◎ 黃曉玲，胡 丹，鄧穎詩，武林賀，盧嘉頡，袁 誠，曾梓軒，李 益，韓亞明，許文東

（廣州白云山漢方現(xiàn)代藥業(yè)有限公司，中藥制藥過程技術(shù)與新藥創(chuàng)制國家工程研究中心，廣東省藥用脂質(zhì)重點實驗室，廣東 廣州 510240）

特殊醫(yī)學(xué)用途配方食品（簡稱特醫(yī)食品）是指為了滿足代謝紊亂、進食受限、消化吸收障礙或特定疾病狀態(tài)人群對營養(yǎng)素或膳食的特殊需要而專門加工配制的一類配方食品[1]。在歐洲、美國、日本、澳大利亞等國家或地區(qū)，特醫(yī)食品在臨床中的應(yīng)用十分廣泛，能有效改善患者的營養(yǎng)狀況，提高免疫力，減少并發(fā)癥，縮短住院時間，從而減少住院費用[2-3]。我國特醫(yī)食品產(chǎn)業(yè)起步較晚，目前臨床使用的特醫(yī)食品大部分被國外企業(yè)壟斷。因此，對特醫(yī)食品的配方及生產(chǎn)工藝展開研究對推動我國特醫(yī)食品產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。

目前，我國特醫(yī)食品主要分為粉劑和乳劑兩種劑型。與粉劑產(chǎn)品相比，乳劑產(chǎn)品使用更為便捷，具有較好的臨床適用性，在國外市場占比較大（49.6%）[4]。因此，對特醫(yī)食品乳劑產(chǎn)品的開發(fā)十分必要。特醫(yī)食品乳液產(chǎn)品營養(yǎng)成分多、體系結(jié)構(gòu)復(fù)雜，導(dǎo)致產(chǎn)品體系和營養(yǎng)素穩(wěn)定性較差，產(chǎn)品開發(fā)難度較大。目前，關(guān)于該類產(chǎn)品的研究主要集中于嬰幼兒配方的優(yōu)化[5]、乳化穩(wěn)定劑對產(chǎn)品穩(wěn)定性的影響[6-7]、貯藏條件/營養(yǎng)素對產(chǎn)品品質(zhì)特性的影響[8-9]、腸內(nèi)營養(yǎng)液對病人的營養(yǎng)支持[10-11]等方面，關(guān)于特醫(yī)食品乳劑產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝方面的研究相對較少。

特醫(yī)食品乳液產(chǎn)品通常是以碳水化合物、蛋白質(zhì)、油脂、維生素和礦物質(zhì)等為原料通過乳化加工形成的水包油型乳液體系，該體系不穩(wěn)定，易受到組成成分、物理因素及環(huán)境因素等的影響而發(fā)生絮凝、沉降、分層、相轉(zhuǎn)化等失穩(wěn)現(xiàn)象[12]。乳化是制備乳劑產(chǎn)品的一個重要環(huán)節(jié)，是指油、水兩相體系在乳化劑存在的情況下，被混合成相對均一、穩(wěn)定體系的步驟。本研究根據(jù)《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 特殊醫(yī)學(xué)用途配方食品通則》（GB 29922ü 2013）[1]對10 歲以上人群營養(yǎng)素的相關(guān)要求，制備了特醫(yī)食品全營養(yǎng)乳液，研究剪切溫度、剪切轉(zhuǎn)速、剪切時間對乳化過程及產(chǎn)品穩(wěn)定性的影響，以期獲得剪切條件對特醫(yī)食品全營養(yǎng)乳液生產(chǎn)過程及產(chǎn)品穩(wěn)定性的影響規(guī)律，為特醫(yī)食品全營養(yǎng)乳液的加工提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料

麥芽糊精，中糧生化能源有限公司；酪蛋白，廣州市二龍景誠貿(mào)易有限公司；植物調(diào)和油（大豆油、菜籽油、玉米油），南海油脂工業(yè)（赤灣）有限公司；復(fù)合礦物質(zhì)、復(fù)合維生素，普惠瑞信（常州）食品添加劑有限公司；單,雙甘油脂肪酸酯、卡拉膠、羧甲基纖維素鈉，廣東天圣生化工程有限公司。

1.1.2 儀器與設(shè)備

IKA T25 高速剪切機，德國IKA 公司；PANDA PLUS 2000 高壓均質(zhì)機，德國GEA 公司；旋轉(zhuǎn)滅菌鍋，江蘇神農(nóng)滅菌設(shè)備股份有限公司；DHR-3 流變儀，美國沃特世公司；LS 13 320 激光衍射粒度分析儀，美國貝克曼庫爾特有限公司；離心機，上海安亭科學(xué)儀器廠。

1.2 實驗方法

根據(jù)GB 29922ü 2013 中對10 歲以上人群全營養(yǎng)配方食品營養(yǎng)素含量的要求制備特醫(yī)食品全營養(yǎng)乳液。將16 g 麥芽糊精、4 g 酪蛋白、3 g 植物調(diào)和油（大豆油、菜籽油、玉米油）、10 g 復(fù)合礦物質(zhì)、5 g復(fù)合維生素、1 g 單,雙甘油脂肪酸酯、1.5 g 卡拉膠和1.5 g 羧甲基纖維素鈉加入1 L 已預(yù)熱至考察溫度的純化水中，調(diào)節(jié)IKA T25 高速剪切機至考察剪切轉(zhuǎn)速，剪切一段時間后，完成乳化步驟，得到粗乳。乳化過程中的剪切條件如表1 所示。隨后，對粗乳進行均質(zhì)，均質(zhì)壓力30 MPa、循環(huán)2 次。將均質(zhì)后的乳液進行灌裝后，置于旋轉(zhuǎn)滅菌鍋中進行滅菌，滅菌溫度121 ℃、滅菌時間20 min。滅菌結(jié)束后即得特醫(yī)食品全營養(yǎng)乳液終產(chǎn)品。

表1 乳化過程中的剪切條件表

1.2.2 物料分散情況的測定

物料剪切結(jié)束后，將粗乳過80 目篩，觀察物料分散情況。

1.2.3 泡沫量的測定

粗乳剪切結(jié)束后，將粗乳表面的泡沫輕輕轉(zhuǎn)移至量筒中，測量剪切過程中產(chǎn)生的泡沫體積。

1.2.4 乳液粒徑的測定

采用激光衍射粒度分析儀測定粗乳及終產(chǎn)品的粒度分布，以粒度分布計算粒徑平均值。樣品在儀器內(nèi)的平衡時間為60 s，測試溫度為25 ℃。

1.2.5 粗乳黏度的測定

然而，在室內(nèi)環(huán)境中測量揮發(fā)性有機化合物更為復(fù)雜，結(jié)果更不具體。有時很難確定哪些特定的材料要對異常高的讀數(shù)負(fù)責(zé)。

采用流變儀測定粗乳的黏度，采用直徑為40 mm的平板，間距為1.0 mm，溫度為25 ℃，剪切速率為0.1～300.0 s-1。

1.2.6 離心沉淀率的測定

稱量50 mL 離心管的重量，稱取20 g 樣品于50 mL離心管中，用離心機于4 000 r·min-1條件下離心20 min，離心結(jié)束后，棄去上層清液，稱量離心管重量。離心沉淀率計算公式為

式中：m0為50 mL 離心管的質(zhì)量，g；m1為樣品質(zhì)量，g；m2為離心結(jié)束后，棄去上清液的離心管總質(zhì)量，g。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有實驗均做3 次平行，采用SPSS 26.0 統(tǒng)計軟件的Duncan 法進行顯著性分析（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 剪切條件對物料溶解過程的影響

不同剪切條件對物料溶解過程的影響如表2 所示。剪切條件對物料的溶解情況影響明顯，對剪切過程中產(chǎn)生的泡沫量具有顯著影響。剪切溫度考察結(jié)果顯示，剪切溫度過低或過高時，均不利于物料的溶解。剪切溫度過低（40 ℃）時，物料無法溶解完全，剪切結(jié)束后，乳液中仍有較多小顆粒不溶物；剪切溫度過高（60 ℃）時，蛋白質(zhì)受熱變性絮凝，剪切結(jié)束后，乳液中有少量絮凝物。剪切過程中產(chǎn)生的泡沫量隨剪切溫度的升高呈先增加后減小的趨勢。泡沫量的變化與溫度影響蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)有關(guān)，加熱會使酪蛋白暴露更多的疏水基團，導(dǎo)致在水相和氣相的界面有更多的疏水基團與氣相結(jié)合、親水基團與水相結(jié)合，從而促進泡沫的形成。隨著剪切溫度的繼續(xù)升高，蛋白質(zhì)因變性而逐漸重新形成聚合物，使剪切過程中產(chǎn)生的泡沫量減少[13]。

表2 剪切條件對物料溶解過程的影響表

剪切轉(zhuǎn)速考察結(jié)果顯示，物料的溶解效率隨著剪切轉(zhuǎn)速的增大而提高，當(dāng)剪切轉(zhuǎn)速為3 000 r·min-1時，物料能充分溶解。但隨著剪切轉(zhuǎn)速的升高，剪切過程中產(chǎn)生的泡沫量顯著增加，這是因為剪切轉(zhuǎn)速的提高會導(dǎo)致更多的氣體注入乳液中并包埋在蛋白質(zhì)中形成泡沫[14]。剪切時間考察結(jié)果顯示，剪切時間對物料溶解過程的影響規(guī)律與剪切轉(zhuǎn)速考察結(jié)果一致，當(dāng)剪切時間為20 min 時，所有物料能充分溶解，且不會產(chǎn)生過多泡沫。

剪切條件對物料的溶解效率有明顯的影響，對剪切過程中產(chǎn)生的泡沫量有顯著影響。過多的泡沫不利于后續(xù)均質(zhì)工藝的開展且會造成物料損失，因此在保證物料充分溶解的前提下，應(yīng)通過控制剪切條件減少剪切過程中產(chǎn)生的泡沫量。

2.2 剪切條件對粗乳粒徑分布的影響

粒徑分布可以評估乳液的穩(wěn)定性，粒徑越小，乳液體系越穩(wěn)定。不同剪切條件對混合乳化結(jié)束后粗乳粒徑分布的影響如圖1～圖3 所示。由圖1 可知，剪切結(jié)束后的粗乳粒徑隨著剪切溫度的升高呈先減小后增大的趨勢，這是因為在較低剪切溫度條件下（40 ℃），物料無法充分溶解，導(dǎo)致乳液粒徑較大；當(dāng)剪切溫度過高時（60 ℃），部分蛋白質(zhì)變性絮凝，導(dǎo)致乳液粒徑增大。由圖2、圖3 可知，隨著剪切轉(zhuǎn)速的增加或剪切時間的延長，乳液的粒徑減小，但是當(dāng)剪切轉(zhuǎn)速高于3 000 r·min-1或剪切時間高于20 min 時，乳液的粒徑變化并不明顯。

圖1 剪切溫度對粗乳粒徑分布的影響圖

圖2 剪切轉(zhuǎn)速對粗乳粒徑分布的影響圖

圖3 剪切時間對粗乳粒徑分布的影響圖

可能是因為隨著剪切轉(zhuǎn)速的增加或剪切時間的延長，乳液液滴變小，液滴間的布朗運動速度加劇，增加了顆粒間的碰撞次數(shù)，導(dǎo)致乳液中的液滴重新聚結(jié)，阻礙了液滴被剪切打破。另外，隨著乳液液滴粒徑的減小，顆粒的比表面積增大，從而增高了液滴的表面能，乳液液滴更易聚集，最終導(dǎo)致當(dāng)剪切轉(zhuǎn)速為4 000 r·min-1或剪切時間為30 min 時，乳液粒徑的變化不明顯[15]。

2.3 剪切條件對粗乳黏度的影響

不同剪切條件下乳液黏度隨流變儀剪切速率的變化趨勢如圖4～圖6 所示。隨著流變儀剪切速率的增加，乳液的表觀黏度先急劇下降后趨于平衡，所有樣品均表現(xiàn)出剪切變稀的假塑性流體特性。當(dāng)各組樣品的黏度達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，在不同剪切參數(shù)考察條件下，隨著剪切溫度/剪切轉(zhuǎn)速/剪切時間的增加，乳液的黏度均呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢。這是因為在乳液體系中，適當(dāng)提高剪切溫度、剪切轉(zhuǎn)速或適當(dāng)延長剪切時間，均有利于減小乳液體系中的液滴粒徑，粒徑減小，導(dǎo)致相同分散相體積分?jǐn)?shù)下的液滴數(shù)目增多，液滴間的距離減小，液滴間的相互牽引力增強，最終導(dǎo)致液滴位移困難，乳液的表觀黏度增大[16]。而當(dāng)剪切溫度、剪切轉(zhuǎn)速過高，或剪切時間過長時，體系中的脂肪球簇發(fā)生形變或破碎，液滴間的定向排布阻力減小。此外，過于劇烈的剪切作用也會嚴(yán)重影響乳液中蛋白質(zhì)、親水膠體等成分的原始結(jié)構(gòu)，最終導(dǎo)致乳液體系的黏度下降。當(dāng)剪切溫度為50 ℃、剪切轉(zhuǎn)速為3 000 r·min-1、剪切時間為20 min 時，乳液的黏度最大。而乳液的黏度對其穩(wěn)定性具有重要影響，黏度增大，顆粒在連續(xù)相中運動受到的黏制力增加，分散相液滴的運動速度下降，乳液的穩(wěn)定性則相對穩(wěn)定[17]。此外，黏度增大也會減少乳液中一些不溶性的大顆粒物質(zhì)因重力作用而發(fā)生沉降的現(xiàn)象。

圖4 剪切溫度對粗乳黏度的影響圖

圖5 剪切轉(zhuǎn)速對粗乳黏度的影響圖

圖6 剪切時間對粗乳黏度的影響圖

2.4 剪切條件對特醫(yī)食品全營養(yǎng)液終產(chǎn)品乳液性質(zhì)的影響

平均粒徑和離心沉淀率可用于表征乳液穩(wěn)定性，平均粒徑和離心沉淀率越小，乳液越穩(wěn)定。不同剪切條件對終產(chǎn)品乳液的平均粒徑和離心沉淀率的影響如表3 所示。不同剪切條件對終產(chǎn)品乳液的平均粒徑及離心沉淀率沒有顯著影響。這可能是因為物料剪切溶解后，粗液還需要經(jīng)過均質(zhì)，均質(zhì)過程中的撞擊、空穴和剪切作用的劇烈程度遠(yuǎn)高于物料溶解階段的剪切作用，粗乳中的大顆粒物質(zhì)在均質(zhì)過程中被進一步破碎成小顆粒物質(zhì)，由不同剪切溶解條件造成的粗乳性質(zhì)的差異也在均質(zhì)過程中消除。由此可見，不同剪切條件僅影響粗乳性質(zhì)，而對終產(chǎn)品的穩(wěn)定性沒有顯著影響。

表3 剪切條件對特醫(yī)食品全營養(yǎng)液終產(chǎn)品乳液性質(zhì)的影響表

3 結(jié)論

本研究考察了剪切溫度、剪切轉(zhuǎn)速、剪切時間對物料溶解情況、剪切過程中產(chǎn)生的泡沫量、粗乳粒徑分布及黏度、終產(chǎn)品乳液平均粒徑和離心沉淀率的影響，獲得了剪切條件對粗乳及終產(chǎn)品乳液穩(wěn)定性的影響規(guī)律。結(jié)果表明，不同剪切條件僅影響物料溶解情況、剪切過程中產(chǎn)生的泡沫量及粗乳乳液性質(zhì)，而對終產(chǎn)品的乳液性質(zhì)沒有顯著影響，這說明在選擇剪切條件時，主要考慮生產(chǎn)的可行性、效率、節(jié)能等因素。在本研究體系下，最佳剪切條件是剪切溫度50 ℃、剪切轉(zhuǎn)速3 000 r·min-1、剪切時間20 min，在該剪切條件下，所有物料能完全溶解且不會產(chǎn)生過多的泡沫，可以避免由于泡沫過多而對生產(chǎn)過程帶來的不利影響。此外，在該剪切條件下，粗乳粒徑最小、黏度最大，表明現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性，避免粗乳在均質(zhì)前發(fā)生沉淀、分層等不穩(wěn)定現(xiàn)象，且能夠延長粗乳的放置時間。本研究結(jié)果可為特醫(yī)食品全營養(yǎng)乳液的工業(yè)化生產(chǎn)提供一定的理論依據(jù)。