嬰幼兒配方奶粉加工貯藏過程中葉黃素穩定性的變化

魏哲文，錢 浩，王 丹，張亞玲，房 芳

（1.石河子海關，新疆石河子 832000；2.石河子大學食品學院，新疆石河子 832000；3.新疆石河子花園乳液有限公司，新疆石河子 832000；4.烏魯木齊海關技術中心，新疆烏魯木齊 830000）

0 引言

葉黃素（Lutein）是一種重要的眼睛抗氧化劑。有研究表明，食品中添加葉黃素可大規模改善患者的視力退化的現象[1-2]。對于早產兒來說，由于出生時視網膜發育不全，容易發生早產性視網膜病變（ROP），在妊娠期短或出生體重輕的新生兒中，ROP的發生率可達60%～80%。葉黃素治療組的斑點光感受器對嬰幼兒的敏感性反應優于對照組，葉黃素對嬰幼兒視網膜具有保護作用，尤其是對易患視網膜疾病和視力下降的早產嬰幼兒[3-4]。嬰幼兒配方奶粉中添加葉黃素等類胡蘿卜素，能有效提高嬰兒血漿中葉黃素的含量，對早產兒視網膜發育和炎癥抑制具有重要作用[5-7]。

目前，葉黃素常用的檢測方法有紫外可見分光光度法、紅外光譜法、超臨界液體色譜法（SFC）等，但都存在一定的弊端，如靈敏度低易受干擾及成本高，不適用于大批量檢測[8]。而高效液相色譜法，具有分離條件簡單、分離度高、分離速率快、靈敏性強等優點，并且可以與多種技術進行聯合使用來提高檢測水平[9-10]。使用高效液相色譜法可以獲得樣品中分子的相對分子質量。液相與質譜法（Liquid Chromatography-Mass spectrometry）的結合使用綜合了2 種方法的優點，是食品分析領域的一種關鍵檢測方法。通過高效液相色譜法對嬰幼兒配方奶粉加工、貯藏過程中葉黃素穩定性進行了研究。研究可為含有葉黃素的嬰幼兒配方奶粉的加工提供技術指導，為奶粉的包裝貯藏提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 材料與試劑

試驗樣品分為原輔料、成品、穩定性試驗成品、保質期試驗成品、過程樣品。生牛乳，新疆石河子花園乳業中心牛場提供；脫鹽乳清粉（D90），購自愛爾蘭（DAIRGOLD）；脫脂乳粉，購自新西（LONTER）；乳清蛋白粉，美國（希爾瑪）有限公司提供。

加工過程中樣品取自均質階段、高溫滅菌階段、濃縮階段和噴霧干燥階段。貯藏過程中，樣品為成品奶粉。

甲醇、乙醚、正己烷等試劑，均為色譜純。

1.2 儀器與設備

Waters-E2695 型液相色譜儀，美國Waters 產品；MS3 basic 型渦旋混合振蕩器，德國 IKA 產品；RC6Plus 型高速冷凍離心機，美國Thermo Fisher 產品；HPD-50/FB-02 型無油真空壓力泵，天津恒奧產品；BagMixer400vw 型均質器（拍打式），法國Interscience 產品。

1.3 葉黃素含量檢測方法

精密稱取嬰幼兒配方乳粉樣品0.5 g 于50 mL 聚丙烯離心管中，用2 mL 超凈水溶解，避光加入含0.1%BHT 的乙醇溶液10 mL（搖動時加入），再分別加入乙醇10 mL 和5%氫氧化鉀溶液后搖勻，然后放入振蕩器搖勻15 min，室溫皂化30 min，加入乙醚+正己烷（40+60，體積比）15 mL 以轉速4 500 r/min離心，重復提取3 次，用水10 mL 洗滌2 次，濃縮后用0.1%BHT 的乙醇溶液定容至5 mL，過膜上機檢測。

色譜柱選用C30 型色譜柱，內徑4.6 mm×250 mm，粒徑5 μm，柱溫35 ℃；流動相：甲醇/水（95+5，體積比，含0.1%BHT），采用等度洗脫，流速1.0 mL/min，檢測波長445 nm，進樣量50 μL。

貨架期試驗取成品奶粉，分別裝入馬口鐵奶粉罐、自粘紙袋和鋁箔聚乙烯軟袋中，充氮后密封，每種包裝分別置于10.0，25.0，40.0 ℃的干燥環境中，避免光線照射，貯藏24 個月，每4 個月檢測葉黃素含量，并計算保留率。

1.4 數據分析

試驗重復3 次，試驗設計為完全隨機設計，采用SPSS 19.0 統計軟件進行數據分析，組件均值比較采用單因素方差分析。

2 結果與分析

2.1 奶粉加工過程中葉黃素的穩定性分析

2.1.1 均質階段

均質是一種使液體分散體系中的分散物微粒化、均勻化的處理過程，其目的是降低分散物的尺寸，提高分散物分布的均勻性。在奶粉生產中，經過均質可降低乳中游離脂肪的含量，從而增強奶粉抗氧化能力和提高其溶解度。均質時一般壓力控制在18～20 MPa，溫度控制在 55～60 ℃。

均質階段葉黃素含量見表1，配對t 檢驗分析結果見表2，效應量指標見表3。

表1 均質階段葉黃素含量 / μg·（100 g）-1

表2 配對t 檢驗分析結果

表3 效應量指標

對葉黃素數據進行分析后發現，進行均質化過程前后葉黃素的平均損失率較低，僅為2.1%。利用配對t 檢驗去研究試驗數據的差異性，從表2 可以看出，葉黃素含量在均質前后會呈現出顯著差異性（p＜0.05），且 * 代表2 組數據存在差異性 （*p＜0.05，**p＜0.01）。均質前和均質后之間呈現出0.05 水平的顯著性 （t=2.977，p=0.031），均質前的平均值（385.17），會明顯高于均質后的平均值（377.20）。由表3 數據使用效應量（Effect size）研究差異幅度情況，Cohen's d 值為1.215，說明效應量大。表明均質化階段對葉黃素的穩定性有一定影響。

2.1.2 高溫滅菌階段

高溫滅菌可以徹底殺死牛乳中的病原菌和絕大多數腐敗微生物，破壞牛乳中酶的活性，提高牛乳蛋白質的熱穩定性，滿足濃縮工序對牛乳溫度的要求。一般采用高溫短時滅菌法或超高溫瞬時滅菌法。通常采用的滅菌條件為115+0.5 ℃，15 s。

高溫滅菌階段葉黃素含量見表4，配對t 檢驗分析結果見表5，效應量指標見表6。

表4 高溫滅菌階段葉黃素含量 / μg·（100 g）-1

高溫滅菌階段前后葉黃素的平均損失率為6.97%，利用配對t 檢驗去研究試驗數據的差異性，從表5 可以看出，葉黃素含量在均質前后會呈現出極顯著差異性（*p＜0.05，**p＜0.01）。滅菌前和滅菌后之間呈現出0.01 水平的顯著性（t=10.210，p=0.000），滅菌前的平均值（372.23），會明顯高于滅菌后的平均值（347.97）。由表6 數據使用效應量 （Effect size）研究差異幅度情況，Cohen's d 值為4.168 說明效應量大，表明高溫滅菌工藝對葉黃素的穩定性有顯著影響，與以往對葉黃素穩定性的研究基本一致。由于溫度越高，葉黃素穩定性下降，葉黃素的損失率就越大，所以生產廠家應對滅菌溫度和滅菌時間進行嚴格把控，盡可能避免不正常的操作，如極端溫度或加班導致的乳品存放時間過長。

表5 配對t 檢驗分析結果

表6 效應量指標

2.1.3 濃縮階段

嬰幼兒配方奶粉生產的濃縮階段的平均濃縮溫度為50 ℃，大約進行10 min，在生產過程中對濃縮濃奶進行直接取樣測試，可從濃奶缸中直接取樣，并進行6 次測量。

濃縮前后的葉黃素含量見表7，配對t 檢驗分析結果見表8，效應量指標見表9。

表7 濃縮前后的葉黃素含量 / μg·（100 g）-1

表8 配對t 檢驗分析結果

表9 效應量指標

濃縮前后的葉黃素含量變化為了方便體現，折算成以干基計，以干基計就是以每100 g 質量的干物料為基準，表示其中所含葉黃素的含量（μg/100 g）。采用干基計算方便統一不同工序下物料含水量不同造成計量影響。結果表明，濃縮過程中葉黃素的平均損失率為1.79%，濃縮前和濃縮后之間呈現出0.05水平的顯著性（t=2.786，p=0.039），以及具體對比差異可知，濃縮前的平均值（339.20），會明顯高于濃縮后的平均值（333.24）。Cohen's d 值為1.137 說明該影響效應量大。濃縮工藝對葉黃素穩定性有一定影響。

2.1.4 噴霧干燥階段

在嬰兒配方奶粉的生產中，噴霧烘干通常是在風進入155～170 ℃的溫度和風輸出90～97 ℃的溫度下進行的，乳粉是在生產線上通過直接取生產完的樣品獲得，總共測量6 次。

干燥前后的葉黃素含量見表10，配對t 檢驗分析結果見表11，效應量指標見表12。

表10 干燥前后的葉黃素含量 / μg·（100 g）-1

表11 配對t 檢驗分析結果

表12 效應量指標

由表12 可知，噴霧干燥過程中葉黃素的平均損失率為6.48%，干燥前和干燥后之間呈現出0.01 水平的顯著性（t=19.494，p=0.000），干燥前的平均值（327.44），明顯高于干燥后的平均值（307.97）。對奶粉中葉黃素的穩定性有顯著影響。說明噴霧干燥引起了葉黃素的損失，所以在實際生產操作過程中需要注意噴粉溫度和時間的影響。

2.2 奶粉貯藏過程中葉黃素的穩定性研究

不同溫度下馬口鐵奶粉罐中葉黃素保留率見圖1。

圖1 不同溫度下馬口鐵奶粉罐中葉黃素保留率

由圖1 可知，貯藏期間馬口鐵奶粉罐中葉黃素保留率不斷下降，且溫度越高，下降越快。10 ℃和25 ℃下葉黃素保留率在整個貯藏期下降緩慢，而40 ℃下葉黃素保留率在前8 個月下降較為緩慢，之后迅速下降。貯藏期間40 ℃下葉黃素保留率均顯著低于10 ℃和25 ℃。貯藏結束時，10，25，40℃下馬口鐵奶粉罐中葉黃素保留率分別下降了7.8%，10.9%，20.7%。說明較高的溫度導致了馬口鐵奶粉罐中葉黃素的流失，10 ℃可以有效抑制貯藏期間馬口鐵奶粉罐中葉黃素的流失，從而保持葉黃素含量。

不同溫度下鋁箔PE 軟包裝中葉黃素保留率見圖2。

圖2 不同溫度下鋁箔PE 軟包裝中葉黃素保留率

由圖2 可知，不同溫度下鋁箔PE 軟包裝中葉黃素保留率在貯藏期間不斷下降。10 ℃和25 ℃下葉黃素保留率在整個貯藏期下降緩慢，且沒有顯著差異；而40 ℃下葉黃素保留率在前4 個月下降較為緩慢，之后迅速下降，且貯藏期間顯著低于其他2 個溫度下的葉黃素保留率。貯藏至24 個月時，10， 25，40 ℃下鋁箔PE 軟包裝中葉黃素保留率分別下降了9.3%，11.8%，24.2%。從結果中可以看出，40 ℃引起了鋁箔PE 軟包裝中葉黃素的損失，10 ℃和25 ℃可以有效保持鋁箔PE 軟包裝中葉黃素的含量，其中10 ℃效果最佳。

不同溫度下紙袋中葉黃素保留率見圖3。

圖3 不同溫度下紙袋中葉黃素保留率

貯藏期間不同溫度下紙袋中葉黃素保留率呈下降趨勢（圖3），且與溫度變化成正比。由圖3 可知，10 ℃和25 ℃下葉黃素保留率在前20 個月下降較為緩慢，之后下降較快；而40 ℃下葉黃素保留率在貯藏期間迅速下降，且顯著低于其他溫度下葉黃素保留率。貯藏結束時，10，25，40 ℃下紙袋中葉黃素保留率分別下降了10.8%，14.8%，26.9%。結果表明，溫度對紙袋中葉黃素的穩定性影響較大，40 ℃引起了貯藏期間葉黃素的大幅度下降，而10 ℃和25 ℃相對維持了紙袋中葉黃素的保留率。

對不同包裝中葉黃素保留率進行比較分析。結果表明，貯藏期間馬口鐵奶粉罐對葉黃素保持效果最好，其次是鋁箔PE 軟包裝，紙袋中葉黃素流失最多，保留率最低。對不同溫度下各包裝中葉黃素保留率進行綜合分析。結果表明，溫度對奶粉中葉黃素穩定性影響較大，溫度越高葉黃素流失越嚴重。研究發現，10 ℃下馬口鐵奶粉罐可以有效延緩嬰幼兒配方奶粉中葉黃素的流失，從而保持較高的葉黃素含量。

3 結論

研究表明，加工過程中高溫滅菌熱處理和噴霧干燥對葉黃素穩定性影響較大，葉黃素損失率分別達到了6.97%和6.48%；貨架期試驗結果表明，馬口鐵奶粉罐可以有效保持葉黃素含量，其次是鋁箔PE軟包裝、紙袋包裝。貯藏期間溫度越高，葉黃素保留率越低，10 ℃下葉黃素保留率最高，其次是25 ℃和40 ℃。10 ℃下馬口鐵奶粉罐包裝葉黃素保留率最高。研究發現了引起奶粉中葉黃素損失的主要原因，為奶粉廠的生產提供了技術指導，并為嬰幼兒奶粉的貯藏提供了理論依據。