婴幼儿配方乳粉溶解性的影响因素探讨

文/何湘丽 湛艳红 彭喜洋 戴智勇 汪家琦 李 浩

〔澳优乳业（中国）有限公司； 湖南澳优食品与营养研究院〕

婴幼儿配方乳粉是指以牛乳（羊乳）及其加工制品为主要原料，加入适量的维生素、矿物质和其他辅料加工而成的，供婴幼儿（0～36 月龄）食用的产品。市售婴幼儿配方乳粉通常为干燥、粉末状固态，需配合一定的冲调方法后方可食用。冲调过程首先是乳粉颗粒充分润湿，随后可溶性成分溶解，胶体颗粒（脂肪球和酪蛋白胶束）分散在溶液中，形成均一、可供婴幼儿直接食用的奶液，这个过程受乳粉颗粒附聚程度、冲调温度、冲调方法、可分散性、可润湿性等因素影响，表现为溶解性不同。

乳粉溶解性的标准测定方法是将乳粉在标准化条件（一定的浓度、温度、搅拌强度和持续时间）下溶于水，离心后测定沉淀物体积，结果称为不溶度指数，或溶解度指数。

目前常见的婴幼儿配方乳粉生产工艺主要包括湿法工艺、干法工艺和干湿混合法工艺。湿法工艺是指在鲜奶液态下进行各种原材料的混合，再经高温喷粉、干燥等工序制成粉状；干法工艺是把各种原材料在固态粉状下进行混合。目前，两种处理方法通常结合使用，喷雾干燥处理后再添加一些干基的营养成分（如维生素、微量元素或碳水化合物）。婴幼儿配方乳粉的溶解性受生产工艺的影响。

1 理化指标对乳粉溶解性的影响

1．1 水分

水分含量主要影响产品在贮存期间的品质，所有乳粉都必须满足水分残留量标准，婴幼儿配方乳粉的水分含量要求为≤5.0%。水分含量过高，一方面促进乳粉中残存微生物生长繁殖，产生乳酸，使乳粉中酪蛋白发生变性而影响乳粉的溶解性[1]；另一方面，高水分活度下，蛋白质易发生变性，无定型状态的乳糖结晶化易造成乳粉中游离脂肪含量增加，脂肪发生氧化，美拉德反应加速进行，使乳粉产生变色、结块等异常现象[2]。

水分影响婴幼儿配方乳粉溶解性的主要原因是乳糖暴露于高相对湿度或较高温度中时易发生结晶，使乳粉颗粒表面产生很多裂纹，造成脂肪逐渐渗出，导致粉体的溶解性降低。

在婴幼儿配方乳粉生产过程中，可以通过调节干燥塔排风温度或震动流化床温度来控制水分含量。在潮湿地区，冷却空气应该经过除湿处理，避免吸潮。同时，在产品包装阶段，应该使用密封不透气的包装材料，并将乳粉贮存在阴凉干燥处。

1．2 游离脂肪

脂肪的存在状态和分布受工艺处理条件的影响。乳粉中的脂肪通常呈球形，表面由脂肪球膜包裹，均匀分布在脂肪颗粒中，也有一些没有外层膜的脂肪镶嵌在乳粉颗粒表面或内部。婴幼儿配方乳粉的脂肪含量要求为1.05～1.40 g/kJ。在一定条件下，游离脂肪酸与蛋白质形成复合物，会导致乳粉的可润性降低；表面游离脂肪的疏水性也会降低乳粉的流动性和分散性[3]，可能造成乳粉产品表面不易湿润，延长乳粉的下沉时间，从而影响乳粉的溶解性。

婴幼儿配方乳粉中的游离脂肪一般不可避免，但是可采取一些措施降低其含量，从而减少对溶解性的影响[4]，如避免过度泵送和搅动原料，减少原料在蒸发器中的循环；选择合适的热处理方式，避免低温下直接热处理；液奶处理时采用两段式均质[5]等。

1．3 乳粉颗粒及乳粉密度

乳粉颗粒通常由非结晶状态乳糖构成连续相，其他成分如脂肪球、酪蛋白胶束和乳清蛋白分子镶嵌其中。乳粉颗粒越小，乳粉密度越大，粒径分布越宽，颗粒间的孔就越窄，以至于水分不能迅速渗透。并且在湿润过程中，由于颗粒之间空气-水界面的表面张力推动部分湿润颗粒彼此靠近，颗粒间孔隙变得更窄，乳糖以非洁净状态存在，形成高黏度溶液，水分渗透停止，乳粉容易形成团块，外部是高浓度黏性乳液，内部是干性颗粒，形成难以溶解的团块[6，7]。相反，乳粉颗粒越大，颗粒间空隙更宽，分散性越好，水分容易渗透，下沉速度越快。随着细粉（＜90 μm）的增加，乳粉的分散性降低。

乳粉颗粒及乳粉密度对乳粉溶解性的影响非常显著。黄焘[8]等关于粉体粒度对溶解性的影响研究表明，乳粉细粉颗粒（包括0～30 μm，0～50 μm，0～100 μm）的体积占比与润湿性和分散性呈线性负相关，而粗粉颗粒的体积占比与润湿性和分散性呈线性正相关。

2 生产工艺对婴幼儿配方乳粉溶解性的影响

婴幼儿配方乳粉的典型生产线包括混料、蒸发浓缩、干燥、干混、包装成品等环节。生产工艺主要是通过影响婴幼儿配方乳粉的水分、游离脂肪以及颗粒大小等理化指标来影响产品的溶解性。

2．1 蒸发浓缩

在乳粉生产过程中，原料乳在喷雾干燥或滚筒干燥前需要浓缩，浓缩主要是通过加热蒸发提高物料的干物质浓度，提高生产能力。蒸发浓缩前的热处理可能会导致乳清蛋白变性，变得非常致密，未变性的乳清蛋白呈海绵状，具有更高的水结合能力，在干燥过程中能形成更多的空泡；而高变性程度的乳粉空泡含量低，具有较高的颗粒密度和容积密度，能够降低乳粉的分散性[9]。如果进料过程中的空气含量高，产品中的空泡含量也高，也会导致产品具有较低的颗粒密度和容积密度。同时，如果浓缩乳的固形物含量过高，则乳粉的空泡含量低，颗粒密度高[10]。因此，热处理温度过高和浓缩乳固形物含量过高都会导致乳粉的颗粒密度过高，不易溶解。

2．2 喷雾干燥

乳制品的干燥方式有滚筒干燥、冷冻干燥、喷雾干燥等，乳制品工业中最常用的乳粉干燥方式是喷雾干燥。喷雾干燥的目的是产生表面积和质量比较大的颗粒（即小颗粒），常与附聚化结合使用，以得到分散性和溶解性较好的产品[11]。

所有的雾化设备都能发生自发初次附聚，表现为分子之间随机无规律碰撞产生的附聚；而根据雾化设备的不同，会发生自发二次附聚或强制二次附聚，形成不同的粉粒结构。附聚结构按致密性降低的顺序依次为洋葱型结构、覆盆子型结构、致密葡萄结构、疏松葡萄结构。洋葱结构附聚乳粉的特点是机械稳定性高，容积密度高，但是复水后表现为缓慢分散颗粒；葡萄结构附聚乳粉的机械稳定性过低，非常容易破损，导致速溶性降低。致密的葡萄结构附聚是理想状态，此时乳粉既有良好的速溶性，又有足够的机械稳定性，可承受必要的运输和包装处理。选择合适的细粉回风口位置和喷嘴设计，通过附聚化将细小颗粒控制在最低水平，使乳粉颗粒间隙更宽，水分更容易渗透。

除附聚化外，喷雾干燥的工艺参数（如高压泵压强、进风温度、浓缩奶浓度、喷雾干燥时间和温度）也是影响粉粒性质的重要因素[12]。喷雾干燥喷嘴尺寸直接影响粉体粒径，而喷雾干燥的时间和温度则会影响液滴中水分和空气散失的速度，决定了空泡的大小、数量和最终乳粉中的水分含量。李慕扬等[13]通过响应面分析，确定了喷雾干燥工艺参数为进口温度130 ℃，物料流量729 mL/h，热风流量0.48 m3/min时，乳粉的溶解度为21 s。合适的喷雾干燥条件对乳粉溶解性具有非常重要的影响。

2．3 粉体输送方式

在婴幼儿配方乳粉生产过程中，由于乳粉颗粒较小，为避免产生大量粉尘，一般采用封闭环境输送，分为气力输送和重力输送两种方式。根据颗粒Geldart 分类法及输送相图，物料与气体的作用方式主要取决于物料的平均粒径分布和物料密度，以此来选择采用正压密相输送、正压稀相输送、负压密相输送或负压稀相输送等输送方式[14]。一般认为，输送管中气、固混合物的空隙率＜0.95即为密相输送。研究发现，经密相输送的乳粉冲调后不容团块增加，溶解性变差，这可能与输送方式有关。密相气力输送主要是脉冲气力式栓流输送，粉料在输送管中不再散开，而是形成料栓，依靠料栓两端的静压差向前移动。在密相输送中，物料移动速度慢，固相浓度高，高压使粉体之间缝隙变小；乳粉中的水分可导致粉体之间形成液桥，颗粒表面黏力增强，出现造粒现象，使乳粉在冲调过程中润湿性变差，易出现不溶团块[15]。同时，随着管道内物料浓度增加，颗粒与管道壁面的摩擦加剧，导致粉体游离脂肪含量增高，降低乳粉的流动性和冲调性。正压密相输送压力对粉体性质的影响及原因还有待于进一步深入研究。

重力输送则是利用重力使粉体在密封管道中运输，无外加压力，在运输过程中，粉体与管道壁面摩擦产生静电，导致粉体游离脂肪含量增高，也在一定程度上影响乳粉的溶解性。

2．4 充氮包装

为保证婴幼儿配方乳粉产品在货架期内的稳定品质，通常会将产品抽真空，并充入一定混合比例的惰性气体（如氮气和二氧化碳）。在惰性气体环境下，一方面可以减少氧化还原反应的发生，抑制脂肪和蛋白质的氧化及其他营养素的衰减；另一方面可以保持罐内相对稳定的气压，避免出现胀罐或瘪罐、乳粉结块等异常[16，17]。李鹏等[18]对自动充氮前后乳粉物理变化的研究表明，充氮包装后容积密度、振实容积密度等均有所升高，且有颗粒表面积增大、细粉比例减小、平均粒径增大的变化趋势，从而影响产品的溶解性。在利用自动包装机时，应当保证生产的连续性，避免产品在灌装机中过多停留。

3 小结

婴幼儿配方乳粉冲调性的影响因素很多，生产过程中的每一个环节都至关重要。企业应严格选取和控制关键参数，优化生产工艺，为消费者提供满意的产品。同时，产品的冲调方式（如冲调浓度，水温，搅拌强度、方式和时间等）对产品溶解性也会产生一定影响，企业应在保证奶液营养充足、安全和不产生其他危害的前提下，为消费者提供最适合的冲调方式。