周 露， 張叢蘭， 劉 雨， 張 美， 楊 芳

(1．湖北大學(xué)知行學(xué)院，湖北武漢 430011;2．武漢工程大學(xué)綠色化工過(guò)程省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢 430073)

一種市售曲奇餅干基于脂肪氧化貨架期的預(yù)測(cè)

周 露1， 張叢蘭1， 劉 雨1， 張 美2， 楊 芳1

(1．湖北大學(xué)知行學(xué)院，湖北武漢 430011;2．武漢工程大學(xué)綠色化工過(guò)程省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢 430073)

以一種市售曲奇餅干為樣品，采用“Schaal耐熱試驗(yàn)法”加快樣品變質(zhì)速度，將樣品貯藏于60℃，50%RH恒溫恒濕條件下進(jìn)行周期性實(shí)驗(yàn)，定期取樣測(cè)定其酸價(jià)和過(guò)氧化值，同時(shí)進(jìn)行感官評(píng)定．以貯藏時(shí)間和對(duì)應(yīng)的過(guò)氧化值、酸價(jià)的對(duì)數(shù)值進(jìn)行回歸擬合，得到在60℃，50%RH恒溫恒濕條件下，該種曲奇餅干的貨架期為23 d．根據(jù)氧化一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程，應(yīng)用Arrhenius公式預(yù)測(cè)該種曲奇餅干產(chǎn)品在常溫20℃，50%RH下的貨架期為368 d．

曲奇餅干;貨架期;過(guò)氧化值;酸價(jià);Schaal耐熱試驗(yàn);Arrhenius公式

曲奇餅干是一種油脂含量較高的焙烤食品，其所含油脂在包裝、存儲(chǔ)、銷(xiāo)售過(guò)程中容易因?yàn)榄h(huán)境中的各種因素發(fā)生氧化酸敗，降低食品營(yíng)養(yǎng)價(jià)值［1］．隨著人們生活水平日益提高，消費(fèi)者對(duì)食品安全性要求也越來(lái)越高，各種食品的貨架期應(yīng)該有較為科學(xué)的方法去評(píng)價(jià)．一些常見(jiàn)的食品貨架期預(yù)測(cè)模型和方法包括:以溫度為基礎(chǔ)的動(dòng)力學(xué)模型、微生物生長(zhǎng)模型、低水分食品的防潮包裝模型、統(tǒng)計(jì)學(xué)方法及其他國(guó)內(nèi)外新技術(shù)方法［2－3］．

食品變質(zhì)的程度受各種因素影響，其中溫度是最主要的影響因素之一，而且是惟一不受食品包裝類(lèi)型影響的因素［4］．食品的變質(zhì)程度還取決于其化學(xué)反應(yīng)速度的快慢，而化學(xué)反應(yīng)速度又是時(shí)間的函數(shù)．各種食品的種類(lèi)、組成結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分的不同，使其質(zhì)量下降速度與溫度的關(guān)系也不完全相同．油脂的氧化過(guò)程是一種化學(xué)反應(yīng)，其反應(yīng)規(guī)律符合化學(xué)動(dòng)力學(xué)規(guī)律．Arrhenius公式是預(yù)測(cè)食品質(zhì)量隨溫度影響發(fā)生劣變的經(jīng)典公式，它是1889年，Arrhenius在研究溫度對(duì)酸催化蔗糖水解轉(zhuǎn)化反應(yīng)的基礎(chǔ)上提出的一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式［5］．

實(shí)驗(yàn)選取了以溫度為基礎(chǔ)的動(dòng)力學(xué)模型來(lái)研究油脂含量較高的曲奇餅干的貨架期．通過(guò)加速氧化實(shí)驗(yàn)和Arrhenius公式，可在較短的時(shí)間內(nèi)預(yù)測(cè)曲奇餅干這類(lèi)食品的貨架壽命，這對(duì)食品質(zhì)量的控制和貨架壽命的研究具有積極的指導(dǎo)意義．

1 材料與設(shè)備

1.1 材料與試劑

曲奇餅干購(gòu)于武漢某超市，選擇1周以?xún)?nèi)出廠的產(chǎn)品．

鹽酸、氫氧化鈉、石油醚(30～60℃)、乙醇、三氯甲烷、冰乙酸、硫代硫酸鈉、氫氧化鉀、碘化鉀均為分析純．

1.2 儀器與設(shè)備

JY2003型電子分析天平，上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司;WGL－30B型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，天津市泰斯特有限公司;HH－2型數(shù)顯恒溫水浴鍋，常州國(guó)華電器有限公司;HPX－160BS－Ⅲ型恒溫恒濕箱，上海新苗有限公司．

2 實(shí)驗(yàn)方法

以市售曲奇餅干為研究對(duì)象，測(cè)定樣品在初始狀態(tài)下的水分和油脂含量，其結(jié)果作為評(píng)定樣品能否應(yīng)用加速氧化實(shí)驗(yàn)和Arrhenius公式預(yù)測(cè)貨架期的依據(jù)．

將樣品分裝，每包50 g，置于60℃，50%相對(duì)濕度(relative humidity，RH)恒溫恒濕干燥箱中貯藏35 d，每間隔7 d取樣一次，每次取2包樣品．其中1包進(jìn)行油脂的提取，測(cè)定樣品的酸價(jià)和過(guò)氧化值，同時(shí)做3次平行，取平均值．另1包樣品，進(jìn)行感官評(píng)價(jià)．分別以酸價(jià)、過(guò)氧化值以及感官評(píng)分為參考指標(biāo)，推算60℃，50%RH條件下該產(chǎn)品的貨架期．同時(shí)，根據(jù)Arrhenius經(jīng)驗(yàn)公式，根據(jù)60℃的貨架期，預(yù)測(cè)出曲奇餅干在室溫20℃下的貨架期．

2.1 水分含量測(cè)定

采用常壓干燥法，參考GB/T 5009.6—2010方法［6］．

2.2 脂肪含量測(cè)定

采用索氏抽提法，參考GB/T 5009.3—2003方法［7］．

2.3 樣品中油脂的提取

取50 g樣品，置于250 mL具塞錐形瓶中，加80 mL石油醚，避光放置過(guò)夜，用快速濾紙過(guò)濾后，用20 mL石油醚洗脫，分別取4份10 mL浸泡液，進(jìn)行過(guò)氧化值、酸價(jià)測(cè)定［8］．

2.4 酸價(jià)和過(guò)氧化值測(cè)定

參考 GB/T 5009.37—2003 方法［9］．

2.5 感官評(píng)價(jià)

感官評(píng)價(jià)采用成對(duì)比較法［10］．由10名評(píng)價(jià)員組成評(píng)價(jià)小組進(jìn)行，要求每位評(píng)價(jià)員獨(dú)立完成感官評(píng)價(jià)．每次取樣對(duì)照評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)(見(jiàn)表1)進(jìn)行打分．實(shí)驗(yàn)樣品在貯藏過(guò)程中，選取產(chǎn)品的氣味、滋味、口感和色澤為感官評(píng)定指標(biāo)，各項(xiàng)指標(biāo)滿(mǎn)分10分．其中，氣味和滋味分值各占全部感官評(píng)定分值的30%;口感和色澤各占20%．將各指標(biāo)得分進(jìn)行加權(quán)平均即為最后感官加權(quán)得分．將感官加權(quán)得分低于6分者視為變質(zhì)產(chǎn)品．

表1 感官評(píng)價(jià)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Tab．1 Score sheet of sensory evaluation

2.6 化學(xué)動(dòng)力學(xué)預(yù)測(cè)

大多數(shù)食品的質(zhì)量與時(shí)間關(guān)系表現(xiàn)出零級(jí)或一級(jí)反應(yīng)，其動(dòng)力學(xué)方程分別如式(1)和式(2)［11］．

零級(jí)反應(yīng):

一級(jí)反應(yīng):

根據(jù)Arrhenius方程，反應(yīng)速度常數(shù)K與溫度T的關(guān)系如式(3)［12］．

式(3)中的K0為頻率因子，Ea為活化能，kJ/mol;R為氣體常數(shù)8.314 J/(mol·K)，T為絕對(duì)溫度，K，式(3)說(shuō)明速度常數(shù)是絕對(duì)溫度的指數(shù)函數(shù)．

根據(jù)Arrhenius經(jīng)驗(yàn)公式，對(duì)于常規(guī)化學(xué)反應(yīng)，在一定溫度范圍內(nèi)，反應(yīng)溫度升高10℃，反應(yīng)速率常數(shù)提高1倍，即K(T+10)/K(T)=2，而反應(yīng)速率常數(shù)(K)與食品貨架壽命(N)成反比，即K值越大，食品貨架壽命越短，因此N(T)/N(T+10)=2．由此可得相關(guān)數(shù)據(jù)，即60℃條件下Schaal耐熱試驗(yàn)的1 d貨架壽命相當(dāng)于20℃條件下貯藏16 d(見(jiàn)表2)．因此通過(guò)在高溫下進(jìn)行產(chǎn)品的氧化加速實(shí)驗(yàn)，可推出曲奇餅干在常溫下的貨架壽命．

表2 溫度與油脂貨架壽命系數(shù)的關(guān)系Tab．2 Relationship between temperature and shelf life coefficient of fat

3 結(jié)果與分析

3.1 水分含量和脂肪含量

對(duì)樣品的水分含量和脂肪含量進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果表明樣品的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值為1.38%，低于4%;樣品脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值為33.27%，高于16%，符合 GB/T 1433.5—2005［13］中對(duì)曲奇餅干的要求．該種曲奇餅干樣品的油脂含量相對(duì)較高，且水分含量相對(duì)較低，腐敗微生物對(duì)樣品貨架壽命的影響較小，其貨架壽命主要受脂肪氧化速率的影響，因此可以采用加速氧化實(shí)驗(yàn)，并應(yīng)用Arrhenius公式來(lái)預(yù)測(cè)該種市售曲奇餅干基于脂肪氧化的貨架期．

3.2 以酸價(jià)為參考指標(biāo)的貨架期預(yù)測(cè)

周期性取樣測(cè)定酸價(jià)，結(jié)果表明在60℃，50%RH恒溫恒濕條件下貯藏樣品，第1周到第5周的酸價(jià)分別為 0.25，0.75，0.85，1.3，2.5 mg KOH/g，油脂酸價(jià)的變化曲線(xiàn)見(jiàn)圖1．

圖1 60℃和50%RH條件下曲奇餅干油脂的酸價(jià)變化Fig．1 AV of fat in cookies under 60 ℃ and 50%RH

在60℃，50%RH條件下樣品貯藏時(shí)間和對(duì)應(yīng)的酸價(jià)的對(duì)數(shù)值的回歸擬合曲線(xiàn)見(jiàn)圖2．

圖2 60℃和50%RH條件下貯藏時(shí)間和對(duì)應(yīng)的酸價(jià)對(duì)數(shù)值的回歸擬合Fig．2 Regression fitting of storage time and logarithm of AV under 60℃and 50%RH

線(xiàn)性回歸方程為ln(AV)=0.518t－1.673，R2=0.934．從回歸方程的顯著性看，其方程線(xiàn)性相關(guān)度顯著，根據(jù)GB 7100—2003中規(guī)定，餅干允許的最高酸價(jià)為39.4 meq/kg(5 mg KOH/g)，將其代入回歸方程，得到在60℃，50%RH加速氧化實(shí)驗(yàn)中，該曲奇餅干的貨架期為24.5 d．

3.3 以過(guò)氧化值為參考指標(biāo)的貨架期預(yù)測(cè)

周期性取樣測(cè)定過(guò)氧化值，結(jié)果表明在60℃，50%RH恒溫恒濕條件下貯藏樣品，第1周到第5周的過(guò)氧化值分別為 0.014 9，0.018 3，0.022 2，0.022 9，0.0267 g/100 g，過(guò)氧化值的變化曲線(xiàn)見(jiàn)圖3．

圖3 60℃和50%RH條件下曲奇餅干油脂的過(guò)氧化值變化Fig．3 Curve of POV of fat in cookies under 60℃and 50%RH

在60℃，50%RH條件下曲奇餅干中油脂的氧化速率曲線(xiàn)見(jiàn)圖4．

圖4 60℃和50%RH條件下貯藏時(shí)間和對(duì)應(yīng)的過(guò)氧化值的對(duì)數(shù)值的回歸擬合Fig．4 Regression fitting of storage time and logarithm of POV under 60℃and 50%RH

線(xiàn)性回歸方程為ln(POV)=0.139t+0.064，R2=0.950．從回歸方程的顯著性看，方程線(xiàn)性相關(guān)度顯著，根據(jù)GB 7100—2003中規(guī)定，餅干允許的最高過(guò)氧化值為19.7meq/kg(0.25 g/100 g)，將其代入回歸方程，得到在60℃，50%RH加速氧化實(shí)驗(yàn)中，該曲奇餅干的貨架期為21 d．

3.4 以感官鑒定為參考指標(biāo)的貨架期預(yù)測(cè)

周期性取樣，對(duì)樣品進(jìn)行感官評(píng)分，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5．

感官加權(quán)分低于6分者視為變質(zhì)產(chǎn)品，由圖5可看出，在60℃，50%RH儲(chǔ)藏情況下的餅干第4周(第28 d)加權(quán)得分為5.22，小于6分，開(kāi)始變質(zhì)．對(duì)比過(guò)氧化值和酸價(jià)的預(yù)測(cè)結(jié)果是23 d左右超出正常食用期．由此可判斷，此次感官評(píng)定的評(píng)分結(jié)果基本符合實(shí)驗(yàn)預(yù)測(cè)結(jié)果．

圖5 60℃和50%RH條件下曲奇餅干感官評(píng)分Fig．5 Sensory score of cookies under 60 ℃ and 50%RH

4 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)得出在60℃和50%RH條件下，該曲奇餅干以酸價(jià)為參考指標(biāo)的貨架期為24.5 d;以過(guò)氧化值為參考指標(biāo)的貨架期為21 d;感官評(píng)定的結(jié)果顯示，該樣品從第28 d開(kāi)始變質(zhì)．綜合以上結(jié)果，60℃，50%RH條件下該曲奇餅干的貨架期為23 d．

根據(jù)表2中溫度與油脂貨架壽命系數(shù)的關(guān)系，20℃的貨架壽命系數(shù)為16，因此，預(yù)測(cè)該產(chǎn)品在20℃，50%RH條件下的貨架期為368 d．這一結(jié)果與產(chǎn)品標(biāo)識(shí)上顯示的“保質(zhì)期為一年”基本一致，從而證明本預(yù)測(cè)本實(shí)驗(yàn)中的曲奇餅干樣品由于脂質(zhì)含量高，因此符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程，可以應(yīng)用Arrhenius公式進(jìn)行貨架期預(yù)測(cè)．

［1］趙征．食品工藝學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)［M］．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2006:46-48．

［2］余曉琴，車(chē)曉彥，張麗平．食品貨架期壽命預(yù)測(cè)［J］．禽品研究與開(kāi)發(fā)，2007(28):83-87．

［3］曹悅，陸利霞，熊曉輝．食品貨架期預(yù)測(cè)新技術(shù)進(jìn)展［J］．食品研究與開(kāi)發(fā)，2009，30(5):165-168．

［4］王璋，許時(shí)嬰，江波，等．食品化學(xué)［M］．3版．北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社，2003:849-850．

［5］徐芳，盧立新，許文才．酥性餅干基于溫度變化的氧化貨架壽命預(yù)測(cè)［J］．包裝工程，2008(7):4-6．

［6］中華人民共和國(guó)衛(wèi)生部．GB/T 5009.3—2010食品中水分的測(cè)定［S］．北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010．

［7］中華人民共和國(guó)衛(wèi)生部．GB/T 5009.6—2003食品中脂肪的測(cè)定［S］．北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003．

［8］中華人民共和國(guó)衛(wèi)生部．GB/T 5009.56—2003糕點(diǎn)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的分析方法［S］．北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003．

［9］中華人民共和國(guó)衛(wèi)生部．GB/T 5009.37—2003食用植物油衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的分析方法［S］．北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003．

［10］張水華，徐樹(shù)來(lái)，王永華．食品感官分析與實(shí)驗(yàn)［M］．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2006．

［11］楊昌舉．動(dòng)力學(xué)在食品質(zhì)量變化研究中的若干應(yīng)用［J］．食品科學(xué)，1986(3):1-8．

［12］Labuza T P．Shelf-life Dating of Foods［M］．Westport:Food and Nutrition Press，1982:211-234．

［13］輕工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化編輯出版委員會(huì)．QB/T 1433.5—2005．餅干、曲奇餅干［S］．北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社，2005．

(責(zé)任編輯:李 寧)

Shelf Life Prediction of one kind of Cookies Based on Fat Oxidation

ZHOU Lu1， ZHANG Cong-lan1， LIU Yu1， ZHANG Mei2， YANG Fang1
(1．Zhixing College，Hubei University，Wuhan 430011，China;2．Key Laboratory for Green Chemical Process of Ministry of Education ，Wuhan Institute of Technology，Wuhan 430073，China)

“Schaal heat-resistant test”was used to accelerate the deterioration rate of a kind of cookies．Acid value(AV)and peroxide value(POV)of the cookies stored at 60℃，50%relative humidity(RH)were measured periodically．At the same time，the corresponding sensory evaluation was processed．Storage time and logarithm of AV and POV were fitted，and the shelf life of cookies at 60℃，50%RH was 23 days．According to the oxidation kinetic equation and Arrhenius equation，the shelf life of cookies at 20℃，50%RH was predicted to be 368 days．

cookies;shelf life;peroxide value;acid value;Schaal heat-resistant test;Arrhenius equation

TS207.7

A

1671-1513(2012)02-0048-04

2011-12-24

武漢市科技局青年科技晨光計(jì)劃項(xiàng)目(200950431164)．

周 露，女，本科，研究方向?yàn)槭称房茖W(xué);

楊 芳，女，講師，博士，主要從事農(nóng)產(chǎn)品加工方面的研究．通訊作者．