微生物指標 微生物在生長過程中,產生的各種代謝產物對食品質量的影響,主要體現為產生不良的氣味、質地發生改變。對於新鮮食品,微生物生長是影響保質期的絕對因素。由於冰箱在家庭中的普及和冷鏈物流系統的推廣,宜在室溫下生長的病原菌已不是導致食品變質的重要因素,而能在低溫下緩慢生長的耐冷菌、耐熱菌及其產生的胞外酶是導致食品品質改變的主要原因。儘管已經清楚微生物的生長會直接導致牛奶產生酸、澀、苦、水果腐爛等變質的味道,並且從安全性角度,很多國家規定,10^7cfu/ml為巴氏殺菌奶的衛生指標。但從感官標準角度,仍不清楚具體菌落數多少可以作為牛奶變質的指標。Duyvesteyn et al運用Weibull危害分析對巴氏殺菌牛奶的保質期進行監測,結果表明,相對於微生物的滋生,感官評價對溫度更為敏感。貯存在不同溫度下的牛奶,到保質期末時,不管腐敗菌總數還是耐冷菌數,和儲存時間沒有很好的相關性。
食品的保質期是指預示在任何標籤上規定的條件下保證食品質量的日期。在此期間,食品完全適用於出售,並符合標籤上或產品標準中所規定的質量。透過食品保質期,消費者可以瞭解所購產品的質量狀況,生產商可以指定正確的流通途徑和銷售模式。
確定保質期的方法
在研發新產品或對已有產品的配方或工藝改進的過程中,由於時間的限制,研發人員不可能對產品的保質期進行實際的測定,特別是那些經處理後不易滋生微生物產生腐敗的食品。在這種情況下,研發人員為了較準確地預計產品的保質期,一般先透過查閱文獻資料,尋找有相同化學變化的相關產品,借鑑其保質期資料;或透過在短時間內加速破壞條件下得到的實驗資料來外推估計可能的保質時間。在產品上市後,再繼續透過實際貨架條件下隨機抽取樣品的方式來驗證保質期,另外也可以根據消費者的質量投訴來了解保質期的狀況。
在這些方法中,實驗室研究人員應用的最多、系統性最強的是加速破壞性實驗(ASLT)。把最終產品儲存於一些加速破壞的惡劣條件下,定期檢驗質量的變化確定此種條件下的保質期,然後以這些資料外推確定實際儲存條件的保質期,其理論依據是和食品質量有關的化學動力學原理。根據Labuza的推理,食品體系中質量損失是各影響因素導致的共同結果,它們之間遵循動力學反應規律(1)。
dA/dt表示食品質量隨時間的變化,Cx,表示內部因素,包括各反應物質的濃度、微生物的水平、催化劑、抑制劑、pH以及水分活度等,Ex表示外在的一些環境影響因素如溫度、相對溼度、光照、機械壓力等。在這些綜合的因素中,首先需確認哪種反應(酶反應、物理化學變化、微生物增殖)是影響質量下降的關鍵過程,然後根據質量隨時間變化的資料進行統計擬合確定反應級數,在其他外界條件固定的情況下,假定反應速度常數恆定。
與食品質量有關的各種生物、化學反應對溫度、溼度、氧氣含量等外界條件都很敏感。就溫度而言,可以根據從熱力學定律推導過來的溫度和速度常數之間存在的Arrhenius關係式來預測溫度對食品變質程度的影響(2)。
這裡k為速度常數,k0為關係式常數,E為活化能,R為氣體常數,T為絕對溫度。對於一定的變質程度和反應級數,速度常數通常反比達到一定程度質量損失所需的時間。因此相差10攝氏度的反應速度常數比值Q10。在此就是兩個保質期時間的比值。當要預計某一保藏溫度下的食品保質期時,提高保藏溫度加速食品變質,在較短的時間內測定該溫度下的保質期,根據Q10值便可預測正常溫度下的保質期。因此獲知Q10值是溫度的ASLT實驗中最重要的。對於大多數食品,Q10是未知的;並且Q10隨食品配料組成的變化而發生改變。為了得到Q10的結果,只有在至少3個溫度下進行貯藏實驗,並且溫度範圍較小時才能得到精確的Q10。
用這種外推的方法來測定食品的保質期,儘管可以大大縮短測定時間,但其準確度受到許多因素的影響。如前面提到的溫度範圍的選擇,當溫度升高時,除了反應速度增加外,還會發生許多物質的物化變化如結晶、濃縮、溶解、脂質熔化、玻璃相變化等過程,因此範圍不能過大,儘量避免其他變化的發生。另外,隨著溫度的變化,食品表面的溼度也會增加,氧氣的滲透率提高,進而產生脂質氧化等過程,這些都會影響實際保質期的確定。因此對於不同的食品,進行加速破壞性實驗時,溫度選擇範圍有所不同(見下表)。
如果同時需考慮其他因素如溼度、氧氣滲透率等對質量的綜合影響,其保質期數學模型就更加複雜。
用於保質期實驗中的質量指標
不管是在加速破壞性實驗中或實際貨架情況下的觀察實驗中,用於判定食品質量變化的指標及其重要。一般消費者判定食品質量的好壞通常透過感官的可接受程度,而在實驗室研究中,一般選擇對感官質量影響較大的某一種物理、化學、生物反應來精確地量化質量標準。
感官指標
這一指標是對產品進行綜合的感官評定的結果。一組經過特定訓練的成員定期對產品質量在外觀、質地、風味、口感、可接受程度等各方面進行評價,透過統計計算出產品的保質期時間。用於食品保質期的預測感官評定方法主要有快感檢驗法和最近發展起來的Weibull危害分析。快感檢驗法主要有成對比較實驗、三角實驗等。Weibull危害分析屬於最大可能性的作圖方法。最早用於機械和電子領域,1975年首次被Gacula用於食品行業,已在午餐肉、燕麥穀物、冰淇淋、乾酪、奶油、牛奶、咖啡等中進行了研究。應用此法,在感官問卷中,只問一個簡單地問題:“此產品還可接受嗎?”。越接近保質期末,評定的頻率越大,以防止錯過真正的保質期時間。結果分析分為兩步:一是以Weibull危害值和時間作圖;二是根據Weibul1分佈,以50%消費者認為產品已不可接受為指標,確定保質期時間。和快感檢驗比較,Weibull分析法對評定小組成員的專業要求較低,只需從感官角度判斷可不可接受即可。
整體說來,感官指標是對複雜的質量變化過程直觀的反應,消費者可接受的程度較高,但結果主要由評定小組各個成員的直覺判斷而來,主觀性強,個體差異大,受環境影響大;另外其結果是一終點評價,不能動態反映質量變化情況。
微生物指標 微生物在生長過程中,產生的各種代謝產物對食品質量的影響,主要體現為產生不良的氣味、質地發生改變。對於新鮮食品,微生物生長是影響保質期的絕對因素。由於冰箱在家庭中的普及和冷鏈物流系統的推廣,宜在室溫下生長的病原菌已不是導致食品變質的重要因素,而能在低溫下緩慢生長的耐冷菌、耐熱菌及其產生的胞外酶是導致食品品質改變的主要原因。儘管已經清楚微生物的生長會直接導致牛奶產生酸、澀、苦、水果腐爛等變質的味道,並且從安全性角度,很多國家規定,10^7cfu/ml為巴氏殺菌奶的衛生指標。但從感官標準角度,仍不清楚具體菌落數多少可以作為牛奶變質的指標。Duyvesteyn et al運用Weibull危害分析對巴氏殺菌牛奶的保質期進行監測,結果表明,相對於微生物的滋生,感官評價對溫度更為敏感。貯存在不同溫度下的牛奶,到保質期末時,不管腐敗菌總數還是耐冷菌數,和儲存時間沒有很好的相關性。
理化指標 隨著化學分析儀器和技術的日益精密和完善,食品的感官評價指標諸如顏色、風味、質地都可以用高精密的儀器準確地分析檢測出,而且還可以透過監測質量變化過程中產生的中間產物來判定食品質量變壞的程度。近年來出現了一種可以檢測由微生物酸敗或脂肪氧化產生的不良風味物質的新技術—— 電子鼻(E—nose)。這種技術主要包括兩個部分,收集揮發性和半揮發性成分的固相微萃取技術(Solid—Phase Microextraction)以及快速定量或定性分析的GC—MS技術。GC—MS電子鼻對質量的檢測主要基於對產生的揮發性成分的質量強度譜圖的測定,分析質量變化發生的程度,並由此估計保質期。用此種方法來進行乳製品保質期的預測實驗,和感官評定確認的保質期的相關性可高大0.98,而傳統的微生物實驗的相關性只有0.7—0.77。
油脂的自動氧化形成的最終的氧化產物醛、酮、醇、酸等低分子物質使含油脂的食品呈現明顯的油脂酸敗的氣味,是此類食品變質的主要原因。油脂的氧化具有一系列的過程,至有酸敗產物產生時,食品質量已發生不可逆的變化。如果運用一定的檢測手段分析早期的氧化產物,不僅可以準確地預測產品的貯藏時間和條件,還可以在生產和貯藏過程中進行質量控制。以這種思路,Stapelfeldt et al用電子自旋共振光譜(Electron Spin Resonance Spectrometry)檢測奶粉在生產和貯藏過程中產生的自由基,來考察早期的氧化程度,結果發現,ESR測定出的自由基的相對強度與常用的脂肪氧化指標TBARS有很好的正相關性,同時與復原奶的感官評分有很好的負相關,提示ESR可作為評價奶粉質量以及保質期檢驗的一種潛在的分析手段。
原文摘自 《乳業科學與技術》 2004年第4期 (總第109期)
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用我們現在所學,簡單來講。各種食品都有相應檢測食品保質期的方法。比如乳酸菌類飲料,就是我們超市冰櫃裡看到那個液態的乳酸菌飲料,顏色似養樂多。我有一個在味全的學姐告訴我,那種酸奶在剛生產出來的時候是含有很多糖類的,為了給裡面的活菌提供養料,保證存活。後期糖類被消耗殆盡,很多有益菌也無法存活,也就達到規定的保質期了,但其實酸奶本身沒有壞。
再比如蛋糕,一般會根據含水量、一次咀嚼彈性、二次咀嚼彈性等等資料來規定保質期。幾乎所有的食品都有各自規定保質期的方法,但超過保質期的食品未必就是壞了,可能就是感官評價上的質量下降。