包装残氧量对幼儿配方乳粉品质的影响

周梦瑶，程莎莎，田 芳，鲁杏茹，梁雅琪，朱振宇，贾 蕾，张 微，满朝新,*，姜毓君

（1.东北农业大学食品学院，乳品科学教育部重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150030；2.雅培营养品上海研发中心，上海 200233）

婴幼儿配方乳粉是液态奶经过一系列加工生产的粉状食品，主要成分是蛋白质、脂肪、碳水化合物、维生素、矿物质以及其他微量营养素[1]。婴幼儿配方乳粉的品质主要体现在其营养价值方面，但风味也是限制乳制品成分应用和保质期的关键因素之一[2]。在贮藏期间，婴幼儿配方乳粉的营养特性尤其是维生素的变化不容忽视。维生素极其敏感并且稳定性差，易受光照、氧气等其他因素的影响，分析贮藏期间包装内氧气含量对婴儿配方乳粉维生素的稳定性对于乳粉质量的把控具有重要的实际意义。在婴幼儿配方奶粉中添加长链多不饱和脂肪酸是一个新的方向，但由于婴幼儿配方奶粉含有大量不饱和脂肪酸，容易发生脂质氧化[3]。添加不饱和脂肪酸虽然可以提高奶粉的营养价值，但这也为脂肪氧化提供了更有利条件，导致奶粉的不稳定性增加[4]。

产品的贮藏稳定性主要取决于包装，并随包装方式的不同而变化[5]。包装可以避免食品受外界因素影响，防止营养物质流失，有助于延长乳制品的保质期，保持食品性能稳定[6-7]。婴幼儿配方乳粉在贮藏期间会出现结块，维生素等敏感营养成分含量衰减以及不良风味增加等变化，乳粉顶空气体的组成对其稳定性具有重要的影响[8]。乳粉易发生氧化变质，An等[9]为了保证婴幼儿配方奶粉的质量，揭示了氧气屏障的需求与食品性质和保质期之间的交互关系。Chudy等[10]研究了真空贮藏对乳粉氧化及感官等特性的影响，发现真空包装的乳粉也会发生物理和化学变化，但乳粉在贮藏前期仍保持良好的感官属性。戴智勇等[11]发现选择的惰性气体不同对其衰减率的影响没有明显区别，在充入惰性气体条件下，包装内氧气含量极低，不易发生理化反应。乳粉包装内气体的种类以及含量影响乳粉贮藏过程中的稳定性。充氮包装的方式可以减少包装内氧气含量，降低产品脂肪氧化的速度[12]。因此，在贮藏过程中，婴幼儿配方乳粉包装内的氧气含量对乳粉的贮藏稳定性有着至关重要的作用。

《婴幼儿配方乳粉生产许可审查细则（2013版）》[13]要求包装要在特定贮藏和使用条件下不影响婴幼儿配方乳粉的安全和产品特性，GB 10765—2010《婴儿配方食品》中规定可以使用食品级或纯度不小于99.9%的二氧化碳和（或）氮气作为包装介质[14]。因为奶粉易氧化的特性，所以其包装多采用高阻隔的气调包装，常在包装内填充氮气或二氧化碳等气体。当氧气含量较低时，食品和细菌均处于冬眠状态，可有效延长食品的保质期。因此，生产婴幼儿配方乳粉的企业对产品有一项残氧量的内控标准，通常在3%左右。

本研究选择3 段幼儿配方乳粉（适合12～36个月的婴幼儿）为实验样品，设置4个不同残氧量的样品（0.2%、2%、3%、5%，V/V）。将包装内不同残氧量的乳粉样品在相同条件下贮藏，研究其主要营养物质（VA、VE、VC、叶黄素）、挥发性油脂氧化产物及感官特性（味觉、气味、颜色）的变化，为婴幼儿配方乳粉产品的包装条件提供一定依据，对于提升产品品质具有重要的现实意义。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

3 段幼儿配方乳粉、预制袋4 层包装膜（膜材结构：12 μm聚对苯二甲酸乙二醇酯/9 μm Al/15 μm聚酰胺/75 μm聚乙烯；尺寸：300 mm×200 mm） 雅培贸易有限公司。

抗坏血酸、α-生育酚、己醛、戊醛、丙醛标准品、邻苯二胺、粉状活性炭、2,6-二叔丁基对甲酚（2,6-ditert-butyl-4-methylphenol，BHT）、环己烷 上海阿拉丁生化科技股份有限公司；视黄醇、叶黄素标准品成都德思特生物技术有限公司；偏磷酸、三水乙酸钠生工生物工程（上海）股份有限公司；乙酸、石油醚（沸点30～60 ℃）、无水乙醇、浓盐酸（11.9 mol/L）、无水乙醚、乙酸丁酯 天津市富宇精细化工有限公司；硼酸、氢氧化钾 天津市天大化学试剂厂；甲醇（色谱级）、正己烷 天津星马克科技发展有限公司。

1.2 仪器与设备

ZQPL-200恒温培养箱 天津市莱玻特瑞仪器设备有限公司；恒温搅拌型水浴锅 江苏金坛区西城新瑞仪器厂；F-7100荧光分光光度计 日本日立公司；1260II Prime高效液相色谱仪、7890B气相色谱仪 美国安捷伦科技公司；DM6电子鼻、SA402B电子舌 日本Insent公司；ZE6000色差计 日本电色工业株式会社；涡旋振荡器 美国Scientific Industries公司；高速离心机赛默飞世尔科技（中国）有限公司。

1.3 方法

1.3.1 样品制备及贮藏

使用预制袋4 层包装膜包装3 段幼儿配方乳粉，使用充氮包装机和氧气混配仪制备包装内不同残氧量的乳粉样品（氧气体积分数为0.2%、2%、3%、5%）。按照商业生产标准，乳粉样品的营养成分符合GB 10767—2010《较大婴儿和幼儿配方食品》[15]的要求。

按照《特殊医学用途配方食品稳定性研究要求（试行）》[16]中加速实验的方法，将包装内不同残氧量的乳粉样品于37 ℃、相对湿度75%加速条件下贮藏，分别于第0、4、8、12、16、20、24周取样，进行相应指标的测定。

1.3.2 VC含量的测定

参考GB 5413.18—2010《婴幼儿食品和乳品中维生素C的测定》[17]的方法。

1.3.3 VA及VE含量的测定

参考GB 5009.82—2016《食品中维生素A、D、E的测定》[18]中的反相高效液相色谱法。

1.3.4 叶黄素含量的测定

参考GB 5009.248—2016《食品中叶黄素的测定》[19]的方法并略有改动。提取叶黄素时加入0.3 g BHT，提取后使用1.0 g/L BHT乙醇溶液溶解残渣并定容至10 mL。

1.3.5 气相色谱仪测定挥发性油脂氧化产物

参考赵春燕[20]的方法并略有改动。使用己醛、戊醛以及丙醛标准品配制成不同质量浓度（己醛、戊醛质量浓度梯度为0.25、2.5、5、10、50 µg/mL；丙醛质量浓度梯度为250、500、750、1 000、1 500 µg/mL）的混合标准溶液，使用外标法上机测定，得到标准曲线。取（1.00±0.01）g乳粉样品于顶空瓶中，加入4 mL水复溶，密封后摇晃均匀，上机测定其己醛、戊醛、丙醛含量。

顶空条件：平衡温度80 ℃；平衡时间30 min；传输线温度130 ℃；进样时间0.05 min。

气相色谱条件：HP-5毛细管色谱柱（30 m×0.32 mm；0.25 μm）；氢焰离子化检测器；升温程序：起始温度40 ℃，保持5 min，以10 ℃/min升至180 ℃，保持5 min；进样口温度200 ℃；检测器温度250 ℃；载气为氮气，流量1.5 mL/min；氢气流量47 mL/min；空气流量400 mL/min；分流比1∶1。

1.3.6 电子鼻测定气味

测定前清洗传感器，清洗时间60 s。称取（5.00±0.01）g乳粉样品于顶空进样瓶中，将一次性无菌针头插入进样瓶（双手不能握住进样瓶），针头尽可能接近乳粉表面（不能接触）进行测定，检测时间60 s。

1.3.7 电子舌测定味觉

测定前使用缓冲液浸泡电子舌探头24 h，每次测定前清洗传感器探头。称取（2.50±0.01）g乳粉样品于锥形瓶中，加入50 mL温水，搅拌后倒入样品杯中进行测定[21]。

1.3.8 色差计测定颜色

测定前先进行仪器校正。称取（2.00±0.01）g乳粉样品于样品皿中，用样品勺将样品平铺均匀，测定样品的色度值——明度（L*）、红/绿值（a*）、蓝/黄值（b*）。b*值由负值变为正值时，代表样品颜色由蓝色变为黄色[22]。由于乳粉样品的颜色变化主要为黄色以及样品在贮藏期间颜色会由黄色向棕色转变[23]。因此，通过b*值的变化观察包装残氧量对乳粉颜色的影响。

1.4 数据处理

2 结果与分析

2.1 不同残氧量包装幼儿配方乳粉贮藏过程中的营养素变化

2.1.1 VC的稳定性分析

婴幼儿一般从母乳或/和婴幼儿配方乳粉获得VC[24]。VC对外界因素高度敏感，是引起许多食品发生变化的关键指标之一[25]。如图1所示，在37 ℃恒温培养箱内贮藏至第24周时，4种不同残氧量包装的幼儿配方乳粉中VC含量较第0周都出现了明显下降；包装残氧量为0.2%、2%、3%、5%的乳粉中VC含量分别下降了21.01%、23.97%、25.90%、29.64%。在贮藏期间随着残氧量的增加，VC含量整体下降越明显。贮藏16 周后，包装残氧量为0.2%与2%、3%、5%的乳粉中VC含量都差异显著（P＜0.05），且包装残氧量5%的乳粉中VC含量下降率最高。

结果表明，包装残氧量对乳粉中VC含量有一定影响。残氧量5%的包装对乳粉中VC稳定性影响最大，其次是残氧量为3%和2%的包装。这可能是由于乳粉包装内氧气含量高，VC在有氧环境中不稳定，暴露在氧气环境下易发生氧化而衰减[26]，导致最高残氧量包装的乳粉在贮藏结束时VC含量最低，这与Oey等[27]发现抗坏血酸稳定性与氧气有关的研究结论一致。

图1 不同残氧量包装乳粉贮藏期间VC的变化Fig. 1 Changes in VC content in packaged milk powder with different residual oxygen levels during storage

2.1.2 VA及VE的稳定性分析

为了维持视觉、免疫和认知等正常发育，婴儿必须摄入足够的VA[28]。VE在调节基因表达、细胞信号传导和其他代谢过程中发挥重要作用[29]。如图2所示，随着贮藏时间的延长，包装残氧量为3%和5%的幼儿配方乳粉中VA含量逐渐下降。贮藏第24周，包装残氧量为0.2%、2%、3%、5%的乳粉中VA含量较第0周分别下降了9.06%、9.70%、7.1%、12.94%，VE含量分别下降了15.60%、32.06%、33.86%、39.51%（图3）；其中，包装残氧量为0.2%的乳粉在贮藏期间与其他残氧量相比VA及VE含量变化较小。

由图2可知，贮藏第24周时，包装残氧量为2%和3%的乳粉之间VA含量无显著差异（P＞0.05），包装残氧量为5%的乳粉中VA含量与其他包装残氧量的乳粉相比衰减显著（P＜0.05）。虽然VA及其衍生物的化学性质活泼，极易发生氧化，但也可以阻止机体内脂质过氧化反应的发生，发挥良好的抗氧化功能[30]。由图3可知，贮藏第24周时，VE含量的下降率也随着包装残氧量的增加逐渐升高。这可能是由于VE本身不稳定，已在有氧环境中发生氧化，同时，VE也有抗氧化的作用[31]。贮藏前20 周所有残氧量的包装内乳粉中VE含量整体变化不大，第20周时各包装的乳粉中VE含量与贮藏第0周相比分别下降了7.73%、8.93%、16.91%、16.80%，尤其是残氧量为0.2%和2%的包装乳粉中VE含量与第0周相比无明显差异。但在贮藏第24周时，包装残氧量为2%、3%、5%的乳粉中VE含量发生了明显变化，尤其是包装残氧量5%的乳粉中VE含量下降最明显。在贮藏第24周包装残氧量为2%的乳粉中VE含量发生急速衰减的原因还有待研究。综上所述，包装氧气含量较低的条件下，VA以及VE的稳定性更好。与其他研究结果相比[32]，本研究的VA以及VE含量下降更明显，这可能是由于贮藏温度较高而引起。贮藏温度也是影响脂溶性维生素稳定性的重要因素，一般贮藏温度越高，配方乳粉中脂溶性维生素的稳定性越差[32]。

图2 不同残氧量包装乳粉在贮藏期间VA的变化Fig. 2 Changes in VA content in packaged milk powder with different residual oxygen levels during storage

图3 不同残氧量包装乳粉在贮藏期间VE的变化Fig. 3 Changes in VE content in packaged milk powder with different residual oxygen levels during storage

2.1.3 叶黄素的稳定性分析

叶黄素是存在于婴幼儿大脑中主要的类胡萝卜素，并且其作为黄斑区的主要色素可以保护视神经抵抗蓝光和氧化的损害，有利于婴幼儿眼睛的良好发育[33]。如图4所示，在贮藏期间，4种不同残氧量的包装内幼儿配方乳粉中叶黄素含量都随着贮藏时间的延长整体逐渐下降。贮藏第24周时，包装残氧量为0.2%、2%、3%、5%的乳粉中叶黄素含量较贮藏第0周分别下降了25.19%、27.82%、29.84%、34.58%，相对于贮藏前其含量都发生了明显变化；包装残氧量为5%的乳粉中叶黄素含量下降最多，其次是3%和2%，而包装残氧量0.2%的乳粉下降率最低，由此说明包装内的氧气体积分数对幼儿配方乳粉中的叶黄素含量有一定影响。魏哲文等[34]对婴幼儿配方乳粉中叶黄素稳定性进行了研究，发现贮藏期间马口铁乳粉罐对叶黄素保持效果最好，其次是铝箔复合软包装。这可能是由于婴幼儿配方乳粉中叶黄素对温度、氧气比较敏感，叶黄素在贮藏期间不稳定，极易发生降解[35]。叶黄素受光照、温度、空气、包装材质等多种方面的影响[36]。综上所述，本研究中每个残氧量水平的乳粉中叶黄素下降率都较高，这可能是由于叶黄素易受温度的影响发生衰减，而本实验中贮藏温度保持不变；比较不同残氧量水平的乳粉中叶黄素含量可以看出，包装内的氧气对叶黄素稳定性也有一定影响。Kuang Pengqun等[37]研究也发现叶黄素高度不稳定并且容易受到热和氧化降解的影响。

图4 不同残氧量包装乳粉在贮藏期间叶黄素的变化Fig. 4 Changes in lutein content in packaged milk powder with different residual oxygen levels during storage

2.2 不同残氧量包装幼儿配方乳粉贮藏过程中风味变化

2.2.1 挥发性油脂氧化产物分析

挥发性化合物如己醛和戊醛与不良风味的产生有关，已作为新鲜牛奶质量的潜在标记，醛类成分是乳粉保质期评价的指标之一[38]。己醛是n-6多不饱和脂肪酸的特定挥发性氧化产物，丙醛是n-3多不饱和脂肪酸的特定挥发性氧化产物。Li等[4]发现随着贮藏时间的延长，不同类型的商品乳粉中典型氧化风味物质的浓度均显著增加，其中已醛含量最高。醛类可作为一种潜在的标志物，用于评价乳的新鲜度和整体氧化质量[39]。

如图5所示，随着贮藏时间的延长，幼儿配方乳粉中己醛、戊醛、丙醛含量也随之增加，并且与贮藏第0周相比都发生不同程度地变化。贮藏第24周残氧量为0.2%的己醛、戊醛、丙醛含量较贮藏第0周没有发生明显变化；包装残氧量为2%的乳粉中己醛含量从0.94 µg/100 g显著上升到19.38 µg/100 g，戊醛含量从1.02 µg/100 g显著上升到15.10 µg/100 g，丙醛含量从266.08 µg/100 g显著上升到801.94 µg/100 g；包装残氧量为3%的乳粉中己醛含量从1.12 µg/100 g显著上升到32.22 µg/100 g，戊醛含量从0.65 µg/100 g显著上升到23.00 µg/100 g，丙醛含量从247.72 µg/100 g显著上升到1 269.52 µg/100 g；包装残氧量为5%的乳粉中己醛含量从1.12 µg/100 g显著上升到41.11 µg/100 g，戊醛含量从1.77 µg/100 g显著上升到28.79 µg/100 g，丙醛含量从239.5 µg/100 g显著上升到936.72 µg/100 g。从第12周开始，包装残氧量为5%的乳粉中己醛含量已经与其他残氧量的乳粉有显著差异（P＜0.05），从贮藏第16周开始，4种残氧量之间都出现了显著差异（P＜0.05），并且随着乳粉包装内残氧量的增加，己醛、戊醛含量也随之增加。由此可以看出，包装内残氧量对己醛有重要的影响，戊醛与己醛的变化趋势几乎一致，而丙醛的变化趋势较为复杂。由图5c可知，贮藏第24周时，虽然包装残氧量为3%的乳粉中丙醛含量超过了包装残氧量为5%，但两者之间无显著差异（P＞0.05）。在贮藏期间，乳粉中的脂肪在有氧环境中极易发生氧化，产生己醛、戊醛、丙醛等挥发性油脂产物，脂质氧化是油脂和含脂食品变质的主要原因，脂质过氧化会导致乳粉的味道和气味发生变化。随着包装内残氧量的上升，多数贮藏时间下，3种醛的含量都在增加，因此，包装内氧气含量是影响脂肪氧化的重要因素。

图5 不同残氧量包装乳粉贮藏期间己醛（a）、戊醛（b）、丙醛（c）的变化Fig. 5 Changes in hexanal (a), valeraldehyde (b) and propanal (c) content in packaged milk powder with different oxygen levels during storage

2.2.2 气味变化分析

贮藏过程中，婴幼儿配方乳粉易发生脂肪氧化、美拉德反应和乳糖结晶等反应，进而影响乳粉的滋味、气味[40]。电子鼻系统是为了粗略模仿人类的味觉感觉器官而设计的，为样本的分类、鉴别、识别等提供了快速有效的工具[41]。由于其方便、快捷、检测范围广等优点，已广泛应用于食品气味方面的检测[42]。电子鼻共有10个金属氧化物传感器，其检测气味分别为苯类（W1C）、氮氧化物（W5S）、氨类（W3C）、氢化物（W6S）、短链烷烃（W5C）、甲基类（W1S）、硫化物（W1W）、醇类（W2S）、含有机硫化物（W2W）、甲烷类（W3S）。传感器的响应值以相对电导率的比值（G/G0）为依据，当G/G0值大于1时才认为存在相应的挥发性成分[43]。

图6 不同残氧量包装乳粉在贮藏期间气味变化雷达图Fig. 6 Radar maps of odor changes in packaged milk powder with different residual oxygen levels during storage

由图6可知，贮藏过程中测得G/G0值大于1的传感器有氮氧化物、氢化物、甲基类、硫化物、醇类；而氮氧化物、氢化物、硫化物传感器测得的G/G0值变化较为复杂，无法看出其规律，只有甲基类以及醇类测得的G/G0值有较规律的变化。贮藏第24周时，包装残氧量为0.2%、2%、3%、5%的幼儿配方乳粉的甲基类G/G0值较贮藏第0周分别显著增加了0.523、0.573、0.642、1.057（P＜0.05）；醇类G/G0值分别显著增加了0.231、0.248、0.267、0.385 7（P＜0.05），4个含氧水平的醇类物质之间有显著差异（P＜0.05），并且随着包装残氧量的增加，醇类物质G/G0值也随之增加。综上所述，含氧水平对幼儿配方乳粉中甲基类以及醇类挥发性化合物有一定影响，对其他类挥发性物质的影响还有待进一步研究。

2.2.3 乳粉味觉变化

电子舌能够模拟人的舌头及其神经系统的信息处理过程，构建客观的味觉评价体系，具有快速、简便和灵敏等优点，并且满足了食品风味的客观评价要求[44]。电子舌的味觉传感器主要包括酸味、苦味、涩味、鲜味、咸味、涩味回味、苦味回味、鲜味回味。

由图7可知，不同残氧量包装的乳粉酸味无明显变化规律，与贮藏第0周相比，贮藏第24周的酸味值没有发生显著变化（P＞0.05），而其他味觉在贮藏第24周时较贮藏第0周都发生了一定变化。所有包装的鲜味和鲜味回味值都随着贮藏时间的增加整体下降缓慢，而咸味、苦味及苦味回味值的整体变化相反。但贮藏第24周时，4种残氧量包装的幼儿配方乳粉的鲜味、鲜味回味值、咸味、苦味以及苦味回味值都没有显著差异（P＞0.05）。乳粉涩味与涩味回味值变化规律复杂，两者之间也无明显关联。通过电子舌对不同残氧量包装的3 段幼儿配方乳粉进行味觉上的检测，发现不同含氧量包装之间所有传感器数值无显著差异（P＞0.05），因此通过电子舌只能粗略判断各味觉的变化，对于包装残氧量对乳粉味觉上产生的影响尚不明确。这可能是由于电子舌在食品领域中的应用具有一定的局限性，而幼儿配方乳粉在其保质期内的味觉变化不大，因此在味觉上并没有体现出一定的规律性。

图7 不同残氧量包装乳粉在贮藏期间味觉变化雷达图Fig. 7 Radar maps of taste changes in packaged milk powder with different residual oxygen levels during storage

2.2.4 乳粉颜色变化

如图8所示，相对于贮藏前，贮藏第24周乳粉的b*值明显增加，这可能是由于乳粉在贮藏期间发生了美拉德反应，导致乳粉颜色变深[45]。贮藏结束时，除包装残氧量2%和3%乳粉的b*值之间差异不显著，其余残氧量包装的乳粉间均差异显著（P＜0.05），随着包装残氧量的增加，b*值增大。但整个贮藏时间b*值的变化规律复杂，无法确定颜色与包装残氧量之间的相关性。有研究表明牛奶蛋白和还原糖之间的美拉德反应的产物有抗氧化活性，但初期的美拉德反应抗氧化活性的产物比例较低[46]。

图8 不同残氧量包装乳粉贮藏期间色差b*值的变化Fig. 8 Change in color parameter b* value of packaged milk powder with different residual oxygen levels during storage

3 结 论

选用不同残氧量包装的3 段幼儿配方乳粉作为样品，研究氧气体积分数对其营养以及风味特征稳定性的影响。虽然低氧气体积分数无法完全阻止幼儿配方乳粉的营养和风味特性发生改变，但结果表明，残氧量为0.2%和2%包装的幼儿配方乳粉稳定性较好，较低的包装内氧气体积分数能够提高乳粉样品的品质。因此，在考虑包装材质的同时，也要考虑乳粉包装内的氧气浓度以及包装的密封性，从而将乳粉营养以及风味的改变减少到最小。本研究表明若将包装内氧气体积分数控制在2%以下，与乳粉企业常规使用的3%相比，能够更好地为幼儿配方乳粉在贮藏期间维持其本身的营养和风味稳定性提供一个良好的条件。本研究可为幼儿配方乳粉在贮藏内品质的良好保持提供一定理论依据，也为严格控制幼儿配方乳粉的质量安全提供技术支持。