乳剂型全营养食品配方及其水溶性维生素稳定性研究
时间：2022-12-08 09:00:03 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
董海胜 ，刘同方 ，沈起兵 ，张国文 ，臧 鹏 ，于燕波
（1.深圳市绿航星际太空科技研究院，广东深圳 518117；
2.中国航天员科研训练中心 航天营养与食品工程重点实验室，北京 100094）
乳剂型特殊医学用途配方食品组成包括蛋白质、脂肪、糖类、维生素、电解质、微量元素和水，属于典型的热力学不稳定乳液体系，其稳定性受配方中化合物组成、包装材料和储存环境等影响［1-2］。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要求，专门加工配制而成的一类配方食品，该类食品必须在医生或临床营养师指导下，单独食用或与其他食品配合食用［3］。FSMP可以作为唯一的营养和能量源来维持机体的生命活动，在糖尿病、癌症和创伤等疾患人群的营养支持发挥着重要作用［4-6］，相比肠外营养更加经济［7］。
近几年特殊医学用途配方食品相关法规、标准和规范逐步发展完善［8-9］，部分国内食品和药品企业开始致力于FSMP研发生产，正处于起步发展阶段［10-11］。FSMP在加工及储存过程中在光、热、氧及包装材料等的影响下，容易发生美拉德反应、脂肪氧化、维生素化学性失活、衍生及物理性状失稳等现象，尤其是FSMP复杂体系中一些营养素的未知衍生物或化学反应产物存在安全隐患。对于热力学不稳定的乳剂型FSMP，营养素失活失稳现象更加普遍［12-15］。因此，明确FSMP制程及储存过程中营养素失活失稳规律，建立营养素失活失稳防控技术对规范和指导我国FSMP配方设计和工艺开发，提升产品品质具有重要意义。FSMP稳定性研究是产品开发和保质期研究的重要组成部分，目的是通过设计试验获得产品质量特性在各种环境因素影响下随时间变化的规律，并据此为产品配方设计、生产工艺、配制使用、包装材料选择、贮存条件和保质期的确定等提供指导。
1.1 材料
乳剂型全营养配方食品中用到的原辅料包括：大豆分离蛋白（临沂山松生物制品有限公司）；
水解胶原蛋白（天和益生（北京）健康科技有限公司）；
浓缩牛奶蛋白（英特食品贸易有限公司）；
菜籽油（益海嘉里金龙鱼粮油食品股份有限公司）；
麦芽糊精、果糖（保龄宝生物股份有限公司）；
抗性糊精（美国Cargill公司）；
低聚果糖（量子高科（中国）生物股份有限公司）；
锰等二价离子复合矿物质、钾等一价离子复合矿物质、VA等脂溶性复合维生素、VB1等水溶性复合维生素、肌醇、核苷酸、海藻糖、阿拉伯糖、卵磷脂、香精、左旋肉碱及胆碱（北京赛欧华创科技有限公司）；
牛磺酸（潜江永安药业股份有限公司）；
单双甘油酯（帕斯嘉（上海）食品添加剂有限公司）；
卡拉胶（浙江上方生物科技有限公司）。以上原辅料均为食品级。
1.2 仪器与设备
LX-500-85型高压射流纳微粉碎系统（理星（天津）生物科技有限公司）；
AUW120D型电子天平（岛津企业管理（中国）有限公司）；
NBL2602e型电子天平、GFK150H型台秤（英国艾德姆衡器公司）；
HH-6型恒温水浴锅（常州金坛宏华仪器厂）；
B25型高速剪切器（北京新冶金信机械设备有限公司）；
UPH-II-20T型超纯水仪（四川优普超纯科技有限公司）；
JTM60型胶体磨（深圳市雷通实业有限公司）；
SQ510C型立式压力蒸汽灭菌锅（重庆雅马拓科技有限公司）；
TQJ-0.1型真空脱气机（温州浙宇流体设备有限公司）。
1.3 试验方法
1.3.1 配方设计原则
依据GB 29922—2013《食品安全国家标准特殊医学用途配方食品通则》，并参考国家食品标准、中国营养学会颁布的相关标准及国内外相关文献进行设计。
1.3.2 样品制备方法
乳剂型全营养配方食品制备工艺流程如图1所示。
图1 乳剂型全营养配方食品制备工艺流程Fig.1 Preparation process of emulsion type total nutrition formula food
粉末原料采用纯化水水化充分后形成水相，与油相在乳化剂和悬浮稳定剂存在的情况下进行高速剪切乳化形成预乳；
然后进一步采用超高压射流破碎进行均质处理，得到微米级的悬浮乳液；
经真空超声脱气后灌装杀菌，冷却后即得最终乳剂型全营养配方食品样品。
1.3.3 营养素稳定性研究
FSMP营养素的稳定性研究根据不同的研究目的，结合食品原料、食品辅料、营养强化剂和食品添加剂的理化性质、产品形态、产品配方及工艺条件合理设置。本文主要针对产品保质期内易于变化、可能影响产品质量、安全性和营养充足性的9种水溶性维生素，参考《特殊医学用途配方食品稳定性研究要求（试行）（2017修订版）》的公告（2017年第108号）设定试验条件及周期。将样品置于恒温恒湿培养箱中，设定温度（30±2）℃、湿度（60%±5%）RH，分别在加速稳定性研究开始前1天、第45天及第90天取样，置于便携式冷藏箱中送具备CMA及CNAS资质的第三方检测机构进行检测，各指标检测方法均依据国标要求。储存试验期间各维生素稳定性以平均衰减速率Vti表示，计算如下式：
式中Vti——样品储存过程中维生素浓度变化速率，mg/（d·100 kcal）或 µg/（d·100 kcal）；
ΔC——样品储存过程中浓度变化，mg/（100 kcal）或 µg/（100 kcal）；
Δt——样品储存时间，天；
Cj，Ci——样品储存第j、i天时浓度，mg/（100 kcal）或 µg/（100 kcal）；
j，i——样品储存时间，天。
2.1 配方营养成分
在GB 29922—2013《食品安全国家标准 特殊医学用途配方食品通则》的基础上，蛋白质、脂肪及碳水化合物的用量及比例参考WS/T 578.1—2017《中国居民膳食营养素参考摄入量第1部分：宏量营养素》制定；
钾、钙、钠、镁、磷、氯用量参考WS/T 578.2—2018《中国居民膳食营养素参考摄入量 第2部分：常量元素》制定；
铁、锰、铜、锌、硒、碘用量参考WS/T 578.3—2017《中国居民膳食营养素参考摄入量第3部分：微量元素》制定；
视黄醇、胆钙化醇、α-生育酚及植物甲萘醌用量参考WS/T 578.4—2018《中国居民膳食营养素参考摄入量 第4部分：脂溶性维生素》制定；
维生素B1、维生素B2、维生素B6、维生素B12、叶酸、维生素C、生物素、泛酸及烟酸参考WS/T 578.5—2018《中国居民膳食营养素参考摄入量 第5部分：水溶性维生素》制定。配方中可选成分肌醇、牛磺酸、核苷酸、左旋肉碱及胆碱参考通则要求制定。最终样品配方营养素组成见表1所示。
表1 配方营养素组成Tab.1 Nutrient composition of the formula
配方能量密度为1 kcal/mL，三大产能营养素供能比依次为碳水化合物51.6%、蛋白质16%、脂肪32.4%。脂肪来源为菜籽油及亚麻籽油混合物，其中10.4%为饱和脂肪酸、69.8% 为单不饱和脂肪酸、19.8% 为多不饱和脂肪酸。膳食纤维来源包括水不溶性膳食纤维（22.2%）和水溶性膳食纤维（77.8%）。样品采用玻璃瓶进行包装，包装规格为250 mL。
2.2 水溶性维生素稳定性分析
样品中维生素C、维生素B1、维生素B12、叶酸、生物素、泛酸及烟酸衰减趋势见图2所示。随着加速试验储存时间的延长，维生素C、维生素B1、维生素B12、叶酸、生物素、泛酸及烟酸含量普遍呈逐渐降低趋势。其中，维生素C、烟酸和生物素平均衰减速率在试验考察的前期Vt1大于后期Vt2，前 45 天分别为 0.04 mg/（d·100 kcal），0.002 mg/（d·100 kcal）和 0.03 µg/（d·100 kcal），后 45天分别为 0.01 mg/（d·100 kcal），0.001 mg/（d·100 kcal）和 0.01 µg/（d·100 kcal）；
维生素 B12、叶酸及泛酸平均衰减速率在试验考察的后期Vt2大于前期Vt1，前 45 天分别为 0.002 µg/（d·100 kcal），0.02µg/（d·100 kcal）和 0.000 2 mg/（d·100 kcal），后45天分别为0.006 µg/（d·100 kcal），0.06 µg/（d·100 kcal）和 0.000 4 mg/（d·100 kcal）；
维生素 B1平均衰减速率前期与后期一致，为0.000 2 mg/（d·100 kcal）。以杀菌结束后的样品维生素检测初始值为对照，储存第90天，7种水溶性维生素衰减比例由高到低依次为维生素B12（48.6%）、生物素（27.1%）、维生素B1（22.2%）、维生素C（14.2%）、叶酸（13.9%）、烟酸（7.8%）和泛酸（6.5%）。因此，为保证产品的营养充足性，在产品配方设计时需在国家标准规定的范围内适当增加强化量。维生素B2及维生素B6在储存期间含量检测结果相对稳定，说明在试验配方及工艺条件下，得到的乳剂型全营养配方食品能够较好地保持此2种维生素的活性。
图2 储存过程中水溶性维生素衰减趋势Fig.2 Attenuation trend of water-soluble vitamins during storage
针对容易损失的水溶性维生素种类，需要研究适当的活性保持防护措施。微胶囊包埋处理被证明是有效的手段之一，但是微胶囊壁材在乳剂体系及制程中的高压、高温处理条件下，其稳定性尚需进一步研究。为提高营养素的稳定性，已开发出不同类型的衍生物，比如，维生素C有L-抗坏血酸、L-抗坏血酸钙、维生素C磷酸酯镁、L-抗坏血酸钠、L-抗坏血酸钾及L-抗坏血酸-6-棕榈酸盐6种可以强化添加的形式，不同的衍生物热稳定性、耐酸和耐碱特性均有不同，通过优选阻隔性能优良的包装材料，针对性的强化多种形式的维生素C或添加抗氧化成分的方法，有望达到保持维生素活性稳定性的目标［16-19］。
综合特殊医学用途配方食品通则及系列国家卫生行业标准规范，制定全营养配方食品营养素配方，采用乳剂产品通用配料-乳化-均质-脱气-灌装-灭菌工艺，得到乳剂型全营养配方食品。储存试验结果表明，维生素C、维生素B1、维生素B12、叶酸、生物素、泛酸及烟酸含量呈现逐渐降低趋势，维生素B2及维生素B6在储存期间含量检测结果相对稳定。在开展乳剂型产品配方设计时，考虑加工及储运过程中各营养素损失规律和特点，通过添加冗余量，或者添加不同形式的营养强化剂的方式，达到保持产品营养充足性的目标。
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