嬰兒配方奶粉油脂微膠囊化穩定性的研究

胡姝敏，姜冬梅，劉寶華，趙鑫，馬德平，劉璐，李曉東

（1.黑龍江龍丹乳業科技股份有限公司，哈爾濱150010；2.東北農業大學食品學院，哈爾濱150030）

嬰兒配方奶粉油脂微膠囊化穩定性的研究

胡姝敏1，姜冬梅1，劉寶華1，趙鑫1，馬德平1，劉璐2，李曉東2

（1.黑龍江龍丹乳業科技股份有限公司，哈爾濱150010；2.東北農業大學食品學院，哈爾濱150030）

以脂肪酸配比合理的混合植物油為芯材，大豆分離蛋白(SPI)和麥芽糊精(MD)為復合壁材，大豆卵磷脂為乳化劑，采用噴霧干燥工藝制備微膠囊化營養油從而來提高其穩定性。研究微膠囊營養油的包埋效果以及貯藏穩定性，同時通過檢測產品的感官指標、理化指標和衛生指標，制定微膠囊營養油的參考標準。結果表明，微膠囊營養油表面平滑，無凹陷，并且沒有孔隙和裂縫，產品粒徑為24.2769 μm，產品的過氧化值始終低于12 meq/kg。微膠囊營養油的玻璃化轉變溫度Tg=65.18℃，說明貯存在室溫下的微膠囊化營養油處于玻璃態，儲藏效果比較穩定，微膠囊營養油的滋氣味在測試期間幾乎沒有變化，產品的感官指標、理化指標和衛生標準均符合國家標準。基于Schhal烘箱測試法，根據Arrhenius經驗公式，推算出所測微膠囊樣品在22℃的保質期約為24個月。

嬰兒配方奶粉；油脂；微膠囊化；穩定性

0 引言

人乳中含有完整的營養素和抗感染因子[1]，同時其含有的n-3系和n-6系多不飽和脂肪酸對嬰兒的生長發育至關重要[2-3]。嬰兒配方奶粉的不飽和脂肪酸的含量和相對比值均低于人乳，造成嬰兒體內多不飽和脂肪酸比例嚴重失衡，從而引發嬰幼兒肥胖、免疫力低下等許多慢性疾病的發生[4]。

多不飽和脂肪酸易氧化且氧化后會產生有害物質，危及嬰兒身體健康[5-6]。采用微囊化技術，將植物油脂包埋起來，可避免配方在生產過程中及開罐后的脂肪酸氧化，確保其營養質量和食用安全性[7]。

因此，本研究采用微囊化技術，以嬰兒可食用的植物蛋白和糖類作為壁材，將易氧化變質的植物油脂包埋起來，研究微膠囊營養油的表面和內部結構以及貯藏穩定性，制定微膠囊營養油的參考標準。

1 實驗

1.1 材料

營養油（實驗中心調配），大豆分離蛋白；麥芽糊精(DE值=20)，大豆卵磷脂，無水乙醇，乙醚，石油醚。

1.2 儀器與設備

BüCHI B-290噴霧干燥機，S-3400N型掃描電鏡，SLS高壓均質機，高剪切乳化均質機，安捷倫7890A-5975C氣相色譜，DK-S2型電熱恒溫水浴鍋，78HW-1恒溫磁力攪拌器，PE Pyris 6差示量熱儀，101型電熱鼓風干燥箱，DZDD400/2SB型真空包裝機。

1.3 方法

1.3.1 微膠囊營養油的制備工藝流程

以脂肪酸配比合理的混合植物油為芯材，大豆分離蛋白和麥芽糊精為復合壁材，大豆卵磷脂為乳化劑，采用噴霧干燥工藝制備營養油微膠囊。芯材質量分數為27.28%，固形物濃度為39.74%，大豆分離蛋白質量分數為40.00%，卵磷脂質量分數為1.47%。稱取一定量麥芽糊精、大豆分離蛋白溶于65℃的蒸餾水中，保溫攪拌20 min。用磁力攪拌器使大豆卵磷脂在混合油中分散均勻后，再加入混合油和大豆卵磷脂，攪拌均勻，經高剪切乳化機在5 500 r/min初乳化10 min形成穩定的乳狀液，用紗布過濾，在乳化液溫度為50℃條件下經高壓均質機在一定壓力下均質。然后立即進行噴霧干燥，進風溫度和出風溫度分別為180℃和100℃，進料速度為2.0 L/h，樣品儲存在-20℃的冰箱里，備用。圖1為嬰兒配方食品營養油微膠囊化工藝流程。

圖1 工藝流程

1.3.2 微膠囊電鏡形態觀察

在樣品臺上貼上一層雙面膠，將微膠囊粉末撒于膠面上，吹去多余的粉末。噴金后用掃描電子顯微鏡觀察微膠囊產品的表面結構，加速電壓為20 kV，用于測定微膠囊產品的表面結構；取少量微膠囊粉末在玻璃板上，用刀片反復切割，然后撒于貼了雙面膠的樣品臺上，吹去多余的粉末。噴金后用掃描電子顯微鏡觀察微膠囊產品的內部結構，加速電壓為20 kV，用于測定微膠囊產品的內部結構。

1.3.3 微膠囊產品的貯存穩定性

（1）Schaal烘箱法加速氧化測試和感官檢驗。在不同的螺口試瓶中，分別裝入微膠囊化粉末(1/2瓶容量)，旋緊瓶蓋，置于空氣對流良好、溫度為（62± 0.5）℃的恒溫箱中存放30 d，每隔48 h取樣，置于干凈無味的玻璃皿中，與充氮氣低溫(-20℃)保存的對照樣比較，對樣品進行氣味感官測試，鑒定是否有酸敗味產生。每個樣品重復檢測3次。

（2）貯存過程中過氧化值的變化。分別將樣品加入螺口試瓶中(1/2瓶容量)，并置于62±0.5℃的烘箱中存放45 d,每隔72 h取樣，進行油脂提取實驗，并按照國標GB/T5009.37-2003的方法測定所提油脂的過氧化值。每個樣品重復3次，取平均值。即

式中：V1為用于測定的硫代硫酸鈉標準溶液的體積，mL；V0為用于空白的硫代硫酸鈉標準溶液的體積，mL；c為硫代硫酸鈉的標定濃度，mol/L；0.1269為碘的毫克當量；m為試樣的質量。

（3）樣品保質期的預測。基于Schhal烘箱測試法，根據Arrhenius經驗公式，對于正常的化學反應，反應溫度每升高10℃，反應速度升高1倍(K[T+10℃]/ K[T]=2，K為反應速度常數)。而速度常數與食品貨架壽命成反比，即反應速度常數K越大，貨架壽命越短(N[T]/N[T+10℃]=2，N為貨架壽命)。由此可進一步推得如表1所示溫度與貨架壽命系數的關系。

表1 溫度與貨架壽命系數的關系

1.3.4 產品技術指標評定

1.3.4.1 感官指標

（1）外觀。將樣品置于清潔、干燥的白瓷盤中，于非直射陽光下以目視評定。

（2）速溶性和分散性。將少許微膠囊粉末放入杯中，沖入溫度為50℃的蒸餾水，攪拌均勻后觀察杯中微膠囊粉末應迅速溶解，溶液應為乳白色半透明狀，且不得有懸浮物和絮狀物。靜置24 h觀察，溶液不得出現上層是油狀物，中層是水，下層是壁材的分層的現象。將樣品置于清潔、干燥的白瓷盤中，于非直射陽光下以目視評定。

（3）滋味和氣味。由檢驗人員進行嗅覺、口感評定。

1.3.4.2 粒徑分析

粒子的平均尺寸一般用平均徑表示，即粉體大小不同代表粒子徑中求出平均值。粒徑的算數平均值可表示為

式中：d為粒徑的算數平均值(μm)；n為顆粒數量，i=1,2…n。

1.3.4.3 產品的粒徑分布

采用篩分法計算產品的粒徑分布，將樣品稱重后分別用40號、60號、80號篩過篩，并分別稱重，計算產品的通過率。

1.3.4.4 理化指標

（1）微膠囊表面油含量的測定。稱取微膠囊樣品(準確至0.0001 g，W)至干燥的具塞錐形瓶中，加入20 mL石油醚，不斷振蕩2 min。并于6 000 r/min條件下離心30 min，上層油相并入預先在預先在105℃烘箱烘干至恒重(準確至0.0001 g，W1)的小燒杯中，并用石油醚洗滌兩次。合并萃取液并于60℃水浴上加熱去除溶劑，溶劑除盡后再于105℃烘箱中烘干至恒重(W3)，計算微膠囊產品的表面油含量。

（2）微膠囊總油含量的測定。稱取微囊粉末樣品(準確質量0.0001 g，W)，加入10 mL熱水充分溶解后，依次加入無水乙醇、乙醚和石油醚(體積比2∶1∶1)30 mL充分萃取，然后將萃取液移入已稱至恒重的小燒杯(W1)中。重復萃取兩次，合并萃取液并于60℃水浴上加熱去除溶劑，溶劑除盡后再于105℃烘箱中烘干至恒重(W3)。計算微膠囊中含油量。

（3）亞油酸和亞麻酸質量分數的測定。脂肪酸組成用氣相色譜測定，采用氫火焰檢測器(FID)和Agilent氣相色譜工作站。

色譜柱：毛細管柱HP-88(100 m×0.25 mm i.d.× 0.20 μm)；氣化室進樣口溫度為260℃；升溫程序為140℃持續5 min，4℃/min升溫至240℃持續10 min，4℃/min升溫至260℃持續5 min；進樣量為1 μL；分流比為100∶1；載氣為氦氣，氣體流量40 mL/min；空氣為流量350 mL/min；尾吹為(氮氣)流量35 mL/min；氫氣為40 mL/min。

脂肪酸甲酯通過對比樣品產生保留時間的峰與37種脂肪酸甲酯(C4∶0-C22∶6)產生的峰來確定。標準樣品在相同條件下進行分析。采用面積校正歸一化法測定各脂肪酸的相對百分含量。用面積外標法可測得各脂肪酸的實際含量。

（4）微膠囊化營養油的其他理化指標測定方法如表2所示。

表2 微膠囊營養油理化測定方法%

1.3.4.5 微膠囊有害元素及微生物指標測定

微膠囊化營養油的有害元素測定方法如表3所示；微膠囊化營養油的微生物指標測定方法如表4所示。1.3.4.6產品的流動性

表3 微膠囊營養油有害元素測定方法mg/kg

表4 微膠囊營養油的微生物指標測定方法

微膠囊產品的流動性可以用休止角來評定。休止角的測定方法如圖2所示。將微膠囊產品倒入一漏斗內，使樣品通過漏斗落在下方直徑為20 mm的圓平板上，微膠囊逐漸堆積，

直至不能繼續堆高為止。從刻度上讀出粉堆高度h，按公式求出休止角θ。

式中：h為-粉堆高度，mm；r為園平板半徑，mm。

圖2 休止角法示意圖

1.3.4.7 產品的密度

測定錐形容器的體積(V)和質量(m1)，將烘干的粉料通過一定目數的篩子進行篩分，過篩的粉體均勻落入容器，待容器頂部形成錐形，將多余粉料用平直薄板沿容器中心向兩個相反方向刮平，稱量容器和粉料總質量(m2)。將上述粉料連同容器移至振動平臺，開動振動機，振動10次，同樣用篩分法裝料使粉料超出容器口，再移至振動平臺，振動10次。若容器未滿，加料至滿，加料至滿，并用平直薄板沿容器中心向兩個相反方向刮平，然后稱量容器和粉料總質量(m3)。計算松堆積密度與緊堆積密度的公式為

式中：ρ1為松堆積密度，kg/m3；V為容器的體積，m3；m2為容器和粉料的總質量。

式中：ρ2為緊堆積密度，kg/m3；V為容器的體積，m3；m3為容器和粉料的總質量。

1.3.4.8 微膠囊產品的熱力學穩定性分析

言語反諷是指我們說的是一回事，而暗含的卻是另外一回事。因此，言語反諷中不可避免地存在著表面意義和隱藏意義、語言的包裝與真實意圖之間的對比與矛盾，但是也正是通過這種強烈鮮明的對比，聽眾才能夠通過表面意義讀出作品的隱藏意義，從而體會到比直接陳述更為深刻和尖銳的思想內蘊[6]。

通過裝有液氮冷卻系統的差示掃描量熱計(DSC)對產品進行熱力學分析，氮氣流速(20.0 mL/min)。取5 mg微膠囊產品，將樣品放入鋁制坩堝內，放置時盡量將樣品平鋪在坩堝的底部壓緊，將四蹄擊減至最小。用沖壓模將坩堝密封。放入量熱池內。設置升溫程序后，開始測定，記錄樣品的融化曲線，利用差示掃描量熱法(DSC)對微膠囊產品進行熱力學分析(Riitta Partanen，2002)。設置升溫程序后∶1)在30℃下保溫1 min；2)以10℃/min的升溫速率從30℃升溫至140℃；3)在140°C下保溫1 min。

1.3.5 數據統計分析

應用Origin(7.5)軟件對試驗數據進行處理與作圖；應用MATLAB(7.0)軟件求解線性規劃問題。應用Chemoffice2004軟件作圖；應用Design Expert(7.5)統計分析軟件，進行數據的單因素統計分析和多元統計分析；應用MINITAB(15)和MATLAB(6.5)分析因素交互曲面影響。

2 結果與分析

2.1 微膠囊電鏡形態觀察

通過掃描電鏡觀察到微膠囊化營養油的表面形態和內部結構，電鏡圖片如圖3和圖4所示。

圖3 微膠囊產品表面結構

由圖3可以看出，營養油微膠囊表面平滑，無凹陷，并且沒有孔隙和裂縫。計算得到產品粒徑的算數平均值為24.2769 μm。

圖4 微膠囊產品內部結構

由圖4可以看出，膠囊呈現空穴狀，壁厚均勻、組織致密。

2.2 微膠囊產品的貯存穩定性

本研究中將不同的樣品在62℃條件下處理30 d，每隔48 h進行取樣，并由5位評審人員進行感官分析。在品評過程中，以每一種樣品的充氮氣常溫保藏樣品作為對照樣，從味道品評結果發現，所有這些對照樣的味道在測試期間幾乎沒有變化，故在圖5中以control代表所有這些對照樣的平均值。由圖5可以看出，樣品1，2和3分別存放到22 d和24 d時，味道沒有發生明顯的變化。微膠囊營養油樣品1最穩定而魚油樣品4最不穩定，從18天開始就產生酸敗，而且自氧化的速度較其它樣品快，這可能與魚油中復雜的多不飽和脂肪酸組分有關。

圖5 樣品的感官檢驗結果

2.2.2 貯存過程中過氧化值的變化

油脂氧化過程中，過氧化物的生成速度大于游離脂肪酸的生成速度，過氧化物是油脂氧化酸敗的第一個中間產物。而油脂的過氧化值是用來檢測油脂中氫過氧化物含量的指標，過氧化值越高，說明儲存過程中所產生的氫過氧化物含量越高。因此，過氧化值的升高與不飽和脂肪酸產品的酸敗關系十分密切。國標規定,對于多不飽和脂肪酸含量相對較低的油脂，如米糠油，過氧化值不可超過20 meq/kg；對于不飽和脂肪酸含量高的如菜籽油，過氧化值的允許上限為12 meq/kg。

本研究中產品在貯存過程中的過氧化值檢測結果見圖6，在檢測過程中，62℃烘箱內處理樣品的過氧化值則隨時間的延長而不斷升高。從圖6中可以看到，在測試期間內，樣品1的過氧化值始終低于12 meq/kg,樣品2混合油的過氧化值則在21～24 d之間，已經超過了國標的上限。采用Schhal烘箱測試法，根據Arrhenius經驗公式，進行氧化穩定性實驗，在62℃貯存1 d相當于在22℃室溫下貯藏16 d。若以國標規定的過氧化值12 meq/kg為上限，依據表1和圖6所得的結果，可以推算出所測樣品在22℃的保質期分別為樣品1≥720 d，樣品2≤416 d。

圖6 高溫儲存后樣品過氧化值的測定結果

2.2.3 產品技術指標評定

（1）感官指標。圖7為市售的嬰兒配方奶粉和自制的微膠囊營養油樣品的照片。圖7（b）中，微膠囊營養油產品為淺黃色或白色粉末，顆粒均勻、色澤一致、無雜質、無霉變、無結塊。而嬰兒配方奶粉較微膠囊營養油的顏色深。在空氣中放在24 h后發現嬰兒配方奶粉有部分結塊和吸濕現象，而微膠囊產品表面無結塊，產品的貯存穩定性比嬰兒配方要好。表5為感官指標檢驗結果。

表5 感官指標檢驗結果

圖7 嬰兒配方奶粉和微膠囊營養油產品圖片

（2）理化指標。微膠囊化營養油的理化指標檢驗結果如表6所示。

表6 理化指標檢驗結果

（3）微量有害金屬元素測定。微膠囊化營養油的微量有害金屬元素檢驗結果如表7所示。

表7 微量有害元素檢驗結果mg/kg

（4）微生物指標。微膠囊化營養油的微生物指標檢驗結果如表8所示。

（5）主要成分包裝規格和保質期指標。微膠囊化營養油的主要成分規格和保質期的預測結果如表9所示。

表8 微膠囊營養油的微生物指標檢驗結果

表9 主要成分規格和保質期的預測

（6）復原乳狀液的狀態。用溫度為50～60℃的去離子水沖調自制的仿母乳奶油粉樣品。圖8為復原乳狀液的狀態。由圖8可知，復原乳狀液為白色均勻乳狀液，顆粒細小，表面無脂肪膜，杯壁無小白點和絮片，靜止一段時間后，無沉淀，無分層現象。

圖8 復原乳狀液的狀態

圖9 復原乳狀液24 h后的狀態

圖9為復原乳狀液放置24 h后的照片，自制的微膠囊營養油樣品復原乳可以保持24 h不分層，無表面結膜、無粒子掛壁現象，表明產品性能優良。由圖9可看出，嬰兒配方奶粉的乳狀液在24 h后不穩定，上層油相可以明顯觀察出來，液面也開始結膜。

（7）芯材脂肪酸質量分數的測定。氣相色譜檢測嬰兒配方食品用微膠囊化營養油的脂肪酸組成如圖10所示；微膠囊化營養油芯材的脂肪酸質量分數如表10所示。

圖10 微膠囊化營養油脂肪酸組成的測定

（8）微膠囊營養油與人乳脂肪酸質量分數比較。由表10可以看出，微膠囊化營養油芯材中的飽和脂肪酸質量分數為39.09%，油酸、亞油酸、亞麻酸等不飽和脂肪酸，占總脂肪酸質量分數的60.91%，不飽和脂肪酸與飽和脂肪酸的比例為1.56∶1。亞油酸質量分數為25.90%，亞麻酸質量分數為2.60%，亞油酸與亞麻酸的比值為9.96，也符合8-11∶1的理想比例，由此可判斷微膠囊化營養油芯材中的脂肪酸含量較接近母乳。

表10 微膠囊營養油與人乳的脂肪酸含量比較

（9）產品的熱力學分析。玻璃化轉變作為一個高分子物理過程對食品的加工、性質、安全性、儲藏性都有非常重要的意義。玻璃化是指聚合物(食品大分子)內部由無定形非晶體狀態轉變為晶體有序結構必經的一種中間狀態，作為微膠囊壁材，當處于無定形狀態的時候，通透性最小，可阻止氧的進入，有利于囊芯物質亞油酸的保藏。因此說，微膠囊壁材的阻隔性能良好，產品的儲藏穩定性也相對比較好。圖11為差示掃描量熱儀(DSC)測定微膠囊營養油的玻璃化轉變溫度。

圖11 玻璃化轉變溫度

圖11可以看出，微膠囊化產品的玻璃化轉變溫度Tg=65.18℃，說明貯存在室溫下的微膠囊化營養油產品處于玻璃態，所以微膠囊化產品在常溫下穩定性良好，儲藏效果比較穩定。

3 結論

以脂肪酸配比合理的混合植物油為芯材，大豆分離蛋白(SPI)和麥芽糊精(MD)為復合壁材，大豆卵磷脂為乳化劑，采用噴霧干燥工藝制備微膠囊化營養油，表面平滑，無凹陷，并且沒有孔隙和裂縫，產品的過氧化值始終低于12 meq/kg且膠囊營養油的玻璃化轉變溫度Tg=65.18℃，說明微囊產品在常溫下穩定性良好。經感官評定得出微膠囊營養油的滋氣味在測試期間幾乎沒有變化，產品的感官指標、理化指標和衛生標準符合國家標準。基于Schhal烘箱測試法，根據Arrhenius經驗公式，推算出所測微膠囊樣品在22℃的保質期約為24個月。

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Storage stability of microencapsulated nutritional oils

HU Shumin1,JIANG Dongmei1,LIU Baohua1,ZHAO Xin1,MA Deping1,LIU Lu2,LI Xiaodong2
（Heilongjiang Longdan Dairy Technology Stock Company Ltd,Harbin 150010,China;2.College of Food Science, Northeast Agricultural University,Harbin 150030,China）

Nutritional oils for infant formula was microencapsulated by spray drying method with coating materials including maltodextrin (MD),soy protein isolate(SPI)and emulsifier(soy ecithin)to improve the storage stability.The storage stability of microcapsule nutritional oil was determined by differential scanning calorimetry and the peroxide value of oil.The surface and internal structure of the product and the storage stability were observed.The reference standards of microcapsule nutritional oil were developed by testing the sensory indexes, physical and chemical indexes and hygienic indexes.The results showed that the microparticles had generally spherical shape and smooth sur?face without depression,aperture and crack.The mathematical mean of microparticles was 24.2769 μm.The POV of nutritional oils micro?encapsule was lower than 12 meq/kg,and the glass transition temperature(Tg)value of spray-dried nutritional oils measured by DSC were 65.18℃,so it indicated that microencapsulated nutritional oils would be very stably storied at room temperature.The oranoleptic indicator, physicochemical Index and hygienic standard of nutritional oils microencapsule are accord with national standard after evaluation.The nutri?tional ingredient and hygienic standard of nutritional oils microencapsule are accord with national standard.According to the empirical formu?la of Arrhenius,The results show that the shelf life of nutritional oils microencapsule could be as long as 24 months.

infant formula milk powder;nutritional oils;microencapsulation;stability

TS252.55

：A

：1001-2230（2017）03-0009-06

2016-09-30

黑龍江省教育廳面上項目(12541027)。

胡姝敏(1976-)，女，高級工程師，從事乳制品的研究開發工作。通訊作者：李曉東