全營養配方食品的研制與開發

張艷杰，馬粉娟，夏袁

（上海晨冠乳業有限公司，上海 201401）

0 引言

特殊醫學用途配方食品（foods for special medical purposes，FSMP）是為了滿足進食受限、消化吸收障礙、代謝紊亂或特定疾病狀態人群對營養素或膳食的特殊需要，專門加工配制而成的配方食品[1]。FSMP通過腸道吸收，具有緩解營養不良、加速病人康復、節省醫療費用等優點，市場前景廣闊。雖然國內FSMP注冊法規和各項配套措施已近完備，但中國FSMP企業尚在起步階段，需要對市場進行長期探索，開發適合中國消費者的特醫食品。

FSMP屬于特殊膳食，包括全營養配方食品、特定全營養配方食品和非全營養配方食品。其中，全營養配方食品適用于有此類食品需求且對營養素沒有特別限制的人群，可作為單一營養來源滿足目標人群營養需求。FSMP大多采用濕法生產，其優點是物料混合均勻，產品組織狀態和沖調性較好，但營養素受熱會造成熱敏性維生素（如維生素B1、維生素B2、維生素C、葉酸、泛酸）的破壞[2]，且能耗大，成本高。而干法工藝設備相對簡單，能耗低，生產過程中不存在營養素損耗，能較準確地控制營養素指標。但是干法工藝對原料要求較高，需要嚴格控制微生物，且保證物料能混合均勻。在實際生產過程中，混合均勻性受到很多因素影響，如粉體粒度、密度、形態、水分質量分數、表面光滑度等，而粉體粒徑由于個體之間差異倍數大對混合均勻度的影響最大[3]。除了混合均勻性，沖調性和滲透壓指標對于干法生產全營養配方食品也尤為關鍵。沖調性往往是消費者評判奶粉優劣的首要標準，是奶粉重要的質量指標之一[4]；滲透壓是近年來乳品行業的重要課題，醫學上認為等滲溶液滲透壓為280～320 mOsm/kgH2O，母乳滲透壓為 290 mOsm/kgH2O左右。滲透壓越高，對胃的抑制作用越明顯。據報道，高滲透壓奶粉液喂養嬰兒會引起腎臟損傷[5]，可引發成人惡心、嘔吐、腹瀉等嚴重不良反應[6]。因此，配方設計中應使沖調液盡可能地接近母乳或等滲水平。

本文通過粉體粒度分布、沖調性及滲透壓三個指標對干法生產全營養配方食品的主要原料進行篩選，初步擬定基本配方。根據配方開展試制，對試制樣品進行感官評價、滲透壓測定及混合均勻性分析，并將營養素含量與國家標準進行對比，分析方案可行性，為商業化生產及相關產品研發提供思路。

1 實 驗

1.1 材料

麥芽糊精1，麥芽糊精2，植物脂肪粉1，植物脂肪粉2，酪蛋白1，酪蛋白2，濃縮乳清蛋白（WPC80）1，濃縮乳清蛋白2，糖粉，結晶果糖，低聚果糖（FOS），低聚半乳糖（GOS），復配營養強化劑（宏量礦物質、微量礦物質、維生素、VCNa牛磺酸），樣品分別用編號為1～16標示，如表1所示。

表1 樣品編號及名稱

全營養配方食品競品：購自上海超市，共計2個品牌，分別用競品1和競品2標示。

1.2 儀器

WQS-S數顯振動篩，儀電物光；SQP電子天平，FM-8P全自動冰點滲透壓計，三維運動混合機。

2 方法

2.1 粒度分布

選用7個孔徑分別為450，300，200，150，125，105，76μm的圓形金屬絲編織網試驗篩，試驗篩經計量檢定機構檢定合格。稱取50±0.1g樣品于頂層試驗篩內，蓋上頂蓋，將套篩放進振篩機內固定，將兩側旋鈕旋緊，啟動振篩機。選擇“連續”的工作模式，振幅為“3”，振動時間為15 min，設定完成后按“確定”立即進入振動狀態。振動結束后，取下套篩，分別測量各試驗篩網上的樣品質量。分離后的各粒級樣品質量占樣品總質量的分數即定義為樣品在相應粒級的粒度分布值。每個樣品重復檢測3次，結果取平均值。

2.2 沖調性測定

沖調性測定參考速溶乳粉的潤濕性及沖調評分。潤濕性測量方法如下：制備參考文獻中的裝置[7]，準確稱取（10±0.1）g樣品，將樣品均勻分布于（250±1）g蒸餾水中，水溫調至（25±1）℃，使最終水面以上的燒杯內壁保持干燥，秒表記錄顆粒全部潤濕所需時間。每個樣品重復檢測5次，結果取平均值。

沖調性評分過程為：準確稱取（10±0.1）g樣品，同20℃的水100 mL混合，充分攪拌20 s，靜置5 min后，觀察沖調液狀態，并根據表2進行評分。每個樣品重復檢測5次，評分結果取平均值。

2.3 滲透壓測定

取干凈且干燥的試管，分別從300 mOsm/kg和800 mOsm/kg定標液中抽取0.5 mL注入試管，對全自動冰點滲透壓計進行定標。定標完成后，以去離子水為溶劑，添加原料樣品，制備質量分數為10%的溶液，充分溶解并混合均勻后，進行測定滲透壓。每個樣品重復檢測3次，取平均值。

表2 沖調性評分參考標準

2.4 全營養配方食品的感官評價

由20位評委組成的感官評價小組，采用七分嗜好評分法進行感官評價。感官評定指標包括顏色、組織狀態、沖調性、溶液滋氣味和喜好度。具體評價細則如表3所示。結果以評分的平均值表示。

表3 感官評價評分參考標準

表4 不同原料粒度分布比較

2.5 混合均勻性實驗

三維混合機中混合30 min后，隨機選取6個不同空間方位點的樣品，測定試制樣品中維生素C、維生素B1、鐵、鎂和鋅5個指標的質量分數，通過不同位置的營養素指標差異性分析，驗證混合均勻性。實驗重復3次，結果取平均值。

3 結果與討論

3.1 不同原料粒度分布比較

麥芽糊精、植物脂肪粉、酪蛋白、濃縮乳清蛋白WPC 80等原料的粒度分布比較如表4所示。

由表4可以看出，不同種類原料在粒度分布上存在較大差別，如濃縮乳清蛋白（樣品7和樣品8）、酪蛋白（樣品6）粉體粒徑均大于150μm，麥芽糊精（樣品1和樣品2）、植物脂肪粉（樣品3和樣品4）、酪蛋白（樣品5）等其他原料中存在粒徑小于150μm顆粒。而同類原料在粒度分布上也有不同程度的差異，如麥芽糊精1（樣品1）超一半的粉體粒徑大于300μm，麥芽糊精2（樣品2）超一半的粉體粒徑小于76μm。

由于粒徑間隔較多，我們把粒徑大于200μm的認為是粗粉顆粒，粒徑小于105μm的是細粉顆粒，對≥200μm、200～105μm、＜105μm這三個粒度分布值進行評價，數據處理后如表5所示。所選原料粉體粒度在≥200μm，200～105μm，＜105μm的質量占比為別為16.83%～99.97%，0%～52.28%，0%～53.10%。不同原料在粒度分布上存在顯著性差異（P＜0.05），同時也呈現出一定的規律。如樣品1，4，6，7，8，10的粗粉顆粒（200μm以上）質量占比相對較多，均高于80%，細粉顆粒（105μm以下）質量占比相對較少，均低于4%。樣品3，5的粒度分布類似，≥200μm，200～105 μm，＜105μm的質量占比分別均高于50%，20%，15%。樣品11（FOS）和樣品12（GOS）均為膳食纖維，粒徑分布存在顯著性差異（P＜0.05）。FOS粗粉顆粒（200μm以上）質量占比相對較少，80%以上的粉體粒徑集中于200μm以下，且細粉顆粒（105μm以下）質量占比超過40%；GOS粗粉顆粒（200μm以上）質量占比為39.12%，而細粉顆粒（105μm以下）質量占比僅為8.27%；樣品13～樣品16為營養強化劑，其中樣品15（維生素）和樣品16（VCNa牛磺酸）粒度分布類似，≥200μm，200～105μm，＜105μm的三種粒度分布比較平均，粉體質量占比均在30%左右；樣品13（宏量礦物質）與樣品3粒度分布相對接近，≥200μm，200～105μm，＜105μm的粉體質量占比分別為50%、20%、25%左右；樣品14中200μm～105μm粉體質量占比最多，為52.21%，其次為粗粉（200μm以上），質量占比為29.39%；樣品9中粗粉顆粒相對較多，而樣品2粗細粉顆粒質量占比相近，共占總質量的95%左右。

表5 不同原料3個粒度分布比較

干混工藝中，不同原料粒度分布越類似，越容易混合均勻。如麥芽糊精和植物脂肪粉互混時，可以選擇樣品1和樣品4；酪蛋白和濃縮乳清蛋白互混，可以選擇樣品6和樣品7（或樣品8）。當然實際生產中，所有原料粒度分布很難全部相近，由于每種原料添加量不同，可以優先考慮主要原料之間的粒度分布，還可以通過工藝研究確定合理的投料順序，達到混合均勻的目的。

3.2 沖調性測定

3.2.1 潤濕性比較

不同原料的潤濕性見表6，從表中可以看出，碳水化合物、膳食纖維及部分礦物質和維生素潤濕時間小于1 s，顯示了良好的潤濕性。其中，碳水化合物包括麥芽糊精、結晶果糖和糖粉，膳食纖維包括FOS和GOS，部分礦物質和維生素分別為宏量礦物質和VCNa牛磺酸。其他原料的潤濕時間較長，均大于5 min，潤濕性表現不理想。

表6 不同原料潤濕性比較

3.2.2 沖調性評分

不同原料的沖調性評分如圖1所示。由圖1可以看出，潤濕性良好的原料中，除了樣品13，其余原料均顯示了良好的沖調性能；大部分潤濕性能不理想的原料的沖調性評分存在顯著性差異（P＜0.05）。16個原料中，樣品1～4，樣品7～12，樣品16沖調性評分均大于85，而樣品5，6，13，14，15的沖調性能不理想，評分均小于60。

圖1 不同原料的沖調性評分比較

圖1 中，數據上標處小寫字母完全不同表明具有顯著性差異（P＜0.05）。下同。

3.3 滲透壓測定

溶液滲透壓是指溶液中溶質微粒對水的吸引力，通常用毫滲透摩爾濃度表示（mOsm/kg·H2O）。滲透壓的大小與溶液中溶質微粒的數目有關，溶質微粒越多，溶液濃度就越高，溶液滲透壓也越高。全營養食品中的不同原料對其滲透壓的影響存在顯著差異（P＜0.05），結果如圖2所示。

圖2 不同原料的滲透壓值比較

相同質量濃度的溶液，滲透壓值最高的為樣品13（宏量礦物質），其次為樣品16（VCNa牛磺酸），由于兩種原料中含有鈉、鉀等無機鹽，溶液中的強電解質對滲透壓有較大影響。樣品14（微量礦物質）和樣品15（維生素）同樣作為全營養食品中的營養強化劑，滲透壓值明顯低于前兩個樣品。主要原因是微量礦物質與維生素溶解度小，溶液中對滲透壓有影響作用的離子濃度較低。

樣品10（結晶果糖）和樣品9（糖粉），用于增加產品甜味，作為食品原料提供部分碳水化合物，其滲透壓值分別為588 mOsm/kg·H2O和319 mOsm/kg·H2O。由于結晶果糖是單糖，分子較糖粉小，因此相同質量濃度的結晶果糖溶液滲透壓比糖粉高出近一倍。樣品1與樣品2均為麥芽糊精，DE值分別為12和19，也在產品中提供碳水化合物。由于DE19的麥芽糊精水解程度較高，還原糖更多，導致其對溶液滲透壓影響更大。

樣品12（GOS）與樣品11（FOS）是膳食纖維，可以作為營養強化劑用于全營養食品中。GOS與FOS均為低聚糖，對滲透壓的影響也存在顯著差異（P＜0.05）。GOS產品中除了含70%左右的GOS外，還含有部分乳糖和葡萄糖雜質，而FOS純度較高，質量分數為93%～97%，這就導致了相同質量分數的GOS溶液滲透壓大于FOS溶液。

樣品3與樣品4為同一種原料（植物脂肪粉），在產品中作為食品原料提供脂肪。樣品3的成分中含有葡萄糖漿，其溶液滲透壓值為102 mOsm/kg·H2O；樣品4中添加的為乳糖，溶液滲透壓為142 mOsm/kg·H2O，兩者存在顯著差異（P＜0.05）。除了糖類的影響，滲透壓還可能與溶液中Na和K等離子濃度有關。

樣品（5～8）為產品提供蛋白質，對溶液滲透壓影響較小。樣品7和樣品8均為WPC 80，乳糖和蛋白質質量分數相近，二者溶液的滲透壓不存在顯著差異。樣品5和樣品6為酪蛋白，蛋白質質量分數比WPC 80更高，乳糖質量分數更低，因此相同質量分數的溶液中溶質總顆粒質量較少，導致酪蛋白溶液滲透壓值小于WPC 80溶液。

3.4 試制

綜合考慮各原料的粒徑分布、沖調性及滲透壓等因素，初步擬定全營養配方食品的基本配方如表7所示。根據配方進行試制，對樣品進行滲透壓測定、感官評價及混合均勻性驗證試驗，并與國家標準對比營養素質量分數，驗證配方的合理性。

表7 全營養配方食品的基本配方

3.4.1 滲透壓測定

對競品及試制樣品進行滲透壓測定，結果如表8所示。

表8 滲透壓比較

從表中數據可以看出，試制樣品的滲透壓為356±1.53 mOsm/kg，明顯低于兩款競品，更接近等滲水平。主要原因可能是產品配料中的碳水化合物種類及添加量不同，導致滲透壓的差異。

3.4.2 感官評價試驗

對試制樣品及競品進行感官評分，評定項目主要包括顏色、組織狀態、沖調性、溶液滋氣味及喜好度，如圖3所示。

圖3 感官評價實驗

競品為濕法工藝生產，粉末呈黃色，顏色均一，粉末流動性一般，有少量團塊；溶解時有少量團塊上浮，溶液澄清，有很強的奶香味和香精味。試制樣品粉末呈淡黃色，粉末流動性好，無團塊；溶解性良好，無團塊上浮，溶液澄清，有較強的奶香味，無異味。因此，試制樣品在組織狀態和沖調性上得分較高，由于沒有添加香精，產品沒有濃郁的香氣，一定程度上影響了溶液滋氣味和喜好度上的得分。但是，不添加香精的產品更健康，更安全，更符合未來消費者的飲食趨勢。

3.4.3 混合均勻性驗證試驗

測定6個不同位置試制樣品中維生素C、維生素B1、鐵、鎂和鋅5個指標的含量，計算相對標準偏差，結果如表9所示。

表9 不同位置營養素的相對標準偏差

由表9可知，不同位置營養素的相對標準偏差均在5%以內，根據美國FDA《混合均勻性取樣和評價指南》[8]

的規定可以判斷混合均勻。維生素和宏量礦物質的混合穩定性略優于微量礦物質，這可能與原料的粒度分布和添加量有關。

3.4.4 營養素的比對

本次試制樣品是適用于10歲以上人群的全營養配方食品，根據樣品的檢測結果，與國家標準GB 29922《特殊醫學用途配方食品通則》[9]進行比對，具體如表10所示。

由表10可以看出，本次試制樣品即食狀態下能量約為420 k J/100 mL，亞油酸和α-亞麻酸的供能比分別為7.1%和1.6%，膳食纖維（FOS+GOS）含量為0.3 g/100 kJ，其余營養素質量分數也均符合GB 29922《特殊醫學用途配方食品通則》中營養素添加的要求。

4 結 論

本文從粉體粒度分布、沖調性及滲透壓3個方面，對全營養配方食品主要原料進行篩選評價，得出如下結論：

（1）不同種類的原料粒度分布大多差異顯著，而同類原料也存在不同程度的差異。粒度分布數據對于干混工藝的混合均勻性研究具有一定的理論依據。選擇粒度分布接近的物料，更容易混合均勻。

（2）碳水化合物、膳食纖維及營養強化劑（VCNa牛磺酸）潤濕及沖調性能良好；大部分潤濕性能不理想的原料在沖調性評分上存在顯著性差異（P＜0.05）。干法工藝中原料的沖調性能優劣對于成品具有重要意義。

（3）部分營養強化劑和糖類對滲透壓影響較大，脂肪和蛋白質的影響相對較小。在配方設計階段，保證滿足目標人群營養需求的同時，應選擇合適的原料使產品的滲透壓盡可能接近于等滲水平。

綜合考慮原料的三方面因素，確定配方原料為麥芽糊精1、糖粉、植物脂肪粉1、濃縮乳清蛋白2、GOS、FOS和營養強化劑，并開展樣品試制。通過4個指標對試制樣品進行評價分析，包括感官評價、滲透壓、混合均勻性及營養素質量分數，結果表明樣品在沖調性及組織狀態方面表現優秀，口感具有較高的接受度；滲透壓結果為（356±1.53）mOsm/kg，略高于等滲水平；不同位置的營養素相對標準偏差均在5%以內，體現出較好的混合均勻性，營養素質量分數均符合國家標準要求。

表10 營養素的比對分析

綜上所述，本文通過對原料的篩選研究，初步確定基本配方，并利用干法工藝研制全營養配方食品。通過對產品感官、滲透壓、混合均勻性及營養素質量分數4個維度綜合分析，表明配方設計科學，方案具有可行性，可以為后續商業化生產及相關產品開發提供思路。