一种市售曲奇饼干基于脂肪氧化货架期的预测

周 露， 张丛兰， 刘 雨， 张 美， 杨 芳

(1．湖北大学知行学院，湖北武汉 430011;2．武汉工程大学绿色化工过程省部共建教育部重点实验室，湖北武汉 430073)

一种市售曲奇饼干基于脂肪氧化货架期的预测

周 露1， 张丛兰1， 刘 雨1， 张 美2， 杨 芳1

(1．湖北大学知行学院，湖北武汉 430011;2．武汉工程大学绿色化工过程省部共建教育部重点实验室，湖北武汉 430073)

以一种市售曲奇饼干为样品，采用“Schaal耐热试验法”加快样品变质速度，将样品贮藏于60℃，50%RH恒温恒湿条件下进行周期性实验，定期取样测定其酸价和过氧化值，同时进行感官评定．以贮藏时间和对应的过氧化值、酸价的对数值进行回归拟合，得到在60℃，50%RH恒温恒湿条件下，该种曲奇饼干的货架期为23 d．根据氧化一级动力学方程，应用Arrhenius公式预测该种曲奇饼干产品在常温20℃，50%RH下的货架期为368 d．

曲奇饼干;货架期;过氧化值;酸价;Schaal耐热试验;Arrhenius公式

曲奇饼干是一种油脂含量较高的焙烤食品，其所含油脂在包装、存储、销售过程中容易因为环境中的各种因素发生氧化酸败，降低食品营养价值［1］．随着人们生活水平日益提高，消费者对食品安全性要求也越来越高，各种食品的货架期应该有较为科学的方法去评价．一些常见的食品货架期预测模型和方法包括:以温度为基础的动力学模型、微生物生长模型、低水分食品的防潮包装模型、统计学方法及其他国内外新技术方法［2－3］．

食品变质的程度受各种因素影响，其中温度是最主要的影响因素之一，而且是惟一不受食品包装类型影响的因素［4］．食品的变质程度还取决于其化学反应速度的快慢，而化学反应速度又是时间的函数．各种食品的种类、组成结构和化学成分的不同，使其质量下降速度与温度的关系也不完全相同．油脂的氧化过程是一种化学反应，其反应规律符合化学动力学规律．Arrhenius公式是预测食品质量随温度影响发生劣变的经典公式，它是1889年，Arrhenius在研究温度对酸催化蔗糖水解转化反应的基础上提出的一个经验公式［5］．

实验选取了以温度为基础的动力学模型来研究油脂含量较高的曲奇饼干的货架期．通过加速氧化实验和Arrhenius公式，可在较短的时间内预测曲奇饼干这类食品的货架寿命，这对食品质量的控制和货架寿命的研究具有积极的指导意义．

1 材料与设备

1.1 材料与试剂

曲奇饼干购于武汉某超市，选择1周以内出厂的产品．

盐酸、氢氧化钠、石油醚(30～60℃)、乙醇、三氯甲烷、冰乙酸、硫代硫酸钠、氢氧化钾、碘化钾均为分析纯．

1.2 仪器与设备

JY2003型电子分析天平，上海舜宇恒平科学仪器有限公司;WGL－30B型电热恒温鼓风干燥箱，天津市泰斯特有限公司;HH－2型数显恒温水浴锅，常州国华电器有限公司;HPX－160BS－Ⅲ型恒温恒湿箱，上海新苗有限公司．

2 实验方法

以市售曲奇饼干为研究对象，测定样品在初始状态下的水分和油脂含量，其结果作为评定样品能否应用加速氧化实验和Arrhenius公式预测货架期的依据．

将样品分装，每包50 g，置于60℃，50%相对湿度(relative humidity，RH)恒温恒湿干燥箱中贮藏35 d，每间隔7 d取样一次，每次取2包样品．其中1包进行油脂的提取，测定样品的酸价和过氧化值，同时做3次平行，取平均值．另1包样品，进行感官评价．分别以酸价、过氧化值以及感官评分为参考指标，推算60℃，50%RH条件下该产品的货架期．同时，根据Arrhenius经验公式，根据60℃的货架期，预测出曲奇饼干在室温20℃下的货架期．

2.1 水分含量测定

采用常压干燥法，参考GB/T 5009.6—2010方法［6］．

2.2 脂肪含量测定

采用索氏抽提法，参考GB/T 5009.3—2003方法［7］．

2.3 样品中油脂的提取

取50 g样品，置于250 mL具塞锥形瓶中，加80 mL石油醚，避光放置过夜，用快速滤纸过滤后，用20 mL石油醚洗脱，分别取4份10 mL浸泡液，进行过氧化值、酸价测定［8］．

2.4 酸价和过氧化值测定

参考 GB/T 5009.37—2003 方法［9］．

2.5 感官评价

感官评价采用成对比较法［10］．由10名评价员组成评价小组进行，要求每位评价员独立完成感官评价．每次取样对照评分标准(见表1)进行打分．实验样品在贮藏过程中，选取产品的气味、滋味、口感和色泽为感官评定指标，各项指标满分10分．其中，气味和滋味分值各占全部感官评定分值的30%;口感和色泽各占20%．将各指标得分进行加权平均即为最后感官加权得分．将感官加权得分低于6分者视为变质产品．

表1 感官评价评分标准Tab．1 Score sheet of sensory evaluation

2.6 化学动力学预测

大多数食品的质量与时间关系表现出零级或一级反应，其动力学方程分别如式(1)和式(2)［11］．

零级反应:

一级反应:

根据Arrhenius方程，反应速度常数K与温度T的关系如式(3)［12］．

式(3)中的K0为频率因子，Ea为活化能，kJ/mol;R为气体常数8.314 J/(mol·K)，T为绝对温度，K，式(3)说明速度常数是绝对温度的指数函数．

根据Arrhenius经验公式，对于常规化学反应，在一定温度范围内，反应温度升高10℃，反应速率常数提高1倍，即K(T+10)/K(T)=2，而反应速率常数(K)与食品货架寿命(N)成反比，即K值越大，食品货架寿命越短，因此N(T)/N(T+10)=2．由此可得相关数据，即60℃条件下Schaal耐热试验的1 d货架寿命相当于20℃条件下贮藏16 d(见表2)．因此通过在高温下进行产品的氧化加速实验，可推出曲奇饼干在常温下的货架寿命．

表2 温度与油脂货架寿命系数的关系Tab．2 Relationship between temperature and shelf life coefficient of fat

3 结果与分析

3.1 水分含量和脂肪含量

对样品的水分含量和脂肪含量进行测定，结果表明样品的水分质量分数平均值为1.38%，低于4%;样品脂肪质量分数平均值为33.27%，高于16%，符合 GB/T 1433.5—2005［13］中对曲奇饼干的要求．该种曲奇饼干样品的油脂含量相对较高，且水分含量相对较低，腐败微生物对样品货架寿命的影响较小，其货架寿命主要受脂肪氧化速率的影响，因此可以采用加速氧化实验，并应用Arrhenius公式来预测该种市售曲奇饼干基于脂肪氧化的货架期．

3.2 以酸价为参考指标的货架期预测

周期性取样测定酸价，结果表明在60℃，50%RH恒温恒湿条件下贮藏样品，第1周到第5周的酸价分别为 0.25，0.75，0.85，1.3，2.5 mg KOH/g，油脂酸价的变化曲线见图1．

图1 60℃和50%RH条件下曲奇饼干油脂的酸价变化Fig．1 AV of fat in cookies under 60 ℃ and 50%RH

在60℃，50%RH条件下样品贮藏时间和对应的酸价的对数值的回归拟合曲线见图2．

图2 60℃和50%RH条件下贮藏时间和对应的酸价对数值的回归拟合Fig．2 Regression fitting of storage time and logarithm of AV under 60℃and 50%RH

线性回归方程为ln(AV)=0.518t－1.673，R2=0.934．从回归方程的显著性看，其方程线性相关度显著，根据GB 7100—2003中规定，饼干允许的最高酸价为39.4 meq/kg(5 mg KOH/g)，将其代入回归方程，得到在60℃，50%RH加速氧化实验中，该曲奇饼干的货架期为24.5 d．

3.3 以过氧化值为参考指标的货架期预测

周期性取样测定过氧化值，结果表明在60℃，50%RH恒温恒湿条件下贮藏样品，第1周到第5周的过氧化值分别为 0.014 9，0.018 3，0.022 2，0.022 9，0.0267 g/100 g，过氧化值的变化曲线见图3．

图3 60℃和50%RH条件下曲奇饼干油脂的过氧化值变化Fig．3 Curve of POV of fat in cookies under 60℃and 50%RH

在60℃，50%RH条件下曲奇饼干中油脂的氧化速率曲线见图4．

图4 60℃和50%RH条件下贮藏时间和对应的过氧化值的对数值的回归拟合Fig．4 Regression fitting of storage time and logarithm of POV under 60℃and 50%RH

线性回归方程为ln(POV)=0.139t+0.064，R2=0.950．从回归方程的显著性看，方程线性相关度显著，根据GB 7100—2003中规定，饼干允许的最高过氧化值为19.7meq/kg(0.25 g/100 g)，将其代入回归方程，得到在60℃，50%RH加速氧化实验中，该曲奇饼干的货架期为21 d．

3.4 以感官鉴定为参考指标的货架期预测

周期性取样，对样品进行感官评分，实验结果见图5．

感官加权分低于6分者视为变质产品，由图5可看出，在60℃，50%RH储藏情况下的饼干第4周(第28 d)加权得分为5.22，小于6分，开始变质．对比过氧化值和酸价的预测结果是23 d左右超出正常食用期．由此可判断，此次感官评定的评分结果基本符合实验预测结果．

图5 60℃和50%RH条件下曲奇饼干感官评分Fig．5 Sensory score of cookies under 60 ℃ and 50%RH

4 结论

实验得出在60℃和50%RH条件下，该曲奇饼干以酸价为参考指标的货架期为24.5 d;以过氧化值为参考指标的货架期为21 d;感官评定的结果显示，该样品从第28 d开始变质．综合以上结果，60℃，50%RH条件下该曲奇饼干的货架期为23 d．

根据表2中温度与油脂货架寿命系数的关系，20℃的货架寿命系数为16，因此，预测该产品在20℃，50%RH条件下的货架期为368 d．这一结果与产品标识上显示的“保质期为一年”基本一致，从而证明本预测本实验中的曲奇饼干样品由于脂质含量高，因此符合一级动力学方程，可以应用Arrhenius公式进行货架期预测．

［1］赵征．食品工艺学实验技术［M］．北京:化学工业出版社，2006:46-48．

［2］余晓琴，车晓彦，张丽平．食品货架期寿命预测［J］．禽品研究与开发，2007(28):83-87．

［3］曹悦，陆利霞，熊晓辉．食品货架期预测新技术进展［J］．食品研究与开发，2009，30(5):165-168．

［4］王璋，许时婴，江波，等．食品化学［M］．3版．北京:中国轻工业出版社，2003:849-850．

［5］徐芳，卢立新，许文才．酥性饼干基于温度变化的氧化货架寿命预测［J］．包装工程，2008(7):4-6．

［6］中华人民共和国卫生部．GB/T 5009.3—2010食品中水分的测定［S］．北京:中国标准出版社，2010．

［7］中华人民共和国卫生部．GB/T 5009.6—2003食品中脂肪的测定［S］．北京:中国标准出版社，2003．

［8］中华人民共和国卫生部．GB/T 5009.56—2003糕点卫生标准的分析方法［S］．北京:中国标准出版社，2003．

［9］中华人民共和国卫生部．GB/T 5009.37—2003食用植物油卫生标准的分析方法［S］．北京:中国标准出版社，2003．

［10］张水华，徐树来，王永华．食品感官分析与实验［M］．北京:化学工业出版社，2006．

［11］杨昌举．动力学在食品质量变化研究中的若干应用［J］．食品科学，1986(3):1-8．

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

［13］轻工业标准化编辑出版委员会．QB/T 1433.5—2005．饼干、曲奇饼干［S］．北京:中国轻工业出版社，2005．

(责任编辑:李 宁)

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

武汉市科技局青年科技晨光计划项目(200950431164)．

周 露，女，本科，研究方向为食品科学;

杨 芳，女，讲师，博士，主要从事农产品加工方面的研究．通讯作者．