一種市售曲奇餅干基于脂肪氧化貨架期的預(yù)測

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)綠色化工過程省部共建教育部重點實驗室，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

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)綠色化工過程省部共建教育部重點實驗室，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)行周期性實驗，定期取樣測定其酸價和過氧化值，同時進(jìn)行感官評定．以貯藏時間和對應(yīng)的過氧化值、酸價的對數(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)氧化一級動力學(xué)方程，應(yīng)用Arrhenius公式預(yù)測該種曲奇餅干產(chǎn)品在常溫20℃，50%RH下的貨架期為368 d．

曲奇餅干;貨架期;過氧化值;酸價;Schaal耐熱試驗;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、銷售過程中容易因為環(huán)境中的各種因素發(fā)生氧化酸敗，降低食品營養(yǎng)價值［1］．隨著人們生活水平日益提高，消費者對食品安全性要求也越來越高，各種食品的貨架期應(yīng)該有較為科學(xué)的方法去評價．一些常見的食品貨架期預(yù)測模型和方法包括:以溫度為基礎(chǔ)的動力學(xué)模型、微生物生長模型、低水分食品的防潮包裝模型、統(tǒng)計學(xué)方法及其他國內(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)速度又是時間的函數(shù)．各種食品的種類、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．油脂的氧化過程是一種化學(xué)反應(yīng)，其反應(yīng)規(guī)律符合化學(xué)動力學(xué)規(guī)律．Arrhenius公式是預(yù)測食品質(zhì)量隨溫度影響發(fā)生劣變的經(jīng)典公式，它是1889年，Arrhenius在研究溫度對酸催化蔗糖水解轉(zhuǎn)化反應(yīng)的基礎(chǔ)上提出的一個經(jīng)驗公式［5］．

實驗選取了以溫度為基礎(chǔ)的動力學(xué)模型來研究油脂含量較高的曲奇餅干的貨架期．通過加速氧化實驗和Arrhenius公式，可在較短的時間內(nèi)預(yù)測曲奇餅干這類食品的貨架壽命，這對食品質(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

曲奇餅干購于武漢某超市，選擇1周以內(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 實驗方法

以市售曲奇餅干為研究對象，測定樣品在初始狀態(tài)下的水分和油脂含量，其結(jié)果作為評定樣品能否應(yīng)用加速氧化實驗和Arrhenius公式預(yù)測貨架期的依據(jù)．

將樣品分裝，每包50 g，置于60℃，50%相對濕度(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，測定樣品的酸價和過氧化值，同時做3次平行，取平均值．另1包樣品，進(jìn)行感官評價．分別以酸價、過氧化值以及感官評分為參考指標(biāo)，推算60℃，50%RH條件下該產(chǎn)品的貨架期．同時，根據(jù)Arrhenius經(jīng)驗公式，根據(jù)60℃的貨架期，預(yù)測出曲奇餅干在室溫20℃下的貨架期．

2.1 水分含量測定

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，避光放置過夜，用快速濾紙過濾后，用20 mL石油醚洗脫，分別取4份10 mL浸泡液，進(jìn)行過氧化值、酸價測定［8］．

2.4 酸價和過氧化值測定

參考 GB/T 5009.37—2003 方法［9］．

2.5 感官評價

感官評價采用成對比較法［10］．由10名評價員組成評價小組進(jìn)行，要求每位評價員獨立完成感官評價．每次取樣對照評分標(biāo)準(zhǔn)(見表1)進(jìn)行打分．實驗樣品在貯藏過程中，選取產(chǎn)品的氣味、滋味、口感和色澤為感官評定指標(biāo)，各項指標(biāo)滿分10分．其中，氣味和滋味分值各占全部感官評定分值的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 感官評價評分標(biāo)準(zhǔn)Tab．1 Score sheet of sensory evaluation

2.6 化學(xué)動力學(xué)預(yù)測

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

零級反應(yīng):

一級反應(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為絕對溫度，K，式(3)說明速度常數(shù)是絕對溫度的指數(shù)函數(shù)．

根據(jù)Arrhenius經(jīng)驗公式，對于常規(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耐熱試驗的1 d貨架壽命相當(dāng)于20℃條件下貯藏16 d(見表2)．因此通過在高溫下進(jìn)行產(chǎn)品的氧化加速實驗，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

對樣品的水分含量和脂肪含量進(jìn)行測定，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］中對曲奇餅干的要求．該種曲奇餅干樣品的油脂含量相對較高，且水分含量相對較低，腐敗微生物對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驗，并應(yīng)用Arrhenius公式來預(yù)測該種市售曲奇餅干基于脂肪氧化的貨架期．

3.2 以酸價為參考指標(biāo)的貨架期預(yù)測

周期性取樣測定酸價，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周的酸價分別為 0.25，0.75，0.85，1.3，2.5 mg KOH/g，油脂酸價的變化曲線見圖1．

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

在60℃，50%RH條件下樣品貯藏時間和對應(yīng)的酸價的對數(shù)值的回歸擬合曲線見圖2．

圖2 60℃和50%RH條件下貯藏時間和對應(yīng)的酸價對數(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加速氧化實驗中，該曲奇餅干的貨架期為24.5 d．

3.3 以過氧化值為參考指標(biāo)的貨架期預(yù)測

周期性取樣測定過氧化值，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周的過氧化值分別為 0.014 9，0.018 3，0.022 2，0.022 9，0.0267 g/100 g，過氧化值的變化曲線見圖3．

圖3 60℃和50%RH條件下曲奇餅干油脂的過氧化值變化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見圖4．

圖4 60℃和50%RH條件下貯藏時間和對應(yīng)的過氧化值的對數(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加速氧化實驗中，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

周期性取樣，對樣品進(jìn)行感官評分，實驗結(jié)果見圖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，開始變質(zhì)．對比過氧化值和酸價的預(yù)測結(jié)果是23 d左右超出正常食用期．由此可判斷，此次感官評定的評分結(jié)果基本符合實驗預(yù)測結(jié)果．

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

4 結(jié)論

實驗得出在60℃和50%RH條件下，該曲奇餅干以酸價為參考指標(biāo)的貨架期為24.5 d;以過氧化值為參考指標(biāo)的貨架期為21 d;感官評定的結(jié)果顯示，該樣品從第28 d開始變質(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)識上顯示的“保質(zhì)期為一年”基本一致，從而證明本預(yù)測本實驗中的曲奇餅干樣品由于脂質(zhì)含量高，因此符合一級動力學(xué)方程，可以應(yīng)用Arrhenius公式進(jìn)行貨架期預(yù)測．

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

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

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

［4］王璋，許時嬰，江波，等．食品化學(xué)［M］．3版．北京:中國輕工業(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［J］．包裝工程，2008(7):4-6．

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

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

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

［9］中華人民共和國衛(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:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003．

［10］張水華，徐樹來，王永華．食品感官分析與實驗［M］．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2006．

［11］楊昌舉．動力學(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．QB/T 1433.5—2005．餅干、曲奇餅干［S］．北京:中國輕工業(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劃項目(200950431164)．

周 露，女，本科，研究方向為食品科學(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．