储存条件对含有不同乳清蛋白与酪蛋白比例的喷雾干燥婴儿配方奶粉物理化学性质的影响

《International Dairy Journal》：Influence of storage on physicochemical properties of spray-dried infant milk formula powders containing different whey protein-to-casein ratios

婴儿奶粉粉体制备中，乳清蛋白与酪蛋白比例（60:40、50:50、40:60）对储存稳定性的影响显著低于环境条件（相对湿度11%、23%、54%和温度22、40℃）。研究发现，低湿度（11%、23%）和常温（22℃）下产品稳定性优异（水分<4%、玻璃转化温度Tg>50℃、溶解度>95%），而高湿度（54%）加速Tg下降（<储存温度）、乳糖结晶、表面脂质迁移（>40%）及溶胀性崩溃（15-60天），蛋白质比例仅次要影响，酪蛋白占比高时抗结晶能力略低。

　　

A.K.M. Masum|Juhi Saxena|Jayani Chandrapala|Thom Huppertz|Benu Adhikari|Bogdan Zisu

孟加拉农业大学乳品科学系，孟加拉国迈门辛

摘要

本研究探讨了蛋白质组成和环境条件对婴儿配方奶粉（IMF）粉末物理化学稳定性的相对影响。实验使用了乳清蛋白与酪蛋白比例不同的IMF粉末（WP:CN = 60:40、50:50、40:60），其他成分（乳糖、脂肪和加工历史）保持一致，并在控制相对湿度（RH = 11%、23%、54%）和温度（22°C和40°C）下储存长达180天。通过监测外观、吸湿性、玻璃化转变温度（Tg）、表面形态、结晶度、表面组成和溶解度来评估稳定性机制。在所有配方中，储存在11%和23%相对湿度下的粉末保持稳定，表现出低水分含量（<4%）、高Tg（>50°C）、无定形乳糖、完整的颗粒形态以及超过95%的溶解度。相比之下，在54%相对湿度下储存时，22°C下60天内Tg迅速下降，乳糖结晶加剧，表面脂质迁移明显（>40%的表面积覆盖），颗粒结构崩解，溶解度显著降低（<60%）；40°C下15天内也出现类似现象。在此控制条件下，WP:CN比例对稳定性的影响较小，酪蛋白含量较高的粉末在结晶和溶解度损失方面表现出稍弱的抵抗力。这些结果表明，在典型配方范围内，乳糖驱动的相变和环境条件主导了IMF粉末的稳定性，而蛋白质组成的差异起次要调节作用。通过实验分离蛋白质比例的影响与其他配方变量，本研究明确了IMF粉末稳定性控制因素的相对层次，为配方稳健性和储存管理提供了指导。

引言

婴儿配方奶粉（IMF）旨在模拟母乳的营养和功能特性，是未进行母乳喂养婴儿的重要营养来源（欧盟委员会，2006年；食品法典，2007年）。IMF通常通过喷雾干燥制成粉末形式，这保证了微生物安全性、延长了保质期并便于储存和运输。然而，IMF粉末在储存过程中容易发生物理化学不稳定，导致结块、溶解度降低、营养成分流失和结构破坏（Hogan等人，2010年；Li等人，2016年；Saxena等人，2021年；Masum等人，2021年）。

IMF的蛋白质组成，特别是乳清蛋白与酪蛋白（WP:CN）的比例，是一个关键的配方因素。人乳中的WP:CN比例约为60:40，这与更好的消化率和营养功能相关（L?nnerdal，2003年）。相比之下，商业IMF产品的蛋白质组成各不相同，这会影响粉末结构、颗粒形态和储存稳定性（McCarthy等人，2013年；Saxena等人，2019年）。乳清蛋白由于其表面活性和溶解性可能影响界面组成，而酪蛋白则因其热稳定性和缓冲能力而对储存引起的变化具有不同的抵抗力（Masum等人，2020a）。

IMF中的主要碳水化合物是乳糖，它在粉末稳定性中起核心作用。喷雾干燥后的乳糖处于无定形状态，当产品温度超过玻璃化转变温度（T_g）时容易结晶（Zhou & Roos，2011年；Masum等人，2020b）。吸湿会加速T_g的下降和分子移动性的增加，导致乳糖结晶、蛋白质不稳定以及脂肪向粉末表面的重新分布。这些变化会导致结块、溶解度降低和复原性能下降（Huppertz & Gazi，2006年；Saxena等人，2020a；Masum等人，2020c）。重要的是，乳糖结晶与表面游离脂质的迁移密切相关，进一步强调了碳水化合物-脂质相互作用在决定粉末功能中的作用（Saxena等人，2020b）。

最近的研究进一步揭示了在不同配方和储存条件下影响IMF稳定性的因素。例如，Zhao、Truong和Chandrapala（2025年）的研究表明，对不同酪蛋白:乳清比例的乳制品粉末施加低频超声波可以显著改变颗粒大小和结构聚集模式，从而影响稳定性和溶解度。另一项关于聚集模型IMF粉末破裂行为的研究发现，乳清蛋白含量以及碳水化合物类型（乳糖、蔗糖、麦芽糊精）会影响结构强度、复水和结晶行为，当乳清占主导时，粉末的破裂倾向更大（Han等人，2022年）。另一篇近期综述讨论了基于蛋白质的因素（如蛋白质状态、乳液性质和热稳定性）对IMF质量的重要性，包括对吸湿性和粉末老化的抵抗力（Li & Zhu，2025年）。Qí等人（2024年）还对结晶乳糖的特性进行了研究，表明乳糖结晶参数（晶体大小、形态）显著影响下游粉末功能。总体而言，这些发现强调了配方（蛋白质/碳水化合物比例、蛋白质状态）、加工（干燥、超声波处理、聚集）和储存（温度、湿度）是决定IMF稳定性的复杂相互作用因素。

尽管关于乳糖玻璃化转变和环境条件对粉末稳定性影响的研究很多，但蛋白质组成的具体贡献仍不够明确。虽然乳清蛋白和酪蛋白之间的差异被认为会影响水分吸收、结构转变和表面性质，但蛋白质效应通常是在乳糖含量、脂肪水平或加工历史也发生变化的系统中进行评估的。因此，目前尚不清楚乳清蛋白与酪蛋白（WP:CN）的比例是储存稳定性的主要驱动因素，还是相对于乳糖控制的相变和环境因素的次要调节因素。

因此，本研究旨在区分蛋白质组成和储存条件对婴儿配方奶粉（IMF）粉末物理化学稳定性的相对影响。在相同的配方和加工条件下制备了不同WP:CN比例的喷雾干燥IMF粉末，从而将蛋白质比例的影响与其他组成变量区分开来。这些粉末在控制相对湿度（11%、23%、54%）和温度（22°C和40°C）下储存长达180天，监测了水分含量、玻璃化转变温度、表面形态、结晶度、表面组成和溶解度的变化，以比较稳定性机制。通过在受控环境中直接比较配方和环境因素的影响，本研究旨在明确影响IMF粉末稳定性的因素层次，并为配方稳健性和储存管理提供依据。

材料

Saputo Dairy Australia（澳大利亚墨尔本）提供了中热脱脂奶粉（MH-SMP）和乳糖。乳清蛋白浓缩粉（WPC80）来自Fonterra Australia Limited（澳大利亚墨尔本）。使用的是当地购买的葵花籽油（Coles?葵花籽油，Coles超市，澳大利亚墨尔本）。氯化钾、碳酸钙、磷酸二氢钾、磷酸二氢钠和氯化镁从Science Supply（墨尔本）购买。

结果与讨论

为了评估配方和储存环境对婴儿配方奶粉（IMF）粉末稳定性的相对贡献，在相同的配方和加工条件下制备了仅乳清蛋白与酪蛋白（WP:CN）比例不同的粉末，并在控制相对湿度和温度下储存。这种设计有助于将蛋白质组成的影响与其他组成变量区分开来，并能够直接与环境因素的影响进行比较。

结论

通过系统地评估在相同加工和储存条件下的配方和环境变量的影响，本研究明确了这些因素在决定婴儿配方奶粉（IMF）粉末稳定性中的相对重要性。结果表明，储存行为主要受环境湿度和温度的影响，它们通过控制玻璃化转变温度（Tg）和乳糖相行为来发挥作用，而乳清蛋白与酪蛋白的比例变化

作者贡献声明

AKM Masum：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 初稿，方法学，概念化。Juhi Saxena：撰写 – 初稿，方法学。Jayani Chandrapala：撰写 – 审稿与编辑，监督。Benu Adhikari：撰写 – 审稿与编辑，监督，概念化。Bogdan Zisu：撰写 – 审稿与编辑，监督，概念化。Thom Huppertz：撰写 – 审稿与编辑，监督，概念化

未引用参考文献

Drapala等人，2017年；F?ldt和Bergenst?hl，1996年；Faldt等人，1993年；Hogan和O'callaghan，2010年；Lonnerdal，2003年；Murphy等人，2015年；Saxena等人，2021a。

利益冲突声明

我们声明没有利益冲突。本研究未接受来自公共部门、商业部门或非营利组织的任何特定资助。

致谢

第一作者感谢澳大利亚RMIT大学的财政支持。