包装食品的货架期及其预测方法

包装食品的货架期及其预测方法
2009-10-26 14:14:55| 分类：09食品化学| 标签：|字号大中小订阅
岳本芳200905214
摘要：影响包装食品货架期的因素主要有产品本身及其功能、环境和包装料。

介绍了货架期预测及加速预测的模型。

关键词：货架期;货架期预测;加速货架期实验
引言
目前食品工业被以下相关的机构所包围：TQM（全面质量管理），HACCP(危害分析与关键控制点），FDA（食品药品监督管理局），环境保护机构和国际标准化组织ISO-9000.为了不被这些机构淹没并且能有效的利用可获得的技术生产产品满足顾客的需求，基础的质量保证和货架期预测是很有必要的。

而且为了增加销售效益，生产长货架期产品，给货架期实验带来困难。

为了解决货架期预测需时长，效率低且耗资大的问题，加速货架期试验（ASLT,Accelerated shelf-life testing）就应此需求发展起来了。

1 货架期定义
货架期，许多字典定义为产品没有发生质变在超市或家中储存的时间。

但这个解释会让人产生一种误解，因为食品的质变在农作物收割后和产品被包装之前就已经开始了。

在储存期间食品也会发生一系列的物理、化学和微生物的变化。

《食品发展》中将食品货架期定义为产品可以被接受并且满足顾客质量要求的时间长度。

这个解释被广泛接受。

在Lemper(1992)的报告中，顾客对质量的理解建立在口感、成分、纯度和价值上。

2货架期的影响因素
2.1 产品本身及其功能
产品货架期受产品的微生物、酶类和生化反应的影响。

微生物自身产生的一些有害物质或微生物利用了产品中的某些营养成分生成其它物质，从而影响了产品的货架期。

大量的资料显示酶的作用是导致货架期问题的重要原因，而生物化学方面的变化着重表现在氧化反应上，生化反应主要影响产品的外观，风味和口感。

2.2环境
影响产品货架期的环境因素有：保存温度，相对湿度，水分含量，水分活度，气体浓度，PH 值，金属离子，氧化还原电势，压力和辐射等。

其中最重要的环境影响因素是温度。

温度会影响反应速度，一般来说，反应速度随着温度的升高而加快。

产品的储存温度高，货架期缩短。

2.3 包装材料
不同的包装材料其透气性、密封性、透光性、阻湿性等都不同，从而影响产品的货架期。

包装材料按其组成分为以下几类：纸质材料（纸、纸板、瓦楞纸）；合成高分子材料（塑料、橡胶、粘合剂、涂料）；金属材料（钢铁、铝、锡、铅等）；玻璃与陶瓷材料；复合材料；纤维材料；木材；其它材料。

其中高分子材料的使用较为普遍。

据统计，以人类对材料总需求为100%，则高分子材料占60%。

根据其性能和用途将其分为橡胶，纤维和塑料三大类。

其中又以软塑包装
较为多见。

软塑包装优点有：简便，易堆垛、易计数、易搬运，重量轻，价格合理，造型美观等。

软塑包装构成：外层为印刷保护层，要求有良好的印刷适应性，良好的尺寸稳定性，光泽性透明性优良，并且具备一定的保护功能，一般采用BOPP（聚丙烯）、BOPET（聚对苯二甲酸乙二酯）、BOPA（聚酰胺）等薄膜；中层为功能保护层：起到软包装材料主要功能承担者的作用，根据不同的包装物，主要起到阻湿、阻氧、阻光等作用，一般采用镀铝膜、AL（铝箔）、PET （聚对苯二甲酸乙二醇酯）等涂层材料；内层为热封层：起到成型热封密闭的作用，要求无毒、无异味、呈化学惰性、良好的热封等性能，一般采用PE（聚乙烯）、CPP（流延聚丙烯）、EVA（由乙烯、乙酸乙烯酯两种单体共聚制得）等。

材料不同，其性能就不同，要根据产品的特性选择合适的包装材料，才能发挥其有效的阻隔作用。

NY（尼龙）具有较好的阻氧性，但吸水性强，透湿率大，吸水后使其气密性急剧下降；纸质材料透气性大，防潮防湿能力也差；PE 气密性不良，对气体和蒸气的透过率较大，BOPP，CPP和BOPET都具有良好的防潮抗水性；铝箔和镀铝膜具有较高的阻隔性被用来延长货架期。

但是包装材料对货架期的影响也与产品所处的环境条件有关，Paine 和Paine(1983)的研究指出在扩散的气体或水分不与阻隔材料发生相互关系的情况下，包装的渗透性与温度呈指数相关。

Almeida-Dominguez，Higuera- Ciapara，Goycoolea和Valencia(1992)的研究发现在40℃时高密度聚乙烯材料比低密度聚乙烯材料具有更好的阻吸湿性，但在50℃时二者的差别却可被忽略。

3 产品货架期预测
3.1 质量损失模型
在预测货架期实验中最重要的一步是选择一个合适、可靠的方法来模拟食品的质量损失，为货架期试验提供有效的设计。

货架期预测试验建立在食品质量损失模型的基础上，主要是指在食品体系中发生的不同衰败机制的动力模型。

一般描述食品体系的质量损失方程为：rQ=(phi)(Ci,Ej)，它描述了质量衰败速度（rQ）是多种混合因素（Ci）共同的作用，例如反应物的浓度，微生物水平，催化剂，反应阻聚剂，PH和水分活度等。

环境因素（Ej）方面如温度、相对湿度、光照、机械压力和整体压力能显著的影响反应速度，在动力学试验中需要密切的监控。

一个质量损失的动力模型不仅仅研究食品系统，也是研究环境条件的实验，包括包装材料的渗透性等。

随着模型化的建立，能够使用化学、物理、微生物或感官参数来衡量影响质量变化的因素。

Brody和Lord(2000)，Man 和Jones(2000)，Robertson(1993)，将产品的质变速度用以下方程来表示：
其中：c=质变指数；t=时间；I= 内部变量；E=外部变量。

或更明确的表示为：
其中：n= 反应级别；dA/dt=反应速度；k=速度常数。

在零级反应中，例如非酶褐变，其反应速度与反应物的浓度无关。

在一级反应中，例如微生物的生长，其反应速度与其反应物的浓度相关，两者的关系是非线性的。

许多食品的质变都属于零级或一级反应，但有一些属于二级反应。

3.2产品货架期预测模型
产品的货架期预测必须将产品本身质量的损失与包装材料的影响相结合起来。

产品本身质量的损失模型如上面所介绍；包装所用的预测模型一般为：
其中：dW=食品重要成分的重量变化；k=装材料的渗透系数；I=包装材料的规格；A=包装表面积；dP= 包装结构内外局部渗透压差。

当采用多种材料时，例如迭片结构和混合挤压结构等，材料渗透性用单种材料渗透性倒数的和来表示：I/P=1/P1+I/P2+.........I/Pn。

目前发展的包装应用的预测模型最好的是M-Rule Container Performance 模型，是用来预测饮料的。

许多包装材料所用的预测模型都是以充碳酸气体饮料的塑料瓶中二氧化碳的损失为研究对象，氧气的进入和维他命D 的氧化也包括了。

M-Rule的特点是将塑胶材料的多方面因素都结合起来考虑。

例如包装几何学（形状，表面积，规格等），材料及其密封性等。

因为气体通过密封材料（通常是聚丙烯）和通过瓶材料（通常是聚酯）的方式是不同的。

Aaronl.Brody(2003)指出在实践中应用M-Rule 是很
合理的。

4 加速货架期预测
为了增加销售效益，商家都致力于研制长货架期的产品，加速预测货架期实验(ASLT,Acceleratedshelf-life testing)就是针对货架期预测时间长，效率低，耗资大的实际问题而发展起来的一种方法。

通过应用一些加速手段在短期内预测出产品的真正货架期。

在食品上使用的加速手段主要有：提高温度，增加湿度，光照等。

其中温度加速试验使用的较为广泛。

最广泛使用的加速预测模型是Arrhenius 相关模型，用来描述温度对反应速度的影响，来源于热力学理论和统计力学原理。

Arrhenius相关是为可逆分子化学反应而发展起来的理论，试验表明可应用于更多更复杂的化学和物理现象（例如黏度，扩散，吸收等）Aeehenius相关方程：
其中：k=质变反应速度常数；k0=速度常数，与温度无关；K 8 活化能；C 8 气体常数；J8 绝对温度。

在食品工厂广泛使用的描述温控试验的方法还有Q10 法。

Q10是相差10摄氏度的反应速度常数的比值。

这个模型可以用来描述产品在某个温度下反应有多快，包括滥用的高温。

可以用来加速预测产品的货架期。

5 结束语
生产延长货架期(Extended shelf-life,ESL)产品的技术在1960 在北美已经存在。

现在此技术应用到高附加值产品及常规的饮用奶领域，尤其ESL 奶近年来受到世界乳业广泛的关注。

对货架期影响因素及其预测方法等的研究为开发长货架期产品提供了理论依据。

岳本芳（200905214）。