嬰幼兒配方奶粉粉體流動性研究
當母乳不足或無法母乳喂養時,嬰幼兒配方奶粉是嬰幼兒不可或缺的主食,是關系到億萬家庭幸福和國家民族未來的特殊食品。嬰幼兒配方奶粉的粉體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業特性如粉體流動性、沖調性、抗吸濕性以及貯藏穩定性等。由于粉體由顆粒、顆粒表面、顆粒內部、間隙的水分以及顆粒間的空氣組成的多相分散體系,其特性較為復雜,影響因素眾多,因此有必要對嬰幼兒配方奶粉的粉體特性進行深入研究。
流動性是嬰幼兒配方奶粉粉體特性的重要指標。粉體的流動是指粉末顆粒之間相互發生移動的容易程度,即流動阻力與粉體的粒度分布,顆粒形態、水分含量、游離脂肪和乳糖含量等密切相關,會影響奶粉的沖泡性和貯藏穩定性。流動性較差會影響消費者體驗及奶粉的輸送和罐裝,造成堵塞運輸管道和下料困難等問題;流動性太好也會導致在灌裝中出現漏粉,影響奶粉灌裝進程,因此,奶粉的流動性對消費者和生產企業相當重要。奶粉的流動性可以用粉體的休止角、平板角、凝集度、壓縮度及Carr指數等指標來表征。
由表1可知,市售14個不同品牌嬰幼兒配方奶粉樣品的休止角、平板角、壓縮度、凝集度和Carr指數范圍分別為42.03-51.57、50.54-61.65、8.33%-29.00%、46.17%-77.13%和42.00-55.00,根據Carr指數表判斷所有樣品的流動性均不太理想,在粉體輸送中容易發生管路堵塞現象,但樣品8、樣品10、樣品11、樣品12、樣品13的壓縮度<15%,表現出相對較好的抗擠壓性。國產和進口嬰幼兒配方奶粉部分樣品的平板角、壓縮度和凝集度存在顯著性差異(P<0.05),休止角和Carr指數無明顯差異,但從平均值來看,國產嬰幼兒配方奶粉(樣品1-10)的休止角平均值高于進口奶粉(樣品11-14),而Carr指數平均值則低于進口奶粉,壓縮度顯著高于進口奶粉,表明國產嬰幼兒配方奶粉粉體顆粒的抗擠壓性和流動性不如進口奶粉,因此,可以通過研究國產與進口嬰幼兒配方奶粉粉體特性差異來改善國產嬰幼兒配方奶粉粉體的流動性。
14種嬰幼兒配方奶粉部分樣品間的休止角、平板角、壓縮度、凝集度存在顯著差異(P<0.05),可能與粉體的粒度分布、水分活度、水分含量和顆粒形態等因素有關,其中粒度分布是主要影響因素,受嬰幼兒配方奶粉生產工藝的影響。因此,可以進一步分析粒度分布、水分含量和水分活度與粉體流動性的相互關系。
不同品牌的嬰幼兒配方奶粉粉體基本物理特性比較,由表2可知,14種樣品在0-30、0-50、0-100、100-200、200-300、300-500、>500μm的顆粒體積占比范圍分別為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種樣品中部分樣品間的基本物理特性存在顯著差異(P<0.05),國產與進口樣品中部分樣品間的細粉顆粒(≤100μm)、中等大小顆粒(100-200μm)、粗粉顆粒(≥200μm)顆粒體積占比及平均粒徑、徑距和一致性均存在顯著差異(P<0.05)。從樣品1-10和11-14的平均值可以看出,國產樣品的細粉顆粒(≤100μm)顆粒體積占比顯著高于進口樣品(P<0.05),而粗粉顆粒(≥200μm)顆粒體積占比則顯著低于進口樣品(P<0.05),國產樣品的平均粒徑也顯著低于進口樣品(P<0.05),但國產樣品的標準偏差較大,說明10種國產樣品的平均粒徑差異較大。國產樣品的徑距和一致性均高于進口樣品,說明國產樣品的粒度分布寬度大于進口樣品且粒度分布的均勻性不如進口樣品。二者水分活度較為接近,而國產樣品的水分含量略高于進口樣品。
多元線性回歸存在多個自變量,可用于解釋多個自變量與因變量之間的線性關系。。以粒度分布(X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7分別代表0-30、0-50、0-100、100-200、200-300、300-500、>500μm顆粒體積占比)、水分活度(X8)和水分含量(X9)為自變量,Carr指數為因變量(Y),基于*小二乘估計法確定線性回歸系數(β0為常數,β1-9為各自變量回歸系數),建立Carr指數的多元線性回歸模型。結果如表4和圖3所示。由表4可知,線性回歸系數R=0.991,說明粒度分布、水分活度及水分含量與Carr指數之間存在較強的線性相關性。擬合優度R2與調整后的擬合優度R2差異較小,說明該模型能準確反映和預測Carr指數的變化。F值較大,且P=0.003<0.01,通過檢驗,說明該方程具有顯著性,即該回歸方程有效。由圖3可知,Carr指數的預測值與真實值之間能夠很好擬合,模型殘差較小,模型準確度較高。
基于*小二乘估計法建立粒度分布、水分活度及水分含量與Carr指數的多元線性回歸模型,可用于改善和預測嬰幼兒配方奶粉的流動性,可為嬰幼兒配方奶粉生產工藝的改進提供參考。
