婴幼儿配方奶粉生产和储存过程中维生素损失研究概况
时间：2023-02-18 14:10:13 来源：千叶帆 本文已影响人
陈鹏，杨凯，凌森，王雷鸣，李朝旭
（1.河北三元食品有限公司，石家庄 050000；
2.河北省科学技术情报研究院，石家庄 050021）
维生素是婴幼儿配方奶粉中一类重要营养成分，对于婴幼儿维持正常的新陈代谢发挥着重要的作用，例如，维生素A对于婴儿维持正常的视力、基因表达、生殖、胚胎发育、生长和免疫功能都是极为重要的。但大多数维生素分子具有不饱和碳原子或双键结构，是极易氧化的有机化合物，光、热、氧、酸、碱等各种因素都能引起维生素的损失。在婴幼儿配方奶粉湿法生产中，需要经历配料、混料、均质、杀菌浓缩、喷雾干燥等工艺过程，不可避免地会造成维生素的损失。在货架期内储存时，会受到温度、光、氧气等多种因素的影响，造成不同程度损失。因此，研究婴儿容易缺乏的维生素在加工过程中的变化情况，对控制产品质量，改善生产工艺，研究如何在加工中减少维生素的损失有着重要理论和实践意义。研究维生素在生产过程和货架期内含量的变化情况，从而为配方设计时营养素强化量选择提供参考依据，以便合理控制其在婴幼儿配方奶粉中的含量，使产品在整个货架期内能符合国家标准的要求。国内外已经对婴幼儿配方奶粉生产和储存过程中维生素损失情况开展了大量研究，现汇总分析如下：
1.1 生产过程各工艺条件下的维生素损失情况
研究者分析比较了婴儿配方乳粉生产过程中各工艺过程——配料、混料、均质、杀菌浓缩、喷雾干燥等的维生素损失情况。
颜景超研究婴儿配方奶粉中维生素A的稳定性，表明所有样品在浓缩杀菌、喷雾干燥和流化床过程中维生素A含量均有所减少，两种配方奶粉中整个生产过程维生素A的损失率分别为13.34±0.84%和15.59±0.89%，其中杀菌浓缩过程中维生素损失最大，两种配方奶粉的损失率分别为9.58±0.77%和11.6±0.66%；
而喷雾及流化床干燥过程中损失较小，损失率分别为4.21±0.85%和4.50±1.15%。但从总体上看，加工过程中损失率变异程度低，损失率稳定，产品中维生素含量可控且均符合国家标准[1]。刘奕博研究了婴幼儿配方奶粉加工过程中各生产工序对维生素C稳定性的影响，结果表明高温杀菌造成维生素C含量显著降低，损失率约为8.23%。均质及流化床干燥不会显著影响维生素C稳定性[2]。张晓雷研究了婴幼儿乳粉生产工艺过程中各工艺阶段α-生育酚和α-生育酚醋酸酯损失状况。通过对各工艺抽样检测其中的维生素E含量，对比各工艺阶段α-生育酚和α-生育酚醋酸酯的损失状况，最终得到在UHT杀菌工序以及高温浓缩工序阶段维生素E损失最为明显[3]。
喷雾干燥系统是奶粉生产过程中的重要工艺段。贾超分四个系统（高压泵系统、风系统、干燥塔系统和流化床系统），研究喷雾干燥系统运行条件对维生素A损失率的影响。对高压泵系统的研究得出，高压管线压力对维生素A损失率的影响较小，高压泵开度对维生素A的损失率影响较大。对风系统的研究得出，星阀冷风温度对维生素A的损失率影响最大。对干燥塔系统的研究得出，固定床温度对水分含量和维生素A损失率的影响最大，排风温度对三者的影响较小。对流化床系统的研究得出，流化床冷风温度对维生素A损失率的影响最大，而热风温度的影响较小[4]。
1.2 其他条件各工艺条件下维生素的损失情况
在营养强化剂不同强化量时，维生素损失状况也可能会有差异。为此，张晓雷还研究了婴幼儿乳粉在实验室条件下的生产过程中营养强化剂不同添加量与维生素损失状况之间的关系。通过设置不同的初始添加梯度，对比产品中维生素损失情况。结果发现在一定范围内，随着生育酚醋酸酯的添加量的增加，婴幼儿乳粉生产过程中维生素损失率不断增加。随着维生素添加量的增加，婴幼儿乳粉生产过程中维生素损失率先降低后增加。随着金属盐添加量的增加，婴幼儿乳粉中维生素损失率先增加后降低[3]。
1.3 比较生产过程中的不同维生素损失率
乌江雨等采用数据统计分析的方法对不同企业的婴幼儿配方奶粉营养素在生产过程中的衰减情况进行研究，发现水溶性维生素的平均衰减率大于脂溶性维生素，其中维生素B1〉维生素B6〉维生素C。两个企业的营养素在强化剂型相同的基础上，生产过程中表现的损失率，除维生素B6、烟酸、铁、磷4个营养成分无明显差异，其余25个营养成分均有显著差异[5]。
2.1 温度和时间对维生素稳定性的影响
国内外研究者分别研究了储存温度和时间对婴幼儿配方乳粉中各种维生素损失的影响。
颜景超研究表明，温度和时间对维生素A的稳定性有显著影响。随着温度的增加，储藏时间的延长，产品中维生素A的损失率都明显增加；
20℃下和20℃下储藏12个月，维生素A的损失率分别为13.59%和18.87%；
而40℃时，损失率分别上升至31.46%和36.62%。但相对来说脂肪含量添加量高的配方中维生素A稳定性较好，其脂肪含量可能是造成差异的原因[1]。
张晓雷比较了婴幼儿配方乳粉在常温下（20℃）12个月内两种来源维生素E的损失情况。婴幼儿乳粉中维生素E的两个主要来源分别是生产原料（原料乳及植物油）中所含有的α-生育酚，另一个来源是作为营养强化剂添加的α-生育酚醋酸酯。研究结果发现，α-生育酚较不稳定，60℃条件下6周内损失可达到40%，而α-生育酚醋酸酯较为稳定，损失不明显[3]。
Manglano 等还研究了具有相同组成（除了添加的铁盐或维生素E来源不同外)的四个改进的婴儿配方奶粉在22℃或37℃下储存17个月后抗坏血酸含量的变化。配方粉中的抗坏血酸含量最初为0.77～0.84g/kg，储存17个月后降低至0.41～0.48 g/kg。在22℃存储的样品比37℃下储存的样品具有更高的抗坏血酸含量。添加乳酸亚铁和α-生育酚醋酸酯时，抗坏血酸含量损失最少。抗坏血酸的损失不是线性过程，在储存的第一个月显著降低，然后趋于稳定[6]。
Esther Miquel等研究表明α-生育酚醋酸酯含量不受温度或储存时间的影响，但α-，γ-和δ-生育酚含量均受到显著影响，37℃下含量低于22℃。加入的铁盐（乳酸亚铁或硫酸亚铁）对α-生育酚和α-生育酚醋酸酯含量有显著影响。在研究的储存期结束时，尽管总维生素E活性高于欧洲法律规定的最低含量，即0.1α-生育酚当量/100kJ，但所有生育酚均降低了50%以上[7]。
Jorge等将两种类型补充长链多不饱和脂肪酸(LCPUFA)的乳基婴儿配方粉在25℃和40℃条件下储存18个月过程中，测定了维生素A、E和C以及铁和硒含量的稳定性。发现在储存过程中研究的所有维生素都有一定损失，在40℃下储存时维生素的损失较高。两种配方粉在40℃下储存18个月后维生素A的损失分别为27.5%和29%，在相同条件下维生素E的损失分别为23.1%和28%，维生素C的损失分别为28.4%和48.6%[8]。
通过以上研究，研究者发现随着温度升高和储藏时间延长，维生素A、维生素C、维生素E损失率明显增加。添加乳酸亚铁和α-生育酚醋酸酯可降低抗坏血酸损失率。
2.2 对婴幼儿配方奶粉保质期维生素损失率的研究
国内研究者研究测定了婴幼儿配方奶粉保质期维生素损失率。
孙本风等通过数据统计的方法对婴儿配方奶粉中营养强化剂衰减率进行了研究。结果表明，婴儿配方奶粉经过24个月后，营养强化剂平均衰减率为9.38%，其中维生素平均衰减率为13.29%。脂溶性维生素的平均衰减率为14.88%，其中维生素A的衰减率为32.26%；
维生素K衰减率不明显；
维生素E基本没有衰减。水溶性维生素的平均衰减率为11.69%，其中维生素B12的衰减率最高，达到48.44%。其次是维生素B2，衰减率为17.87%。其他按照衰减递减排列分别为生物素、维生素B6。维生素C、叶酸、烟酸、维生素B1的衰减率不明显[9]。
胡君荣等跟踪研究了不同工艺生产的配方奶粉产品中维生素B1、维生素A、烟酸在货架期的稳定性，结果发现在保质期内维生素B1等有一定的衰减[10]。
张天博等对婴幼儿配方乳粉货架期内的维生素损失进行了检测分析，研究发现，脂溶性维生素——维生素A、维生素D、维生素E、维生素K的损失率较高，超过了20%。另外，婴儿配方乳粉中的叶酸损失率明显高于较大婴儿配方乳粉和幼儿配方乳粉；
维生素B1、维生素B2、维生素B6、烟酰胺、泛酸、维生素C、生物素在货架期内较为稳定；
充氮罐装和充氮盒装产品的维生素损失率相近[11]。
刘宾等通过分析常温下保质期内，婴儿配方粉中营养素损失情况，探究营养素损失率的变化。研究发现，脂溶性维生素中维生素A的损失率最大（达到25%）。水溶性维生素中，维生素B12损失率最大（接近44%），维生素B2、叶酸损失率也在20%左右。而维生素C的损失率仅有9%[12]。
通过以上研究可以看出，在婴儿配方粉保质期中维生素损失较大，在部分研究中维生素B12、维生素C、生育酚损失高达20%～50%，甚至更高。
2.3 维生素损失的数学模型研究
研究者建立了维生素损失的数学模型。颜景超[1]研究发现产品中维生素A降解符合一级反应，并通过活化能建立的模型推测出两种配方产品在20℃下理论货架期均超过18个月，而在40℃下理论货架期分别为8个月和15个月左右。刘奕博[2]研究了婴幼儿配方奶粉冲调、储藏过程中的维生素稳定性及降解动力学。结果表明：冲调中，维生素C的热降解符合零级反应，反应活化能为16.71kJ/mol。因此喂养过程需规范操作以保证婴儿维生素C的充足摄取。储藏中，维生素C的热降解符合一级反应。在成品储藏中稳定性大大强于冲调。以试验中所选产品（初始含量约70mg/100g）为例，通过各温度下的降解速率计算得出：27℃、37℃、45℃下分别需要160d、78d、69d降解到产品质量要求最低限量（40mg/100g）。Manglano等[6]以多元回归分析评估整个储存/保存期间的抗坏血酸变化，以储存温度和样品不同成分的影响生成了一个数学模型，解释了抗坏血酸含量变异性达79.71%的原因。
马雯等研究了婴儿配方乳粉加速实验和常温实验过程中营养素的衰减率。结果显示，对于同一种营养素，加速6个月和长期24个月衰减率较接近。在婴儿配方奶粉研发过程中，可通过加速实验预先判断产品的保质期，但保质期的最终确认，必须通过长期实验确定[13]。
国内研究者发现婴幼儿配方奶粉各生产工序中，浓缩杀菌过程维生素A和维生素E损失最大，高温杀菌过程维生素C损失最大；
还研究了奶粉喷雾干燥过程中各参数对维生素A损失率的影响。还比较了不同化合物成分和初始添加量对维生素E损失的影响。此外，还发现婴幼儿配方奶粉生产过程中，水溶性维生素的损失率大于脂溶性维生素，除维生素B6、烟酸外其他维生素的损失率有显著差异。
从研究可以看出，在婴儿配方粉保质期中维生素损失较大，在部分研究中维生素B12、维生素C、生育酚损失高达20%～50%，甚至更高。研究者发现随着温度升高和储藏时间延长，维生素A、维生素C、维生素E损失率明显增加。还比较了两种α-生育酚补充剂的损失情况，结果发现有明显差异。添加乳酸亚铁和α-生育酚醋酸酯可降低抗坏血酸损失率。还有研究者建立了维生素A和维生素C损失的数学模型，并由此预测货架期。但保质期预测结果还需要通过长期试验进行确认。
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