婴幼儿配方奶粉加工贮藏过程中叶黄素稳定性的变化

魏哲文，钱 浩，王 丹，张亚玲，房 芳

（1.石河子海关，新疆石河子 832000；2.石河子大学食品学院，新疆石河子 832000；3.新疆石河子花园乳液有限公司，新疆石河子 832000；4.乌鲁木齐海关技术中心，新疆乌鲁木齐 830000）

0 引言

叶黄素（Lutein）是一种重要的眼睛抗氧化剂。有研究表明，食品中添加叶黄素可大规模改善患者的视力退化的现象[1-2]。对于早产儿来说，由于出生时视网膜发育不全，容易发生早产性视网膜病变（ROP），在妊娠期短或出生体重轻的新生儿中，ROP的发生率可达60%～80%。叶黄素治疗组的斑点光感受器对婴幼儿的敏感性反应优于对照组，叶黄素对婴幼儿视网膜具有保护作用，尤其是对易患视网膜疾病和视力下降的早产婴幼儿[3-4]。婴幼儿配方奶粉中添加叶黄素等类胡萝卜素，能有效提高婴儿血浆中叶黄素的含量，对早产儿视网膜发育和炎症抑制具有重要作用[5-7]。

目前，叶黄素常用的检测方法有紫外可见分光光度法、红外光谱法、超临界液体色谱法（SFC）等，但都存在一定的弊端，如灵敏度低易受干扰及成本高，不适用于大批量检测[8]。而高效液相色谱法，具有分离条件简单、分离度高、分离速率快、灵敏性强等优点，并且可以与多种技术进行联合使用来提高检测水平[9-10]。使用高效液相色谱法可以获得样品中分子的相对分子质量。液相与质谱法（Liquid Chromatography-Mass spectrometry）的结合使用综合了2 种方法的优点，是食品分析领域的一种关键检测方法。通过高效液相色谱法对婴幼儿配方奶粉加工、贮藏过程中叶黄素稳定性进行了研究。研究可为含有叶黄素的婴幼儿配方奶粉的加工提供技术指导，为奶粉的包装贮藏提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 材料与试剂

试验样品分为原辅料、成品、稳定性试验成品、保质期试验成品、过程样品。生牛乳，新疆石河子花园乳业中心牛场提供；脱盐乳清粉（D90），购自爱尔兰（DAIRGOLD）；脱脂乳粉，购自新西（LONTER）；乳清蛋白粉，美国（希尔玛）有限公司提供。

加工过程中样品取自均质阶段、高温灭菌阶段、浓缩阶段和喷雾干燥阶段。贮藏过程中，样品为成品奶粉。

甲醇、乙醚、正己烷等试剂，均为色谱纯。

1.2 仪器与设备

Waters-E2695 型液相色谱仪，美国Waters 产品；MS3 basic 型涡旋混合振荡器，德国 IKA 产品；RC6Plus 型高速冷冻离心机，美国Thermo Fisher 产品；HPD-50/FB-02 型无油真空压力泵，天津恒奥产品；BagMixer400vw 型均质器（拍打式），法国Interscience 产品。

1.3 叶黄素含量检测方法

精密称取婴幼儿配方乳粉样品0.5 g 于50 mL 聚丙烯离心管中，用2 mL 超净水溶解，避光加入含0.1%BHT 的乙醇溶液10 mL（摇动时加入），再分别加入乙醇10 mL 和5%氢氧化钾溶液后摇匀，然后放入振荡器摇匀15 min，室温皂化30 min，加入乙醚+正己烷（40+60，体积比）15 mL 以转速4 500 r/min离心，重复提取3 次，用水10 mL 洗涤2 次，浓缩后用0.1%BHT 的乙醇溶液定容至5 mL，过膜上机检测。

色谱柱选用C30 型色谱柱，内径4.6 mm×250 mm，粒径5 μm，柱温35 ℃；流动相：甲醇/水（95+5，体积比，含0.1%BHT），采用等度洗脱，流速1.0 mL/min，检测波长445 nm，进样量50 μL。

货架期试验取成品奶粉，分别装入马口铁奶粉罐、自粘纸袋和铝箔聚乙烯软袋中，充氮后密封，每种包装分别置于10.0，25.0，40.0 ℃的干燥环境中，避免光线照射，贮藏24 个月，每4 个月检测叶黄素含量，并计算保留率。

1.4 数据分析

试验重复3 次，试验设计为完全随机设计，采用SPSS 19.0 统计软件进行数据分析，组件均值比较采用单因素方差分析。

2 结果与分析

2.1 奶粉加工过程中叶黄素的稳定性分析

2.1.1 均质阶段

均质是一种使液体分散体系中的分散物微粒化、均匀化的处理过程，其目的是降低分散物的尺寸，提高分散物分布的均匀性。在奶粉生产中，经过均质可降低乳中游离脂肪的含量，从而增强奶粉抗氧化能力和提高其溶解度。均质时一般压力控制在18～20 MPa，温度控制在 55～60 ℃。

均质阶段叶黄素含量见表1，配对t 检验分析结果见表2，效应量指标见表3。

表1 均质阶段叶黄素含量 / μg·（100 g）-1

表2 配对t 检验分析结果

表3 效应量指标

对叶黄素数据进行分析后发现，进行均质化过程前后叶黄素的平均损失率较低，仅为2.1%。利用配对t 检验去研究试验数据的差异性，从表2 可以看出，叶黄素含量在均质前后会呈现出显著差异性（p＜0.05），且 * 代表2 组数据存在差异性 （*p＜0.05，**p＜0.01）。均质前和均质后之间呈现出0.05 水平的显著性 （t=2.977，p=0.031），均质前的平均值（385.17），会明显高于均质后的平均值（377.20）。由表3 数据使用效应量（Effect size）研究差异幅度情况，Cohen's d 值为1.215，说明效应量大。表明均质化阶段对叶黄素的稳定性有一定影响。

2.1.2 高温灭菌阶段

高温灭菌可以彻底杀死牛乳中的病原菌和绝大多数腐败微生物，破坏牛乳中酶的活性，提高牛乳蛋白质的热稳定性，满足浓缩工序对牛乳温度的要求。一般采用高温短时灭菌法或超高温瞬时灭菌法。通常采用的灭菌条件为115+0.5 ℃，15 s。

高温灭菌阶段叶黄素含量见表4，配对t 检验分析结果见表5，效应量指标见表6。

表4 高温灭菌阶段叶黄素含量 / μg·（100 g）-1

高温灭菌阶段前后叶黄素的平均损失率为6.97%，利用配对t 检验去研究试验数据的差异性，从表5 可以看出，叶黄素含量在均质前后会呈现出极显著差异性（*p＜0.05，**p＜0.01）。灭菌前和灭菌后之间呈现出0.01 水平的显著性（t=10.210，p=0.000），灭菌前的平均值（372.23），会明显高于灭菌后的平均值（347.97）。由表6 数据使用效应量 （Effect size）研究差异幅度情况，Cohen's d 值为4.168 说明效应量大，表明高温灭菌工艺对叶黄素的稳定性有显著影响，与以往对叶黄素稳定性的研究基本一致。由于温度越高，叶黄素稳定性下降，叶黄素的损失率就越大，所以生产厂家应对灭菌温度和灭菌时间进行严格把控，尽可能避免不正常的操作，如极端温度或加班导致的乳品存放时间过长。

表5 配对t 检验分析结果

表6 效应量指标

2.1.3 浓缩阶段

婴幼儿配方奶粉生产的浓缩阶段的平均浓缩温度为50 ℃，大约进行10 min，在生产过程中对浓缩浓奶进行直接取样测试，可从浓奶缸中直接取样，并进行6 次测量。

浓缩前后的叶黄素含量见表7，配对t 检验分析结果见表8，效应量指标见表9。

表7 浓缩前后的叶黄素含量 / μg·（100 g）-1

表8 配对t 检验分析结果

表9 效应量指标

浓缩前后的叶黄素含量变化为了方便体现，折算成以干基计，以干基计就是以每100 g 质量的干物料为基准，表示其中所含叶黄素的含量（μg/100 g）。采用干基计算方便统一不同工序下物料含水量不同造成计量影响。结果表明，浓缩过程中叶黄素的平均损失率为1.79%，浓缩前和浓缩后之间呈现出0.05水平的显著性（t=2.786，p=0.039），以及具体对比差异可知，浓缩前的平均值（339.20），会明显高于浓缩后的平均值（333.24）。Cohen's d 值为1.137 说明该影响效应量大。浓缩工艺对叶黄素稳定性有一定影响。

2.1.4 喷雾干燥阶段

在婴儿配方奶粉的生产中，喷雾烘干通常是在风进入155～170 ℃的温度和风输出90～97 ℃的温度下进行的，乳粉是在生产线上通过直接取生产完的样品获得，总共测量6 次。

干燥前后的叶黄素含量见表10，配对t 检验分析结果见表11，效应量指标见表12。

表10 干燥前后的叶黄素含量 / μg·（100 g）-1

表11 配对t 检验分析结果

表12 效应量指标

由表12 可知，喷雾干燥过程中叶黄素的平均损失率为6.48%，干燥前和干燥后之间呈现出0.01 水平的显著性（t=19.494，p=0.000），干燥前的平均值（327.44），明显高于干燥后的平均值（307.97）。对奶粉中叶黄素的稳定性有显著影响。说明喷雾干燥引起了叶黄素的损失，所以在实际生产操作过程中需要注意喷粉温度和时间的影响。

2.2 奶粉贮藏过程中叶黄素的稳定性研究

不同温度下马口铁奶粉罐中叶黄素保留率见图1。

图1 不同温度下马口铁奶粉罐中叶黄素保留率

由图1 可知，贮藏期间马口铁奶粉罐中叶黄素保留率不断下降，且温度越高，下降越快。10 ℃和25 ℃下叶黄素保留率在整个贮藏期下降缓慢，而40 ℃下叶黄素保留率在前8 个月下降较为缓慢，之后迅速下降。贮藏期间40 ℃下叶黄素保留率均显著低于10 ℃和25 ℃。贮藏结束时，10，25，40℃下马口铁奶粉罐中叶黄素保留率分别下降了7.8%，10.9%，20.7%。说明较高的温度导致了马口铁奶粉罐中叶黄素的流失，10 ℃可以有效抑制贮藏期间马口铁奶粉罐中叶黄素的流失，从而保持叶黄素含量。

不同温度下铝箔PE 软包装中叶黄素保留率见图2。

图2 不同温度下铝箔PE 软包装中叶黄素保留率

由图2 可知，不同温度下铝箔PE 软包装中叶黄素保留率在贮藏期间不断下降。10 ℃和25 ℃下叶黄素保留率在整个贮藏期下降缓慢，且没有显著差异；而40 ℃下叶黄素保留率在前4 个月下降较为缓慢，之后迅速下降，且贮藏期间显著低于其他2 个温度下的叶黄素保留率。贮藏至24 个月时，10， 25，40 ℃下铝箔PE 软包装中叶黄素保留率分别下降了9.3%，11.8%，24.2%。从结果中可以看出，40 ℃引起了铝箔PE 软包装中叶黄素的损失，10 ℃和25 ℃可以有效保持铝箔PE 软包装中叶黄素的含量，其中10 ℃效果最佳。

不同温度下纸袋中叶黄素保留率见图3。

图3 不同温度下纸袋中叶黄素保留率

贮藏期间不同温度下纸袋中叶黄素保留率呈下降趋势（图3），且与温度变化成正比。由图3 可知，10 ℃和25 ℃下叶黄素保留率在前20 个月下降较为缓慢，之后下降较快；而40 ℃下叶黄素保留率在贮藏期间迅速下降，且显著低于其他温度下叶黄素保留率。贮藏结束时，10，25，40 ℃下纸袋中叶黄素保留率分别下降了10.8%，14.8%，26.9%。结果表明，温度对纸袋中叶黄素的稳定性影响较大，40 ℃引起了贮藏期间叶黄素的大幅度下降，而10 ℃和25 ℃相对维持了纸袋中叶黄素的保留率。

对不同包装中叶黄素保留率进行比较分析。结果表明，贮藏期间马口铁奶粉罐对叶黄素保持效果最好，其次是铝箔PE 软包装，纸袋中叶黄素流失最多，保留率最低。对不同温度下各包装中叶黄素保留率进行综合分析。结果表明，温度对奶粉中叶黄素稳定性影响较大，温度越高叶黄素流失越严重。研究发现，10 ℃下马口铁奶粉罐可以有效延缓婴幼儿配方奶粉中叶黄素的流失，从而保持较高的叶黄素含量。

3 结论

研究表明，加工过程中高温灭菌热处理和喷雾干燥对叶黄素稳定性影响较大，叶黄素损失率分别达到了6.97%和6.48%；货架期试验结果表明，马口铁奶粉罐可以有效保持叶黄素含量，其次是铝箔PE软包装、纸袋包装。贮藏期间温度越高，叶黄素保留率越低，10 ℃下叶黄素保留率最高，其次是25 ℃和40 ℃。10 ℃下马口铁奶粉罐包装叶黄素保留率最高。研究发现了引起奶粉中叶黄素损失的主要原因，为奶粉厂的生产提供了技术指导，并为婴幼儿奶粉的贮藏提供了理论依据。