嬰幼兒配方奶的配方設(shè)計和工藝

戶行宇,于景華,*,劉 淼,康紅艷,王妙姝

(1.天津科技大學(xué),天津 300457;2.河北新希望天香乳業(yè)有限公司,河北保定 071000)

嬰幼兒配方奶相比于嬰幼兒配方奶粉無需沖調(diào),食用更加方便衛(wèi)生,更易被嬰幼兒消化吸收,同時在加工過程中無需經(jīng)過高溫噴粉,營養(yǎng)素損失相對較少[1]。國外的嬰幼兒配方奶已經(jīng)相當成熟,相關(guān)產(chǎn)品已經(jīng)上市很多年,但嬰幼兒配方奶在我國的關(guān)注度不高,其在我國的發(fā)展仍然處于一個初期萌發(fā)狀態(tài),而且主要在醫(yī)務(wù)渠道推廣,針對特殊嬰幼兒人群[2]。產(chǎn)品研發(fā)方面還處于實驗階段,口感和脂肪穩(wěn)定性問題難以解決,我國整體的嬰幼兒配方奶產(chǎn)業(yè)仍處于瓶頸期。因此本研究從調(diào)整嬰幼兒配方奶的配方和優(yōu)化加工工藝參數(shù)出發(fā),解決嬰幼兒配方奶的口感和在貯藏期內(nèi)的脂肪穩(wěn)定性等問題。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

鮮牛奶 滄州青縣木門店祥瑞牛奶廠;乳清蛋白粉(WPC 8200) 美國HILMAR;玉米胚芽油 山東西王食品有限公司;菜籽油 上海明確國際貿(mào)易有限公司;椰子油 濟南比祺經(jīng)貿(mào)有限公司;復(fù)配維生素、復(fù)配礦物質(zhì) 廣州碩維食品技術(shù)有限公司;DHA藻油粉 嘉必優(yōu)生物技術(shù)股份有限公司;SDS、乙二胺四乙酸 均為國產(chǎn)分析純;100 mL一次性透明塑料杯 廣東富康塑料制品廠。

TW-Basic型沃迪均質(zhì)機 上海沃迪公司;DZ5-W型湘儀離心機 長沙湘儀公司;1541-TL-1917型Turbiscan Lab全能穩(wěn)定性分析儀 法國Formulaction公司;BT-9300S型的激光粒度分布儀 丹東百特儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 確定嬰幼兒配方奶的基礎(chǔ)配方 根據(jù)食品安全國家標準(GB10765-2010)—嬰兒配方食品標準對嬰兒配方食品提出的成分添加限量要求[3]和維生素在加熱過程中的損失率(見表1)初步確定嬰幼兒配方奶的基礎(chǔ)配方[4]。損失率=(配方設(shè)計值-實際檢測值)/配方設(shè)計值。

表1 維生素在熱處理中的損失率(%)Table 1 Vitamin loss rate in the heat treatment(%)

1.2.2 確定嬰幼兒配方奶中蛋白質(zhì)和不同種類植物油的添加量 蛋白質(zhì)的梯度范圍設(shè)定為:1.4、1.5、1.6 g/100 mL;不同種類植物油的梯度范圍設(shè)定見表2。

表2 不同種類植物油的梯度范圍Table 2 Gradient range of different types of vegetable oil

(WPC 8200)、乳糖、復(fù)合維生素和復(fù)合礦物質(zhì)分別用純凈水溶解,其中WPC 8200要在40 ℃條件下水合20 min。按嬰兒配方奶配方依次將鮮牛奶、純凈水和各類植物油等原料混合均勻,對樣品進行預(yù)熱和均質(zhì),然后進行UHT滅菌,冷卻灌裝。

結(jié)合國外的嬰幼兒配方奶產(chǎn)品的口感制定感官評價表(表3),對不同添加量的產(chǎn)品進行感官評價。

表3 感官評價表Table 3 Sensory evaluation table

1.2.3 比較樣品與市售嬰幼兒配方奶粉的口感差異 對超高溫滅菌處理的樣品和市面上常見的兩款嬰兒配方奶粉:惠氏金裝愛兒樂1段和雀巢超級能恩1段進行感官品質(zhì)比較。將本實驗樣品150 mL置于一次性透明塑料杯中,同時將兩款配方奶粉用同樣溫度的水(37 ℃)進行復(fù)原沖調(diào),即分別取23.31 g奶粉,用溫水定容至150 mL,對3種樣品進行隨機編號,呈遞給10名有資質(zhì)的感官評價員按照表3的感官評價標準對樣品進行感官評價并打分填寫感官評價表。

1.2.4 確定嬰幼兒配方奶預(yù)熱和均質(zhì)工藝參數(shù) 嬰兒配方奶生產(chǎn)工藝流程為:原料奶驗收→過濾及凈化→配料(水、乳糖及其他輔料)→預(yù)熱→均質(zhì)→UHT滅菌(135 ℃,10 s)→冷卻→無菌灌裝→檢驗→成品入庫。

操作要點:玻璃瓶提前進行121 ℃ 15 min超高壓滅菌;乳清蛋白、復(fù)合維生素和復(fù)合礦物質(zhì)分別用少量水溶解,再與原料奶混合;按照設(shè)計的溫度進行預(yù)熱處理,然后進入超高壓設(shè)備進行均質(zhì)和滅菌。

在溫度(50～60 ℃)和壓力(25～30 MPa)之間設(shè)置不同的梯度見表4,具體生產(chǎn)工藝同1.2.2。

表4 均質(zhì)壓力和預(yù)熱溫度條件Table 4 Homogeneous pressure and preheat temperature conditions

使用Turbiscan Lab全能穩(wěn)定性分析儀對樣品整體和上層進行穩(wěn)定性檢測。利用樣品的背散射光強度的不同,以動力學(xué)不穩(wěn)定性(TSI值)為指標,判斷樣品在5.5 h內(nèi)的穩(wěn)定性變化趨勢。TSI 與體系穩(wěn)定性呈負相關(guān),TSI 值越小,體系越穩(wěn)定,TSI 值越大,體系越不穩(wěn)定。使用激光粒度分布儀測定樣品的脂肪球粒徑大小[5],物質(zhì)折射率:1.520+0.100i,介質(zhì)折射率:1.333。取1.0 mL樣品用蒸餾水將樣品稀釋10倍,再取1.0 mL稀釋后的樣品向其中加入1～2 滴10% SDS溶液和2.0 mL 35 mmol/L EDTA溶液(破壞酪蛋白膠束,排除酪蛋白膠束粒徑對脂肪球粒徑測定的干擾)混勻即可備用測量,要保證被測樣品的遮光率在10%～11%之間。依據(jù)激光粒徑分布儀出具的報告單,采用Origin 8.0進行數(shù)據(jù)分析。

1.2.5 預(yù)測樣品的貨架期 脂肪的上浮程度可以直接反映乳制品的品質(zhì)變化。在乳制品貨架期的加速實驗研究中,一般通過提高儲存溫度來使乳制品的這些品質(zhì)特性發(fā)生變化,并加速其變化率,再根據(jù)乳制品的實際變化情況建立相應(yīng)貨架期的變化模型[6]。

按照得到的最佳配方配制嬰幼兒配方液態(tài)奶,樣品以最佳預(yù)熱溫度和均質(zhì)條件處理,再經(jīng)135 ℃、10 s超高溫滅菌,灌裝。將樣品分別在4、15、25、35、40 ℃條件下保藏。每天定時觀察產(chǎn)品的色澤狀態(tài),每隔3 d測定一次樣品的整體TSI值。

TSI值的測定方法同1.2.4。

通過溫度與TSI值之間擬合的動力學(xué)曲線預(yù)測樣品的貨架期。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)分析與處理利用Turbiscan Lab全能穩(wěn)定分析儀的TLAb EXPERT軟件采集數(shù)據(jù)并用Turbiscan Easysoft軟件進行數(shù)據(jù)分析,采用Origin 8.0進行數(shù)據(jù)擬合和制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 嬰幼兒配方奶的配方

根據(jù)感官評分得出當?shù)鞍踪|(zhì)的添加量為1.6 g/100 mL時,得分為15.8分,高于添加量為1.4和1.5 g/100 mL的13.6和14.0分,植物油添加配比為組合1時,得分為15.6分,高于組合2和組合3的14.0和13.4分。加工而成的嬰幼兒液態(tài)奶具有最佳的口感,能夠被全部感官評價人所接受。嬰幼兒配方奶的配方見表5,營養(yǎng)成分表見6。

表5 嬰兒配方奶配方(以1000 L奶液計)Table 5 Infant formula(in 1000 L milk meter)

表6 嬰幼兒配方奶營養(yǎng)成分表Table 6 Infant formula nutritional content of the table

2.2 樣品和市售嬰幼兒配方奶粉的感官區(qū)別

圖1為樣品的整體風(fēng)味、狀態(tài)等產(chǎn)品特性評價結(jié)果。惠氏金裝愛兒樂1段嬰兒配方奶粉在奶香味和甜度方面有明顯的優(yōu)勢,奶味偏濃厚且甜度適中,但在顏色狀態(tài)方面表現(xiàn)較差,奶液呈黃色、溶解性較差且狀態(tài)粘稠;雀巢超級能恩1段嬰兒配方奶粉的感官評價總分較高,口感適中,其色澤呈現(xiàn)乳白色且擁有良好的溶解性和穩(wěn)定的狀態(tài);與惠氏金裝愛兒樂和雀巢超級能恩相比,樣品嬰兒配方奶的口感比較稀薄、奶香味最淡,要距離產(chǎn)品很近距離才可以聞到淡淡的奶香味,但在色澤方面評分較高,整體產(chǎn)品呈乳白色,產(chǎn)品狀態(tài)較為穩(wěn)定且掛壁現(xiàn)象不明顯。總體來看,該嬰兒配方奶整體評價適中,尤其在色澤、狀態(tài)等方面表現(xiàn)較好,但在奶香味方面有所欠缺。

圖1 感官評價結(jié)果雷達圖Fig.1 Sensory evaluation results radar chart

2.3 嬰幼兒配方奶的最佳預(yù)熱和均質(zhì)條件

由圖2可知,樣品1、2、6的整體TSI值偏低,即穩(wěn)定性較好;結(jié)合圖3,樣品2上層的TSI值隨測定時間的延長變化趨勢越發(fā)陡峭,說明樣品2的脂肪上浮現(xiàn)象愈發(fā)明顯。

圖2 整體穩(wěn)定性趨勢圖Fig.2 Overall stability trend chart

圖3 上層穩(wěn)定性趨勢圖Fig.3 Upper stability trend chart

脂肪球粒徑大小反映了樣品在不同條件下的均質(zhì)效果,一般情況下,樣品在均質(zhì)后只會出現(xiàn)兩個峰,一個是脂肪球中位徑所在的最高峰,另一個就是中位徑左側(cè)由酪蛋白形成的峰[7]。然而根據(jù)圖4,樣品3～6在中位徑右側(cè)又分別出現(xiàn)了不同高度的峰,說明樣品3～6的均質(zhì)效果不好,這個結(jié)果同樣品的TSI值測定結(jié)果相符合。因此,樣品1的均質(zhì)預(yù)熱條件(50 ℃,25 MPa)是最佳的。

圖4 脂肪球粒徑分布圖Fig.4 Fat globules particle size distribution

2.4 不同貯藏溫度下樣品的貨架期預(yù)測

當保藏天數(shù)達到25 d時,40 ℃保藏下的樣品上層出現(xiàn)了明顯可見的白色流動液體并伴有浮于表面的少量白色碎片,白色碎片是由于乳脂肪球和酪蛋白表面結(jié)構(gòu)被牛乳中天然存在的堿性蛋白酶水解破壞,釋放出α-酪蛋白、β-酪蛋白,從而導(dǎo)致脂肪自身及脂肪與酪蛋白的聚集,說明此時樣品脂肪上浮現(xiàn)象明顯[8]。所以以前一天作為樣品在40 ℃保藏的最后期限,即40 ℃溫度下樣品的貨架期為24 d。

以樣品第24 d的TSI值與各保藏溫度進行動力學(xué)曲線擬合,得到圖5。由圖可知樣品的TSI值在4～40 ℃溫度區(qū)間內(nèi)呈線性增加的趨勢,這說明在此溫度范圍內(nèi),樣品的穩(wěn)定性隨溫度的增加而線性下降,其方程為TSI=0.0183T+0.473,R2=0.9974。加速比(以下簡稱為AR)定義為在加速條件下的反應(yīng)速率與正常儲存條件下的比值。由于嬰幼兒配方奶在4 ℃條件下冷藏更具有穩(wěn)定性,故選擇TSI 4 ℃ 的實際測量值作為基準,嬰幼兒配方奶的AR可定義為在特定加速實驗條件下的TSI與TSI 4 ℃比值。根據(jù)此動力學(xué)方程,可以計算出加速實驗AR。由此,40 ℃條件下的AR為2.2,即4 ℃冷藏條件下的貨架期約為53 d。

圖5 貯藏溫度的動力學(xué)曲線Fig.5 Kinetic curves of storage temperature

3 結(jié)論

由于嬰幼兒配方奶擁有方便易食,衛(wèi)生易消化等優(yōu)點,這種產(chǎn)品會逐漸走進我國消費者的視野,并被大眾所接受。本文中設(shè)計的配方氨基酸模式、脂肪酸比例、碳水化合物要求及微量元素含量均符合食品安全國家標準—嬰兒配方食品GB10765-2010。由于實驗室設(shè)備條件有限,無法達到乳品工廠車間內(nèi)產(chǎn)品的無菌灌裝標準,故貨架期比較短。因此后期需要將產(chǎn)品在中試車間生產(chǎn)線上進行驗證,從而得到適合商業(yè)化生產(chǎn)的嬰幼兒配方奶的配方和生產(chǎn)工藝,進一步填補我國相關(guān)產(chǎn)品的研究空白。