不同貯藏環境下全營養醫用配方食品穩定性及流變性評價

孫婉婷,楊蕓蕓,任元海,王 賽,董雷超,陳炫宏,周泉城,*

(1.山東理工大學農業工程與食品科學學院,山東淄博 255049;2.農產品功能化技術山東省高校重點實驗室,山東淄博 255049;3.華潤圣海健康科技有限公司,山東淄博 255000)

特殊醫學用途配方食品是一個介于藥物和食品之間的新興功能性產品,全營養醫用配方食品(簡稱全醫食品)是為滿足特定疾病的特殊飲食需求而設計的。該類產品具有良好的社會價值和經濟效益,可有效降低患者醫療負擔,減少國家醫藥衛生支出[1]。當前對乳劑類特殊醫學用途配方食品制造技術的研究以其原料搭配和加工技術為主[2]。在原料搭配方面,由于各種原料的營養成分及其含量各不相同,制備乳劑產品過程中需要充分考慮各成分對其營養價值及穩定性的影響[3]。乳劑類特殊醫學用途配方食品的營養成分主要包括蛋白質、脂肪、碳水化合物、維生素和礦物質等,碳水化合物中的淀粉在水溶液中的性狀很不穩定,會使產品出現老化現象,從而影響產品貨架期。目前,全球特殊醫學用途食品市場快速發展,研究多集中在配方設計方面,而對配方組成與產品流變等穩定性關系報道較少[4-5]。所以,在不同處理條件下探究全醫食品穩定性及流變學性質的影響,對優化相關產品儲藏條件、配方中物質含量比例具有重要意義。

流變性是流體食品最常考慮的指標。產品的黏稠性對沖調性能及感官評價有很大影響[3]。黏稠性不僅是食品感官評價的指標,而且影響到食品風味等食用可接受性[6]。從安全吞咽角度來講,全醫食品黏度會影響吞咽速度,從而影響食品流入肺里的危險[7];pH、滲透壓關系到患者食用后是否出現腸胃不適腹瀉等現象;所以,流變性、滲透壓、pH與食用安全性密切相關。

因此,本文從流變性、滲透壓、pH角度分析高溫、高濕、光照、長期試驗下兩種全醫食品的穩定性及流變學性質,以期通過探究營養組成、環境等因素對全醫食品品質、貯藏、安全性的影響,為醫用食品行業的發展提供理論指導和實驗數據參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

豌豆蛋白(20180204) 煙臺雙塔食品股份有限公司;乳清蛋白(J25J9R53675) 上海源葉生物科技有限公司;羥甲基淀粉 上海愛純生物科技有限公司;核桃油 南陽磨坊麻麻原生態食品有限公司;維生素(混合)、礦物質(混合)、氯化鈉、磷酸二氫鉀 鄭州瑞普生物工程有限公司;黃原膠 上海鴻鍵食品配料有限公司。

滲透壓摩爾濃度測試儀 天津司格瑞科技有限公司;Malvern Kinexus流變儀 英國馬爾文儀器公司;雷磁PHS-25pH計、AL-1D4天平 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品制備 豌豆蛋白、乳清蛋白、羥丙基淀粉、氯化鈉、磷酸二氫鉀、核桃油、維生素(混合)、礦物質(混合)、黃原膠等原料按表1配方混勻,使用高速分散均質機10000 r/min均質5 min,滅菌(滅菌功率400～500 W、滅菌時間100～120 s),分裝每袋100 g,用食品級純度≥99.9%二氧化碳和(或)氮氣作為包裝介質封裝。

表1 兩種全醫食品配方組成Table 1 Composition of two whole nutrition medical formula

1.2.2 技術要求 依據GB 29922-2013《特殊醫學用途配方食品通則》。全醫食品的配方以醫學和(或)營養學的研究結果為依據,其安全性及臨床應用(效果)均經過科學證實。生產條件、所用原料符合國家有關規定。食品的色澤、滋味、氣味、組織狀態、沖調性符合相應產品的特性,不應有正常視力可見的外來異物。

1.2.3 配方組成 全醫食品配方設計參考并嚴格依據GB 29922-2013《特殊醫學用途配方食品通則》。

1.2.4 穩定性試驗

1.2.4.1 高溫試驗 供試品置恒溫設備中,于60 ℃、RH 60%±10%、避光下放置10 d,在0、5、10 d取樣檢測。

1.2.4.2 高濕試驗 供試品置恒溫設備中,于25 ℃、RH 90%±5%條件下避光放置,在0、5、10 d取樣檢測。

1.2.4.3 光照試驗 在照度(4500±500) Lx、25 ℃、RH 60%±10%條件下放置,第0、5、10 d取樣檢測。

1.2.4.4 長期試驗 在(25±2) ℃、RH 60%±10%、避光下,分別于0、4、5、6月取樣檢測。

1.3 指標測定

1.3.1 滲透壓測定 儀器調零后,將全醫食品加入測定管中,將測溫探頭浸入試劑中心,降至儀器的冷卻槽中,進行滲透壓測量。

1.3.2 pH測定 用pH計測pH。

1.3.3 流變學性質測定 采用Kinexus旋轉流變儀,實驗夾具為直徑20 mm的平行板,間距1 mm,測試溫度為25 ℃。

1.3.3.1 穩態剪切黏度曲線測試 采用控制剪切速率的測試模式(CR模式),剪切速率由0.001 s-1升至1000 s-1,記錄樣品的黏度、應力隨剪切速率的變化。

1.3.3.2 時間依賴性測試 分別在剪切速率50、200 s-1時剪切5 min,靜置1 min,再剪切1 min,測試黏度隨時間變化情況。

1.4 數據處理

每組實驗三次平行。SPSS 24.0軟件對數據進行差異顯著性分析;Origin 2018軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 不同穩定性試驗評價環境下兩種全醫食品滲透壓變化

醫學上認為等滲溶液滲透壓為280～320 mosmol/kg,滲透壓越高,消化不良、嘔吐、腹脹等癥狀越明顯[1]。兩種全醫食品在四種方式處理下滲透壓的變化如圖1所示。兩種全醫食品中配方一的滲透壓變化在高溫、高濕試驗中幅度較小,在光照試驗中幅度較大,總體上穩定性較好;長期條件下六個月內滲透壓變化幅度基本維持在300～320 mosmol/kg內,符合等滲溶液滲透壓變化范圍,穩定性高。配方二在高溫、高濕、光照處理5～10 d,長期處理四個月后的產品滲透壓均低于或超出正常范圍。此種現象表明,食用配方二后,患者會對應出現低滲綜合征或高滲綜合征,從而影響人體內的穩態平衡[8]。這種現象是由于配方中蛋白原料對產品滲透壓有較大的影響。配方一中主要蛋白原料為豌豆蛋白和乳清蛋白,配方二中主要蛋白原料為豌豆蛋白,配方一產品中蛋白類型為動植物兩種來源,蛋白空間結構、組分更復雜,氨基酸、肽等也更多樣,結合電荷位點更多,因此對于酸堿具有更好的緩沖能力,從而保證了產品滲透壓在正常范圍內維持更長時間[9]。所以,配方一中蛋白原料的使用相較于配方二具有更好的穩定性及沖調性,更適宜人體吸收利用。

2.2 不同穩定性試驗評價環境下兩種全醫食品pH變化

全醫食品pH一般在6.2～6.8之間,符合人體正常pH范圍,過酸、過堿都會影響人體的健康狀態,因此,產品維持在正常的pH范圍內對人體健康很有必要[10]。兩種全醫食品在四種不同處理下pH變化如圖2所示。配方一的pH在光照試驗中波動較大,在高溫、高濕、長期試驗中波動較小,相對來說較為穩定。配方二的pH變化幅度則明顯較大,且其產品pH遠低于或遠超出正常范圍,因此會影響人體對營養素的吸收,從而使產品功能性下降[11]。配方一為雙蛋白配方,蛋白質組成的復雜性及結構的多樣化,使其表現出多種生物功能和食品功能,且蛋白質是兩性分子,不同蛋白質中氨基酸的組成、結構、立體構象、二硫鍵的數目、分子中極性和非極性殘基的分布與比例等,與某些帶相反電荷基團之間的靜電作用關系密切,對維持pH具有顯著作用[12-13]。且配方一中乳清蛋白不僅具有良好的氨基酸分布和功能性質,還有參與調解人體血糖和脂質代謝、刺激免疫系統等多種生物學活性[13-14]。因此,配方一相較于配方二在pH方面具有更好的穩定性,更適宜人體食用。

圖2 處理時間對不同環境下兩種全醫食品pH影響Fig.2 Effects of treatment time on pH of two kinds of whole medical food under different environments

2.3 不同穩定性試驗評價環境下兩種全醫食品流變性變化

2.3.1 穩態剪切黏度曲線測試 剪切速率0.001～1000 s-1范圍內,兩種營養配方在不同處理條件下的黏度掃描曲線如圖3所示。由圖3可見,兩種配方在不同試驗下的黏度隨剪切速率的增加而降低,為假塑性流動,也稱為剪切稀化流動[15]。這種假塑性行為的產生是由于全醫食品中蛋白原料的蛋白分子在高剪切力作用下逐漸開始朝著流動方向取向,取向完成后,蛋白分子與水分子之間的摩擦阻力下降[16-17]。一些研究表明,剪切稀化的程度與分子鏈的長短和線性有關,含直鏈分子多的液體比含多支結構分子的液體更易剪切稀化[18-19]。這種具有剪切變稀性質的特殊醫療食品,能降低吸入肺里的危險,提高了全醫食品的流變安全性[20-21],所以,剪切稀化現象越顯著,全醫食品功能特性越優異。配方一在各試驗條件下不同處理時間的黏度關于剪切速率的變化差距最小,配方二差距最大,且在相同剪切速率下配方一黏度低于配方二,剪切稀化現象更明顯,所以,配方一剪切變稀性質優于配方二。在雙蛋白配方中,多肽鏈間的盤曲、折疊、纏結形成蛋白質的高級結構,使其在低剪切下具有很高的黏度。在剪切時,多肽鏈解纏,結構由無序轉變為有序并隨著剪切方向排布,從而表現出更好的剪切變稀行為[19]。所以從穩態剪切粘度試驗來看配方一的流變學性質更為穩定。

圖3 剪切速率對不同環境下兩種全醫食品黏度影響Fig.3 Effects of shear rate on viscosity of two kinds of whole medical food under different environments

2.3.2 時間依賴性測試 本試驗采用了間歇恒剪切速率的方法來表示兩種配方流體在不同恒定剪切速率下黏度隨時間的變化,根據研究結果來反映此流體是否具有觸變性[22]。觸變性流體是指在恒定的溫度下,如果剪切速率保持不變,流體的剪切應力和表觀黏度會隨時間的延長而減小[23-24]。

由圖4可知,相同溫度下,在恒定剪切速率50、200 s-1時黏度隨時間變化幅度極其微小,所以這兩種不同配方的全醫食品觸變性很小,在連續剪切的情況下兩種配方的流體特性均未發生較大變化。但在剪切作用停止一段時間后又重新開始時,前12 s內黏度較大,12 s后恢復與前半段基本相同的黏度,這說明黏度的恢復具有時間滯后性[25-26]。總體來看,兩種配方的觸變性較小,靜置后再剪切時可以在較短的時間內恢復,兩種配方的流變性質均較為穩定。

圖4 恒定剪切速率下處理時間對不同環境下兩種全醫食品黏度影響Fig.4 Effects of treatment time on viscosity of two kinds of whole medicine food under different environments at constant shear rates

3 結論

通過對四種處理條件下滲透壓變化的研究,配方一總體上呈現出較好的穩定性,但對光照較為敏感;配方二滲透壓變化顯著且不符合人體等滲溶液滲透壓,會使人體產生不良反應。因此,配方一性質更加穩定,更利于人體消化吸收。

通過對四種處理條件下pH變化的研究,配方一和配方二在光照條件下穩定性較差,處理5 d后pH均大幅度下降。但在5 d內,配方一變化幅度較小,性質較穩穩定;配方二則不符合人體正常pH,會對人體健康產生影響。配方一中動植物蛋白相互結合,相比較于配方二的單一蛋白具有更好的緩沖能力。因此,配方一在pH方面更加適用于人體食用。

通過對四種處理條件下流變性的研究,對比配方一和配方二在穩態剪切黏度曲線測試和時間依賴性測試結果,兩種配方觸變性均較小,流體性質均較為穩定。但配方一更易出現剪切稀化現象,有利于患者吞咽,食用安全性較高。因此,整體來看配方一功能特性較好,有利于病人吞咽。

綜上所述,本試驗對設計的全醫食品pH、滲透壓和流變性指標進行研究并通過綜合分析得出,配方一具有更好的穩定性及功能特性,更適宜人體食用。此產品配方和研究結果為醫用食品行業的發展提供理論指導和實驗數據參考。