食品保質(zhì)期不但影響消費者的感官享受，同時關(guān)乎消費者的健康與安全，關(guān)系著食品生產(chǎn)廠商的信譽、品牌與經(jīng)濟(jì)效益。準(zhǔn)確地預(yù)測和計算產(chǎn)品在規(guī)定的貯存條件下的保質(zhì)期，是廠商對流通期內(nèi)食品質(zhì)量功效的保證與承諾，能夠為產(chǎn)品的貯存、流通和分銷策略制定提供有效依據(jù)，也可為進(jìn)一步延長保質(zhì)期的可能性提供參考。
食品保質(zhì)期即食品在標(biāo)明的貯存條件下保持品質(zhì)的期限，通常是指食品在物理、化學(xué)、微生物或感官特性上保持被接受食用的時間周期。按照產(chǎn)品特性可能存在兩種情況。
第一種為“安全食用期”，主要針對易變質(zhì)食品，在“安全食用期”之后，很可能在短時間內(nèi)對人體健康構(gòu)成直接威脅，食品被視為不安全，不得出售或食用；
第二種情況是“最佳食用期”，食品在適當(dāng)儲存時保持其特定特性（包含外觀、氣味、質(zhì)地、味道等質(zhì)量特征）的日期（EU1169/2011）。
目前國內(nèi)使用的標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語為“食品保質(zhì)期”，在2020年9月23日發(fā)布的《食品標(biāo)識監(jiān)督管理辦法（征求意見稿）》中第十五條（三）“保質(zhì)日期可以使用“在××××年××月××日前食（飲）用最佳“或者”保質(zhì)日期至××××年××月××日”等方式標(biāo)注”，表明未來“食品保質(zhì)期”將包含食品貨架期的概念。
本文將重點闡述食品保質(zhì)期的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)情況，總結(jié)基于品質(zhì)衰變原理的保質(zhì)期預(yù)測方法，并結(jié)合前期研究基礎(chǔ)，分析現(xiàn)有保質(zhì)期預(yù)測模型在實際應(yīng)用中存在的問題，以期為食品經(jīng)營制造者評估、設(shè)計和驗證食品保質(zhì)期提供一定依據(jù)。
目前各個國家對食品貨架期或食品保質(zhì)期定義沒有通用標(biāo)準(zhǔn)，ISO 16779: 2015 中規(guī)定了食品最佳賞味期（best before date）為在規(guī)定的儲存條件下，所銷售產(chǎn)品保持其宣稱的質(zhì)量的截止日期，即在此日期前，產(chǎn)品品質(zhì)仍完全令人滿意；以及食品可食用期（use-by date）為在規(guī)定的儲存條件下，保持食品安全品質(zhì)的截止日期，過了這個截止日期，產(chǎn)品可能不具備消費者通常期望的質(zhì)量屬性，即在此日期之后，食品不宜被視為可銷售。
表 1 不同國家食品貨架期/保質(zhì)期標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)
02 食品保質(zhì)期預(yù)測常用模型及應(yīng)用
目前在食品和飲料產(chǎn)品上標(biāo)明的保質(zhì)期通常為消費者提供了一個粗略的指南，告訴他們在既定加工、包裝、運輸和儲存條件下該產(chǎn)品的貨架壽命。但在實際產(chǎn)品生命鏈條中，儲存條件、運輸對包裝的破壞等因素的改變可能會使產(chǎn)品的實際保質(zhì)期短于或長于產(chǎn)品預(yù)期的保質(zhì)期，從而導(dǎo)致與食品安全和浪費相關(guān)的問題。因此保質(zhì)期預(yù)測和評估的進(jìn)展對提高食品供應(yīng)的安全性、可靠性和可持續(xù)性起到至關(guān)重要的作用。
在保質(zhì)期預(yù)測方法中選擇合適的動力學(xué)模型和數(shù)據(jù)分析技術(shù)是至關(guān)重要的，可以根據(jù)環(huán)境條件的變化，更加準(zhǔn)確的預(yù)測產(chǎn)品使用壽命，還可以進(jìn)行實時監(jiān)控。本文梳理了基于品質(zhì)衰變原理的保質(zhì)期預(yù)測方法。
近年來，國內(nèi)外學(xué)者利用動態(tài)模型研究了肉制品、蔬菜、水果等的品質(zhì)變化，并對其貯藏期進(jìn)行預(yù)測，取得了較好的結(jié)果。通過分析影響產(chǎn)品質(zhì)量變化的主要因素確定用于貨架期結(jié)束的關(guān)鍵指標(biāo)，形成基于品質(zhì)衰變原理的貨架期預(yù)測方法體系。
食品品質(zhì)變化由內(nèi)在品質(zhì)性質(zhì)因素Ci表示（如濃度、pH 值、水分活度等）與外在環(huán)境因素Ej表示（如溫度、相對濕度、包裝等）決定，食品品質(zhì)衰變可表示為：rQ=f(Ci,Ej)。食品品質(zhì)衰變一般包括化學(xué)品質(zhì)衰變、微生物生長動力和食品感官失效三個方面的改變。
1.化學(xué)品質(zhì)衰變動力學(xué)模型
食品劣變大多由化學(xué)反應(yīng)引起的食品，一般采用化學(xué)品質(zhì)衰變動力學(xué)模型來進(jìn)行保質(zhì)期預(yù)測。
常用的化學(xué)品質(zhì)衰變動力學(xué)模型為阿倫尼烏斯模型（Arrhenius 模型）。阿倫尼烏斯模型應(yīng)用于脂肪氧化、美拉德反應(yīng)、蛋白質(zhì)變性等易被化學(xué)反應(yīng)破壞的食品。一般來說，溫度越高，化學(xué)反應(yīng)的速度越快，這意味著產(chǎn)品質(zhì)量下降的速度越快。Q10 模型側(cè)重于溫度對貨架期的影響，而導(dǎo)致其預(yù)測精度比較低，在Arrhenius 模型中，用Q10 這個概念來確定溫度對反應(yīng)的敏感程度。
食品保質(zhì)期的損失通常通過測量特征質(zhì)量指數(shù)A隨時間t的變化來評估，通常表示為f(A)=k(T)t，其中f(A)為食品的質(zhì)量函數(shù)，k 為反應(yīng)速率常數(shù)。速率常數(shù)是絕對溫度T 的逆指數(shù)函數(shù)，由Arrhenius阿倫尼烏斯表達(dá)式給出，k=kAexp(–EA/RT)，其中kA為常數(shù)，EA為控制質(zhì)量損失的反應(yīng)活化能，R為通用氣體常數(shù)。根據(jù)以下擬合方程，可以推算貨架終點產(chǎn)品品質(zhì)：
–d[A]/dt=k[A]n，–d[B]/dt=k′[B]n′
式中：k 和k′為品質(zhì)變化速率常數(shù)；
n 和n′為反應(yīng)級數(shù)；
d[A]/dt 和d/dt 為品質(zhì)變化速率。
化學(xué)指標(biāo)A（如營養(yǎng)素或特征風(fēng)味）的損失或不期望的化學(xué)指標(biāo)B（異味成分或褪色色素含量）
若滿足A 或B 與時間t 的線性擬合，則為零級模式；
若滿足A 或B 半對數(shù)與t 的線性擬合，則為一級模式；
若滿足1/A 或1/B 與t 的線性擬合，則為二級模式。
2.微生物生長動力學(xué)模型
微生物腐爛是食品變質(zhì)的主要方式之一，特別是對新鮮或最低限度加工的冷藏產(chǎn)品。微生物可引起食物腐敗或引起食源性疾病。研究表明微生物導(dǎo)致的食品腐爛，主要是食品貯藏中的特定腐敗菌（specific spoilage organisms，SSO）活動導(dǎo)致的，并且微生物菌群不是靜態(tài)的，隨著不同品類食品內(nèi)在因素和外界環(huán)境因素發(fā)生改變，其增長態(tài)勢是預(yù)測食品貨架期的重要因素。
貨架壽命可以定義為從開始儲存到SSOs 達(dá)到某一最大水平的時間。生產(chǎn)加工企業(yè)應(yīng)進(jìn)行貨架期實驗，以確定何時發(fā)生變質(zhì)，并應(yīng)有效驗證致病性微生物生長趨勢，使用合理科學(xué)研究來評估其食品的潛在風(fēng)險。
文獻(xiàn)中有許多與溫度相關(guān)的模型來描述微生物的生長還開發(fā)了一系列軟件工具來預(yù)測食品中某些微生物的生長，然而只有少數(shù)是適用于實際的貨架壽命預(yù)測。常見的微生物動力學(xué)一級模型主要包括四種，Linear 模型、Logistic模型、Gompertz 模型及Baranyi & Roberts 模型。其中Gompertz 模型是預(yù)測微生物學(xué)的基石，美國農(nóng)業(yè)部開發(fā)的PMP（Pathogen Modeling Program）系統(tǒng)和英國農(nóng)糧漁部開發(fā)的FM（Food Micromodel）系統(tǒng)都以Gompertz 函數(shù)作為初級模型。
3、感官預(yù)測保質(zhì)期模型
感官預(yù)測保質(zhì)期方法早在20 世紀(jì)80 和90 年代，Taoukis 等就描述了進(jìn)行有效加速貨架期測試（ASLT: Accelerated shelf-life testing）的原則和方法。在ASLT 方法中，溫度是決定食品損傷的關(guān)鍵參數(shù)，因為溫度越高，食品損傷越快。
溫度和變質(zhì)速度之間的關(guān)系可以用阿倫尼烏斯方程來表示。通常有兩類主要的測試可用于此目的：差異測試（特別是成對比較，雙三聯(lián)測試——通常在差異變化的控制測試中——和三角形測試）和使用適當(dāng)尺度的測試（特征或某些特定屬性）。
目前國內(nèi)外廣泛使用的感官預(yù)測貨架期方法為威布爾危險分析（Weibull hazard），這是一種較為實用的方法，有效地結(jié)合了ASLT 原理和感官方法并進(jìn)行改進(jìn)。威布爾概率函數(shù)在工程中被廣泛用于描述失效現(xiàn)象，由Gacula 和Kubala提出用于貨架壽命測試。該方法的原理主要為產(chǎn)品被消費者拒絕所體現(xiàn)的累計危害率與貯藏時間的關(guān)系式為：lgt=lgH/β+lgα
式中：t 為發(fā)現(xiàn)新變質(zhì)食品的時間/d；H 為累計危險率/%；α 是尺度威布爾分布參數(shù)；β 是形狀威布爾分布參數(shù)。
4、保質(zhì)期預(yù)測方法研究案例
Wahyuni等研究布朗尼蛋糕貨架期的預(yù)測，采用加速貨架期測試（ASLT）方法，并結(jié)合Arrhenius 模型。在該研究中，使用了20℃、30℃ 和40 ℃三種儲存溫度的變化，并選擇硫代巴比妥酸（TBA）為變化指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測。根據(jù)Ketaren的研究表明貯藏過程中脂肪等營養(yǎng)成分的變化會使食品發(fā)生酸敗，氧化產(chǎn)物醛類可與TBA 生成有色化合物，用TBA 值來表示氧化程度，TBA 的數(shù)量是決定油脂損害程度的最重要因素。實驗結(jié)果表明，TBA 的值隨著貯藏溫度的升高而增加，布朗尼的貯藏壽命通過阿倫尼烏斯方程來估計，即隨著溫度升高（20℃、30℃、40 ℃），產(chǎn)品貨架期分別為1.57、4.9 和14 d。
Nashi等對超高溫瞬時處理后的燕麥谷物飲料進(jìn)行風(fēng)味特征的貨架期研究，評價指標(biāo)有不良風(fēng)味混合物、正己醛和PVG，評價方法采用風(fēng)味物質(zhì)色譜分析法，并成立感官評價小組進(jìn)行風(fēng)味可接受程度打分，實驗結(jié)果表明當(dāng)正己醛含量高于初始值的3~5 倍時，燕麥谷物飲料風(fēng)味為不可接受。
HU 等研究殼聚糖包埋的雞蛋在貯藏過程中品質(zhì)變化和貨架期，分別在5℃、20℃和35 ℃條件下，測定經(jīng)包埋的雞蛋在貯藏過程中品質(zhì)的變化。并分析以哈夫值、密度和氣室直徑增加百分比的Pearson 相關(guān)系數(shù)，建立基于Arrhenius 方程的貨架期預(yù)測模型。結(jié)果表明，隨著貯藏時間的延長，雞蛋品質(zhì)呈下降趨勢。高溫（20℃和35 ℃）貯藏環(huán)境比低溫（5 ℃）貯藏環(huán)境對品質(zhì)劣化影響顯著；蛋黃品質(zhì)與霍夫單位的相關(guān)系數(shù)最高，可以作為預(yù)測貨架期的重要指標(biāo)；根據(jù)雞蛋品質(zhì)的變化規(guī)律，蛋黃因素可以建立一階動力學(xué)模型。根據(jù)蛋黃品質(zhì)變化數(shù)建立的模型，預(yù)測值與實測值擬合曲線的系數(shù)R2 為0.982 5，平均相對誤差P 為9.32%，小于10%。較好地描述了蛋黃品質(zhì)與溫度之間的動力學(xué)關(guān)系。同時基于動態(tài)模型，確定了基于蛋黃系數(shù)的殼聚糖雞蛋貨架期預(yù)測模型。平均相對誤差為7.6%，小于10%，說明基于蛋黃品質(zhì)變化的雞蛋貨架期預(yù)測模型是可行的。
劉紅等研究表明目前我國食品及飲料行業(yè)保質(zhì)期的測定大多依靠參照法，即經(jīng)驗值來進(jìn)行確定，缺乏科學(xué)和標(biāo)準(zhǔn)測試方法。在我國應(yīng)用較為廣泛的為加速破壞性實驗，所選用的方法為Q10 模型，主要研究貯藏期間溫度對產(chǎn)品品質(zhì)變化的影響。
任亞妮等應(yīng)用 ASLT 法預(yù)測軟面包的貨架期，實驗溫度選擇為常溫20℃、37℃ 和47 ℃，相對濕度為60%，通過檢測37 ℃和47 ℃下產(chǎn)品的酸價、過氧化值和微生物指標(biāo)（菌落總數(shù)、霉菌、大腸桿菌），并結(jié)合感官評價結(jié)果，結(jié)合Q10 模型，推算出常溫貯藏條件下軟面包的貨架期。
近年來，部分動力學(xué)模型和微生物生長模型也逐漸應(yīng)用到我國產(chǎn)品保質(zhì)期預(yù)測中。胡云峰等研究不同貯藏溫度下鮮濕米粉的品質(zhì)變化動力學(xué)模型，并應(yīng)用Arrhenius 模型預(yù)測其貨架期。研究結(jié)果表明鮮濕米粉的典藍(lán)值的擬合系數(shù)較高，以典藍(lán)值為預(yù)測目標(biāo)建立的模型，經(jīng)驗證誤差較小。
程曉鳳等研究壓縮餅干貨架期預(yù)測， 選擇ASLT 方法結(jié)合Arrhenius 模型進(jìn)行預(yù)測。在加速儲藏溫度條件下，測定壓縮餅干酸價的變化，研究發(fā)現(xiàn)酸價變化較為明顯，符合一級動力學(xué)模型，從而建立壓縮餅干貨架期預(yù)測方程，計算出產(chǎn)品在45 ℃下的保質(zhì)期。
1.當(dāng)前保質(zhì)期研究覆蓋的產(chǎn)品類型少，多為即食食品；
2.國內(nèi)多類產(chǎn)品在現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中缺乏對于產(chǎn)品品質(zhì)，尤其是非食品安全性指標(biāo)（衛(wèi)生指標(biāo)）的設(shè)計，但在實際商品流通中，往往產(chǎn)品品質(zhì)會先于食品安全性指標(biāo)發(fā)生改變，導(dǎo)致產(chǎn)品保質(zhì)期終點難以確定。
如：在開展堅果棒類產(chǎn)品的保質(zhì)期實驗時，參考《T/CNFIA 001—2017 食品保質(zhì)期通用指南》附錄B 中的基于溫度條件的保質(zhì)期穩(wěn)定性實驗方案設(shè)計了堅果棒產(chǎn)品的實驗方案。參考文獻(xiàn)資料，按照Q10=4 設(shè)計加速實驗，采用常溫樣品（25 ℃）、加速樣品（貯藏條件35 和45 ℃，75 %RH）與對照樣品（貯藏條件4 ℃）進(jìn)行，產(chǎn)品執(zhí)行GB 7099—2015《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)糕點、面包》，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求，對比評價了理化（酸價、過氧化值）、微生物（菌落總數(shù)、霉菌數(shù)、大腸菌落數(shù)）、感官（差異性測試、消費者接受度測試）指標(biāo)。
實驗結(jié)果表明：35℃ 和45 ℃的加速條件下，酸價和過氧化值在折算常溫儲藏天數(shù)320 d 內(nèi)均沒有超過標(biāo)準(zhǔn)的限量值，微生物的檢驗結(jié)果也均為合格，遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)中的限量要求。因此無法通過酸價或過氧化值的檢驗確定產(chǎn)品的Q10，并以酸價或過氧化值進(jìn)行產(chǎn)品保質(zhì)期評估。根據(jù)感官評價三點檢驗的實驗結(jié)果，在P≤0.05 的置信區(qū)間，35 ℃加速條件下的產(chǎn)品在折算常溫儲藏天數(shù)達(dá)到270 d 時與對照樣品差異最為明顯，但對照樣品無顯著性差異，繼續(xù)存放的產(chǎn)品與對照樣品的差異沒有擴(kuò)大；在45 ℃加速條件下折算常溫儲藏天數(shù)達(dá)到270 d 時已經(jīng)與對照樣品有顯著性差異，根據(jù)此實驗推測產(chǎn)品的常溫保質(zhì)期應(yīng)在270 d（9 個月）左右。感官接受度評價的結(jié)果表明在35 ℃加速條件下，在檢測的時間段內(nèi)（折算常溫儲藏天數(shù)達(dá)到320 d）尚未出現(xiàn)任何一項指標(biāo)無法達(dá)到3.5 分的接受度最低要求的情況；在45 ℃加速條件下，折算常溫儲藏天數(shù)450 d 的產(chǎn)品除粘合度指標(biāo)外，其他各項指標(biāo)均已無法達(dá)到3.5 分的接受度最低要求。根據(jù)此實驗推測，產(chǎn)品的常溫保質(zhì)期應(yīng)在450 d（15 個月）左右。
三種不同的實驗方法得出了完全不同的保質(zhì)期測試結(jié)果，且理化指標(biāo)未超標(biāo)的情況下，感官已出現(xiàn)了不可接收的評分。
三種不同的實驗方法得出了完全不同的保質(zhì)期測試結(jié)果，且理化指標(biāo)未超標(biāo)的情況下，感官已出現(xiàn)了不可接收的評分。
3.對于類似糧食制品（如大米、掛面等）等初加工農(nóng)產(chǎn)品，由于缺乏指示性指標(biāo)（理化、微生物）或指示性指標(biāo)為品質(zhì)劣變的中間產(chǎn)物（如脂肪酸值）與產(chǎn)品保質(zhì)期的相關(guān)性差。
針對上述問題及國內(nèi)食品品類多，保質(zhì)期測試周期長，不同品類食品保質(zhì)期預(yù)測數(shù)據(jù)可參考性不強(qiáng)等問題。建議增加包括不同食品及初加工農(nóng)產(chǎn)品品類保質(zhì)期預(yù)測的研究，加強(qiáng)對相關(guān)品質(zhì)劣變指示性指標(biāo)的研究，提高保質(zhì)期預(yù)測數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和可參考性。同時結(jié)合ASLT 模型，通過多溫度測試獲得Q10 后測算保質(zhì)期，提高保質(zhì)期預(yù)測的準(zhǔn)確性。
