武林賀，袁誠，羅明琍，曾榮華，許文東，吳謙

廣州白云山漢方現(xiàn)代藥業(yè)有限公司，中藥提取分離過程現(xiàn)代化國家工程研究中心（廣州 510220）

隨著生活節(jié)奏加快、老齡化現(xiàn)象日趨嚴重，加之人們對營養(yǎng)飲食認識不足，導(dǎo)致了營養(yǎng)不良患者或患有某些消化功能障礙的人群數(shù)量的增加，這些人群不能依靠正常的飲食補充營養(yǎng)或正常飲食不能滿足營養(yǎng)需求，只能依靠某些流食營養(yǎng)液改變營養(yǎng)狀況[1-2]。全營養(yǎng)乳劑是一種中性的均衡營養(yǎng)補充劑，因其對病人和營養(yǎng)不良患者有較好的適用性，受到了廣泛的關(guān)注[3-4]。全營養(yǎng)乳劑是以牛奶為蛋白來源，麥芽糊精作為碳水化合來源，低聚果糖作為膳食纖維來源，添加多種維生素和多種礦物質(zhì)等營養(yǎng)素，通過剪切、均質(zhì)、滅菌而制備成的液體營養(yǎng)食品[5-7]。全營養(yǎng)乳劑中成分復(fù)雜，有大分子的蛋白質(zhì)、碳水化合物組分，不溶于水的脂肪，可溶及不可溶的礦物質(zhì)等成分，這些均會影響全營養(yǎng)乳劑的穩(wěn)定性：蛋白質(zhì)對體系環(huán)境的變化非常敏感，容易產(chǎn)生凝聚沉淀；不穩(wěn)定的維生素因體系內(nèi)外條件的變化發(fā)生分解或與其他成分發(fā)生反應(yīng)導(dǎo)致產(chǎn)品穩(wěn)定體系崩潰；可溶及不可溶礦物質(zhì)與蛋白質(zhì)結(jié)合或沉淀過程中帶動蛋白質(zhì)等物質(zhì)沉淀，導(dǎo)致全營養(yǎng)乳劑穩(wěn)定體系遭到破壞[8-9]。因此，尋找合適穩(wěn)定劑、保持全營養(yǎng)乳劑的穩(wěn)定是目前特殊食品行業(yè)迫切想要解決的問題。

卡拉膠是一種親水膠體，能夠在乳劑中與蛋白質(zhì)發(fā)生作用，形成三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可以結(jié)合并固定水分子和不溶顆粒，卡拉膠分子帶有負電荷能夠吸附在油脂分子表面，增加油脂分子的排斥力，從而起到穩(wěn)定作用[10-11]。黃原膠是由微生物發(fā)酵產(chǎn)生的雜多糖類物質(zhì)，黃原膠在水中溶解時，能形成一種共聚體，這種共聚體構(gòu)成類似膠體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，能夠抓取乳劑中不溶顆粒和油脂分子，能夠使乳液的粒度和Zeta保持不變，對乳劑中不溶性顆粒和油脂分子的液滴具有良好的穩(wěn)定作用[12]。微晶纖維素是一種多糖類物質(zhì)，它不能溶解在水中，但能夠在水中能形成穩(wěn)定的分散體系，這種分散體系能夠阻止不溶顆粒的下沉，對維持乳劑的均勻性具有重要作用[13]。

試驗以卡拉膠、黃原膠和微晶纖維素為穩(wěn)定劑研究對象，考察了單一穩(wěn)定劑和復(fù)配穩(wěn)定劑對全營養(yǎng)乳劑穩(wěn)定性的影響[14-15]，獲得能夠保持全營養(yǎng)乳劑穩(wěn)定的復(fù)配穩(wěn)定劑。

1 試驗材料和方法

1.1 試驗原料、儀器與設(shè)備

1.1.1 試驗原料

麥芽糊精，中糧生化能源（公主嶺）有限公司；分離牛奶蛋白，恒天然集團；粉末磷脂，北京美亞斯磷脂技術(shù)有限公司；大豆油、菜籽油，南海油脂工業(yè)（赤灣）有限公司；維生素A、D、E、K，維生素B1、維生素B2、維生素B6、維生素B12、檸檬酸鉀、氯化鈉、硫酸銅、葡萄糖酸鋅、磷酸三鈣、焦磷酸鐵，浙江新和成股份有限公司；卡拉膠、黃原膠、微晶纖維素，廣州市凱聞食品發(fā)展有限公司。

1.1.2 試驗儀器與設(shè)備

T 50剪切機，德國IKA公司；EUROSTAR攪拌機，德國IKA公司；Niro Panda PLUS均質(zhì)機，德國GEA公司；NDJ-5 S黏度儀，上海精其儀器有限公司；HH-WO-5 L恒溫水浴鍋，上海一凱儀器設(shè)備有限公司；高壓濕熱旋轉(zhuǎn)滅菌鍋，江蘇神農(nóng)滅菌設(shè)備股份有限公司；LXJ-IIB飛鴿低速離心機，上海安亭科學儀器廠。

1.2 試驗方法

1.2.1 全營養(yǎng)乳劑生產(chǎn)工藝流程

1.2.2 試驗方法

1.2.2.1 脂肪上浮率的測定

按照生產(chǎn)工藝流程制備的全營養(yǎng)乳劑，滅菌后在室溫下放置12 h。取50 mL的干燥刻度離心管，編號，精確稱量50 mL全營養(yǎng)乳劑的體積為V1（mL）。在4 000 r/min條件下離心20 min，離心完成后小心取出離心管，讀出脂肪上浮層的體積，為V2（mL）。試驗平行3次，計算脂肪上浮率。脂肪上浮率按式（1）計算。

1.2.2.2 離心沉淀率測定

按照生產(chǎn)工藝流程制備的全營養(yǎng)乳劑，滅菌后在室溫下放置12 h。取50 mL的干燥離心管，編號，稱重離心管，為W1（g）。精確稱量50 mL樣品倒入離心管，稱量其質(zhì)量為W2（g）。將裝有樣品的離心管在4 000 r/min條件下離心20 min，離心完成后小心取出離心管，將液體部分完全倒出后，稱量離心管和沉淀物的質(zhì)量，為W3（g）。試驗平行3次，計算離心沉淀率。離心沉淀率按式（2）計算。

1.2.3 卡拉膠對穩(wěn)定性影響的單因素試驗

考察卡拉膠添加量分別為0.01%，0.02%，0.03%，0.04%和0.05%對全營養(yǎng)乳劑穩(wěn)定性的影響。樣品滅菌后經(jīng)過12 h室溫放置后離心，測定其脂肪上浮率和離心沉淀率。

1.2.4 黃原膠對穩(wěn)定性影響的單因素試驗

考察黃原膠添加量分別為0.01%，0.02%，0.03%，0.04%和0.05%對全營養(yǎng)乳劑穩(wěn)定性的影響。樣品滅菌后經(jīng)過12 h室溫放置后離心，測定其脂肪上浮率和離心沉淀率。

1.2.5 微晶纖維素對穩(wěn)定性影響的單因素試驗

考察微晶纖維素添加量分別為0.05%，0.15%，0.25%，0.35%和0.45%對全營養(yǎng)乳劑穩(wěn)定性的影響。樣品滅菌后經(jīng)過12 h室溫放置后離心，測定其脂肪上浮率和離心沉淀率。

1.2.6 復(fù)配穩(wěn)定劑對穩(wěn)定性的影響

復(fù)配穩(wěn)定劑對全營養(yǎng)乳劑穩(wěn)定性影響的試驗采用Box-Behnken試驗設(shè)計，考察復(fù)配穩(wěn)定劑對全營養(yǎng)乳劑穩(wěn)定性的影響。全營養(yǎng)乳劑穩(wěn)定性與脂肪上浮率、沉淀離心率均呈負相關(guān)，因此復(fù)配穩(wěn)定劑響應(yīng)面試驗選擇離心沉淀率值為響應(yīng)值，考察復(fù)配穩(wěn)定劑對全營養(yǎng)乳劑穩(wěn)定性的影響。試驗重復(fù)3次，取其平均值。

1.2.7 試驗驗證

確定最佳復(fù)配穩(wěn)定劑添加量，制備全營養(yǎng)乳劑，樣品滅菌后經(jīng)過12 h室溫放置后離心，測定其脂肪上浮率和離心沉淀率。

1.2.8 數(shù)據(jù)分析方法

利用SPASS，Origin和Excel軟件對試驗獲得數(shù)據(jù)進行分析，并用Duncan法進行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 卡拉膠添加量對全營養(yǎng)乳劑穩(wěn)定性影響

圖1是卡拉膠的單因素試驗結(jié)果。由圖1可知，卡拉膠添加量在0.01%～0.03%范圍內(nèi)，隨著添加量的增加，全營養(yǎng)乳劑的脂肪上浮率和離心沉淀率減小的變化趨勢比較明顯；添加量在0.03%～0.05%范圍內(nèi)，脂肪上浮率和離心沉淀率的變化趨勢減緩。主要原因是適量的卡拉膠在液體中能夠吸附在油脂分子表面，使得油脂分子之間斥力增加，且卡拉膠在液體中能夠形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，能夠防止大分子等粒子沉降，從而提高全營養(yǎng)乳的穩(wěn)定性。當卡拉膠用量較大時，液體黏稠度增加，油脂分子、蛋白質(zhì)分子之間距離降低，使得油脂分子發(fā)生聚合，蛋白質(zhì)疏水聚集成蛋白團狀物，導(dǎo)致體系穩(wěn)定性下降。

2.2 黃原膠添加量對全營養(yǎng)乳劑穩(wěn)定性影響

圖2是黃原膠的單因素試驗結(jié)果。由圖2可知，黃原膠的添加量在0.01%～0.02%范圍內(nèi)，隨著添加量的增加，全營養(yǎng)乳劑的脂肪上浮率和離心沉淀率減小的變化趨勢比較明顯；添加量在0.02%～0.05%范圍內(nèi)，脂肪上浮率和離心沉淀率的變化趨勢減緩并有上升趨勢。在含有蛋白質(zhì)的液體中，黃原膠的使用具有增加液體黏度、防止脂肪與水分層的作用，能夠增加蛋白質(zhì)穩(wěn)定的作用，對液體中的固體粒子具有較好的懸浮能力。但黃原膠液體具有假塑性，當添加量逐漸增加時，全營養(yǎng)乳劑黏度逐漸升高，在旋轉(zhuǎn)滅菌過程中，旋轉(zhuǎn)搖動過程使得全營養(yǎng)乳黏度降低，黏度的降低使得蛋白質(zhì)分子和油脂的聚集、固體粒子沉降，從而導(dǎo)致全營養(yǎng)乳體系穩(wěn)定性降低。

圖1 卡拉膠添加量對穩(wěn)定性的影響

圖2 黃原膠添加量對穩(wěn)定性的影響

2.3 微晶纖維素添加量對全營養(yǎng)乳劑穩(wěn)定性影響

圖3是微晶纖維素的單因素試驗結(jié)果。由圖3可知，微晶纖維素添加量在0.05%～0.25%范圍內(nèi)，隨著微晶纖維素添加量的增加，全營養(yǎng)乳劑的脂肪上浮率和離心沉淀率減小變化趨勢明顯；添加量在0.25%～0.35%范圍內(nèi)，隨著添加量的繼續(xù)增加，脂肪上浮率和離心沉淀率減小趨勢變緩；繼續(xù)增加微晶纖維的添加量至0.45%時，脂肪上浮率和離心沉淀率有增加的趨勢。微晶纖維素不溶于水但能夠吸水溶脹，能夠在懸浮在液體中，其具有穩(wěn)定油脂、蛋白質(zhì)和固體粒子的作用，因此適量的微晶纖維素具有穩(wěn)定全營養(yǎng)乳劑的作用。但是當增加微晶纖維素添加量時，微晶纖維素分子會吸附在蛋白質(zhì)和固體粒子表面，致使蛋白質(zhì)和固體粒子在液體中形成微小團狀結(jié)合物，在離心過程中，團狀結(jié)合物在離心力作用下沉降到離心管底部，從而增加離心沉淀率。而油脂分子失去部分蛋白質(zhì)的乳化穩(wěn)定作用，在離心過程中上浮到離心管表面，從而增加脂肪上浮率。

圖3 微晶纖維素添加量對穩(wěn)定性的影響

2.4 復(fù)配穩(wěn)定劑響應(yīng)面法試驗設(shè)計及結(jié)果

根據(jù)卡拉膠、黃原膠和微晶纖維素單因素試驗結(jié)果可知，卡拉膠、黃原膠和微晶纖維素的全營養(yǎng)乳劑的脂肪上浮率和離心沉淀率變化的轉(zhuǎn)折點添加量分別為0.03%，0.02%和0.25%，因此選擇卡拉膠、黃原膠和微晶纖維素添加量分別為0.03%，0.02%和0.25%作為考察中心點。根據(jù)Box-Behnken的中心組合設(shè)計原理，固定其他條件不變，選擇卡拉膠（X1）、黃原膠（X2）、微晶纖維素（X3）3個影響顯著的因素作為自變量，全營養(yǎng)乳劑離心沉淀率（Y）為響應(yīng)值，設(shè)計三因素三水平的試驗，共15組試驗，其中12個為分析因子（1～12），3個為中心試驗點（13～15）。試驗因素水平見表1，離心沉淀率響應(yīng)面分析方案及結(jié)果見表2。

2.5 響應(yīng)面模型建立及顯著性檢驗

利用響應(yīng)面統(tǒng)計方法對離心沉淀率進行分析，建立離心沉淀率與X1、X2、X3三因素的數(shù)學二次多項式回歸方程：

利用分析軟件SAS對表2的數(shù)據(jù)進行回歸分析，對二次多項式回歸模型系數(shù)進行顯著性檢驗，結(jié)果見表3。由表3可知，在回歸方程模型中，一次項和二次項極顯著（p＜0.01），表明所選擇的卡拉膠、黃原膠、微晶纖維素三因素對全營養(yǎng)乳劑穩(wěn)定性試驗結(jié)果影響顯著。X1和X2、X1和X3的交互項顯著（p＜0.05），卡拉膠與黃原膠和微晶纖維素之間存在交互作用，復(fù)配使用能夠增加全營養(yǎng)乳劑的穩(wěn)定性。失擬項不顯著（p＞0.05），回歸方程模型極顯著（p＜0.01），回歸方程的模型校正決定系數(shù)0.984 3，相關(guān)系數(shù)R2=0.994 4，表明方程可以解釋99%以上的沉淀離心率數(shù)據(jù)變異，方程的擬合性好，真實值和預(yù)測值相關(guān)性較高。二次回歸模型可以用來預(yù)測離心沉淀率的變化，無需引入更高次模型，也無需引入新的變量，因此可以用該回歸方程對試驗的結(jié)果進行分析預(yù)測。

表1 試驗因素水平

表2 離心沉淀率響應(yīng)面分析

表3 二次多項式回歸模型系數(shù)的顯著性檢驗結(jié)果

2.6 復(fù)配穩(wěn)定劑驗證試驗

設(shè)計試驗驗證二次回歸模型得到復(fù)配穩(wěn)定劑添加量對全營養(yǎng)乳劑的穩(wěn)定性影響，試驗重復(fù)三次取平均值。精確稱取卡拉膠、黃原膠和微晶纖維素，分別為制備的全營養(yǎng)乳劑質(zhì)量的0.03%，0.02%和0.25%，精確稱取其他原料，然后按照工藝流程制備全營養(yǎng)乳劑。取50 mL刻度離心管，精確稱其質(zhì)量，然后將滅菌后放置12 h的樣品裝入50 mL刻度離心管中，并精確測定離心管中樣品體積，然后稱量離心管和樣品質(zhì)量，在4 000 r/min條件下離心20 min后取出離心管，然后精確稱量脂肪上浮體積和離心后的沉淀質(zhì)量，并按照式（1）和式（2）計算脂肪上浮率和離心沉淀率。通過計算分析得出驗證試驗結(jié)果，在驗證試驗條件下制備的全營養(yǎng)乳劑的脂肪上浮率為2.4%、離心沉淀率為4.33%，該結(jié)果的真實值接近預(yù)測值，說明該模型對穩(wěn)定劑的配比優(yōu)化是可行的，此時的穩(wěn)定劑為全營養(yǎng)乳劑的最佳復(fù)配穩(wěn)定劑。

3 結(jié)論

試驗采用單因素試驗和響應(yīng)面優(yōu)化法優(yōu)化了穩(wěn)定劑對全營養(yǎng)乳劑穩(wěn)定性的影響，將全營養(yǎng)乳劑脂肪上浮率和離心沉淀率作為其穩(wěn)定性考察指標，建立復(fù)配穩(wěn)定劑對全營養(yǎng)乳劑穩(wěn)定性影響的二次多項式數(shù)學模型，通過響應(yīng)值分析及回歸檢驗得出，模型的相關(guān)系數(shù)R2=0.994 4，說明該模型適用于穩(wěn)定劑對全營養(yǎng)乳劑穩(wěn)定性影響的研究。通過試驗優(yōu)化及驗證，最終確定卡拉膠、黃原膠、微晶纖維素的添加量分別為全營養(yǎng)乳劑的0.03%，0.02%和0.25%；當穩(wěn)定劑總添加量為0.3%時，制備的全營養(yǎng)乳劑最低脂肪上浮率為2.4%，最低離心沉淀率為4.33%。在此復(fù)配穩(wěn)定劑作用下，全營養(yǎng)乳劑的脂肪上浮率和離心沉淀率均為最小值，此時全營養(yǎng)乳劑產(chǎn)品的穩(wěn)定性最佳，因此該穩(wěn)定劑為全營養(yǎng)乳劑的最佳復(fù)配穩(wěn)定劑。