1_食品包装保质期及预测

快消食品包装关键技术国家轻工业包装制品质量监督检测中心常务副主任中国包装总公司食品包装技术与安全重点实验室主任国家食品装备产业技术创新战略联盟副理事长中国食品和包装机械工业协会专家委员会委员中国机械工程学会包装与食品工程分会常务理事中国振动工程学会包装动力学专业委员会常务理事、教授、博士生导师江南大学内容提要快消食品的特性与包装要求食品包装保质期及预测包装材料传质及其阻隔性性能检测基于保质期的食品包装设计与应用食品包装保质期及预测„物态稳定性防护。针对产品或内容物物理性质的稳定性保护及相关的环境防护。„化学稳定性防护。针对产品或内容物化学性质的稳定性保护及相关的环境防护。„生理生化稳定性防护。针对有生命的和有机物类的产品或内容物维持其生命或生理生化性质正常的稳定性保护及相关的环境防护。„结构稳定性保护。对于产品或内容物的包装来说，机械结构的稳定保护有着极其重要的意义，物流过程外部环境条件又特别复杂、影响甚大，因此形成了独立的机械结构稳定性保护及其相关的环境防护。„综合稳定性保护。在上述4种类型中，基于其中一类领域的原因而造成另一类领域的后果。一、产品（包装）保质期及其影响因素1.保质期含义„指产品从生产、包装到在规定的条件下开始变成不合格品之间的时间（保证产品质量的日期）。„在此期间，产品完全适用于出售，并符合标签上或产品标准中所规定的质量。„食品的保存期：指预示在任何标签上规定的条件下食品可以食用的最终日期。在此之后，该食品不再适于食用。„功用Š消费者可以了解所购产品的质量状况；Š生产商可以指定正确的流通途径和销售模式；Š包装设计的基础„我国对各大类食品的保质期已有具体的规定一、产品（包装）保质期及其影响因素要求：„生产商需对产品的保质期进行准确的试验测定，以保证产品在流通、销售等环节中质量的稳定。„包装工艺保证主要对象：„食品、药品、化工产品等－强制性产品对象特性：„包装参与产品使用的全过程Š保质期确定复杂，随机性－研究甚少„包装只是参与生产地到消费者之间的过程。Š主要研究试验对象一、产品（包装）保质期及其影响因素2.影响因素„(1)产品特性„(2)包装„(3)贮运条件„三者之间关系Š产品特性：内因Š贮运条件：外因Š包装：调节、限制、阻隔副作用？？一、产品（包装）保质期及其影响因素3.确定合格品（保质期）的判别标准„合格品的判别标准一般以产品中某种关键、特性成分为依据。任何产品的合格品判别标准都直接影响包装有效期的测定。„判别标准说明Š有些产品的合格品判别标准有一条明确的界限，而有些产品则因变质情况比较复杂，难以确定一个临界点。Š如果产品有多个或互相影响的变质形式，则应确定一组合格品的判别标准。Š产品既要符合合格的标准化标准，又要能为顾客所接受，这是产品能在市场上打开销路的决定性因素。一、产品（包装）保质期及其影响因素„技术要求：Š对品质变化进行客观的评价；Š包装对这种源自保质期要求的适应性；现有包装技术的限制性：片剂泡罩包装：PVC基材＋铝箔，PVDC涂复Š解决方案必须符合法定的产品标准。„说明Š品质的标准及其所衍生的要求会随着时间变化。Š影响因素：„技术进步的客观标准„政治与媒体激起的情感标准食品保质期食品保质期„特性：一般而言，食品由很多成分组成，其中的大部分成分化学稳定性相对较低。„“品质”定义Š决定产品性能的品质原则上说是基于产品的成分。Š品质Q可以描述为产品化学成分的函数：),,,(21ncccfQ⋅⋅⋅=ci代表成分i在食品中的浓度QctiΔ⇒Δ⇒Δ成分浓度随时间的变化允许的浓度变化的幅度„不同种成分对产品品质的重要性可以差别巨大„重要性和许可的浓度范围是由成分的化学结构来决定的。„通过包装保持品质意味着把某一特定的浓度尽可能长地保持在一定的范围内。食品保质期“食品保质期”涵义产品最重要的品质特征可以保持的时间间隔的上限。产品保质期的确定方法„理论设计、预测Š技术基础：„产品质量变化的机理与理论表征；„外界因素的影响具体表征；„包装工艺性能Š现有研究：„产品湿度控制、产品氧化控制、产品色泽控制、微生物反应等;„复杂性Š加速、模拟试验方法二、食品包装保质期预测与试验货架寿命加速试验方法对食品行业来说，在一个较短的时间内确定产品的货架寿命是很有必要的。„对产品的存储、运输和测定货架寿命有很大的影响。„根据所得的相关信息，可以进一步改进产品配方和加工处理技术，从而延长货架寿命。„由于实际原因，特别是产品的实际存储时间较长，加速试验技术可大大缩短试验时间。介绍相关货架寿命加速试验（ASLT）的方法，根据在明显短于实际货架寿命的时间内获得的数据来评估产品的稳定性。货架寿命加速试验方法基本原理„ASLT有一个有效的动力学模型适用于任何恶化的过程，包括化学，物理，生化或微生物引起的恶化。ASLT的基本原理在所有情况下都是一样的。„大多数的货架寿命加速试验都研究的是基于食品化学反应引起的恶化。„货架寿命加速试验有很多方法，但基本所有的都是关注于如何在短期内获得可靠的恶化数据，采用什么模型，以及最终怎样预测得到食品的实际货架寿命。货架寿命加速试验方法（1）初始速率法„保质期加速试验中最简单方法。„此法适用于恶化过程可通过精确灵敏的分析方法测定的情况，要求这种方法能测量在实际条件下存储一小段时间食品品质的微小变化。获得早期存储时恶化过程的初始速率的动力学数据。„要预测实际的保质期，只需要知道或求得恶化过程和时间的函数关系，在化学反应中通过反应级数获知。货架寿命加速试验方法说明„初始速率法，在适用的条件下，可以提供一个理想的货架寿命加速试验技术。其优势在于在相对短的时间内，要获得在实际储存条件的动力学数据，只需仅与反应级数相关的最简单动力学模型。„在没有一个非常灵敏和准确的分析技术的情况下，应延长恶化过程的时间，使可用的检测方法获得相关统计意义上的变化。„当反应级数未知，可用一个简单的加速试验程序凭经验估算。在这种情况下，可以采用下面的最简单动力学模型。这种方法通过任何动力学活跃因素来加速恶化的进程。货架寿命加速试验方法（2）动力学模型法„基本过程包括以下步骤：Š选择所需的加速恶化进程的动力学活跃因素。Š在使恶化速率足够快的加速因素水平下，对恶化过程的动力学进行研究。Š通过计算动力学模型的参数，推断正常贮存条件下的数据。Š通过推断出的数据或动力学模型预测在实际储存条件下的货架寿命。货架寿命加速试验方法动力学模型„食品中一个最全面的动力学模型，包括引起变质速度变化的所有因素。产品的变质速度用以下方程来表示：dD/dt=K（CFi，EFj）其中：D—变质指数；t—时间；Ci—成分因素；Ej—环境因素。货架寿命加速试验方法（3）货架寿命加速试验存在的不足„与ASLT相关的问题Š一是没有一个有效的动力学模型来适应任何加速动力学因素。Š二是即使存在这样的模型，但它非常复杂，需要评估大量的参数。在这种情况下，实验过程变得极其繁琐以至于ASLT过程无实用性可言。„缺少恶化指标Š有的食品以感官为评价，其综合了不同反应的影响。在许多情况下，衡量与感官评价密切相关的恶化指标是不存在的。因此，产品只能根据可接受或不可接受两等级来判别，而不是由一连续等级来判别的，从而不存在用初速度或无模型法来进行稳定性加速试验。„统计问题Š正确的统计方法在ASLT的使用是至关重要的，涉及到动力学模型验证。显然，ASLT技术本身缺乏验证该模型有效性的能力.货架寿命加速试验方法（4）包装产品货架寿命加速试验„前提：产品本身的品质变化规律„需解决的关键问题：Š加速试验因素对包装材料相关性能（传质与渗透）的影响与规律。Š包装材料与包装物的相关作用－对货架期影响。Š包装容器内外物质、能量等的交换过程三、食品防潮包装保质期预测与试验技术概述吸附理论及模型酥性饼干防潮包装保质期预测模型防潮包装保质期预测模型的试验验证1概述食品防潮包装的价值„食品防潮性能的要求；„对食品相关性能的影响；„综合效应防潮包装的方法„利用干燥剂吸湿除潮的作用原理，来吸收包装内的水分和从包装外渗透进来的水分，以减缓包装内部湿度上升的速度，达到延长储存期防潮包装的目的。„使用透湿率较低的防潮包装材料对产品进行包装，从而防止包装内外环境中水分的互换，尽量保证包装内湿度的稳定。1概述食品防潮包装的关键技术„产品吸湿特性的评价与模型表征；„不同环境下的包装材料透湿性能及其性能改善技术；„防潮保质期的预测理论方法；„合理可靠的加速试验方法难点：„动态、综合环境下的保质期的预测理论方法；„综合环境下的加速试验方法2吸附理论及模型食品平衡含水率的经验模型(等温吸湿模型)：„(1)Modified-Henderson(MHE)模型1exp[()]CRHATBM=−−+()()1ln1CRHMATB⎡⎤−=⎢⎥−+⎣⎦RH—物料所处环境相对湿度，%；T—环境温度，K；M—物料平衡含水率，%；A、B、C—与物料性质相关的常数。2吸附理论及模型„(2)ModifiedChung-Pfost(MCP)模型„(3)ModifiedOswin(MOS)模型exp[exp()]ARHCMTB=−−+()()lnlnMACTBRH=−−+⎡⎤⎣⎦11[()/]CRHABTM=++()11CRHMABTRH−−⎡⎤=+⎢⎥⎣⎦2吸附理论及模型„(4)ModifiedHalsey(MHA)模型()()exp[exp()]CRHABTM−=−+1explnCMABTRH−=+−⎡⎤⎣⎦3酥性饼干防潮包装保质期预测模型™酥性饼干„中华人民共和国轻工行业标准QB/T1433.1一2005中定义：酥性饼干（Shortbiscuits）是以小麦粉、糖、油脂为主要原料，加入膨松剂和其他辅料，经冷粉工艺调粉、辊印、成型、烘烤制成的饼干。„GB7100－2003《饼干卫生标准》中给出相关的指标要求为：项目指标酸价（mg/g)5过氧化值（g/100g)0.25总砷（mg/kg)0.5铅（mg/kg)0.5水份(g/100g)6.5应用实例市售的100g香浓奶酥饼干储存条件为室温（25℃），相对湿度65％。使用的包装材料为BOPP/vmCPP，经国家轻工业包装制品质量监督检测中心测得Bopp/vmCPP的透湿系数为0.51×10-15g·cm/cm2·s·Pa，薄膜厚度45μm，测得包装总面积为390cm225℃时饱和水蒸气压强为3.167kPa。预测保质期为:325天产品标注：360天4防潮包装保质期预测模型的试验验证加速验证试验„分别在35℃、45℃、50℃和60℃高温（RH90%）条件下试验测得试样防潮包装的保质期；„利用Arrhenius公式外推得到常温下的保质期；„利用防潮包装保质期预测模型，获得相同条件下的防潮包装的预测保质期；„比较结果，验证预测方法可行性。四、基于微生物控制的食品包装保质期根据微生物的控制来预测食品包装保质期的原理，即依据各种食品微生物在不同加工、储藏和流通条件下的特征，建立一系列能描述和预测微生物在特定条件下生长和死亡的模型，判断食品内主要病原菌和腐败菌生长或残存的动态变化，从而对食品包装保质期进行快速预测。现在已知的微生物生长模型有很多，但结合食品包装预测保质期的模型大多数只适用于一类食品。进行食品保质期预测，首先应了解研究对象的性质，确定特定腐败菌，贮藏条件等，然后再选择合适的方法和模型进行预测。四、基于微生物控制的食品包装保质期1食品预测微生物学模型„预测微生物学研究的最主要内容是根据相关食品中微生物数据资料建立适当的数学模型，其中微生物生长模型是核心和研究重点。„动力学模型分为三个级别：初级模型，二级模型，三级模型，Š初级模型是指在特定的培养