基于响应曲面法优化肠内全营养乳剂的初乳剪切工艺

特殊医学用途配方食品，是为了满足进食受限、消化吸收障碍、代谢紊乱或特定疾病状态人群对营养素或膳食的特殊需要，专门工配制而成的一类配方食品。研究证明，合理应用FSMP能够有效补充病患营养，利于身体机能恢复，并缩短住院时间和节省住院费用。尽管FSMP在国内已经应用了30余年，但发展一直较为缓慢。近年来，随着对FSMP临床应用的逐渐重视，我国出台了一系列针对特医食品备案、注册、生产和监管的相关政策，形成了该类产品越来越专业化的发展趋势。

肠内营养乳剂是目前应用最为广泛的一款FSMP产品，其优越性体现在营养素直接经肠吸收利用，符合生理特点、使用方便、费用低，有助于维持肠黏膜结构和屏障功能。但因其组方、临床验证和生产技术、成本及质量管理的复杂性，导致了许多国内企业的谨慎投入，使得一些国际公司仍保持着在这一领域内绝对的竞争优势，这种现状不利于该产业的均衡发展。

响应面分析法，即响应曲面设计方法，是利用合理的试验设计方法并通过实验得到一定数据，采用多元二次回归方程来拟合因素与响应值之间的函数关系，通过对回归方程的分析来寻求最优工艺参数，解决多变量问题的一种统计方法。本文采用RSM方法对肠内营养乳剂制备过程中重要的剪切过程工艺参数进行了研究，旨在探索通过这种方法开发出肠内营养乳剂产品生产的合理工艺，以期为肠内营养乳剂的产业化提供依据，为相关患者的临床营养支持提供品种选择。

酪蛋白酸钠含有8种必需氨基酸，是一类牛奶来源的优质蛋白，营养价值高，同时作为一种常见的食品添加剂，具有乳化性、持水性，增加体系黏性的特点。乳清蛋白也是一种蛋白质乳化剂，并且在食品中应用也很广泛。本实验的乳剂组方选择了酪蛋白酸钠和乳清蛋白和作为蛋白质来源，不仅利用了这两种蛋白质的营养功能，同时也应用了两者的乳化特性，改善体系的黏性以及稳定性，有助于增加全营养乳剂体系的稳定性。

一、仪器和试剂

1、仪器

万分之一天平：美国奥豪斯公司L5实验室高剪切混合器：深圳市利康工程设备贸易有限公司；D-3L型高压均质机：美国PhDTech公司；Malvern3000激光粒度仪、MalvemNano-ZSP纳米粒度仪：英国马尔文公司；UV5200紫外-可见分光光度计：上海原析仪器有限公司；恒温油水浴锅：上海予华仪器设备有限公司；台式冷冻离心机：德国Eppendorf。

2、试剂

大豆油：新兴(铁岭)药业股份有限公司；中链甘油三酸酯(液体)MCT：广州市升彤贸易有限公司；中链甘油三酸酯(粉末)MCT：南京捷诺生物制品有限公司；紫苏籽油：河北家丰植物油有限公司；酪蛋白酸钠：河南盛之德商贸有限公司；乳清蛋白：美国AGROPUR公司；大豆磷脂(PC-50)：北京美亚斯磷脂技术有限公司，麦芽糊精：保龄宝生物股份有限公司；蔗糖：北京福润品源商贸有限公司，菊粉：卡尔迪克(上海)贸易有限公司；大豆多糖：山东聚源生物科技有限公司，维生素、矿物质预混料：帝斯曼(中国)有限公司；二次纯化水、超纯水：实验室纯水系统制备。

二、实验方法

1、样品制备

根据全营养乳剂应满足的能量和营养素的要求，称取所需的油相(10％)、乳化剂(2％)、营养素(碳水化合物1l％，蛋白质5.8％，维生素和矿物质2.3％)，量取所需水的体积。根据乳剂的基本制备工艺，PC-50搅拌分散在油相中，营养素溶解在水相中，将油相、水相加热到实验所需温度并用水浴锅保持在恒定温度，用实验室高剪切混合器剪切，得到初乳；然后使用高压均质机均质，均质条件为：均质压力70MPa，均质2次，制得口服纳米乳剂。

2、剪切工艺的响应面实验设计

响应面法是一种统计的方法，能够确定因变量的变化或者不确定之后的最理想响应值。本研究中使用Design—Expert软件，采用BBD(Box-BehnkenDesign)模型，用于考察三个重要的剪切工艺因素对初乳制备效果的影响。将剪切工艺过程中涉及到的剪切转速(r／min)、剪切时间(min)和剪切温度(℃)三个因素作为实验考察因素，以初乳粒径D₅₀和跨距作为响应值，三因素三水平，共17组实验。因素及编码水平如表1所示。

3、粒径及粒度分布测定

粒径和跨距直接影响体系的稳定状态，从而反映产品的安全性和有效性。通常认为，粒径和跨距越小，说明乳剂产品具有更好的稳定性。所制备初乳用激光粒度仪测定粒径，得到样品粒径分布D₉₀、D₅₀和D₁₀，每个样品测量三次。此方法测定准确、重复性好，根据下列公式计算粒径的跨距：

跨距=(D₉₀一D₁₀)／D₅₀

4、稀释稳定性测定

使用移液枪精确移取一定量均质后的纳米乳剂，稀释倍数分别为200倍、400倍、500倍，然后使用纳米粒度仪测定粒径、PDI和zeta-电位，测试温度设定为25℃。每个样品测量三次。

5、离心稳定性测定

离心稳定性(Ke值)能够直接反映乳剂体系的稳定状态，Ke值越小，乳剂稳定性越好。取均质后的纳米乳剂约2.5mL于离心管中，4000r／min离心15min。取50止离心管下层样品，超纯水稀释，定容到10mL容量瓶中，在500nm处测得吸光度A₀同样的方法测定未离心的样品吸光度A₀，并根据下列公式计算样品离心稳定性。

Ke=（Ao—A)／Ao×100％

三、结果与讨论

1、剪切条件的RSM实验研究

（1）实验设计与结果

运用Design-Expert软件进行数据处理和线性拟合以及回归分析，得到的最终方程是：

D₅₀=+3.42-1.5A-1.12B-1.17C+0.28AB+O.63AC+O.36BC-0.024A²+0.57B²-1.04C²

跨距=+8.75+2.61A+2.99B+3.44C-0.13AB+0.50AC+3.08BC-0.30A²+0.51B²-1.29C²根据表3，二次回归预测模型的方差分析结果表明，模型预测有显著性(P＜0.05)，说明此回归预测模型能描述响应值的变化规律，而且与实际实验具有较好的拟合程度。因此可以使用此预测模型对肠内营养乳剂的剪切工艺参数进行优化。

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