滾筒干燥法制備的嬰幼兒谷類輔助食品保質期研究

鄭燕丹，袁鳳娟，鄭立冰，黃丹瑩

（1. 揭陽職業技術學院，廣東 揭陽 522000；2. 廣東東泰乳業有限公司，廣東 揭陽 522000）

嬰幼兒谷類輔助食品是以一種或多種谷物（如：小麥、大米、大麥、燕麥、黑麥、玉米等）為主要原料，且谷物占干物質組成的25%以上，添加適量的營養強化劑和（或）其他輔料，經加工制成的適于6月齡以上嬰兒和幼兒食用的輔助食品[1]。《中國居民膳食指南2016》提出[2]，對于7～24月齡嬰幼兒應從嬰幼兒米粉（嬰幼兒谷類輔助食品）開始，逐步添加達到食物多樣。嬰幼兒輔助食品還能促進嬰幼兒味覺、嗅覺、觸覺等感知覺的發育，滿足嬰幼兒生理和心理發育需要。除了母乳和配方奶粉，嬰幼兒輔助食品是嬰幼兒的重要營養來源。隨著“二孩”、“三孩”政策的推動，我國城鄉居民消費升級以及育兒觀念的轉變，近年來嬰幼兒谷類輔助食品的市場銷售額不斷攀升[3]。嬰幼兒谷類輔助食品的營養價值和質量安全都備受政府和公眾關注。

目前嬰幼兒谷類輔助食品的生產工藝主要有滾筒干燥法和擠壓膨化法兩種[4]。擠壓膨化工藝過程中大米淀粉和大米蛋白發生了降解，產品有利于嬰幼兒對營養物質的消化吸收[4-5]。而滾筒干燥工藝具有熱效率高、干燥速率大、米粉糊化度高的優點，各種添加劑也可以充分、準確的強化與添加[4]，其制備的產品具有較高的糊化度和良好的復水性、沖調性，貨架期長的優勢[4,6]。

根據《中華人民共和國食品安全法（2018 修正）》第一百五十條[7]，食品保質期是指食品在標明的貯存條件下保持品質的期限。該品質包括物理化學特性、微生物指標以及感官指標。超過此期限，產品被視為不可銷售。目前針對嬰幼兒配方奶粉的保質期預測和保質期內營養素的衰減研究較多[8-12]。如胡君榮[11]研究嬰幼兒配方食品在貨架期中營養素變化，劉賓[12]研究嬰兒配方奶粉保質期內營養素損失率。2020年馬雯等通過加速試驗在短時間內驗證乳粉的營養素變化情況，從而判斷嬰幼兒奶粉的保質期[9]。由于嬰幼兒谷類輔助食品的配方設計、加工工藝方式和營養價值等與嬰幼兒配方奶粉的有很大差別。因此很有必要對嬰幼兒谷類輔助食品的保質期進行研究，以提高該類食品供應的安全性和可靠性。

本研究依據中國食品工業協會團體標準T/CNFIA 001—2017《食品保質期通用指南》[13]設計基于溫度條件下的加速破壞性實驗，建立化學品質衰變動力學模型即阿倫尼烏斯模型（Arrhenius模型）[14]，由營養素的衰減情況推斷滾筒法制得的嬰幼兒谷類輔助食品在室溫條件下的保質期，為嬰幼兒谷類輔助食品的工藝條件優化，產品穩定性和安全性評價提供一定的參考。也為企業建立產品保質期數據庫提供方法依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本研究中的嬰幼兒谷類輔助食品主要原料組成為大米。大米為有機大米：廣州洪益健農業科技發展有限公司。其他輔料和營養強化劑包括全脂乳粉：黑龍江紅星集團食品有限公司，666 g/聽；麥芽提取物：廣州市合利源食品有限公司，20 kg/件；維生素 A醋酸酯干粉：新昌新和成維生素有限公司，325CWS/S；維生素 B1：華中藥業股份有限公司，25 kg/桶；維生素 B2：赤峰制藥股份有限公司，25 kg/桶；維生素D3：新昌新和成維生素有限公司；不飽和脂肪酸二十二碳六烯酸DHA：巴斯夫（中國）有限公司，粉末；花生四烯酸AA：湖北福星生物科技有限公司，粉末。

1.2 儀器與設備

Y 0505輥筒干燥機：東臺市食品機械廠；PSA制氮系統設備：無錫中瑞空分設備有限公司；RXZ智能型人工氣候箱：寧波江南儀器；HD-3A型水分活度儀：無錫市華科儀器儀表公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 指標分析方法

產品主要工藝采用滾筒干燥法。產品包裝于馬口鐵素鐵罐（無內涂層），鋁箔封口，加塑料蓋子。每罐528 g，充氮包裝，測得殘氧量約為3%左右。終產品水分活度檢測值在0.2～0.3。

2020年05月—2020年10月，將上述制備得到的嬰幼兒谷類輔助食品（未開封，144罐）分別在溫度為（37±2）、（47±2） ℃，濕度均為 75±5%儲藏條件下存放，在存放時間為1、2、3、4、4.5個月時分別取出兩罐樣品檢測感官指標和營養素指標[8]。檢測指標和檢測方法嚴格按照 GB10769—2010《食品安全國家標準 嬰幼兒谷類輔助食品》執行[1]。

產品初始值同時檢測。所用樣品均為同一生產批號。每組數據平行測定兩次。所有數據為兩次平行試驗的平均值。營養素指標的穩定性分析采用檢測結果之間的變異系數方法[15]，蛋白質、脂肪指標，考慮檢測方法中允許10%不高于偏差，變異系數低于 0.1時認為無顯著差異[11]。微量營養素檢測方法允許15%～20%偏差，變異系數低于0.15時，認為無顯著差異[11。

1.3.2 保質期預測方法

Arrhenius模型是依據食品在保存期內的質量與溫度和時間相關[14]，如以溫度為加速因子，質量指標與貯藏時間存在下式關系：

式(1)中：A為食品的質量指標；A0為食品保藏初始的質量指標初值；k為質量變化速率，–號表示質量指標數值的遞減；t為貯藏時間。對公式兩邊取對數得：

本研究中依據營養素指標在 37 ℃和 47 ℃加速試驗期間變化的數據，代入式(2)，擬合方程，求算出營養素指標達到GB10769—2010《食品安全國家標準 嬰幼兒谷類輔助食品》規定的臨界值時對應的貯藏時間（t），該時間即為產品在37 ℃、47 ℃條件下的保質期。

27 ℃條件下的保質期由下式（3）、（4）推算得出[14]：

式中：θ（T1）為溫度T1下的保質期；θ（T2）為溫度T2下的保質期；ΔT為溫度T1與T2的差。

1.4 數據分析

采用excel軟件進行數據處理和分析。

2 結果與分析

2.1 營養素指標變異系數分析

嬰幼兒谷類輔助食品產品在保溫保濕條件下0～4.5個月期間各營養素指標變化如表1～2所示。以各指標的變異系數CV判斷在加速測試過程中衰減情況，變異系數越大，則說明營養素指標在加速試驗過程中發生的變化波動越明顯。

表1 嬰幼兒谷類輔助食品37 ℃保溫條件下營養素變化數據Table 1 The variation of each nutrient index of cereal auxiliary food for infants and young children under 37 ℃ heat preservation

表2 嬰幼兒谷類輔助食品47 ℃保溫條件下營養素變化數據Table 2 The variation of each nutrient index of cereal auxiliary food for infants and young children under 47 ℃ heat preservation

從實驗數據中得出嬰幼兒谷類輔助食品在37、47 ℃條件下，AA和DHA指標的變化較為顯著。47 ℃條件下，AA的變異系數最大，達到13.68%。AA的初始檢測值（8.00和 8.56）不足為最低限量值（4.8）的兩倍，在兩個不同溫度條件下保溫4.5個月后仍能保持在最低限量值之上。DHA的初始檢測值（也不超過最低限量值的兩倍，在37 ℃條件下變異系數為10.20%，在47 ℃下變異系數為9.90%。大量研究顯示，AA和DHA對嬰幼兒的正常成長尤其智力發展是必需的[16]。然而AA分子和DHA分子是不飽和脂肪酸，很容易被氧化降解。本產品所添加的 AA、DHA為微膠囊化處理的固體顆粒狀粉末，在避免過量添加的情況下其穩定性仍較好，最大變異系數均低于0.15。

從表1、表2中可得出主要營養素脂肪、蛋白質的變異系數均在4%以下。故認為未發生明顯脂肪氧化和蛋白質降解反應。脂溶性維生素 A、D變異系數均在 10%以下。脂溶性維生素 A、D在47 ℃條件下比37 ℃條件衰減更為顯著。這一結果與嬰幼兒奶粉的脂溶性維生素的穩定性研究一致。ALBALá-HURTADO 等[17]研究液態和粉狀的嬰幼兒配方食品其貯存的溫度越高，維生素A的穩定性越差。賈宏信[18]在研究嬰幼兒配方乳粉中脂溶性維生素的穩定性時也證實同種乳粉儲存的溫度越高，維生素A的穩定性越差。另外產品中水溶性維生素B1、B2、煙酸的變異系數均在10%以下。礦物質鈉、鐵、磷、鋅和鈣的變異系數均在4%以下。

GB10769—2010《食品安全國家標準 嬰幼兒谷類輔助食品》中將維生素 A、維生素 D、維生素B1、鈣、鐵、鋅等營養素作為基本（必須添加）的營養成分，正是綜合考慮我國嬰幼兒的營養現狀和必需補充的營養素種類，以保證該年齡段嬰幼兒的營養要求。國家食品安全風險評估中心的屈鵬峰等依據 2015—2019年度嬰幼兒谷類輔助食品監督抽檢公告資料分析得出[22]，主要的不合格營養素指標是維生素A和鈉。維生素A占脂溶性維生素不合格率的64%，鈉占礦物質不合格率的51%。從表1、表2所示，本次保質期試驗結果也顯示維生素A、維生素D、維生素B1、維生素B2、鈉的穩定性相對較差。

2.2 感官指標分析

依據GB10769—2010《食品安全國家標準 嬰幼兒谷類輔助食品》，該類產品外觀應為白色近透明片狀，干燥松散，均勻無結塊。具有大米粉特別的香味和奶香味，無不良異味。以適量的溫開水沖調，經充分攪拌呈潤滑的糊狀，有輕微甜味。

試驗中嬰幼兒谷類輔助食品在高溫高濕條件下，感官指標變化如表3～4所示。除了貯存2個月以上出現奶香味偏淡，其他均正常。產品未出現哈喇味故認為產品未發生明顯脂肪酸敗[19]。產品在貯存后色澤都呈現均勻一致，說明產品蛋白質與還原糖未發生明顯美拉德反應[20]。

表3 嬰幼兒谷類輔助食品37℃保溫條件下感官指標變化Table 3 Changes of sensory indexes of cereal auxiliary food for infants and young children under 37 ℃ heat preservation

表4 嬰幼兒谷類輔助食品47 ℃保溫條件下感官指標變化Table 4 Changes of sensory indexes of cereal auxiliary food for infants and young children under 47 ℃ heat preservation

2.3 水分活度值分析

本研究中干法制得的產品其水分活度測量值均在0.2～0.3。《食品化學》（第二版）指出食品的水分活度降低至一定的限度以下時，就會抑制要求AW閾值高于此值的微生物生長、繁殖或產生毒素[21]。食品中水分活度值<0.5時，微生物不繁殖。該嬰幼兒谷類輔助食品的微生物指標檢測均能控制在限量內。另外，水分活度值也是影響脂肪氧化的重要因素。水分活度低于0.11時，粉狀食品處于過干燥狀態，脂肪顆粒暴露出來，更易發生氧化反應。本研究中產品水分活度值有利于產品的保存。

2.4 保質期預測結果

本研究中以變異系數較明顯的 AA、DHA、維生素 A、維生素 D、維生素 B1、和維生素 B2營養素指標（變異系數>4%）變化值代入上式（2），進行回歸分析，得出 37 ℃、47 ℃下的保質期。27 ℃條件下的保質期由式（3）、（4）推算得出。具體數據分別如表5所列。

由表5得出，以變異系數相對較明顯的AA、DHA、維生素A、維生素D、維生素B1和維生素B2營養素指標計算得出產品在 27 ℃條件下保質期可在20個月以上。

表5 保質期預測相關數據Table 5 Relevant data of shelf life prediction

3 結論

在前期實驗基礎上，我們初步得出影響保質期的幾大主要因素有：產品配方組成、原料質量、工藝條件、充氮包裝、包裝材質和終產品的水分活度值等。本研究針對配方組成是以大米為主要原料，添加全脂奶粉和營養強化劑的嬰幼兒谷類輔助食品，用滾筒干燥工藝，產品能達到口感好、營養素均勻性好的要求。終產品水分活度值有利于產品保存。采用馬口鐵素鐵罐裝，充氮包裝，確保終產品低含氧量，防止維生素氧化和見光分解[23]。本產品在貨架期加速預測試驗中顯示感官指標和營養素穩定性較好。依據各營養素指標變化值，應用化學品質衰變動力學模型預測產品保質期可在20個月以上。為保證產品在貨架期內的營養性和安全性，產品保質期的進一步驗證可由產品在室溫保存條件下的長期穩定性實驗得出[13]。