特殊医学用途全营养配方食品的稳定性研究

王 溢,汪新洁,杨 波,蒲小春,方 芳,夏绍北,陈 林

(1.美庐生物科技股份有限公司技术研发中心,江西九江 332005; 2.九江市特医食品工程技术研究中心,江西九江 332000)

特殊医学用途配方食品(Food for Special Medical Purposes,FSMP)(简称特医食品)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求,专门加工配制而成的配方食品[1]。其在改善病人营养状况、促进病人康复、缩短住院时间、节省医疗费用等方面发挥着巨大的作用[2-7]。按照产品类型将其分为全营养配方食品、特定全营养配方食品及非全营养配方食品三类,由于全营养配方食品可在医生或临床营养师的指导下,单独作为单一营养来源满足目标人群的营养需求[8],因此其产品的营养充足性及稳定性显得尤为重要。

国家标准GB 29922-2013《食品安全国家标准特殊医学用途配方食品通则》[9]中要求全营养配方食品中必须含有13种维生素及12种矿物质,由于营养素的稳定性与加工工艺、包装材质和储藏条件等密切相关,其中任何一项的变化都会引起特医食品相关营养素的稳定性。而由于我国自2016年7月开始实施《特殊医学用途配方食品注册管理办法》后市场才有了特医食品这一新的品类,导致特医食品产业在我国发展较为滞后,行业及学界对特医食品稳定性系统性的评价研究较少,华家才等[10]从影响因素试验(高温、高湿、光照)角度对特殊医学用途婴儿配方食品做了初步探索,但未见其对加速试验及长期的货架期稳定性进行评价,其它可供参考的相关研究多来自于婴幼儿配方乳粉[11-14],而因特殊医学用途全营养配方食品与婴幼儿配方食品的基质不同,其参考价值有待考究。故本文从加速试验、影响因素试验(高温、高湿)及货架期的长期储存角度出发,分析温度、湿度和储存时间对特殊医学用途全营养配方食品中营养素的影响情况,为特殊医学用途全营养配方食品产品配方研发、营养素设计及货架期稳定性等提供一定的数据支撑和参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

爱优诺特殊医学用途全营养配方食品(适用于10岁以上人群) 规格400克/听,试验样品均为正常商业化生产条件下进行生产的产品,采用真空充氮马口铁罐包装(残氧量≤3.0%)。

101A-3电热恒温干燥箱 上海锦屏仪器仪表有限公司;BSA224S分析天平、Quintix125D-1CN分析天平 赛多利斯(上海)贸易有限公司;JY20002电子天平、JY5002电子天平 上海上天精密仪器有限公司;SHH-100SD-2二箱式药品稳定性试验箱 上海建恒仪器有限公司;MULTSKAN热电酶标仪 赛默飞世尔科技(上海)有限公司;GC-2010plus气相色谱仪、SPD-M20A高效液相色谱仪、UV-1800紫外可见分光光度计、AA-6880原子吸收分光光度计 日本岛津公司;YXQ-LS-100SII立式压力蒸汽灭菌器 上海博讯医疗生物仪器股份有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 加速试验 将三批次样品(未开封)置于恒温恒湿培养箱中,在温度(37±2) ℃,相对湿度RH 75%±5%条件下放置180 d,分别于0、30、60、90 d进行取样,对感官、维生素A、维生素B2、烟酸、维生素C、铁、锌、水分进行检测,在第0和第180 d进行全项目检测(蛋白质、脂肪、碳水化合物、亚油酸、α-亚麻酸、维生素 A、维生素D、维生素E、维生素K1、维生素B1、维生素B2、维生素B6、维生素B12、烟酸、叶酸、泛酸、维生素C、生物素、钠、钾、铜、镁、铁、锌、锰、钙、磷、碘、氯、硒、牛磺酸),以考察加速试验条件对产品营养素的稳定性影响。

1.2.2 高温试验 将三批次样品(未开封)置于恒温恒湿培养箱中,在温度60 ℃,相对湿度RH 60%±10%条件下放置10 d,分别于第5和10 d取样,对感官、水分、蛋白质、脂肪、亚油酸、α-亚麻酸、维生素A、维生素E、维生素B2、维生素C、铁、铜等指标进行检测,如检测指标发生明显变化,则在温度40 ℃条件下同法进行试验,将各项指标与首次检测进行对比,以考察温度对产品的影响。

1.2.3 高湿试验 将开封后的产品直接暴露于温度25 ℃、RH 90%±5%的恒温恒湿培养箱内,在培养皿上摊成≤10 mm厚的薄层开展试验,放置10 d,分别于第1、5和10 d取样,检测样品吸湿质量增加指标;若产品在1 d内吸湿质量增加5%以上,则在温度25 ℃、相对湿度RH 75%±5%条件下同法进行试验,检测吸湿质量增加指标,若产品在1 d内吸湿质量增加5%以上,但尚未达到5或10 d试验期,说明湿度对样品(产品)影响明显,高湿试验停止[10]。对比将样品(未开封)置于温度25 ℃、相对湿度RH 90%±5%的恒温恒湿箱内,分别于第5、10 d取样,样品检测吸湿质量增加指标;若产品吸湿质量增加5%以上,则在温度25 ℃、相对湿度RH75%±5%条件下同法进行试验,以考察包装材料对湿度的阻隔性。

1.2.4 长期试验 将三批次样品(未开封)置于温度(25±2) ℃、相对湿度RH 60%±10%的恒温恒湿培养箱中放置720 d。在第0、90、180、270、360、540、720 d对水分、脂肪、维生素A、维生素B2、烟酸、维生素C、铁、锌等指标进行检测;在第0和720 d进行全项目检测(同上),以考察产品营养素的货架期稳定性。

1.3 检测方法

采用GB 29922-2013《食品安全国家标准特殊医学用途配方食品通则》[9]中对应的国家安全标准分析方法进行检测分析,具体检测方法如下表1所示。

表1 营养素的检测方法及检测精度Table 1 Detection method and accuracy of nutrients

1.4 计算方法

试验结束后,检测各样品的营养素含量,采用平均衰减率计算各营养素的损失情况,公式如下:

平均衰减率(%)=(初始检测值-试验结束检测值)/初始检测值×100[11]

1.5 数据处理

使用Excel 2016及SPSS 19.0软件进行数据处理和分析。所有理化指标进行三次平行测定,数据均以平均值±标准差的形式表示。

2 结果与讨论

2.1 加速试验结果

加速试验是在高于长期贮存温度和湿度条件下,考察产品的稳定性,可为产品偏离实际贮存条件是否依旧能保持质量稳定提供依据,并可初步预测产品在规定贮存条件下的长期稳定性。分别取第0、30、60、90 d加速试验的样品进行分析,其感官、维生素A、维生素B2、烟酸、维生素C、铁、锌、水分的评测结果见表2所示。

表2 加速试验90 d后三批次样品其感官及营养素衰减结果Table 2 Sensory and nutrient attenuation results of three batches of samples after 90 days of the accelerated test

由表2结果可知,随着加速试验的进行,产品感官未发生明显变化,均为乳白色粉末。三批次样品所检测指标中水分含量未发生明显变化,其他营养素含量则存在一定的衰减,其中维生素A衰减程度最高,平均衰减率为11.53%,但以上指标的检测结果均符合GB 29922[9]的相关要求。

针对三批次样品加速第0及第180 d进行了感官及全营养素的评测,其营养素平均衰减率检测结果见表3所示。

表3 加速试验180 d后三批次样品其感官及营养素衰减结果Table 3 Sensory and nutrient attenuation results of three batches of samples after 180 days of the accelerated test

由表3可知,在加速180 d后,样品中营养素的含量发生了不同程度的衰减,其中维生素C的衰减程度最高,平均衰减率为30.73%,其次是生物素(28.87%)、维生素A(26.57%)、维生素K1(22.83%)、维生素E(22.50%)、氯(21.97%)、泛酸(21.97%)、维生素D(20.87%)和碘(20.40%),其余营养成分则相对稳定。部分营养素平均衰减率为负值,可能是由于检测精密度造成的偏差[10-11]所致。通过与GB 29922[9]中要求进行对比分析,营养素检测值仍在GB 29922[9]要求的范围内,产品质量符合国家标准要求。

2.2 高温试验结果

将产品分别在60及40 ℃条件下进行高温试验,其产品感官、水分及营养素衰减结果见表4所示。

表4 高温试验感官及营养素衰减结果Table 4 Sensory and nutrient attenuation results of high-temperature test

由表4可知,在60 ℃条件下,第5和第10 d产品的感官发生明显变化,粉体及冲调液的颜色均变深,而在40 ℃条件下感官无明显变化。特殊医学用途全营养配方食品是由碳水化合物、蛋白质、脂肪等高分子物质组成,这些高分子物质是典型的非晶聚合物,在高温过程中存在着玻璃化转变现象。有研究显示[15],当聚合物在较低温度时,分子热运动能量很低,聚合物在外力作用下只能发生很小的形变,表现出来的力学性质与玻璃相似,呈现出较为稳定的玻璃态。而随着温度升高到某一温度时,聚合物整个分子链都可以运动,这时聚合物逐渐变成黏性流动的状态,发生的形变不能恢复,逐渐玻璃化转变而导致粉体抱团现象。另外,Karmas等[16]研究了温度对非酶褐变反应速率的影响,结果表明,当温度低于玻璃化转变温度时,反应速率很低;当温度高于玻璃化转变温度时,非酶促反应速率随温差的增大而增加,这可能是导致全营养特医食品在高温颜色变深的原因。

全营养配方粉中强化了较丰富的营养素,在60 ℃高温的条件下,蛋白质、脂肪、亚油酸、α-亚麻酸、维生素E、维生素B2、铁、铜的含量未见明显变化。脂溶性维生素A在60和40 ℃条件下衰减率在10%～20%之间,随着温度的提高,维生素A的衰减率更大,这些与其它学者研究一致[17]。颜景超等[18]在对维生素A酯类的热降解动力学研究中表明,维生素A酯类的热降解符合一级反应,维生素A醋酸酯和维生素A棕榈酸酯降解反应的活化能分别为80.59和100.41 kJ/mol,随着温度的增加及时间的增长,维生素A的衰减率越高,这些研究均表明了维生素A对温度及储存时间的敏感性。

水溶性维生素C在60和40 ℃条件下衰减率在10%～35%之间。有研究显示,温度会对婴幼儿奶粉中维生素C的含量影响显著,60 ℃的条件1个月后维生素C仅为原维生素C含量的46.11%[19],刘奕博等[20]在研究维生素C在乳粉加工过程的热降解动力过程中发现,在2 h,60～80 ℃条件下,维生素C损失在26.6%～52.6%之间,由此可见维生素C对温度极其敏感。

2.3 高湿试验结果

高湿试验结果如表5所示,在25 ℃,RH 90%±5%条件下,将开封后的试验样品放置1 d吸湿质量增加为32.14%,远远超出5%;在25 ℃,RH 75%±5%条件下,放置1 d吸湿质量增加为12.45%,仍远远超过5%,说明湿度对样品的影响比较大。而在听罐(马口铁)包装条件下,吸湿质量增加无明显变化,说明听罐(马口铁)的包装材料具有较好的湿度阻隔性。

表5 高湿试验吸湿增重变化Table 5 Changes of hygroscopic weight gain in high-humidity test

2.4 长期试验结果

将三批次的样品(未开封)置于温度(25±2) ℃、湿度RH 60%±10%的恒温恒湿箱中放置720 d。分别于第0、90、180、270、360、540 d对水分、脂肪、维生素A、维生素B2、烟酸、维生素C、铁、锌等进行检测,其营养素变化见表6所示。从表6中可以看出,在540 d后样品中脂肪、维生素A、维生素B2、烟酸、锌的含量无明显变化(考虑检测精度),水分、维生素C、铁的含量呈现明显衰减趋势,其中维生素C的衰减程度最高(10.68%)。

表6 长期试验540 d后三批次样品营养素衰减结果Table 6 Nutrient attenuation results of three batches of samples after 540 days of long-term test

将三批次试验样品置于温度(25±2) ℃、湿度RH 60%±10%的恒温恒湿箱中放置720 d,分别于第0和第720 d对GB 29922[9]中要求的蛋白质、脂肪、亚油酸、α-亚麻酸及13种维生素和12种矿物质进行测定,其营养素变化见表7所示。考虑营养素的检测精密度在10%左右[10-11],绝大多数营养素的衰减及变化均较为稳定,通过与GB 29922[9]进行对比分析,产品在保质期结束时亦符合产品标准要求,而维生素A(32.95%)、维生素B1(24.32%)、泛酸(22.19%)、维生素C(21.69%)的衰减率均超过20%。维生素A是大多数生命形式不可缺少的重要物质,其在维持视觉健康和上皮细胞完整、参与生长生殖及维持免疫系统的完整性等方面发挥着重要作用[21]。维生素B1又称抗神经炎素或硫胺素,能促进糖的分解代谢,供给神经系统活动所需的能量,维持神经的正常传导功能[22]。泛酸又名遍多酸、鸡抗皮炎因子,在体内主要以辅酶形式参与糖、脂质、蛋白质代谢,能够保护细胞质膜不受损害,促进磷脂合成帮助细胞修复,具有抗脂质过氧化的作用[23]。维生素C又名抗坏血酸,其主要参与胶原蛋白及结缔组织的合成,从而支持血管、肌腱、骨组织的成长[24],作为一种高效抗氧化剂,它可以清除生长代谢产生的活性氧基团及一些自由基,保护细胞免遭氧化损害[25]。因此为保证全营养特医产品的营养充足性,在全营养特医食品研发时可适当增加衰减程度较高的营养素的强化量,也可根据不同工艺选择微胶囊化包埋效果好的维生素A及维生素C,从而提高其稳定性。

表7 长期试验720 d后三批次样品营养素衰减结果Table 7 Nutrient attenuation results of three batches of samples after 720 days of long-term test

3 结论

稳定性试验结果表明,在温度(37±2) ℃,相对湿度RH 75%±5%将产品放置180 d的加速试验条件下,维生素A、维生素D、维生素C、维生素E、维生素K1、生物素、泛酸、氯、碘衰减率均超过了20%,其余营养成分则相对稳定。在温度60和40 ℃,相对湿度RH 60%±10%条件下进行10 d产品高温试验,维生素C的衰减程度最高,衰减率分别为30.83%和19.48%。在(25±2) ℃、湿度RH 60%±10%的常温条件下将产品长期储藏至720 d,维生素A、维生素B1、泛酸、维生素C的衰减率均超过20%以上,其它营养素的衰减及变化均较为稳定。因此,为保证全营养特医产品的营养充足性,在全营养特医食品研发时,对容易衰减的营养素需要结合产品的含量设计、营养素化合物来源、生产工艺及包装材料等环节上进行综合评估,以此来提高产品稳定性。

湿度对特殊医学用途全营养配方粉的影响非常明显,建议在产品设计时选择对湿度阻隔性好的包材,并在开包装后将产品贮藏于阴凉干燥处,尽量缩短产品的食用周期。