壓縮干糧硬度臨界值的確定

崔　燕,錢　平,余堅(jiān)勇

(軍需裝備研究所,北京 100010)

?

壓縮干糧硬度臨界值的確定

崔燕,錢平,余堅(jiān)勇

(軍需裝備研究所,北京 100010)

壓縮干糧是我軍軍用食品體系中的基礎(chǔ)骨干品種,為研究壓縮干糧在貯存過(guò)程中硬度變化規(guī)律,在50 ℃條件下采用感官評(píng)價(jià)和威布爾危害分析法確定壓縮干糧硬度的感官可接受終點(diǎn)值,并以硬度為指標(biāo)建立預(yù)測(cè)模型。結(jié)果表明:壓縮干糧硬度可接受臨界值為190 N,貨架壽命為40 d。

壓縮干糧,硬度,感官評(píng)價(jià),威布爾危害分析法

壓縮干糧因其以體積小、能量密度高、耐饑餓、貯存期長(zhǎng),一直是我軍軍用食品體系中的基礎(chǔ)骨干品種。壓縮干糧的貨架期可達(dá)4年以上,在儲(chǔ)存過(guò)程中品質(zhì)逐漸劣變,直至達(dá)到貨架終點(diǎn)。為達(dá)到軍用食品能量密度高的要求,壓縮干糧的油脂含量偏高,水分含量低,在貯藏過(guò)程中易發(fā)生油脂氧化、水分遷移、褐變反應(yīng)等變化,導(dǎo)致滋味、口感、營(yíng)養(yǎng)成分受損。在多年的食用過(guò)程中發(fā)現(xiàn),當(dāng)壓縮干糧還處于保質(zhì)期內(nèi)且各項(xiàng)指標(biāo)都在規(guī)定范圍內(nèi)時(shí),干糧的硬度就已不被接受,直接影響可食用性。由于壓縮干糧使用對(duì)象、使用范圍的局限性,所以有關(guān)干糧的研究報(bào)道很少。

Gacula等[1-2]于1975年將失效的概念引入食品中,認(rèn)為隨著時(shí)間的推移,食品將發(fā)生品質(zhì)下降的過(guò)程,并最終降低到人們不能接受的程度,這種情況成為食品失效(food failure),失效的時(shí)間對(duì)應(yīng)食品的貨架壽命。同時(shí),Gacula等[1-2]還在理論上驗(yàn)證了食品失效時(shí)間的分布服從威布爾模型(Weibull Model),從而提出了一種新的預(yù)測(cè)食品貨架期的方法,即威布爾危險(xiǎn)值分析方法(Weibull Hazard Analysis,WHA)。隨后,WHA方法被應(yīng)用于預(yù)測(cè)乳制品[3-5]、肉制品[6]和其他食品[7-9]的貨架壽命。相比其他常規(guī)方法,WHA不僅可以準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)食品貨架壽命,而且還能夠在統(tǒng)計(jì)學(xué)上掌握食品隨時(shí)間發(fā)生失效的可能性[10]。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

壓縮干糧:總后軍需裝備研究所研制,總后軍需裝備研究所中試基地生產(chǎn),生產(chǎn)日期2013年8月15日,規(guī)格250 g/盒,4小塊/盒。主要成分:小麥粉、棕櫚油、白砂糖、低聚麥芽糖、大豆蛋白粉、代可可脂、全脂奶粉、高麥糖漿、葡萄糖、食鹽、復(fù)合礦物質(zhì)、復(fù)合維生素、牛磺酸。

LHS-150CL型智能型恒溫恒濕箱上海齊欣科學(xué)儀器有限公司;TA.XT Plus型質(zhì)構(gòu)儀美國(guó)Stable. Micro System公司。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1加速實(shí)驗(yàn)方法為了縮短研究壓縮干糧硬度變化規(guī)律的周期,采用溫度加速實(shí)驗(yàn)的方法。利用恒溫恒濕箱,濕度設(shè)為60%±2%,溫度設(shè)為50 ℃,檢測(cè)周期分別為4 d,定期隨機(jī)取樣測(cè)定壓縮干糧的硬度值。

1.2.2硬度的測(cè)定硬度是指樣品達(dá)到一定變形程度所達(dá)到的力。食品“硬”的評(píng)價(jià)方法絕大多數(shù)情況下是采用質(zhì)構(gòu)儀進(jìn)行測(cè)試分析。三點(diǎn)彎曲測(cè)試可以用于評(píng)價(jià)餅干的硬度和脆性[11]。在探頭不斷下壓過(guò)程中,壓縮干糧逐漸產(chǎn)生變形,直至完全斷裂,壓斷過(guò)程中產(chǎn)生的最大峰值即為壓縮干糧的硬度值。采用質(zhì)構(gòu)儀測(cè)量,使用三點(diǎn)彎曲探頭(HDP/3PB)。設(shè)定參數(shù)為:模式為下壓;測(cè)試前速度為1.0 mm/s;測(cè)試速度為3.0 mm/s;測(cè)試后速度為10.0 mm/s;測(cè)試距離為5 mm。因?yàn)閴嚎s干糧在生產(chǎn)時(shí)是經(jīng)兩臺(tái)壓塊機(jī)壓出后隨機(jī)取4塊組裝為1盒,為了盡可能減小因壓塊機(jī)不同造成的樣本間差異,每次取2盒測(cè)8個(gè)平行,取其平均值作為最終的硬度值。

表2　50 ℃條件下壓縮干糧硬度的Weibull感官評(píng)價(jià)結(jié)果

注:+:表示感官被評(píng)價(jià)人員接受;-:表示感官不被評(píng)價(jià)人員接受;“-”下方的數(shù)字表示失效食品的編號(hào)。

1.2.3感官評(píng)價(jià)本實(shí)驗(yàn)遵循Weibull模型原則,按照威布爾危險(xiǎn)值分析方法(Weibull Hazard Analysis,WHA)的要求[12],對(duì)產(chǎn)品的貨架期終點(diǎn)有一個(gè)預(yù)先估計(jì),即預(yù)估貨架壽命限,然后將這一時(shí)間限分成若干區(qū)間,在每一點(diǎn)評(píng)定人員對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行接受性評(píng)定。在后續(xù)的評(píng)定中當(dāng)前一階段評(píng)定結(jié)果沒(méi)達(dá)到50%的評(píng)定人員對(duì)產(chǎn)品評(píng)定“不接受”時(shí),按一恒定的數(shù)量(C=1)增加,使得在貨架壽命終點(diǎn)時(shí)的數(shù)量最大。評(píng)定人員不斷作出“接受”或“不接受”的判斷。當(dāng)有50%及以上的評(píng)定人員對(duì)產(chǎn)品評(píng)定為“不接受”時(shí),下一個(gè)時(shí)間點(diǎn)評(píng)定時(shí),評(píng)定人員增加的數(shù)量為:C+U,其中U為前一評(píng)定點(diǎn)得失效樣品數(shù)。每次增加的評(píng)定人員的個(gè)數(shù)不得超過(guò)8。

本評(píng)定小組由從事軍用食品研究的專業(yè)人員組成,男女均有,年齡在25～45歲之間,人數(shù)為21人。評(píng)定前先明確實(shí)驗(yàn)的目的和意義,了解感官評(píng)價(jià)的指標(biāo)和注意事項(xiàng),對(duì)檢驗(yàn)樣品進(jìn)行隨機(jī)編號(hào)。每次評(píng)定由評(píng)定員單獨(dú)進(jìn)行,互相之間不能交流,兩個(gè)樣品評(píng)定之間要用清水漱口。首次評(píng)定由3人進(jìn)行,以后每次依次增加1+U個(gè)(U為前一次評(píng)定中不可接受的評(píng)定員數(shù)),直到50%的評(píng)定員認(rèn)為不可接受時(shí)判定感官失效,即達(dá)到貨架壽命終點(diǎn)。感官評(píng)價(jià)表如表1所示。

3）輸入調(diào)整：這一單元包含在控制單元內(nèi)，主要根據(jù)控制寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入到迭代模塊中的輸入值進(jìn)行調(diào)整，使系統(tǒng)可接受任意象限的輸入值。

評(píng)判標(biāo)準(zhǔn):當(dāng)評(píng)定員認(rèn)為壓縮干糧咬不動(dòng)或咀嚼費(fèi)力時(shí),即判定壓縮干糧硬度不可接受。

表1　硬度感官評(píng)價(jià)表

2　結(jié)果與分析

2.1Weibull硬度感官評(píng)價(jià)結(jié)果及分析

對(duì)50 ℃下貯藏的壓縮干糧每隔4 d隨機(jī)取樣,進(jìn)行感官評(píng)價(jià),確定硬度是否可接受。感官評(píng)價(jià)結(jié)果如表2和圖1所示。

圖1　50 ℃條件下硬度隨貯藏時(shí)間的變化Fig.1　Hardness change with storage time at 50 ℃

在50 ℃條件下貯藏到第32 d時(shí)有4位評(píng)價(jià)人員認(rèn)為壓縮干糧的硬度不可接受,占評(píng)價(jià)人員總數(shù)的40%,此時(shí)硬度值為182 N。當(dāng)貯藏到第40 d時(shí),62%的評(píng)價(jià)人員認(rèn)為不可接受,此時(shí)硬度值為192 N。因此把190 N定為壓縮干糧硬度的感官可接受終點(diǎn)。

食品失效時(shí)間的分布服從威布爾模型,威布爾危險(xiǎn)值分析方法不僅可以準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)食品貨架壽命,而且還能夠在統(tǒng)計(jì)學(xué)上掌握食品隨時(shí)間發(fā)生失效的可能性[10]。

假設(shè)ti(i=1,2…k)是一系列觀察到的失效食品,按照時(shí)間從后到前的倒序排列,即tk是第k個(gè)失效食品。威布爾模型中h(t)稱為危險(xiǎn)函數(shù)h(t)=100/k

威布爾模型的累積分布函數(shù)F(t)表示為:

其中,t表示失效時(shí)間(d),α為尺度參數(shù),α>0,β為形狀參數(shù),這兩個(gè)參數(shù)源于Gamma分布,α影響著概率密度函數(shù)圖形的散布程度,β影響著圖形的陡峭程度。感官危害分析中,β數(shù)值的大小描述失效速率的增加或降低,當(dāng)Weibull分布形狀參數(shù)2<β<4時(shí),回歸直線更符合食品實(shí)際的變化情況,即分析無(wú)偏見(jiàn),可以更準(zhǔn)確推算適宜的預(yù)期貨架壽命[13]。

根據(jù)感官評(píng)價(jià)結(jié)果,威布爾危險(xiǎn)值分析方法計(jì)算出相應(yīng)的危害值和累積危害值。50 ℃條件下壓縮干糧威布爾危害排序表如表3所示。

表3　50 ℃條件下壓縮干糧威布爾危害排序表

注:Ha=危害值=100/排序。

利用威布爾模型公式對(duì)威布爾危害排序表進(jìn)行擬合,得到貨架壽命log(t)隨累積危害log(∑H)的變化曲線方程,如圖2所示,得到壓縮干糧在50 ℃條件下貯藏的硬度貨架壽命模型為:log(t)=0.2569log(∑H)+1.1211,∑H為累積危害值,t為貨架壽命。

由預(yù)測(cè)模型可知相關(guān)系數(shù)R2=0.9054,威布爾分布形狀參數(shù)β=3.89,在2和4之間說(shuō)明感官分析無(wú)偏見(jiàn)。由此可以得出,在50 ℃條件下,采用威布爾危害分析法所建立貨架預(yù)測(cè)模型具有較高的預(yù)測(cè)能力。結(jié)合感官評(píng)價(jià)結(jié)果可知,壓縮干糧以硬度為指標(biāo)的貨架壽命為40 d。

圖2　50 ℃條件下壓縮干糧Weibull危害分析圖Fig.2　Weibull hazard analysis chart of compression food at 50 ℃

3　結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)對(duì)貯存于50 ℃條件下的壓縮干糧進(jìn)行感官接受性評(píng)價(jià),由評(píng)價(jià)結(jié)果可得出硬度可接受終點(diǎn)為190 N,在50 ℃條件下的貨架壽命為40 d。采用威布爾累計(jì)危害分析法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,建立50 ℃條件下硬度隨時(shí)間變化的預(yù)測(cè)模型,得出相關(guān)系數(shù)R2=0.9054,威布爾分布形狀參數(shù)β=3.89,在2和4之間說(shuō)明感官分析無(wú)偏見(jiàn)。因此,威布爾累計(jì)危害分析法可用于建立壓縮干糧硬度隨時(shí)間變化的關(guān)系模型。

[1]Gacula M C. The design of experiments for shelf life study[J].Journal of Food Science,1975,40:399-403.

[2]Gacula M C,Kubala J J. Statistical models for shelf life failures[J].Journal of Food Science,1975,40:404-409.

[3]Al-kadamany E,Toufeili I,Khattar M,et al. Determination of shelf life of concentrated yogurt(Labneh)produced by in-bag straining of set yogurt using hazard analysis[J].Journal of Dairy Science,2001,85:1023-1030.

[4]Wittinger S A,Smith D E. Effect of sweetners and stabilizer on selected sensory attributes and shelf life of ice cream[J].Journal of Food Science,1986,51:1463-1466.

[5]Schmidt K,Bouma J. Estimating shelf-life of cottage cheese using Hazard analysis[J].Journal of Dairy Science,1992,75:2922-2927.

[6]Thiemig F,Buhr H A. Characterization of shelf life and spoilage of fresh foods:first results with the Weibull hazard analysis[J].Fleischwirtschaft,1998,78:152-155.

[7]Gacula M C,Singh J. Statistical methods in food and consumer research[J].New York:Academic PressInc,1998.

[8]Cardelli C,Labuza T P. Application of weibull hazard analysis to the determination of the shelf life of roasted and ground coffee[J].Lebensm Wissu Technol,2001,34(3):273-278.

[9]Taoukis P S,Labuza T P,Saguy I S. Kinetics of food deterioration and shelf-life prediction//Handbook of food engineering practice[M].NewYork:CRC Press,1997:361-403.

[10]曹平,于燕波,李培榮.應(yīng)用Weibull Hazard Analysis方法預(yù)測(cè)食品貨架壽命[J].食品科學(xué),2007,28(8):487-491.

[11]姜松,胡慧群,趙杰文.三點(diǎn)彎曲法測(cè)定餅干在貯藏過(guò)程中的質(zhì)地變化[J].中國(guó)糧油學(xué)報(bào),2009,24(3):25.

[12]Labuza T P,Schmidl M K.Use of Sensory Data in the Shelf Life Testing of Foods:Principles and Graphical Methods for evaluation[J].Gereal Foods World,1988,33(2):193-194,196-198,200-206.

[13]Duyvesteyn WS,Shimoni E,Labuza TP. Determination of the end of shelf-life for milk using weibull hazard method[J]. LWT-Food Science and Technology,2001,34:143-148.

Determination of compressed food of hardness critical value

CUI Yan,QIAN Ping,YU Jian-yong

(Military Supplies Research Institute,Beijing 100010,China)

Military compressed food was the primary variety in military food system. In order to study the relationship of hardness and temperature during storage,the compressed food was measured by sensory analysis and Weibull hazard analysis at 50 ℃ to determine the limit of hardness accept ability. The hardness predictive models were also developed. The results showed that the limit of hardness acceptability was 190 N,and the shelf-life was 40 d.

compressed food;hardness;Weibull hazard analysis;sensory analysis

2016-02-25

崔燕(1982-)，女，碩士，工程師，研究方向:軍用食品工程，E-mail:13811716626@163.com。

TS217

A

1002-0306(2016)11-0100-04

10.13386/j.issn1002-0306.2016.11.012