一款改善睡眠奶粉的工艺研究

◎ 宫建辉

（北京姿美堂生物技术有限公司研发中心，北京 100144)

我国睡眠研究会调查问卷统计显示，高达38.2%的中国城市居民存在着不同程度的失眠。根据中国睡眠研究会《2016中国中产阶层睡眠指数白皮书》披露，睡眠不佳对人们身心健康造成不同程度的伤害，被调查人群中有失眠症状的比例达46.58%，其中4.79%的人群需要长期服用安眠药才能入睡[1]。γ-氨基丁酸（Gamma-Aminobutyric Acid，GABA）是一种广泛分布于动、植物体内的小分子量非蛋白质氨基酸，是一种重要的中枢神经系统抑制性神经递质。李科等[2]研究了外源摄入GABA通过肠-脑轴、脑组织透性及其体内代谢物在改善睡眠方面的作用机制，论证了GABA可以改善睡眠。茶氨酸是茶叶中的一种主要氨基酸，占茶叶游离氨基酸的50%~60%，占茶叶干重的1%~2%[3]。茶氨酸是茶叶的呈味物质，是谷氨酸的衍生物。日本学者发现，茶氨酸能迅速透过血脑屏障进入脑内，并直接参与脑内神经传递质的合成，并能自动转化成GABA（γ-氨基丁酸），后者是一种对人体来说非常重要的神经传递质[4]。茶氨酸小鼠灌胃实验发现，茶氨酸能有效延长戊巴比妥钠催眠条件下小鼠的睡眠时间，提高小鼠的入睡率及有效缩短睡眠潜伏期，具有改善睡眠的功能[5]。酪蛋白水解物能提高受试者睡眠质量指数总分，特别是提高治疗2周后睡眠质量，治疗4周后减少睡眠潜伏期和日间功能障碍[6]。随着社会压力的增大，越来越多人有睡眠障碍，本研究以γ-氨基丁酸、茶叶茶氨酸、酪蛋白酶解物为主要原料，采用过筛、混合现代工艺，对配方进行优化，研制一款具有改善睡眠作用的奶粉，为功能奶粉食品的开发提供思路。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

γ-氨基丁酸，辽宁天华生物药业；茶叶茶氨酸，陕西艾特生物；酪蛋白酶解物，广东化肽生物；三氯蔗糖、全脂奶粉、牛奶香精，均为食品级；L-茶氨酸，上海源叶生物科技有限公司；4-氨基丁酸，中国食品药品检定研究院；三氟乙酸、硼酸、氢氧化钠、邻苯二甲醛、巯基乙醇、乙酸钠三水合物、三乙胺、冰醋酸、四氢呋喃和浓硫酸，均为分析纯；甲醇、乙腈，均为色谱级。

1.2 仪器与设备

高效液相色谱仪、电子天平、药物稳定性检查仪、休止角测定仪、标准筛、V型混合机、电子水分测定仪、电热鼓风恒温干燥箱。

1.3 实验方法

1.3.1 工艺流程

目标工艺流程为：过筛→称量→混合→分装→外包装。

1.3.2 工艺参数考察方法

（1）物料物理性质考察。①休止角的测定：采用固定圆锥底法，取底盘半径（r）为5.5 cm的培养皿，将物料固定于培养皿中心点上面的漏斗中，物料从漏斗中流出，直至物料堆积至从培养皿上缘流出、圆锥体高度不再增加为止，测出圆锥体的顶点到平皿上缘的高（H），重复测定3次[7-8]。休止角计算公式为②松密度的测定。将适量物料（质量为Mb）通过短颈漏斗缓慢沿漏斗壁倒入100 mL量筒中，使量筒中物料表面铺平，不得振荡，读出其体积（Vb），则松密度（堆密度）计算公式为③振实密度的测定。将装有物料的量筒，以一定振幅振动300次，记录振实后的体积（Vbt），振实密度。④压缩度的测定。根据松密度（ρb）以及振实密度（ρbt）计算压缩度，计算公式为

（2）吸湿率。参考《中华人民共和国药典》（2020年 版）四部[9]“药物引湿性试验指导原则”。

（3）相对临界湿度考察。参考中药药剂学，依次准确量取46.59 mL、61.51 mL、73.06 mL、83.16 mL、 92.67 mL、102.12 mL及112.26 mL浓 硫 酸，配 制 200 mL浓度依次为22.83%、30.14%、35.80%、40.75%、 45.41%、50.04%及55.01%的硫酸溶液，对应的相对湿度（Relative Humidity，RH）为85%、75%、65%、55%、45%、35%及25%，将硫酸溶液依次倒入干燥器中，放入25 ℃的恒温箱内平衡24 h。

将干燥恒重的称量瓶编号，分别置于上述湿度梯度的干燥器内平衡12 h以上。称取物料，平铺于已平衡的称量瓶中（厚度约为2 mm），吸湿至恒重后 （7 d）取出称重，并记录外观变化，计算吸湿百分率，平行做3份。以吸湿率为纵坐标，相对湿度为横坐标，绘制相对湿度曲线。曲线拐点处的切线与X坐标轴的交点对应的相对湿度即为物料相对临界湿度。吸湿百分率=（吸湿后质量-吸湿前质量）/吸湿前质量×100%。

（4）原料影响因素试验。参考《中华人民共和国药典》（2020年版）四部“原料药物与制剂稳定性试验指导原则”项下进行。

（5）混合均匀度测定。分别从混合物料中按照五点取样法取样检测茶氨酸的含量，以茶氨酸含量的RSD值为指标优选混合时间。

（6）重点指标测定。茶氨酸的测定按照《保健食品理化及卫生学指标检测与评价技术指导原则（2020年版）》中保健食品中茶氨酸的测定方法进行。γ-氨基丁酸的测定按照《γ-氨基丁酸》（QB/T 4587—2013）规定的方法进行测定。水分测定按照《食品安全国家标准 食品中水分的测定》（GB 5009.3—2016）的方法进行。灰分测定按照《食品安全国家标准 食品中灰分的测定》（GB 5009.4—2016）方法进行。

1.3.3 感官评价

按照拟定试验用量称取全脂奶粉、三氯蔗糖、牛奶香精混合，本品每袋拟加温开水200 mL，搅拌，从口感、香气2个方面进行评分。

2 实验结果

2.1 混合原料的流动性、堆密度及吸湿性考察

γ-氨基丁酸、茶叶茶氨酸、酪蛋白酶解物按固定配比称取，混合均匀，按1.3.3项下方法对其流动性及吸湿性进行考察。结果见表1。由表1可知，混合原料的平均休止角为40.0°，平均压缩度为24.6%，表明混合原料的流动性略差（休止角小于40°，压缩度小于20%，物料流动性较好，能满足工业化生产，压缩度增大时流动性下降，当压缩度值达到40%~50%时粉体很难从容器中自动流出[10]）。混合原料平均吸湿率为22.39%，表明混合原料极具吸湿性。

表1 混合原料的流动性及吸湿性考察结果表

2.2 混合原料相对临界湿度考察

按1.3.2项下方法，进行混合原料相对临界湿度考察，结果见图1。曲线拐点处的切线与X坐标轴的交点对应的相对湿度即为物料相对临界湿度。由图可知，混合原料的相对临界湿度为73.14%，相对临界湿度较大，因此需要适当增加辅料。

2.3 产品口感优化

γ-氨基丁酸、茶叶茶氨酸、酪蛋白酶解物按固定配比称取，混合均匀，进行口感尝试。结果：直接吞服，有不良苦味且苦味持续时间久；用200 mL温开水冲泡饮用，味苦，口感不适，有不适气味。因此，选用三氯蔗糖作为甜味剂、同时添加牛奶香精调节滋气味。为确定最佳配方，按照拟定试验用量称取全脂奶粉、三氯蔗糖、牛奶香精混合，本品每袋拟加温开水200 mL，搅拌，从口感、香气2个方面进行评分，评分细则见表2，结果见表3[11]。结果表明，通过 10人评定小组给出评分，试验5评分最高，说明试验5配方最优，确定全脂奶粉、牛奶香精、三氯蔗糖的添加量分别为93.76%、3.0%、0.030%。

表2 冲调后风味评分标准表

表3 试验结果表

2.4 原辅料过筛考察

根据物料过筛难易程度，分别对γ-氨基丁酸、茶叶茶氨酸、酪蛋白酶解物、全脂奶粉、牛奶香精和三氯蔗糖进行过筛考察，结果见表4。试验结果表明，γ-氨基丁酸、茶叶茶氨酸、酪蛋白酶解物、全脂奶粉、牛奶香精和三氯蔗糖均易通过60目筛。故最终选择过60目筛。

表4 物料过筛目数考察结果表

2.5 物料混合考察

按照5 kg称取已过筛的原辅料，将三氯蔗糖、茶叶茶氨酸按照等量递增方式混合，每次3 min，得混合粉1；混合粉1、γ-氨基丁酸、酪蛋白酶解物、牛奶香精和全脂奶粉混合（转速16 r·min-1），分别在混合20 min、30 min、40 min时，停止混合，按照五点取样法，分别在样品的左上、右上、中间、左下和右下5个部位进行取样，测定茶氨酸含量，以茶氨酸含量优化混合时间。试验结果见表5。结果表明，混合粉 1与γ-氨基丁酸、酪蛋白酶解物、牛奶香精和全脂奶粉混合40 min时茶氨酸含量的RSD值＜5%，故本品拟定混合40 min。

表5 物料混合均匀度考察结果表

2.6 混合粉相对临界湿度

取总混粉，按“1.3.2”项下方法，进行总混粉相对临界湿度考察，结果见图2。按照“1.3.2”项下的方法，计算该总混合粉的相对临界湿度为60.14%，故生产时应控制车间相对湿度在60%以下。

2.7 混合粉的流动性、堆密度考察

取混合均匀的混合原料，按“1.3.2”项下方法对其流动性进行考察。结果见表6。结果可知，总混粉流动性良好，由此可见，三氯蔗糖、牛奶香精的加入也改变了产品的流动性。

表6 混合原料的流动性及吸湿性考察结果表

2.8 分装实验

取上述混合时间项下的总混合粉，使用全自动粉末包装机分装，25 g/袋，考察分装情况，袋装产品情况，测定装量。试验结果显示设备正常运行，无密封不严、漏气情况，装量符合规定。试验表明，混合粉分装顺利，可以满足生产要求。

2.9 小试验证

按产品配方及以上工艺进行1批小试验证，批量5 kg，结果见表7。

表7 小试工艺验证结果表

3 结论

结果表明，睡眠奶粉的全脂奶粉、三氯蔗糖、牛奶香精的最佳添加量为93.76%、3.0%、0.030%。最佳生产工艺如下。①γ-氨基丁酸、茶叶茶氨酸、酪蛋白酶解物、牛奶香精、三氯蔗糖分别过60目筛。②三氯蔗糖、茶叶茶氨酸按照等量递增方式混合，每次3 min， 得混合粉1；混合粉1、γ-氨基丁酸、酪蛋白酶解物、牛奶香精和全脂奶粉混合30 min（16 r·min-1），得总混合粉。③生产过程中车间湿度控制在60%以下。按优选配方及工艺生产的睡眠奶粉稳定，水分、灰分、γ-氨基丁酸、茶氨酸含量稳定。可作为睡眠奶粉成熟的小试生产工艺，为后续大生产提供依据。