嬰幼兒配方乳粉溶解性的影響因素探討

文/何湘麗 湛艷紅 彭喜洋 戴智勇 汪家琦 李 浩

〔澳優乳業（中國）有限公司； 湖南澳優食品與營養研究院〕

嬰幼兒配方乳粉是指以牛乳（羊乳）及其加工制品為主要原料，加入適量的維生素、礦物質和其他輔料加工而成的，供嬰幼兒（0～36 月齡）食用的產品。市售嬰幼兒配方乳粉通常為干燥、粉末狀固態，需配合一定的沖調方法后方可食用。沖調過程首先是乳粉顆粒充分潤濕，隨后可溶性成分溶解，膠體顆粒（脂肪球和酪蛋白膠束）分散在溶液中，形成均一、可供嬰幼兒直接食用的奶液，這個過程受乳粉顆粒附聚程度、沖調溫度、沖調方法、可分散性、可潤濕性等因素影響，表現為溶解性不同。

乳粉溶解性的標準測定方法是將乳粉在標準化條件（一定的濃度、溫度、攪拌強度和持續時間）下溶于水，離心后測定沉淀物體積，結果稱為不溶度指數，或溶解度指數。

目前常見的嬰幼兒配方乳粉生產工藝主要包括濕法工藝、干法工藝和干濕混合法工藝。濕法工藝是指在鮮奶液態下進行各種原材料的混合，再經高溫噴粉、干燥等工序制成粉狀；干法工藝是把各種原材料在固態粉狀下進行混合。目前，兩種處理方法通常結合使用，噴霧干燥處理后再添加一些干基的營養成分（如維生素、微量元素或碳水化合物）。嬰幼兒配方乳粉的溶解性受生產工藝的影響。

1 理化指標對乳粉溶解性的影響

1．1 水分

水分含量主要影響產品在貯存期間的品質，所有乳粉都必須滿足水分殘留量標準，嬰幼兒配方乳粉的水分含量要求為≤5.0%。水分含量過高，一方面促進乳粉中殘存微生物生長繁殖，產生乳酸，使乳粉中酪蛋白發生變性而影響乳粉的溶解性[1]；另一方面，高水分活度下，蛋白質易發生變性，無定型狀態的乳糖結晶化易造成乳粉中游離脂肪含量增加，脂肪發生氧化，美拉德反應加速進行，使乳粉產生變色、結塊等異常現象[2]。

水分影響嬰幼兒配方乳粉溶解性的主要原因是乳糖暴露于高相對濕度或較高溫度中時易發生結晶，使乳粉顆粒表面產生很多裂紋，造成脂肪逐漸滲出，導致粉體的溶解性降低。

在嬰幼兒配方乳粉生產過程中，可以通過調節干燥塔排風溫度或震動流化床溫度來控制水分含量。在潮濕地區，冷卻空氣應該經過除濕處理，避免吸潮。同時，在產品包裝階段，應該使用密封不透氣的包裝材料，并將乳粉貯存在陰涼干燥處。

1．2 游離脂肪

脂肪的存在狀態和分布受工藝處理條件的影響。乳粉中的脂肪通常呈球形，表面由脂肪球膜包裹，均勻分布在脂肪顆粒中，也有一些沒有外層膜的脂肪鑲嵌在乳粉顆粒表面或內部。嬰幼兒配方乳粉的脂肪含量要求為1.05～1.40 g/kJ。在一定條件下，游離脂肪酸與蛋白質形成復合物，會導致乳粉的可潤性降低；表面游離脂肪的疏水性也會降低乳粉的流動性和分散性[3]，可能造成乳粉產品表面不易濕潤，延長乳粉的下沉時間，從而影響乳粉的溶解性。

嬰幼兒配方乳粉中的游離脂肪一般不可避免，但是可采取一些措施降低其含量，從而減少對溶解性的影響[4]，如避免過度泵送和攪動原料，減少原料在蒸發器中的循環；選擇合適的熱處理方式，避免低溫下直接熱處理；液奶處理時采用兩段式均質[5]等。

1．3 乳粉顆粒及乳粉密度

乳粉顆粒通常由非結晶狀態乳糖構成連續相，其他成分如脂肪球、酪蛋白膠束和乳清蛋白分子鑲嵌其中。乳粉顆粒越小，乳粉密度越大，粒徑分布越寬，顆粒間的孔就越窄，以至于水分不能迅速滲透。并且在濕潤過程中，由于顆粒之間空氣-水界面的表面張力推動部分濕潤顆粒彼此靠近，顆粒間孔隙變得更窄，乳糖以非潔凈狀態存在，形成高黏度溶液，水分滲透停止，乳粉容易形成團塊，外部是高濃度黏性乳液，內部是干性顆粒，形成難以溶解的團塊[6，7]。相反，乳粉顆粒越大，顆粒間空隙更寬，分散性越好，水分容易滲透，下沉速度越快。隨著細粉（＜90 μm）的增加，乳粉的分散性降低。

乳粉顆粒及乳粉密度對乳粉溶解性的影響非常顯著。黃燾[8]等關于粉體粒度對溶解性的影響研究表明，乳粉細粉顆粒（包括0～30 μm，0～50 μm，0～100 μm）的體積占比與潤濕性和分散性呈線性負相關，而粗粉顆粒的體積占比與潤濕性和分散性呈線性正相關。

2 生產工藝對嬰幼兒配方乳粉溶解性的影響

嬰幼兒配方乳粉的典型生產線包括混料、蒸發濃縮、干燥、干混、包裝成品等環節。生產工藝主要是通過影響嬰幼兒配方乳粉的水分、游離脂肪以及顆粒大小等理化指標來影響產品的溶解性。

2．1 蒸發濃縮

在乳粉生產過程中，原料乳在噴霧干燥或滾筒干燥前需要濃縮，濃縮主要是通過加熱蒸發提高物料的干物質濃度，提高生產能力。蒸發濃縮前的熱處理可能會導致乳清蛋白變性，變得非常致密，未變性的乳清蛋白呈海綿狀，具有更高的水結合能力，在干燥過程中能形成更多的空泡；而高變性程度的乳粉空泡含量低，具有較高的顆粒密度和容積密度，能夠降低乳粉的分散性[9]。如果進料過程中的空氣含量高，產品中的空泡含量也高，也會導致產品具有較低的顆粒密度和容積密度。同時，如果濃縮乳的固形物含量過高，則乳粉的空泡含量低，顆粒密度高[10]。因此，熱處理溫度過高和濃縮乳固形物含量過高都會導致乳粉的顆粒密度過高，不易溶解。

2．2 噴霧干燥

乳制品的干燥方式有滾筒干燥、冷凍干燥、噴霧干燥等，乳制品工業中最常用的乳粉干燥方式是噴霧干燥。噴霧干燥的目的是產生表面積和質量比較大的顆粒（即小顆粒），常與附聚化結合使用，以得到分散性和溶解性較好的產品[11]。

所有的霧化設備都能發生自發初次附聚，表現為分子之間隨機無規律碰撞產生的附聚；而根據霧化設備的不同，會發生自發二次附聚或強制二次附聚，形成不同的粉粒結構。附聚結構按致密性降低的順序依次為洋蔥型結構、覆盆子型結構、致密葡萄結構、疏松葡萄結構。洋蔥結構附聚乳粉的特點是機械穩定性高，容積密度高，但是復水后表現為緩慢分散顆粒；葡萄結構附聚乳粉的機械穩定性過低，非常容易破損，導致速溶性降低。致密的葡萄結構附聚是理想狀態，此時乳粉既有良好的速溶性，又有足夠的機械穩定性，可承受必要的運輸和包裝處理。選擇合適的細粉回風口位置和噴嘴設計，通過附聚化將細小顆粒控制在最低水平，使乳粉顆粒間隙更寬，水分更容易滲透。

除附聚化外，噴霧干燥的工藝參數（如高壓泵壓強、進風溫度、濃縮奶濃度、噴霧干燥時間和溫度）也是影響粉粒性質的重要因素[12]。噴霧干燥噴嘴尺寸直接影響粉體粒徑，而噴霧干燥的時間和溫度則會影響液滴中水分和空氣散失的速度，決定了空泡的大小、數量和最終乳粉中的水分含量。李慕揚等[13]通過響應面分析，確定了噴霧干燥工藝參數為進口溫度130 ℃，物料流量729 mL/h，熱風流量0.48 m3/min時，乳粉的溶解度為21 s。合適的噴霧干燥條件對乳粉溶解性具有非常重要的影響。

2．3 粉體輸送方式

在嬰幼兒配方乳粉生產過程中，由于乳粉顆粒較小，為避免產生大量粉塵，一般采用封閉環境輸送，分為氣力輸送和重力輸送兩種方式。根據顆粒Geldart 分類法及輸送相圖，物料與氣體的作用方式主要取決于物料的平均粒徑分布和物料密度，以此來選擇采用正壓密相輸送、正壓稀相輸送、負壓密相輸送或負壓稀相輸送等輸送方式[14]。一般認為，輸送管中氣、固混合物的空隙率＜0.95即為密相輸送。研究發現，經密相輸送的乳粉沖調后不容團塊增加，溶解性變差，這可能與輸送方式有關。密相氣力輸送主要是脈沖氣力式栓流輸送，粉料在輸送管中不再散開，而是形成料栓，依靠料栓兩端的靜壓差向前移動。在密相輸送中，物料移動速度慢，固相濃度高，高壓使粉體之間縫隙變小；乳粉中的水分可導致粉體之間形成液橋，顆粒表面黏力增強，出現造粒現象，使乳粉在沖調過程中潤濕性變差，易出現不溶團塊[15]。同時，隨著管道內物料濃度增加，顆粒與管道壁面的摩擦加劇，導致粉體游離脂肪含量增高，降低乳粉的流動性和沖調性。正壓密相輸送壓力對粉體性質的影響及原因還有待于進一步深入研究。

重力輸送則是利用重力使粉體在密封管道中運輸，無外加壓力，在運輸過程中，粉體與管道壁面摩擦產生靜電，導致粉體游離脂肪含量增高，也在一定程度上影響乳粉的溶解性。

2．4 充氮包裝

為保證嬰幼兒配方乳粉產品在貨架期內的穩定品質，通常會將產品抽真空，并充入一定混合比例的惰性氣體（如氮氣和二氧化碳）。在惰性氣體環境下，一方面可以減少氧化還原反應的發生，抑制脂肪和蛋白質的氧化及其他營養素的衰減；另一方面可以保持罐內相對穩定的氣壓，避免出現脹罐或癟罐、乳粉結塊等異常[16，17]。李鵬等[18]對自動充氮前后乳粉物理變化的研究表明，充氮包裝后容積密度、振實容積密度等均有所升高，且有顆粒表面積增大、細粉比例減小、平均粒徑增大的變化趨勢，從而影響產品的溶解性。在利用自動包裝機時，應當保證生產的連續性，避免產品在灌裝機中過多停留。

3 小結

嬰幼兒配方乳粉沖調性的影響因素很多，生產過程中的每一個環節都至關重要。企業應嚴格選取和控制關鍵參數，優化生產工藝，為消費者提供滿意的產品。同時，產品的沖調方式（如沖調濃度，水溫，攪拌強度、方式和時間等）對產品溶解性也會產生一定影響，企業應在保證奶液營養充足、安全和不產生其他危害的前提下，為消費者提供最適合的沖調方式。