度、湿度、光、氧气等）影响诱发或加速理化反应，从而引起其营养成分、感官品质、物性发生改变[8]。因此，特医食品安全问题至关重要，这包括产品的营养素含量、流变性、渗透压等[9-10]。

试验探究特殊医学全营养配方食品营养素衰减稳定性及流变学性质，对优化相关产品储藏条件、掌握保存特医食品功能效用规律、确定最佳食用期具有重要意义。旨在通过对加速试验模拟测评货架期中特殊医学全食营养素衰减及流变性规律，揭示营养素及流变性影响规律，为特殊医学食品的开发应用提供试验数据和理论指导。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

豌豆蛋白（烟台双塔食品股份有限公司）；乳清蛋白（食品级）、羟甲基淀粉（上海爱纯生物科技有限公司）；核桃油（南阳磨坊麻麻原生态食品有限公司）；维生素（混合）、矿物质（混合）、氯化钠、磷酸二氢钾（郑州瑞普生物工程有限公司）；黄原胶（上海鸿键食品配料有限公司）。

氢氧化钠、盐酸等（均为分析纯）；淀粉酶（活力单位≥100 U/mg）；木瓜蛋白酶（活力单位≥10 U/mg）；高峰淀粉酶（活力单位≥100 U/mg）。

1.2 仪器与设备

英国马尔文仪器公司流变仪（Malvern KINEXUS）；高温炉；自动凯氏定氮仪；原子吸收光谱仪：配石墨炉原子化器；压力消解罐；紫外分光光度计；HPLC仪。

1.3 试验组成

1.3.1 样品组成

特殊医学全营养配方食品的配方组成：豌豆蛋白0.8 g、乳清蛋白0.7 g、羟丙基淀粉7.595 g、核桃油0.25 g、维生素（混合）0.01 g、矿物质（混合）0.16 g、氯化钠0.11 g、磷酸二氢钾0.06 g、黄原胶0.02 g，共计9.705 g。pH 6.71（4～7之间），渗透压307 mOSM/g，服用时加水量至少25 mL，搅拌至完全溶解后，均质。

1.3.2 加速试验设计

货架期加速试验（ASLT）法应用化学动力学方法将环境因素对产品的影响进行量化，通过改变产品一个或多个储藏条件，加速产品理化指标及感官品质的变化，从而在较短时间内模拟产品长期储藏发生的变化，预测其货架期[11-12]。特殊医学全营养配方食品取样3个批次，每批次1 kg左右，在温度37±2 ℃、湿度RH 75%±5%的条件下进行，在0，1，2，3和6个月分别检测1次。

1.3.3 流变性测定

采用Malvern KINEXUS旋转流变仪对特殊医学全营养配方食品的流变学性质进行表征。试验测试温度25 ℃，夹具为直径20 mm的平行板，间距0.5 mm。每次测试均用轻质硅油封样以防止水分挥发，并使用新的样品防止样品损伤。为使样品保持相同的初始状态，装样后使之平衡5 min后开始测试[13]。

稳态剪切黏度曲线测试中，采用控制剪切速率的测试模式（CR模式），剪切速率由0.1 s-1升至1 000 s-1记录样品的黏度随剪切速率的变化[13]。时间依赖性曲线测定中，分别在剪切率50 s-1，200 s-1时剪切5 min，静置1 min，剪切1 min，测试黏度随着时间的变化情况[14]。

1.3.4 营养素衰变测定

测定营养素种类及其测定方法。水分测定参照GB 5009.3—2016；灰分测定参照GB 5009.4—2016；脂肪测定参照GB 5009.6—2016；蛋白质测定参照GB 5009.5—2016；维生素A测定参照GB 5009.82—2016；维生素B2测定参照GB 5009.85—2016；维生素E测定参照GB 5009.82—2016；维生素C测定参照GB 5009.86—2016；钠测定参照GB 5009.91—2017；钙测定参照GB 5009.92—2016；镁测定参照GB 5009.241—2017；铁测定参照GB 5009.90—2016；铜测定参照GB 5009.13—2017；锌测定参照GB 5009.14—2017；硒测定参照GB 5009.93—2017。

营养素衰变计算方法[15]。

衰减率=（首次检测值-末次检测值）/首次检查值×100% （1）

1.4 数据统计分析

每个操作3次平行，利用Origin 2017软件作图。

2 结果与讨论

2.1 特殊医学全营养配方食品损失率的研究

初始设计产品时，就对营养素衰减情况进行充分考虑，为此全部营养素检测值在加速试验后的检测值均符合产品标识值误差，与国家标准要求相符[16]。由表1可知，整个加速试验中，平均衰减率从大到小为维生素E＞维生素A＞维生素C＞铜＞硒＞锌＞碳水化合物＞蛋白质＞铁＞钠＞钙＞脂肪＞镁＞维生素B2＞水分。各元素稳定性与衰减率呈反比，较低的衰减率保证了其含量的最大保留[17]。一方面，维生素类营养素的损失率明显高于其他营养素中，表明其稳定性较差；另一方面，宏量营养素和矿物质均在货架期内均表现出高稳定性，其衰减率均在0.1%以下。总体来说，虽然维生素类营养素的衰减率略高，但无任何营养素衰减率高于1%，这表明此全营养配方食品在货架期内都较稳定，各营养素损失较少，保证食品的品质。

表1 不同时期宏量营养素含量及衰变率

表2 不同时期维生素含量及衰变率

表3 不同时期常量元素含量及衰变率

表4 不同时期微量元素含量及衰变率

作为乳剂型特医食品的三大宏量营养素：蛋白质、油脂和碳水化合物，它们通过各种类型的化学和物理键作用对乳剂的构成和稳定发挥重要影响[18]。蛋白质和碳水化合物能够吸附在油水界面上，保护乳化液滴不被聚集，使液滴粒径减小从而提高体系稳定性[19]。脂肪在氧气存在的条件下反应生成初级氧化产物（脂质过氧化物），而后进一步氧化降解生成挥发性及非挥发性醛、酮、酸等小分子物质，对产品风味造成不利影响[20]。由图1可知，蛋白质在初始至1月份开始衰减；1-2月份衰减率有所降低，到达2月份时衰减率呈现负值，含量有所增加；2-3月份衰减率增加，在3月份衰减率达到0，营养素含量恢复到初始时含量；3月份以后衰减率明显上升，营养素损失较多。碳水化合物和脂肪的衰减程度相近，变化范围均较小，在货架期内表现出较高的稳定性，脂肪的衰减率为0，可认为在货架期内不存在衰减。水分在货架期内衰变率均呈现负值，表明水分在此期间含量一直增加。灰分在初始至1月份损失率呈现负值即含量增加，在1-2月份损失率增加，1月中旬含量与初始含量持平恢复到原来的含量，2-3月份衰减率降低，3-6月份持续增加。总体来看，宏量营养素的损失率均较低，在货架期内均稳定。

图1 宏量营养素衰减率

维生素是一组化学结构不同、营养作用和生理功能各异的一类低分子有机化合物[21]。由图2可知，脂溶性维生素在货架期内均呈现了不同程度的衰减。衰减率由大到小分别为维生素E（87.99%）＞维生素A（36.11%）＞维生素C（20.73%）。维生素E的损失最多，其在无氧条件下较稳定，甚至加热到200 ℃以上也不被破坏，但在空气中极易被氧化，其增强免疫功能、抗氧化效应、抗应激作用、维持生育功能[22]也会降低。总体来说，维生素族营养素衰减率明显高于其他营养素，在此配方中没有表现出较好的稳定性，维生素类物质对于外界环境较为敏感，空气、水分、温度等对其稳定性均有影响。因此充氮密封保护也对其中脂溶性维生素的保持具有重要作用[15]。

图2 维生素衰减率

常量元素是指在有机体内含量占体重0.01%以上的元素。这类元素在体内所占比例较大，有机体需要量较多，是构成有机体的必备元素。

由图3可知，在整个货架期各种常量元素含量并没有发生显著性衰减。衰减率较高的矿物质是钠、钙（衰减率0.82%和0.61%），衰减率最低的矿物质是镁（衰减率0%），基本没有发生衰减。镁元素在货架期内先衰减后恢复到原来的含量。从成分性质来说，食品中矿物质本身性质相对稳定，对空气、温度、光照等因素均有一定程度的耐受性，这与类似文献报道结果一致[15]。由于衰减率很低，可以认为常量货架期内基本不会发生衰减。

图3 常量元素衰减率

微量元素在人体中存在量极少，低于人体体重0.01%，人体每日对微量元素的需要量很少，但对人体来说必不可少[23]。

由图4可知，各种元素的衰减情况相近，且在货架期内各元素的稳定性较好，无明显损失。硒的衰减率较其他微量元素有较大变化，但在前2个月其含量有所增加，2个月以后衰减率升高。总体来说，矿物质在货架期内均表现出较低的衰减率，即保证矿物质的最大保留。

图4 微量元素衰减率

2.2 稳态剪切黏度曲线研究

溶剂的黏度是由流体分子相互之间的内摩擦作用而产生，黏度越大，内摩擦力越大，表现为流动性越差[24]。剪切速率由0.1 s-1升至1 000 s-1，记录样品的黏度随剪切速率的变化。假塑性是指流体的黏度随剪应变率的增加而减小。拥有此种性质的流体属于非牛顿流体。由图5可知，特殊医学全营养配方食品的黏度随着剪切速率增加而降低，为假塑性流动。从分子角度来看，在该区内剪切作用已经超过布朗运动的作用，分子链发生定向、伸展并发生缠绕的逐步解体，而且已不能恢复。剪切速率在0.1～200 s-1之间，配方黏度降低最快，且之后趋于稳定，黏度不再发生变化。

图5 稳态剪切黏度曲线

2.3 时间依赖性曲线研究

图6 恒定剪切速率50 s-1时间依赖性曲线

图7 恒定剪切速率200 s-1时间依赖性曲线

时间依赖性曲线测定中，分别在剪切率50 s-1和200 s-1进行剪切，测得配方黏度随时间的变化规律。该试验运用间歇恒剪切速率的方法[25]来表征流体在剪切发生、停顿和恢复时，黏度随时间的变化。试验结果亦可反映流体是否具有触变性[26]。定温下表观黏度随剪切持续时间而降低的液体称为触变性液体。触变性是一种非牛顿流体性质，它用于描述表观黏度随荷载大小及荷载作用时间变化的规律[27]。由图6和图7可知，在剪切速率50 s-1时，配方的黏度明显大于剪切速率200 s-1时的黏度。恒定剪切速率50 s-1和200 s-1时所测得的黏度在静置前后变化幅度微小，说明该配方触变性很小。静置1 min后配方的黏度有所降低，但在12 s后配方恢复到原来的黏度，说明黏度的恢复具有时间滞后性。总体来说，该配方在剪切速率50 s-1和200 s-1时触变性很小，静置一段时间后黏度可迅速恢复，流变性较稳定。