工艺和保质期对液态配方奶微量营养素损失率的影响

刘丽，陆淳，刘龙女，解晓彤，杨瑞，李兴

（1.石家庄君乐宝乳业有限公司，石家庄050200；2.青岛利邦达海洋科技有限公司，山东青岛266000）

0 引言

微量营养素包括维生素和矿物质，液态奶中维生素和矿物质不稳定，极易受到光照、氧、温度的影响。目前国内的研究主要集中在配方奶粉中维生素和矿物质的来源、种类、添加量以及保质期内稳定性的影响，在液态奶中的研究极少。

液态奶中各营养素的稳定性主要受前期生产加工工艺和后期样品贮存条件以及包装形式等因素的影响。由于生产工艺的不同，液态奶在生产加工过程中可能会经过配料、杀菌等多道受热工序，从而使营养素受到不同程度的破坏而导致受热损失。此外，料液pH值的改变、存放时间的延长、温度的升高、各种微量营养素之间的相互作用等均会导致最终产品中的各营养素含量发生不同程度的变化。在后期贮存过程中，液态奶中各营养素的稳定性还受到包装材质、贮存环境的温度和湿度、样品中的氧气残留量以及光照等诸多因素的威胁，从而使各营养素发生不同程度的衰减损失。本文研究了生产工艺（配料和杀菌）和保质期内微量营养素的损失情况，对于产品设计、生产加工以及后期贮存将有实际的指导意义。

1 材料与方法

1.1 材料及仪器

1.1.1 材料

生牛乳，石家庄君乐宝乳业乐源牧业；复合维生素包（维生素A、维生素D、维生素B1、维生素B2、维生素B6、维生素B12、维生素C、烟酰胺、叶酸、泛酸、胆碱、叶黄素、牛磺酸），帝斯曼维生素上海有限公司；复合矿物质包（钙、铁、锌、硒），帝斯曼维生素上海有限公司；功能原料：低聚半乳糖（保龄宝生物股份有限公司）、低聚果糖（保龄宝生物股份有限公司）、磷脂酰丝氨酸（花臣集团）、N-乙酰神经氨酸（嘉必优生物技术股份有限公司）；稳定剂，嘉吉公司。

1.1.2 仪器

气相色谱仪，美国安捷伦公司；高效液相色谱仪，美国waters；原子吸收分光光度计，赛默飞等。

1.2 试验方法

1.2.1 工艺设计

第一步配料：将部分生牛乳升温（52～58℃），加入稳定剂、复合矿物质和功能原料，化料15 min，降温后得到料液1。

第二步配料：用部分生牛乳（≤15℃）化复合维生素，化料5 min，降温后得到料液2。

混料：将料液1和2与剩余生牛乳混合，得到半成品。

杀菌：半成品均质后，经过137℃，4 s杀菌，得到成品。

1.2.2 检测方法

配料工序营养素损失的检测：根据复合维生素和复合矿物质原料中各营养素的实际检测结果，加上牛奶本底中各营养素的检测结果，计算半成品中的理论数值，定为目标设定值，对半成品取样进行测定分析，取3次检测结果的平均值，通过与目标设定值对比，得出各营养素的损失率。

杀菌工序营养素损失的检测：对杀菌灌装后的成品进行取样测定，取3次检测平均值，与半成品数据对比，得出各营养素的损失率。

保质期营养素损失的检测：采用无菌砖的包装形式，保质期6个月常温放置后，对产品进行取样测定，取3次检测平均值，与刚下线数据对比，得出各营养素在保质期内的损失率。

2 结果与分析

2.1 配料工序各营养素的损失率

由于稳定剂（胶体和乳化剂）溶解需要一定温度，很多维生素分子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、碱等都能引起维生素的损失[1]，矿物质对热相对稳定，但矿物质和维生素之间的相互反应会造成营养素损失及产品风味的变化。因此，在配料工序，采用两步配料法，稳定剂和矿物质在高温（52～58℃）溶解，维生素在低温（≤15℃）溶解，然后再混合。配料工序各营养素损失率见表1。

表1 配料工序各营养素损失率

结果显示，采用以上配料工序对微量营养素的影响比较小，其中损失率稍高的是维生素C和维生素B2，分别为11%、12%。有3个营养素的损失率出现了负值，可能是由于国标检测方法的精密度问题。

2.2 杀菌工序各营养素的损失率

杀菌工序对营养素损失的影响主要是温度、时间、氧气和营养素相互作用，因此在杀菌前对半成品进行脱气处理，减少产品中氧气含量。本研究采用的是间接式超高温瞬时杀菌技术，是目前市场上灭菌乳和调制乳产品最常使用的一种杀菌方式，有设备条件的公司推荐采用直接式超高温瞬时杀菌，在保证商业无菌的同时，能有效降低产品升温和降温时间，减轻热损失[2]。杀菌工序各营养素损失率见表2。

表2 杀菌工序各营养素损失率

结果显示，杀菌工序对微量营养素的影响很大，其中维生素的损失率普遍高于矿物质。维生素中损失率最高的是维生素C，达到34%，其次是维生素A、维生素D、维生素B2、维生素B6、叶酸，损失率分别达到24%、25%、20%、17%、14%；矿物质中损失率较高的是铁，达到14%。

2.3 保质期内各营养素的损失率

2.3.1 产品微量营养素添加种类优化

为保证终产品的风味和体系稳定性，对可能影响到的维生素和矿物质进行优化。首先，B族维生素是影响产品风味的主要原因，主要是维生素B1、维生素B2、维生素B6和维生素B12，采用培训型感官评价员进行口味测试的方法，最终确定维生素B2是影响风味的主要因素，因此进行了去除。其次，维生素C非常的不稳定，极易被氧化，含量受生产工艺影响极大，为降低生产风险进行了去除。最后，由于本产品为中性产品，添加酸性成分极易造成牛奶变性，影响产品稳定性，因此对各营养素的pH值进行了测定（溶解于水配置一定比例1∶40），去除了pH值最低的酒石酸氢胆碱（pH值3.46）。最终的复合维生素包括：维生素A、维生素D、维生素B1、维生素B6、维生素B12、烟酸、叶酸、泛酸、叶黄素、牛磺酸；复合矿物质包括：钙、铁、锌；还有牛奶中本身含有的维生素K、磷、钾、镁，总计17种微量营养素，对这些营养素进行保质期内损失率的检测。

2.3.2 保质期内各营养素的损失率

一般来说，包装材料的隔氧性和避光性是影响产品中微量营养素稳定性的主要因素[3-4]。本研究采用无菌砖的包装形式，对光和氧的阻隔性较强。保质期内各营养素损失率见表3。

表3 保质期内各营养素损失率

结果显示，产品常温贮存6个月后，维生素的损失率多在10%～20%之间，其中维生素A、维生素D和叶酸的损失率较高，分别为18%、15%和19%。保质期储存温度、样品中氧残留量、微量元素的存在都会对维生素的损失率产生影响。Chavez-Servin等[5]分别对液态奶和奶粉在不同贮存温度下维生素A的稳定性进行了研究，结果表明，在其他条件相同的情况下随着贮存温度的升高，维生素A的损失率有所增大，并且贮存时间对维生素A的降解有显著影响。维生素A的降解还和样品中氧残留量有关[6]，当氧气的初始浓度不同，其反应表现不同，初始浓度越低，诱导阶段越长。维生素A和维生素D属于脂溶性维生素，过量摄入不能排出对机体会有副作用，因此，研究其在生产和贮存过程中的变化对于初始添加量的设计非常重要。水溶性维生素叶酸在保质期内的损失率高达19%，食品中叶酸的生物利用率平均约50%或更少，在配方设计时，应考虑到叶酸的损失率和生物利用率。由于维生素C的热不稳定性，在杀菌工序的损失率很高（34%），因此并未在最终产品中添加，关于维生素C在保质期内的损失率需进一步的研究。与维生素不同的是，矿物质在保质期内的含量比较稳定，基本没有衰减，损失率均小于检测偏差。

3 结论

根据以上检测数据，液态奶生产过程中，微量营养素的损失主要是在杀菌工序，受到温度、氧残留量和营养素相互作用的影响，总体来说，维生素的损失率要高于矿物质。保质期贮存过程中，由于采用了对光和氧阻隔性较好的无菌砖的包装，大部分的微量营养素比较稳定，损失率较高的是维生素A、维生素D和叶酸，在产品配方设计时，需要着重考虑。本研究的检测数据，为营养素强化量设计，控制产品质量提供了重要的参考依据。