湿法工艺对儿童调制乳粉营养素稳定性的影响分析

李琳瑶，储小军，康巧娟，储雪，施笑，华家才*

贝因美（杭州）食品研究院有限公司（杭州 311106）

近几年在疫情的影响下，消费者对于提升免疫力、营养健康均衡的诉求达到新高度，乳制品也受到越来越多消费者的青睐。《中国居民膳食指南（2022）》[1]指出奶类是优质蛋白质和钙的最佳食物来源，应鼓励儿童每天饮奶，建议每天饮奶量为300～500 mL或相当量的乳制品。儿童是指已满36个月但不满15岁的个体[2]，儿童期处于生长发育的关键时期，在此时期科学和均衡的营养膳食对于身体各项指标的发育至关重要。调制乳粉作为儿童日常饮食的食物之一，其营养素的质量和含量对于儿童身体营养的补充至关重要。

调制乳粉的生产工艺类型有湿法工艺、干法工艺和干湿法复合工艺3种。湿法工艺可以保证营养素混合更加均匀，但湿法工艺生产调制乳粉的过程要经过多道加热工序，这些加热工序会对营养素造成一定程度的损失，特别是配料均质、杀菌浓缩和喷雾干燥3个阶段。采用湿法工艺生产儿童调制乳粉，在营养素配方设计时，既要考虑保质期内营养素的衰减情况，也要将生产加工中营养素的损失情况考虑在内，以保障生产出的产品符合食品安全国家标准要求。已报道文献中仅有王玉萍等[3]针对儿童调制乳粉在生产加工中营养素的损失情况开展研究。基于此，试验分析湿法工艺中儿童调制乳粉营养素的稳定性，以期为产品营养素强化量设计、控制产品质量提供科学参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

生牛乳（黑龙江贝因美乳业有限公司）；脱盐乳清粉（爱尔兰Dairygold公司）；脱脂乳粉（新西兰恒天然公司）；全脂乳粉（黑龙江贝因美乳业有限公司）；食用植物调和油（含1, 3-二油酸-2-棕榈酸甘油三酯，瑞典Advanced Lipids公司）；乳糖（美国Muscoda公司）；浓缩乳清蛋白粉（澳大利亚Warrnambool公司）；复配营养强化剂（维生素）和复配营养强化剂（矿物质）：哥兰比亚营养品（苏州）有限公司；低聚果糖（保龄宝生物股份有限公司）；磷脂：益海嘉里（哈尔滨）粮油食品工业有限公司。

原料通过净乳、杀菌（巴氏杀菌温度87～97 ℃，杀菌时间15 s）、配料（混料温度30～60 ℃，混料时间40～65 min）、均质（均质压力180～200 bar）、杀菌[直接蒸汽喷射杀菌（Direct Steam Infusion，DSI），杀菌温度110～120 ℃，杀菌时间≥5 s]、浓缩（一效效体温度65～92 ℃，二效效体温度60～75 ℃，三效效体温度55～65 ℃）、喷雾干燥（进风温度155～180 ℃，排风温度80～99 ℃）、流化床二次干燥（固定流化床温度40～80 ℃，振动流化床温度24～39 ℃）等主要湿法工序生产儿童调制乳粉，共计3个批次。

试验的儿童调制乳粉依据GB 19644—2010《食品安全国家标准 乳粉》[4]、GB 14880—2012《食品安全国家标准 食品营养强化剂使用标准》[2]、《中国居民膳食营养素参考摄入量（2013版）》[5]、《中国居民膳食指南（2022）》[1]进行设计，配方中添加6种维生素（维生素A、维生素D、维生素B1、烟酸、叶酸、维生素C）和2种矿物质（铁、锌），同时为提高智力发育特别添加牛磺酸，为维持肠道平衡特别添加低聚果糖和1, 3-二油酸-2-棕榈酸甘油三酯。

1.2 检测方法

所用检测方法为儿童调制乳粉中各营养素对应的食品安全国家标准规定的分析方法。其中，1, 3-二油酸-2-棕榈酸甘油三酯指标的检测方法为自建检测方法，检测原理为通过氨水、乙醇、乙醚和正己烷提取试验样品中的脂肪，进一步分析前，氮气保护下，分离有机相，浓缩至干，用正己烷定容后利用气相色谱仪检测。通过面积百分比法测得1, 3-二油酸-2-棕榈酸甘油三酯占总脂肪酸的比例，进而计算试验样品中1, 3-二油酸-2-棕榈酸甘油三酯的质量分数。各营养素指标的检测方法和方法精密度如表1所示。

表1 营养素指标检测方法和精密度

1.3 损失率计算方法

生产加工损失率按式（1）计算。

式中：营养素初始理论值，即根据试验样品中各原辅料的添加量和原辅料的营养素检测值计算得出。

采用SPSS 20.0软件对试验数据进行统计分析，生产加工损失率结果以“平均值±标准偏差”的形式表示，即x±s。

1.4 判定原则

若营养素生产加工损失率的绝对值小于检测方法精密度，则认为该营养素在湿法工艺中未发生损失。

2 结果与分析

2.1 湿法工艺中宏量营养素损失率的分析

湿法工艺中宏量营养素损失率分析如表2所示。结果表明，蛋白质和脂肪的生产加工损失率都小于相应检测方法的精密度，在湿法工艺中基本没有发生损失，稳定性相对较好。王玉萍等[3]对儿童奶粉湿法工艺部分营养素损失率的研究也表明，湿法工艺部分蛋白质和脂肪都未发生损失。蛋白质具有三级结构这种特定的空间结构，其稳定性较好。乳脂肪是一种非热敏性组分，具有较好的稳定性，加热温度达到100 ℃以上时，乳脂肪的化学性质也不会发生变化，通常的热处理工序对乳脂肪的营养特性也不会产生任何显著的影响。张瑞明等[6]的研究表明在预热温度60 ℃、均质压力40 MPa的生产条件下，脂肪稳定性较好。

表2 湿法工艺中宏量营养素损失率（n=3）

2.2 湿法工艺中维生素损失率的分析

大部分维生素分子含有不饱和碳原子或双键结构，本身性质不稳定，在生产加工中容易受到热、氧气、酸、碱、光、离子间相互作用等外在因素的影响而发生损失。湿法工艺中维生素损失率分析如表3所示。将表3中各维生素的生产加工损失率与检测方法精密度比较，结果发现在湿法工艺中维生素A、维生素B1和维生素C发生明显损失，维生素D、烟酸和叶酸相对比较稳定，未发生明显损失。

表3 湿法工艺中维生素损失率（n=3）

维生素A是一种脂溶性维生素，对视力保护、维持皮肤和黏膜的健康有重要作用。试验样品中维生素A的化合物来源包括醋酸视黄酯和β-胡萝卜素两种，在湿法工艺中维生素A发生一定程度损失，损失率为15.4%±1.0%。乌江雨等[7]研究不同乳品企业的婴幼儿配方奶粉湿法工艺中营养素的损失率，A企业维生素A平均损失率为15.99%，B企业维生素A平均损失率为18.09%，试验结果与该结论接近。在常规乳制品加工条件下维生素A是相对稳定的，100 ℃以下加热几乎对维生素A的含量没有影响，若高于100 ℃，维生素A会受到损失。此外，维生素A对光敏感，与内源性维生素A相比，外源添加的维生素A对光敏感性更高，一些保护性物质（如抗坏血酸棕榈酸盐和β-胡萝卜素）会减少外源性维生素A光照时损失的速率[8]。有研究表明[9]造成维生素A损失的主要工序是杀菌浓缩，调制乳粉在杀菌阶段采用高纯蒸汽通过DSI杀菌器直接喷射到预热后的料液进行杀菌，即直接蒸汽喷射杀菌（DSI杀菌），DSI杀菌的温度较高对维生素A造成一定损失，在浓缩阶段由于受热时间较长也会对维生素A造成一定损失。

维生素D是一种脂溶性维生素，有利于骨骼的形成和牙齿的健康，并可促进钙的吸收和利用。维生素D在湿法工艺中未发生明显的损失，这与其化学性质的稳定性有关，维生素D耐热性好，在碱性条件下也是稳定的，对光照和氧气比较敏感。强化牛乳中对维生素D的降解研究表明在光照下维生素D会降解，而在实际生产中很少会遇到引起维生素D发生损失的必要条件[8]。

维生素B1是一种水溶性维生素，其在能量代谢、维持神经系统生理功能方面发挥作用。试验样品中维生素B1的化合物来源为盐酸硫胺素，硫胺素相对不稳定，在亚甲基碳的位置发生亲核置换反应容易裂解，OH-是一种普遍的亲核物质，会引发这种反应。另外，加热也会对维生素B1的稳定性造成一定影响。在湿法工艺中维生素B1发生一定程度损失，损失率为11.0%±0.3%。孙健等[10]对湿法工艺中配方奶粉微量营养素的稳定性进行分析，维生素B1的损失率为9.6%～10.7%，试验结果与该结论接近。有研究表明[11]配方奶粉中维生素B1的加工损失主要是由于高温杀菌处理工序，高温杀菌处理对维生素B1的稳定性存在显著性影响（P＜0.05），均质、浓缩和干燥工序对维生素B1的稳定性不存在显著性影响（P＞0.05）。

烟酸是一种水溶性维生素，对能量代谢、维持黏膜和细胞健康、维持神经系统功能来说，是一种不可缺少的成分。烟酸本身性质十分稳定，对热、光、氧气、酸、碱都表现出很高的耐受性，是一种稳定程度很高的维生素，在食品生产加工和贮存环节基本都不会发生损失。

叶酸是一种水溶性维生素，有助于红细胞的形成和神经系统的正常发育。叶酸盐容易遭受氧化降解，和叶酸盐相比，叶酸是耐氧化的，只是在酸性介质中稳定性会下降，抗氧化剂（尤其是抗坏血酸）、亚铁离子和还原糖可以保护叶酸和叶酸盐免受破坏，提高其稳定性[12]。试验样品中添加L-抗坏血酸钠和乳酸亚铁，可以在一定程度上起到保护叶酸的作用。

维生素C是一种水溶性维生素，具有抗氧化作用，也有益于维持骨骼、皮肤、牙龈、黏膜健康，并可促进铁的吸收。儿童调制乳粉在湿法工艺中维生素C的损失率最高，为24.6%±0.6%，与资料显示[8]的维生素C在喷雾干燥乳粉生产加工中破坏率20%左右接近。但也有研究显示[3,10,13]，配方乳粉在湿法工艺中维生素C的损失率可达30%以上甚至更高。维生素C本身性质不稳定，湿法工艺的配料均质阶段、杀菌浓缩阶段和喷雾干燥阶段都会对其造成一定程度损失。维生素C对氧化反应高度敏感，在有金属离子催化剂（尤其是铜离子和铁离子）存在时更是如此，热和光能加速氧化反应。试验样品添加了乳酸亚铁，在配料阶段可能会与维生素C发生离子间相互作用，导致维生素C部分损失。维生素C具有高度热敏性，杀菌温度、浓缩温度和喷雾干燥温度过高，都会使维生素C发生损失。而且维生素C是一种水溶性维生素，喷雾干燥时水分的大量减少也会影响其稳定性。刘奕博[14]对配方奶粉中维生素C稳定性的研究表明，高温杀菌工艺对维生素C的损失存在显著性影响（P＜0.05），均质和流化床二次干燥工序对维生素C的损失不存在显著性影响（P＞0.05）。

2.3 湿法工艺中矿物质损失率的分析

微量元素在人体内的含量虽然很少，但却发挥重要的生物功能作用。儿童处于智力、体格、神经、免疫功能快速发育的关键时期，体内微量元素含量缺乏或过量都会影响生长发育水平。盛晓阳[15]研究显示，儿童是容易出现微量元素缺乏的一类群体，随着身体的生长，摄入肉、鱼、贝壳类、蛋和乳品等食物，儿童缺乏微量元素的状况会有所改善。夏钟意等[16]研究杭州市第一人民医院的2 030例婴幼儿及儿童（0～10岁）铁、锌、钙的分析结果，结果发现在0～10岁婴幼儿及儿童中，缺锌人数占总调查人数的比例最高（14.58%），缺铁人数占总调查人数比例的5.12%，缺钙人数占总调查人数比例的5.67%。张星星等[17]研究西安市商桥区3～7岁儿童在2013年和2017年营养素铁和锌的缺乏状况和变化趋势：2013年3～7岁儿童铁缺乏率为26.05%，锌缺乏率为3.80%；2017年铁缺乏率为20.45%，锌缺乏率为15.34%；铁的缺乏比例有所降低，锌的缺乏比例显著增加。由此可见，大部分儿童表现出铁和锌的摄入量不足，不同的年龄阶段缺乏程度也不尽相同。儿童调制乳粉中铁和锌的质量和含量对于儿童身体健康十分重要，铁是红细胞形成、血红蛋白产生的重要成分，锌有助于改善食欲和皮肤健康，对于儿童生长发育都是必需的成分。

湿法工艺中矿物质损失率分析如表4所示。将铁的生产加工损失率与检测方法精密度比较，结果发现铁在湿法工艺中发生一定程度损失，损失率为11.8%±0.5%。孙健等[10]对湿法工艺中配方奶粉微量营养素的稳定性进行分析，铁的整体损失率为11.5%～12.5%，其中配料均质阶段铁的损失率约7%，杀菌浓缩阶段和喷雾干燥阶段铁的损失率均在5%以下。王玉萍等[3]对儿童奶粉湿法工艺部分营养素损失率的研究表明，在整个湿法工艺中，铁的损失率为13.1%，其中配料均质阶段铁的损失率为12.4%，浓缩杀菌阶段和喷雾干燥阶段铁基本没有发生损失。试验结果与上述2项研究结论中铁的整体损失率接近，分析湿法工艺中铁的损失主要发生在配料均质工序，在配料阶段，维生素和矿物质采用不同的溶解罐进行溶解，溶解后通过管道输送到真空混料罐中充分混合，可能在混料时铁与具有强还原性的维生素C不可避免地发生离子间相互作用，导致铁的部分损失。将锌的生产加工损失率与检测方法精密度比较，结果发现锌在湿法工艺中未发生明显损失，与其他研究结果一致[3,7,13]，说明锌在湿法工艺中稳定性较好。

表4 湿法工艺中矿物质损失率（n=3）

2.4 湿法工艺中其他营养素损失率的分析

牛磺酸是一种存在于整个动物界的游离氨基酸，它是甲硫氨酸和半胱氨酸代谢的最终产物，没有结合到任何蛋白质中，在细胞内的水中保持游离。牛磺酸参与许多重要反应，在调节渗透压、阳离子稳态、受体调控、细胞增长以及细胞信号传导等基本过程中起到调节剂作用。通常，牛磺酸存在于许多物种的乳汁中，母乳中牛磺酸的质量分数（163～1 170 mg/kg干物质）明显高于牛奶的（约49 mg/kg干物质）[18]。牛磺酸被添加到所有母乳替代品和婴儿配方奶粉中，即使没有确定的每日推荐摄入量。湿法工艺中其他营养素损失率分析如表5所示。将牛磺酸的生产加工损失率与检测方法精密度比较，结果发现牛磺酸在湿法工艺中未发生明显的损失。加工方式对豆粉中牛磺酸稳定性的研究表明[19]，加工过程中均质、高温杀菌、高温高压等生产工序均不会影响牛磺酸的稳定性。

表5 湿法工艺中其他营养素损失率（n=3）

母乳中低聚糖含量很高，是除乳糖和脂肪外的第三大固体成分，在整个哺乳期均可分泌，其中初乳的质量浓度最高，为10～20 g/L，成熟乳的质量浓度最低，为5～10 g/L[20]。由于营养科学发展较早的原因，欧洲和美国很早就将低聚糖作为益生元的来源应用于配方食品中。我国GB 14880—2012《食品安全国家标准 食品营养强化剂使用标准》[2]批准低聚果糖作为营养强化剂可以用于儿童调制乳粉中，并规定使用量上限为64.5 g/kg。低聚果糖作为一种益生元，对促进肠道有益菌群的代谢活性、减轻腹泻的严重程度、提高肠道舒适性、增强免疫力等具有明显效果。表5中低聚果糖的生产加工损失率为负值，分析原因可能是检测偏差引起的，生产加工损失率偏差在10%以内，属于合理范围，可认为湿法工艺中未发生损失。低聚果糖热稳定性较好，在一般的食品pH范围（4.0～7.0）内十分稳定，在中性条件下加热至140 ℃时也表现出很高的稳定性。

我国GB 14880—2012《食品安全国家标准 食品营养强化剂使用标准》[2]批准1, 3-二油酸-2-棕榈酸甘油三酯作为营养强化剂可以用于儿童调制乳粉中，并规定使用量为24～96 g/kg。1, 3-二油酸-2-棕榈酸甘油三酯是用脂肪酶催化酯交换制得，含有高比例棕榈酸在甘油分子的中间位置，在促进脂肪和钙的吸收、提高肠道舒适度、减轻便秘、改善夜晚睡眠、增强骨骼强度等方面都发挥重要作用[21-23]。将1, 3-二油酸-2-棕榈酸甘油三酯的生产加工损失率与检测方法精密度比较，结果发现1, 3-二油酸-2-棕榈酸甘油三酯在湿法工艺中未发生明显的损失，与尹兰等[13]的研究结果一致。

3 结论

对儿童调制乳粉在湿法工艺中营养素的稳定性进行分析。结果显示，宏量营养素中蛋白质和脂肪相对比较稳定。维生素中损失最明显的是维生素C，其次是维生素A和维生素B1，维生素D、烟酸和叶酸未发生明显损失。矿物质中铁发生明显损失，锌未发生明显损失。其他营养素（牛磺酸、低聚果糖、1, 3-二油酸-2-棕榈酸甘油三酯）均未发生明显的损失，相对比较稳定。鉴于湿法工艺会对营养素造成不同程度的损失，因此在儿童调制乳粉配方设计时，不仅要考虑营养素化合物来源和使用量（强化量）的合规性、原料本底波动情况、货架期衰减趋势等，也需要将生产加工损失率考虑在内，以保障生产出的产品符合食品安全国家标准的要求。

配方乳粉生产企业应开展更深入的研究，不断优化工艺参数、提高设备水平以降低营养素的损失量。已有研究学者[24]提出多段低温喷雾干燥技术在奶粉生产上的应用，其干燥过程更加温和、更加充分，可以在很大程度上减少对营养素的破坏，是国际上最先进的乳品喷雾干燥技术。