婴幼儿配方奶粉粉体流动性研究

当母乳不足或无法母乳喂养时,婴幼儿配方奶粉是婴幼儿不可或缺的主食,是关系到亿万家庭幸福和国家民族未来的特殊食品。婴幼儿配方奶粉的粉体特性包括基本的物理特性例如粒度分布、水分活度和水分含量以及商业特性如粉体流动性、冲调性、抗吸湿性以及贮藏稳定性等。由于粉体由颗粒、颗粒表面、颗粒内部、间隙的水分以及颗粒间的空气组成的多相分散体系,其特性较为复杂,影响因素众多,因此有必要对婴幼儿配方奶粉的粉体特性进行深入研究。

流动性是婴幼儿配方奶粉粉体特性的重要指标。粉体的流动是指粉末颗粒之间相互发生移动的容易程度,即流动阻力与粉体的粒度分布,颗粒形态、水分含量、游离脂肪和乳糖含量等密切相关,会影响奶粉的冲泡性和贮藏稳定性。流动性较差会影响消费者体验及奶粉的输送和罐装,造成堵塞运输管道和下料困难等问题;流动性太好也会导致在灌装中出现漏粉,影响奶粉灌装进程,因此,奶粉的流动性对消费者和生产企业相当重要。奶粉的流动性可以用粉体的休止角、平板角、凝集度、压缩度及Carr指数等指标来表征。

由表1可知,市售14个不同品牌婴幼儿配方奶粉样品的休止角、平板角、压缩度、凝集度和Carr指数范围分别为42.03-51.57、50.54-61.65、8.33%-29.00%、46.17%-77.13%和42.00-55.00,根据Carr指数表判断所有样品的流动性均不太理想,在粉体输送中容易发生管路堵塞现象,但样品8、样品10、样品11、样品12、样品13的压缩度<15%,表现出相对较好的抗挤压性。国产和进口婴幼儿配方奶粉部分样品的平板角、压缩度和凝集度存在显著性差异(P<0.05),休止角和Carr指数无明显差异,但从平均值来看,国产婴幼儿配方奶粉(样品1-10)的休止角平均值高于进口奶粉(样品11-14),而Carr指数平均值则低于进口奶粉,压缩度显著高于进口奶粉,表明国产婴幼儿配方奶粉粉体颗粒的抗挤压性和流动性不如进口奶粉,因此,可以通过研究国产与进口婴幼儿配方奶粉粉体特性差异来改善国产婴幼儿配方奶粉粉体的流动性。

14种婴幼儿配方奶粉部分样品间的休止角、平板角、压缩度、凝集度存在显著差异(P<0.05),可能与粉体的粒度分布、水分活度、水分含量和颗粒形态等因素有关,其中粒度分布是主要影响因素,受婴幼儿配方奶粉生产工艺的影响。因此,可以进一步分析粒度分布、水分含量和水分活度与粉体流动性的相互关系。

不同品牌的婴幼儿配方奶粉粉体基本物理特性比较,由表2可知,14种样品在0-30、0-50、0-100、100-200、200-300、300-500、>500µm的颗粒体积占比范围分别为0.21%-3.13%、1.22%-9.44%、5.13%-29.75%、23.79%-32.75%、18.59%-29.69%、15.89%-33.55%、3.38%-7.84%。14种样品中部分样品间的基本物理特性存在显著差异(P<0.05),国产与进口样品中部分样品间的细粉颗粒(≤100µm)、中等大小颗粒(100-200µm)、粗粉颗粒(≥200µm)颗粒体积占比及平均粒径、径距和一致性均存在显著差异(P<0.05)。从样品1-10和11-14的平均值可以看出,国产样品的细粉颗粒(≤100µm)颗粒体积占比显著高于进口样品(P<0.05),而粗粉颗粒(≥200µm)颗粒体积占比则显著低于进口样品(P<0.05),国产样品的平均粒径也显著低于进口样品(P<0.05),但国产样品的标准偏差较大,说明10种国产样品的平均粒径差异较大。国产样品的径距和一致性均高于进口样品,说明国产样品的粒度分布宽度大于进口样品且粒度分布的均匀性不如进口样品。二者水分活度较为接近,而国产样品的水分含量略高于进口样品。

多元线性回归存在多个自变量,可用于解释多个自变量与因变量之间的线性关系。。以粒度分布(X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7分别代表0-30、0-50、0-100、100-200、200-300、300-500、>500µm颗粒体积占比)、水分活度(X8)和水分含量(X9)为自变量,Carr指数为因变量(Y),基于*小二乘估计法确定线性回归系数(β0为常数,β1-9为各自变量回归系数),建立Carr指数的多元线性回归模型。结果如表4和图3所示。由表4可知,线性回归系数R=0.991,说明粒度分布、水分活度及水分含量与Carr指数之间存在较强的线性相关性。拟合优度R2与调整后的拟合优度R2差异较小,说明该模型能准确反映和预测Carr指数的变化。F值较大,且P=0.003<0.01,通过检验,说明该方程具有显著性,即该回归方程有效。由图3可知,Carr指数的预测值与真实值之间能够很好拟合,模型残差较小,模型准确度较高。

基于*小二乘估计法建立粒度分布、水分活度及水分含量与Carr指数的多元线性回归模型,可用于改善和预测婴幼儿配方奶粉的流动性,可为婴幼儿配方奶粉生产工艺的改进提供参考。