确定食品保质期的理论和技术

确定食品保质期的理论和技术

食品的保质期是指预示在任何标签上规定的条件下保证食品质量的日期。在此期间，食品完全适用于出售，并符合标签上或产品标准中所规定的质量。通过食品保质期，消费者可以了解所购产品的质量状况，生产商可以指定正确的流通途径和销售模式。

但由于食品在配方、工艺、包装等各方面的差异，各类食品有不同的保质期。尽管国家对已有的各大类食品的保质期已有具体的规定，但对于新产品的出现以及新工艺、新技术等的应用，生产商需对产品的保质期进行准确的测定，以保证产品在流通、销售等环节中质量的稳定，满足消费者对产品安全、新鲜、营养的更高需求。

l影响食品保质期的因素

食品是一个多元的、活跃的复杂体系，和食品品质有关的微生物增殖、酶反应、物化变化等都可能会在同一时间发生，而外界一些条件如温度、湿度也会影响这些反应的进行。和食品保质期有关的因素主要有食品的化学组成、加工技术、包装形式和贮藏条件等。水分含量高、蛋白质丰富的食品是微生物优良的培养基，微生物的快速增殖很容易使食品腐败变质。脂肪特别是不饱和脂肪酸容易产生脂质自动氧化，使产品氧化酸败，当同时有Fe，Cu等矿物质存在时，会加速这种反应的进行。因此研究者在开发一种新产品时，为了延长保质期，会根据化学组成，添加一些防腐剂、抗氧化剂等。而超高温、高压、辐照等杀菌及无菌包装技术的应用，可使容易腐败的食品如牛奶的保质期由原来的l0天延长至90天。为了减少氧气对产品质量的影响，抽真空、充氮、二氧化碳的包装也应运而生。

2确定保质期的方法

在研发新产品或对已有产品的配方或工艺改进的过程中，由于时间的限制，研发人员不可能对产品的保质期进行实际的测定，特别是那些经处理后不易滋生微生物产生腐败的食品。在这种情况下，研发人员为了较准确地预计产品的保质期，一般先通过查阅文献资料，寻找有相同化学变化的相关产品，借鉴其保质期数据；或通过在短时间内加速破坏条件下得到的实验数据来外推估计可能的保质时间。

在产品上市后，再继续通过实际货架条件下随机抽取样品的方式来验证保质期，另外也可以根据消费者的质量投诉来了解保质期的状况[Zl。在这些方法中，实验室研究人员应用的最多、系统性最强的是加速破坏性实验(ASLT)。把最终产品储存于一些加速破坏的恶劣条件下，定期检验质量的变化确定此种条件下的保质期，然后以这些数据外推确定实际储存条件的保质期，其理论依据是和食品质量有关的化学动力学原理。

根据Labuza的推理，食品体系中质量损失是各影响因素导致的共同结果，它们之间遵循动力学反应规律(1)。

dMdt表示食品质量随时间的变化，Cx，表示内部因素，包括各反应物质的浓度、微生物的水平、催化剂、抑制剂、pH以及水分活度等，Ex表示外在的一些环境影响因素如温度、相对湿度、光照、机械压力等。在这些综合的因素中，首先需确认哪种反应(酶反应、物理化学变化、微生物增殖)是影响质量下降的关键过程，然后根据质量随时间变化的数据进行统计拟合确定反应级数，在其他外界条件固定的情况下，假定反应速度常数恒定。

与食品质量有关的各种生物、化学反应对温度、湿度、氧气含量等外界条件都很敏感。就温度而言，可以根据从热力学定律推导过来的温度和速度常数之间存在的Arrhenius关系式来预测温度对食品变质程度的影响(2)。

k=koe-~ (2)

这里k为速度常数，k。为关系式常数，E为活化能，R为气体常数，T为绝对温度。对于一定的变质程度和反应级数，速度常数通常反比达到一定程度质量损失所需的时间。因此相差10~C的反应速度常数比值Q 。在此就是两个保质期时间的比值。当要预计某一保藏温度下的食品保质期时，提高保藏温度加速食品变质，在较短的时间内测定该温度下的保质期，根据Q 。值便可预测正常温度下的保质期。因此获知Q 。值是温度的ASLT实验中最重要的。对于大多数食品，Q 。是未知的；并且Q 。随食品配料组成的变化而发生改变。为了得到Q 。的结果，只有在至少3个温度下进行贮藏实验，并且温度范围较小时才能得到精确的Qlor41。

用这种外推的方法来测定食品的保质期，尽管可以大大缩短测定时间，但其准确度受到许多因素的影响。如前面提到的温度范围的选择，当温度升高时，除了反应速度增加外，还会发生许多物质的物化变化如结晶、浓缩、溶解、脂质熔化、玻璃相变化等过程，因此范围不能过大，尽量避免其他变化的发生。另外，随着温度的变化，食品表面的湿度也会增加，氧气的渗透率提高，进而产生脂质氧化等过程，这些都会影响实际保质期的确定。因此对于不同的食品，进行加速破坏性实验时，温度选择范围有所不同(见下表)。

ASLT 实验时食品温度的选择表

如果同时需考虑其他因素如湿度、氧气渗透率等对质量的综合影响，其保质期数学模型就更加复杂。

3用于保质期实验中的质量指标

不管是在加速破坏性实验中或实际货架情况下的观察实验中，用于判定食品质量变化的指标及其重要。一般消费者判定食品质量的好坏通常通过感官的可接受程度，而在实验室研究中，一般选择对感官质量影响较大的某一种物理、化学、生物反应来精确地量化质量标准。3．1感官指标

这一指标是对产品进行综合的感官评定的结果。一组经过特定训练的成员定期对产品质量在外观、质地、风味、口感、可接受程度等各方面进行评价，通过统计计算出产品的保质期时间。用于食品保质期的预测感官评定方法主要有快感检验法和最近发展起来的Weibull危害分析。快感检验法主要有成对比较实验、三角实验等。Weibull危害分析属于最大可能性的作图方法。最早用于机械和电子领域，1975年首次被GaculaI~用于食品行业，已在午餐肉、燕麦谷物、冰淇淋、干酪、奶油、牛奶、咖啡等中进行了研究。

应用此法，在感官问卷中，只问一个简单地问题：

“此产品还可接受吗?”。越接近保质期末，评定的频率越大，以防止错过真正的保质期时间。结果分析分为两步：一是以Weibull危害值和时间作图；二是根据Weibul1分布，以50％消费者认为产品已不可接受为指标，确定保质期时间。和快感检验比较，Weibul1分析法对评定小组成员的专业要求较低，只需从感官角度判断可不可接受即可。

整体说来，感官指标是对复杂的质量变化过程直观的反应，消费者可接受的程度较高，但结果主要由评定小组各个成员的直觉判断而来，主观性强，个体差异大，受环境影响大；另外其结果是一终点评价，不能动态反映质量变化情况。

3．2微生物指标

微生物在生长过程中，产生的各种代谢产物对食品质量的影响，主要体现为产生不良的气味、质地发生改变。对于新鲜食品，微生物生长是影响保质期的绝对因素。由于冰箱在家庭中的普及和冷链物流系统的推广，宜在室温下生长的病原菌已不是导致食品变质的重要因素，而能在低温下缓慢生长的耐冷菌、耐热菌及其产生的胞外酶是导致食品品质改变的主要原因。尽管已经清楚微生物的生长会直接导致牛奶产生酸、涩、苦、水果腐烂等变质的味道，并且从安全角度，很多国家规定，10 cfu／ml为巴氏杀菌奶的卫生指标。但从感官标准角度，仍

不清楚具体菌落数多少可以作为牛奶变质的指标。Duyvesteyn et 目运用Weibull危害分析对巴氏杀菌牛奶的保质期进行监测，结果表明，相对于微生物的滋生，感官评价对温度更为敏感。贮存在不同温度下的牛奶，到保质期末时，不管腐败菌总数还是耐冷菌数，和保存时间没有很好的相关性。

3．3理化指标

随着化学分析仪器和技术的日益精密和完善，食品的感官评价指标诸如颜色、风味、质地都可以用高精密的仪器准确地分析检测出，而且还可以通过监测质量变化过程中产生的中间产物来判定食品质量变坏的程度。近年来出现了一种可以检测由微生物酸败或脂肪氧化产生的不良风味物质的新技术——电子鼻(E—nose)[91。这种技术主要包括两个部分，收集挥发性和半挥发性成分的固相微萃取技术(Solid—PhaseMicroextraction)以及快速定量或定性分析的GC—MS技术。GC—MS电子鼻对质量的检测主要基于对产生的挥发性成分的质量强度谱图的测定，分析质量变化发生的程度，并由此估计保质期。用此种方法来进行乳制品保质期的预测实验，和感官评定确认的保质期的相关性可高大0.98，而传统的微生物实验的相关性只有0．7—0．77[m 。

油脂的自动氧化形成的最终的氧化产物醛、酮、醇、酸等低分子物质使含油脂的食品呈现明显的油脂酸败的气味，是此类食品变质的主要原因。油脂的氧化具有一系列的过程，至有酸败产物产生时，食品质量已发生不可逆的变化。如果运用一定的检测手段分析早期的氧化产物，不仅可以准确地预测产品的贮藏时间和条件，还可以在生产和贮藏过程中进行质量控制。以这种思路，Stap elfeldt et alt“】用电子自旋共振光谱(ElectronSpin Resonance Spectrometry)检测奶粉在生产和贮藏过程中产生的自由基，来考察早期的氧化程度，结果发现，ESR测定出的自由基的相对强度与常用的脂肪氧化指标TBARS有很好的正相关*，同时与复原奶的感官评分有很好的负相关，提示ESR可作为评价奶粉质量以及保质期检验的一种潜在的分析手段。

4时间一温度积分器(TTI)

HACCP(危害分析和关键控制点)系统已成为全球食品界关于食品卫生、质量控制的通行概念。对于容易腐败的新鲜食品的生产、销售，冷链环节是重要的关键控制点。随着生产操作的规范和先进生产设备的出现，生产过程中的关键点已得到有效的控制，运输、销售的后加工过程反而成为质量控制的盲点。为了加强冷链食品在贮藏、运输、销售环节中的质量控制，减少不必要的损耗，近年来国外食品界出现了一种(Time—Temperature Integrator)技术。

时间一温度积分器(Time—TemperatureIntegrator)或时间一温度指示器(Time—Temperature Indicator)是一种易于测量或观察的和时间温度变化相关的简单的装置，其变化反映食品全程或部分所处的温度情况。反应原理有机械的、化学的、电化学、酶反应、微生物等方面的不可逆变化，这种变化是与温度相关的，而且是连续累积的，变化的结果最后通常以可见的物化现象如颜色变化反映出来㈦。

1丫rI装置4O多年前就已提出来，并已应用于

需冷藏的生物制品疫苗上，在食品上的应用，始于上世纪末，主要对那些温度较敏感的冷藏、冷冻食品，如鲜牛奶、冷冻鱼、肉、海鲜产品等，除了被一些质量权威机构和一些大公司用来监测食品质量安全外，并未大规模的商业应用，瓶颈还是在于1TI的价格。

目前世界上商业用的TTI主要有三类，一类是美国3M公司的3M Monitor Mark，主要依赖于其中的化学物质在扩散迁移的过程中发生的颜色反应；二是瑞士的VITSAB公司的vistabTTI，这种指示器的原理是基于一种脂质底物发生缓慢的酶水解反应时使pH降低而产生的颜色变化；三是美国的Lifeline公司的TTI，反应原理是化学聚合反应，形成有颜色的聚合物，但在使用前必须冷冻保藏，以免反应激活f131。

作为很有前景的保质期预报装置，国内外对1_rI的研究及应用方兴未艾，不断有新的专利出现，并且有直接指示食品新鲜程度的延伸产品——新鲜度指示器(Freshness Indicators)面市。5结束语

随着新的加工和包装等材料、技术的出现，较之以前，食品质量得到了改善，保质期也相应地延长，对于食品保质期的研究也更加深入和广泛。目前国内外除了从理论角度，确定更接近实际的数学模型，更准确地预测产品的保质期，了解产品质量变化情况外，更多的是要依赖于新的简便、迅速的采集、分析技术对产品质量进行监测以及生产、流通等过程对质量进行实时控制。因此，深信随着这些不断涌现的新技术的广泛应用，食品保质期将更客观、直接反映食品在加工、流通过程中的质量变化。