基于兩種檢測方法對特膳食品滲透壓測定的比對

潘麗蓉，吳 媛，趙子彥，袁文萱，方恩華，徐敦明

（廈門海關技術中心，福建 廈門 361013）

滲透壓是生物體內(nèi)滲透的必要條件，是生物化學涉及的一項重要指標，它與人體的代謝系統(tǒng)和健康密切相關，在生物體中參與到溶質(zhì)的擴散、生物膜的液體轉運各種生物的過程[1-2]。正常人體血漿的滲透壓范圍為（300±20）mOsmol/kg（37 ℃體溫下）[3]，高滲透壓會讓細胞內(nèi)的水分被吸出，造成不同程度萎縮[4]；低滲透壓的產(chǎn)品則會使細胞內(nèi)充滿水分，嚴重可至漲破[4]，因此在生物制藥（制備靜脈輸液、營養(yǎng)液、電解質(zhì)溶液或者利尿藥等制劑）中應用廣泛[5]。隨著人們對滲透壓深入研究發(fā)現(xiàn)：高滲透壓的配方食品被嬰幼兒食用吸收后，會引起血液黏稠的滲透壓升高，腎血流動力學改變，使腎小球、腎小管處于高滲狀態(tài)，高滲狀態(tài)過長會引起胃食管反流[6]，腎小球、腎小管壞死[7-8]，對嬰幼兒健康的造成損害[9]，因此滲透壓也受到各大特醫(yī)食品企業(yè)的廣泛關注，正逐漸將產(chǎn)品滲透壓作為產(chǎn)品研發(fā)、配方制定等方面的重要參考指標之一，以確保能夠滿足特醫(yī)人群身體健康需求。

我國GB 25596—2010《特殊醫(yī)學用途嬰兒配方食品通則》[10]中明確規(guī)定“早產(chǎn)/低出生體重兒配方乳粉的標簽應標注產(chǎn)品的滲透壓值”（截止到2021年底，我國已批準注冊的71 個特殊醫(yī)學用途配方食品中有35 個在產(chǎn)品標簽標注了滲透壓值；在國際食品法典委員會、歐盟、澳新食品標準等規(guī)定需要在標簽中標注滲透壓值的產(chǎn)品范圍。但在現(xiàn)行的標準中，并沒有食品中滲透壓的檢測標準，中國藥典[11]、美國藥典[12-13]、歐洲藥典[14]、日本藥典[15]等國內(nèi)外醫(yī)學典籍文件中，也只規(guī)定了藥品中冰點滲透壓檢測方法。

滲透壓的檢測方法有冰點法和露點法，但國內(nèi)外關于食品中滲透壓的檢測方法主要集中在冰點法，對于露點法的報道很少，研究方向多為原料各組分對樣品滲透壓[16-18]的影響和乳粉的開發(fā)[19-21]。賈宏信等[22]通過冰點法的測定結果發(fā)現(xiàn)益生菌粉的加入會導致嬰兒配方粉沖調(diào)液的滲透壓升高；王雙佳等[23]分析膳食營養(yǎng)素的攝入情況對母乳滲透壓的影響，發(fā)現(xiàn)膳食鉀、鐵、葉酸攝入量與滲透壓呈正相關，而VB2、VC等攝入量與滲透壓呈負相關；申雪然等[3]發(fā)現(xiàn)嬰幼兒配方粉中各原料中對于滲透壓影響較大的原料組分是碳水化合物的種類、總碳水化合物及灰分含量；在基于Nair[24]和Magan[25]等的研究基礎上，趙善舶等[26]發(fā)現(xiàn)豆基嬰兒配方粉的滲透壓值更接近母乳滲透壓值（270～310 mOsmol/kg），更加容易被嬰幼兒吸收；傅駿青等[27]僅從儀器使用角度分析冰點儀和露點儀，比對了兩種儀器在使用上的優(yōu)劣勢。

目前，滲透壓的研究也局限于各種原料配比對滲透壓的影響，忽略了在實際食用過程中，因個人習慣的不同對沖泡溶液滲透壓情況所帶來的影響。本研究從實際食用情況出發(fā)，考察沖泡溫度和沖泡方式兩個方面對于滲透壓測定值的影響。并針對兩種檢測方法之間的差異性進行分析研究，提出樣品溶液是否為理想稀溶液狀態(tài)是影響兩種檢測方法出現(xiàn)顯著差異的原因，旨在為后續(xù)滲透壓的研究提供理論基礎和方向，為特膳食品中滲透壓研究提供一些技術支持和研究思路。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

選擇市面在售的粉狀特殊膳食用食品，樣品類別涵蓋目前已獲得產(chǎn)品注冊證書的產(chǎn)品，同時還有選擇了部分國外市場銷售的嬰幼兒特殊食品，本次共收集樣品46 份，9 種類型樣品，包括氨基酸配方粉7 份，乳蛋白深度水解配方粉4 份，乳蛋白部分水解配方粉4 份，早產(chǎn)/低出生體質(zhì)量配方粉9 份，無乳糖配方粉3 份，全營養(yǎng)配方粉4 份，苯丙酮尿癥配方粉4 份，成人營養(yǎng)品3 份，0～6 個月嬰幼兒配方粉8 份，共計46 份。

氯化鈉校正基準溶液（滲透壓摩爾濃度50、100、290、850、1 000 mOsmol/kg）中國計量科學研究院；氯化鈉校正基準溶液（100、290、1 000 mmol/kg）美國ELITech Group公司；氯化鈉（工作基準試劑）國藥集團化學試劑有限公司；實驗室用水為GB/T 6682—2008《分析實驗室用水》規(guī)定的一級水。

1.2 儀器與設備

VAPRO 5600露點滲透壓儀 美國WESCOR公司；YASN 210冰點滲透壓儀 英國雅森公司。

1.3 方法

1.3.1 冰點法

1.3.1.1 儀器校正

按照儀器校正規(guī)程，使用50、850、290 mOsmol/kg三種氯化鈉基準試劑標準溶液對冰點滲透壓儀器進行校正，測試樣品的滲透壓值應在校正溶液的范圍內(nèi)。

1.3.1.2 試樣測定

按照儀器操作規(guī)程，精確吸取50 μL的測試樣品加入樣品管中（避免產(chǎn)生氣泡）后，按照儀器的操作規(guī)程進行實驗操作測定數(shù)據(jù)，待測定完成后記錄數(shù)據(jù)。測定完成后，紙巾輕輕擦拭干凈探針，靜置待儀器穩(wěn)定后，再進行下一樣品的測試。

1.3.2 露點法

1.3.2.1 儀器校正

按照儀器校正規(guī)程，使用100、1 000、290 mmol/kg氯化鈉基準試劑標準溶液對于露點滲透壓儀器進行校正，測試的樣品應在校正溶液的范圍內(nèi)。

1.3.2.2 試樣測定

按照儀器規(guī)程要求，用移液器準確吸取10 μL的測試樣品，使待測樣液被載片紙均勻吸附后，按照儀器的操作規(guī)程進行實驗操作測定，待測定完成后記錄數(shù)據(jù)。

測定完成后，擦拭干凈樣品池，并等儀器穩(wěn)定后，再進行下一樣品的測試。

2 結果與分析

2.1 測試樣品的測定結果

采用冰點法和露點法對同一樣品的測定數(shù)據(jù)如表1所示，平均每個樣品測定3 次，冰點法平均檢測范圍為195～763 mOsmol/kg，相對標準偏差（relative standard deviation，RSD）為0.20%～4.08%；露點法平均檢測范圍為197～649 mmol/kg，RSD為0.00%～3.66%。對于嬰幼兒而言，乳液的滲透壓在正常的母乳范圍（286～319 mOsmol/kg）[22]最容易被吸收，最高不能超過有400 mOsmol/kg[18]，否則會有腹瀉的風險，在43 個樣品（3 個成人營養(yǎng)品除外），共有11 個樣品采用兩種滲透壓檢測方法，其檢測數(shù)據(jù)均高于400 mOsmol/kg。

表1 市售樣品滲透壓的測定Table 1 Results of determination of the osmolality of commercially available samples

2.2 測定結果影響分析

吳國輝[28]采用冰點法測定同一類型不同沖調(diào)濃度的嬰幼兒配方食品的滲透壓，得出沖調(diào)比例在1∶6左右時測定的滲透壓值更接近正常人體生理的滲透壓值。該研究關注到樣品與水的沖調(diào)比例對滲透壓的影響，對于設計配方粉的沖調(diào)方式提供理論基礎。但在實際沖調(diào)過程中，消費者是按照標示的沖調(diào)比例進行沖調(diào)乳粉，不會重新進行調(diào)整比例，因此本實驗是對實際沖調(diào)過程中存在影響滲透壓的因素進行研究。通過研究發(fā)現(xiàn)：實際沖調(diào)過程中，采用建議沖調(diào)方式會由于人為習慣的不同，影響每次奶粉的沖泡質(zhì)量出現(xiàn)上下浮動，從而導致樣品溶液的滲透壓出現(xiàn)較大的波動，會對食用者帶來不良影響，若要降低該種情況的發(fā)生，建議按照標簽上標示的質(zhì)量進行準確稱量；在測定過程中，溶液溫度會逐漸降低，則會導致樣品溶液的均一性降低，會對樣品測定結果的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，因此，在測定過程中建議保持恒溫進行測定。

2.2.1 沖調(diào)方式的影響

在實驗過程中發(fā)現(xiàn)，通常實驗樣品外包裝標識兩種沖調(diào)方式：一種為標準沖調(diào)方式，詳細標識所需克數(shù)和沖調(diào)水量，見圖1；還有一種為建議沖調(diào)方式，提示消費者使用隨附量勺的操作要求和沖調(diào)水量，見圖2。通過對兩種沖調(diào)方式?jīng)_泡的樣品進行測定（表2），從結果可以看出，沖調(diào)方式的不同要求導致滲透壓的測定值出現(xiàn)偏差。

圖1 標準沖調(diào)方式圖Fig.1 Standard reconstitution method

圖2 建議沖調(diào)方式圖Fig.2 Recommended reconstitution method

表2 不同沖泡方式測定值Table 2 Measured osmolality of formulated foods with different reconstitution methods

通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，對于同一乳粉，部分嬰幼兒在食用后會出現(xiàn)腹瀉等情況，結合上述對于沖泡方式的結論，對造成該腹瀉情況進行研究。對于建議沖調(diào)方式所稱取的質(zhì)量與標準沖調(diào)方式所要求的質(zhì)量進行情況比對，分析二者的差異性，選擇3 位實驗者，對同一樣品進行稱取，每位實驗者平行操作2 次，結果見表3、圖3。從圖3可以看出，按照建議沖調(diào)方式所稱取質(zhì)量無法準確達到理論質(zhì)量，且同一實驗人員每次稱取的質(zhì)量也無法完全一致。因為稱量會對滲透壓的值帶來影響。Pascale[29]、Sutphen[6]和Tolia[30]等研究表明，如果喂養(yǎng)時的滲透壓過高，會影響嬰兒的胃排空時間，進而影響胃食管反流的發(fā)生率，會對嬰幼兒的健康帶來影響，因此，在食用時，建議稱量盡量與其標準質(zhì)量保持一致，從而減少胃食管反流的發(fā)生率。

圖3 6 份乳粉理論質(zhì)量與實際質(zhì)量比對Fig.3 Comparison of theoretical and actual masses of six kinds of milk powder

表3 實驗標準質(zhì)量參數(shù)Table 3 Experimental standard grammage parameters

2.2.2 溶液溫度影響

在實驗過程中，樣品沖泡溫度一般是在40～55 ℃之間，遇水后會形成乳白色液體，但部分實驗樣品溶液在放置過程中，隨著放置時間延長，溶液溫度下降，會逐漸出現(xiàn)明顯的分層情況，造成樣品的均一性較差。對于冰點儀器的測定是依據(jù)金屬探針誘導溶液結冰，若樣品的均一性較差，形成樣品不同層面冰點差異，導致無法穩(wěn)定誘導結晶，易出現(xiàn)冰點檢測結果不穩(wěn)定。露點法是依據(jù)樣品中水分凝結在熱敏電阻上方，使熱敏電阻在露點溫度下進行冷卻。若樣品均一性較差，取樣部分水分含量較低或者較高，也會對數(shù)值存在影響。為進一步驗證上述情況，對保持在樣品標識沖調(diào)溫度的試樣，以及按照標識方式?jīng)_調(diào)后靜置降至室溫的實驗樣品，分別進行檢測。通過表4匯總比對的檢測結果可以看出，穩(wěn)定在樣品標識食用溫度狀態(tài)下的實驗樣品，測定值平行性更好，因為在滲透壓的測定過程中，盡量維持在沖泡時的溫度（恒溫）。

表4 不同溫度下的測定數(shù)據(jù)Table 4 Measured osmolality at different temperatures

2.3 兩種檢測方法的差異性分析

對于46 個樣品分別采用冰點法和露點法進行測定，從表1可以看出，冰點法和露點法的測定結果并不一致，精密度在0.2%～16.2%（分布情況見圖4）。利用統(tǒng)計學分析（t檢驗）法對結果進行檢驗，在顯著性水平α=0.05時，樣品t檢驗結果小于臨界值2.776，說明樣品的均勻性良好，從表1可以看出共有31 個樣品具有顯著差異。

圖4 樣品精密度分布圖Fig.4 Precision distribution of samples

基于滲透壓的研究，對測定的46 個樣品的配料及營養(yǎng)成分表（蛋白質(zhì)、乳糖、微量元素含量等）進行分析，發(fā)現(xiàn)該分析方法不僅耗費大量時間與精力，且部分樣品不能獲得全面準確的信息，通過現(xiàn)有的數(shù)據(jù)也并未發(fā)現(xiàn)有較為明顯的規(guī)律。通過兩種檢測方法所遵循的拉烏爾定律，結合兩種檢測儀器的使用原理，推測造成兩種方法測定結果差異性的原因和溶液本身的性質(zhì)有關。

2.4 兩種方法結果一致性考察

蒸汽壓下降、沸點升高、凝固點下降和滲透壓是稀溶液依數(shù)性的主要體現(xiàn)[31]，而滲透壓的兩種測定方法：冰點法和露點法，其測定原理也均符合拉烏爾定律。冰點法測定結果的表示單位為mOsmol/kg，而露點法的測定結果表示單位為mmol/kg，兩種結果的表述單位并不相同，無法直接判斷兩者的測定結果是否具有一致性。因此采用間接法驗證兩者測定結果是否具有一致性。

本實驗配制質(zhì)量濃度為0.3～2.5 g/100 mL的氯化鈉溶液，分別采用冰點滲透壓儀和露點滲透壓儀進行測定，不同濃度的氯化鈉溶液相對應的滲透壓值結果如表5、圖5所示。從圖5可以看出，兩種方法的滲透壓測定值基本重合，可以間接推斷出：對于0.3～2.5 g/100 mL氯化鈉溶液兩種方法的滲透壓測定結果具有一致性。

圖5 不同氯化鈉溶液的滲透壓值檢測值Fig.5 Measured osmolarity of NaCl solutions of different concentrations

表5 不同氯化鈉溶液的滲透壓檢測值Table 5 Measured osmolarity of NaCl solutions of different concentrations

拉烏爾定律使用的前提為理想稀溶液。理想稀溶液是指由溶液由一種溶質(zhì)分子和一種溶劑分子組成，若兩種分子的大小相等，并且同種分子和異種分子之間的相互作用也相同，在等溫和等壓的條件下，將兩種分子混合是沒有體積變化，同時也沒有焓變。而氯化鈉溶液符合理想溶液的定義，溶液中僅有氯化鈉一種溶質(zhì)。但對于實際樣品，基質(zhì)結構復雜，成分繁多（含有維生素、蛋白質(zhì)、脂肪等），各個物質(zhì)之間的相互作用力不同，很難符合理想稀溶液的定義，因此，兩種測定方法在實際檢測中的結果具有差異性。

3 討論與結論

本研究對9 種類型特殊膳食用食品分別采用冰點法和露點法進行測定，測定結果表示：冰點滲透壓值檢測范圍為195～763 mOsmol/kg，RSD為0.20%～4.08%；露點法檢測范圍為197～649 mmol/kg，RSD 為0.00%～3.66%。其中有18 個樣品的兩種方法的測定結果精密度大于5%。本研究發(fā)現(xiàn)在實際沖調(diào)過程中，溶液的沖調(diào)方式對檢測結果影響較大；樣品溶液溫度波動會造成溶液的均一性降低，從而對樣品測定結果的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，因此在實驗中需要保持溶液的溫度。測定結果通過t檢驗分析，發(fā)現(xiàn)有31 個樣品兩種測定方法比對存在顯著差異，實驗對該種情況進行研究，推斷當樣品溶液達到理想狀態(tài)下的稀溶液時，兩種檢測方法不存在顯著差異。本研究從實際食用角度出發(fā)，對特殊膳食用食品的產(chǎn)品生產(chǎn)設計過程中，提供了一些亟需注意的關鍵點：例如在生產(chǎn)過程中不僅需要注意原料配比的科學性，關注沖調(diào)后溶液的均一性，更要謹慎看待沖調(diào)方式的標識和取粉勺誤差情況的存在，從而減少對食用人群不必要的傷害。本研究立足于兩種檢測方法差異性比對，并提出稀溶液狀態(tài)是導致兩種檢測方法的出現(xiàn)顯著差異的主要因素，為滲透壓后續(xù)的研究提供一種新思路，為后續(xù)兩種檢測方法的測定范圍提供新的方向。隨著社會各界對食品中滲透壓檢測的關注，未來需要進一步開展研究，為國民食品安全的發(fā)展建設提供理論基礎。