界面膜技术在婴幼儿配方奶粉生产工艺中的应用

文 / 孙本风 顾修蕾 孙爱杰 蒋士龙

（黑龙江飞鹤乳业有限公司技术研发中心）

为了保护DHA和ARA不被氧化，保证最终配方奶粉良好的滋气味，需要利用界面膜技术中的乳化剂对DHA和ARA油滴进行乳化、包埋，同时添加抗氧化剂，这样乳化液就形成了稳定的体系，目的是使DHA和ARA具有更长的货架期和更佳的口感。因此界面膜技术在DHA和ARA保护领域的运用显得尤为重要。

1 材料与方法

1.1 主要材料、仪器、设备

1.1.1 试验材料

壁材：辛烯基琥珀酸淀粉钠；芯材：DHA和ARA油脂；抗氧化剂：抗坏血酸棕榈酸酯、维生素E；载体：植物油等。

1.1.2 仪器与设备

乳化机组；均质机；显微镜、水浴锅；恒温培养箱；油脂氧化稳定性测量仪等。

1.2 方法

1.2.1 乳化液制备方法

利用界面膜技术制备乳化液过程中，水是连续相（Continuous Phase），油滴是分散相（Dispersed Phase）。主要分为两步，第一步是预混（Premix），利用高速乳化剪切力将界面膜壁材溶解，然后与油相混合。第二步是乳化（Emulsion），利用乳化剪切设备和高压均质机将料液中大的油滴变成均匀的小油滴，均匀分散在界面膜的壁材中，通过循环均质控制乳化不好的油滴聚合成大油滴。

该方法将DHA和ARA油剂制成乳化液后，能降低液体间的界面张力，使互不相溶的液体易于乳化，从而形成水包油型乳化液，因此油相表面形成界面膜，防止脂肪氧化。该方法经过一次加热即可实现包埋，可以更好地保证DHA和ARA功能性的释放，减少一次加热环节对DHA和ARA滋气味的破坏，从而攻破奶粉中“鱼腥味”的技术壁垒，同时保证营养充分吸收。利用DHA和ARA乳化液制备奶粉的方法，工艺流程如下：

水相（界面腊加入纯净水并加热至35～65 ℃）+油相（油相加热至50～100 ℃后停止加热，再加入抗氧化剂，使抗氧化剂完全溶于植物油中）→ 液温在35～60℃时剪切乳化，5～15 min → 循环均质，30～50 MPa，5～10 min DHA和ARA乳化液 → 配料系统 → 包埋工艺 → 高压均质 → 物料浓缩 → 喷雾干燥 → 婴幼儿配方奶粉。

1.2.2 乳化液测定方法

（1）烘箱法

将乳液分装到小烧杯中，置于45 ℃烘箱中，每小时观察乳液分层浮油情况，作为乳化液感官评价指标。

（2）水浴法

将配制好的乳化液，取8 mL注入10 mL刻度管中，置于55 ℃水浴锅中，每1 h观察一次，看是否有油圈出现及分层情况，作为乳化液感官评价指标。

（3）镜检法

用吸管将乳化液稍加稀释后滴在载玻片上，盖上盖玻片，然后滴一滴松柏油，使用1 000 倍油镜（配备标尺）观察，判定标准是液滴直径全部小于1 μm，绝大多数在0.3～0.7 μm之间，且油滴的分布越均匀越好，作为乳化液判定合格的标准。

1.2.3 烘箱法加速方法［1］

采用Schaal烘箱法抗氧化性能实验方法，根据Arrhenius经验公式，对于正常化学反应，反应温度每升高10 ℃，反应速度升高1 倍，即K（T+10℃）/K（T）=2（式中K为反应速度常数）。反应速度常数与食品货架寿命成反比，即反应速度常数越大，食品货架寿命越短，因此有Q（T）/Q（T+10℃)=2（式中Q为食品货架寿命），得到表1。

表1 温度与货架寿命系数关系

表2 常用乳化剂分类

2 结果与讨论

2.1 结果

2.1.1 界面膜壁材的选择

对于一种微胶囊产品来说，合适的乳化剂非常重要，选择适合的乳化剂是微胶囊工艺成功的关键，壁材在很大程度上决定着产品物理性质。界面膜技术实质上是一种包装技术，其效果的好坏与“包装材料”壁材的选择紧密相关。理想的乳化剂必须具备如下特性：安全无毒，能与芯材相配且不发生化学反应；具有一定的强度和力学性能；具备适当的溶解性、流动性、润滑性、渗透性和稳定性。

由于食品行业的特殊性，所用的乳化剂必须是安全无毒的，故选择乳化剂时不仅要考虑壁材应具有的一般特性，还需考虑能否满足食品工业的安全卫生要求［2］。

近年来，界面膜技术发展迅速，乳化剂作为其重要组成部分受到了更广泛的关注。界面膜的制备过程中，乳化剂的组成与选择对芯材的性质保护至关重要。对于乳化剂的选配，一般要考虑高分子包埋材料自身的物理-化学性质，如溶解性、吸湿性、稳定性、机械强度、成膜性和乳化性等。

此外，乳化剂还应价格合理，且容易制备［3］。按照壁材来源进行分类，常用乳化剂可以分为天然材料、半合成材料和合成材料（表2）。

可作为乳化剂的材料很多，只要材料成膜性好，能够在芯材周围沉积，并且具有一定的强度与韧性就有可能做壁材。天然高分子材料具有成膜性好的优点，是最常用的壁材。主要包括碳水化合物类、蛋白质类、亲水胶体、脂类，在此基础上同时开发出了新型壁材。试验分析比较了几种变性淀粉和阿拉伯胶的吸湿性、粘度、乳化性等方面的性能，结果见表3。

作为乳化剂一般要求有良好的乳化性、较低的粘度和吸湿性［4］。由试验结果可见，变性淀粉的乳化作用略优于阿拉伯胶；变性淀粉的运动粘度远低于阿拉伯胶；不同变性淀粉的吸湿性有所差异，其中以National变性淀粉吸湿性最低，低于2%。因此National变性淀粉是一种理想的界面膜乳化剂。

2.1.2 抗氧化剂的选择

通常，含油脂的食品在贮运过程中极易发生氧化，以至缩短货架期。同时油脂的过氧化会对膜、酶、蛋白质造成破坏，甚至可以导致老年化的很多疾病，还可以致癌，严重危害人体健康[5]。为了保证高脂肪含量的乳化液的稳定性，需要添加抗氧化剂进行保护乳化体系。

所用仪器为瑞士 Metrohm 公司生产的743 Rancimat，温度控制在50～220 ℃，空气流量为7～25 L/h，可同时测定8 个样品。进样量液态时为2～12 mL，固态时为0.01～0.50 g。所需材料为二十二碳六烯酸油脂（简称DHA，未加抗氧化剂）、抗氧化剂[L-抗坏血酸棕榈酸酯（L-AP）、维生素E（VE）、特丁基对苯二酚（TBHQ）、迷迭香提取物]。采用的试验条件是：进样量约4 mL，测试温度120 ℃，空气流量20 L/h。

通过单独和组合添加不同抗氧化剂进行氧化诱导试验，得出不同诱导时间（表4）。

无论是天然抗氧化剂，还是合成抗氧化剂，添加到婴幼儿奶粉中要符合中国法律法规的规定，由此可筛选出抗坏血酸棕榈酸酯和维生素是理想的抗氧化剂，其查询结论见表5。

2.1.3 乳化液判定标准

（1）标准乳化液

液滴均匀，直径小于1 μm，为合格乳化液。

（2） 非标准乳化液

液滴不均匀，直径大于2μm，为不合格乳化液。

表3 几种变性淀粉和阿拉伯胶的性能分析

表4 添加不同抗氧化剂诱导时间

2.2 讨论

目前采用的工艺及其设备属于自主研发产品，乳化过程中会有少量空气混入，影响乳化效果，下步将从国外原装进口全自动密封生产线，更有利于芯材的保护。

3 结论与展望

3.1 结论

利用界面膜技术制备DHA和ARA乳化液是一种行之有效的方法，该方法能够包埋DHA和ARA不良滋气味，改善婴幼儿配方奶粉滋气味。本论文以辛烯基琥珀酸淀粉钠为乳化剂，以维生素E和抗坏血酸棕榈酸酯为抗氧化剂进行制备DHA和ARA乳化液为研究对象，确定了乳化液制备的最佳工艺参数；研究了乳化液的检测方法；对其在配方奶粉中的应用作了初步探讨，确定了奶粉的评价方法；得到的主要结论如下：

3.1.1 DHA和ARA乳化液在制备过程中受温度、搅拌时间、均质压力等因素影响，同时考虑生产现场操作方便，经优化的乳化液制备工艺为：料液温度45 ℃，搅拌时间12 min，均质压力35 MPa。该优化条件下制备的乳化液油滴粒径在0.5μm，得到了最佳的乳化液。

3.1.2 DHA和ARA乳化液中油滴粒径的大小直接反应配方奶粉的滋气味，因此可将油滴直径作为量化评价乳化液质量的检测依据。试验表明，油滴粒径控制小于1 μm，配方奶粉感官指标得到很好改善。

3.1.3 采用Schaal烘箱法抗氧化性能实验方法，根据Arrhenius经验公式，对于正常化学反应，反应温度每升高10 ℃，反应速度升高1 倍，在42 ℃储存1 天相当于在22 ℃室温下贮藏4 天，所以按照2 年的保质期计算，在42 ℃储存应为180 天，相当于2 年的货架期。按照上述方法，对DHA和ARA进行包埋和未包埋的配方奶粉产品充氮密封包装，将其放在恒湿箱试验，温度为42 ℃，时间为180 天。结果表明，包埋DHA和ARA后的配方奶粉的滋气味要好于未包埋DHA和ARA的配方奶粉。

本研究首次采用界面膜技术制备DHA和ARA乳化液，克服了DHA和ARA油剂和粉剂缺点，研发了第三种剂型——乳化液，优化了其制备工艺。应用镜检法、水浴法、离心法、烘箱法等检测方法进行分析表明，DHA和ARA油剂经过乳化、包埋、抗氧化后能够改善婴幼儿配方奶粉滋气味，减少鱼腥味，为今后DHA和ARA乳化液规模化生产奠定了坚实的基础。

表5 食品添加剂法律法规查询结论

3.2 展望

3.2.1 改进现有乳化剂、研发新型乳化剂

（1）改进现有乳化剂

目前使用的辛烯基琥珀酸淀粉钠pH值在4～5之间，呈现变性淀粉固有的酸味，口感一般，下步需要改进口感。（2）研发新型乳化剂

使用乳蛋白等替代辛烯基琥珀酸淀粉钠，可以改进口感和降低成本。

3.2.2 改进检测方法

（1）浊度检测

采用浊度仪对乳化液进行检测，从上到下多次扫描，如果乳化效果良好，浊度仪扫描的结果是一条直线；如果乳化效果差，溶质分布不均匀，浊度仪扫描的结果为曲线，通过此仪器可以判定乳化液是否乳化均匀。

（2）激光粒径分析

采用激光粒径分析仪进行检测，通过正态分布曲线观察粒径分布情况，此方法快捷，但是设备费用投入较大。

3.2.3 研发制备方法

（1）复核界面膜技术

开发矩阵式复核界面膜技术。

（2）多层界面膜技术

利用复配壁材进行多层界面膜技术的开发。

3.2.4 新型工艺应用

随着DHA和ARA产业的进一步发展，新的包埋技术也在与时俱进，从过去传统的喷雾干燥技术到现在的喷雾冷冻技术，DHA和ARA的产品质量越来越高，对多不饱和脂肪酸的保护越来越好。粉末床技术和喷雾冷冻干燥技术将是DHA和ARA包埋技术的重要发展方向。

目前，喷雾冷冻干燥已经有成熟的技术，从实验室小规模设备到较大规模的设备都已研发，并且利用某些固体冷却剂能够在一定程度上实现连续自动生产。SFD技术已经应用到了食品领域中，为界面膜技术提供了新的制备方法。

[1]王兴国，裘爱泳，史小华，等. 抗坏血酸棕榈酸酯在不同油品中的抗氧化性能研究. 中国油脂，2003，25（3）：52-53.

[2]孙兰萍，许晖，张斌，等. 食品成分微胶囊制备技术及发展趋势展望.农产品加工，2008，136（5）：12-13.

[3]张宏康，王武. 微胶囊技术及其子食品工业中的应用. 食品研究与开发，1999，20（4）：27-29.

[4]吴克刚，孟宏昌. 利用变性淀粉微胶囊化微藻单细胞DHA油脂的研究. 食品科学，2004，25（7）：76-77.

[5]穆同娜，张惠，景全荣. 油脂的氧化机理及天然抗氧化物的简介. 食品科学，2004，25（增刊）：241-244.