食品保質(zhì)期不但影響消費者的感官享受，同時(shí)關(guān)乎消費者的健康與安全，關(guān)系著(zhù)食品生產(chǎn)廠(chǎng)商的信譽(yù)、品牌與經(jīng)濟效益。準確地預測和計算產(chǎn)品在規定的貯存條件下的保質(zhì)期，是廠(chǎng)商對流通期內食品質(zhì)量功效的保證與承諾，能夠為產(chǎn)品的貯存、流通和分銷(xiāo)策略制定提供有效依據，也可為進(jìn)一步延長(cháng)保質(zhì)期的可能性提供參考。
食品保質(zhì)期即食品在標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(shí)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(shí)間內對人體健康構成直接威脅，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”，食品在適當儲存時(shí)保持其特定特性（包含外觀(guān)、氣味、質(zhì)地、味道等質(zhì)量特征）的日期（EU1169/2011）。
目前國內使用的標準術(shù)語(yǔ)為“食品保質(zhì)期”，在2020年9月23日發(fā)布的《食品標識監督管理辦法（征求意見(jiàn)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”等方式標注”，表明未來(lái)“食品保質(zhì)期”將包含食品貨架期的概念。
本文將重點(diǎn)闡述食品保質(zhì)期的相關(guān)標準和法規情況，總結基于品質(zhì)衰變原理的保質(zhì)期預測方法，并結合前期研究基礎，分析現有保質(zhì)期預測模型在實(shí)際應用中存在的問(wèn)題，以期為食品經(jīng)營(yíng)制造者評估、設計和驗證食品保質(zhì)期提供一定依據。
目前各個(gè)國家對食品貨架期或食品保質(zhì)期定義沒(méi)有通用標準，ISO 16779: 2015 中規定了食品最佳賞味期（best before date）為在規定的儲存條件下，所銷(xiāo)售產(chǎn)品保持其宣稱(chēng)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(mǎn)意；以及食品可食用期（use-by date）為在規定的儲存條件下，保持食品安全品質(zhì)的截止日期，過(guò)了這個(gè)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(xiāo)售。
表 1 不同國家食品貨架期/保質(zhì)期標準和法規
02 食品保質(zhì)期預測常用模型及應用
目前在食品和飲料產(chǎn)品上標明的保質(zhì)期通常為消費者提供了一個(gè)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(shí)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(huì )使產(chǎn)品的實(shí)際保質(zhì)期短于或長(cháng)于產(chǎn)品預期的保質(zhì)期，從而導致與食品安全和浪費相關(guān)的問(wèn)題。因此保質(zhì)期預測和評估的進(jìn)展對提高食品供應的安全性、可靠性和可持續性起到至關(guān)重要的作用。
在保質(zhì)期預測方法中選擇合適的動(dòng)力學(xué)模型和數據分析技術(shù)是至關(guān)重要的，可以根據環(huán)境條件的變化，更加準確的預測產(chǎn)品使用壽命，還可以進(jìn)行實(shí)時(shí)監控。本文梳理了基于品質(zhì)衰變原理的保質(zhì)期預測方法。
近年來(lái)，國內外學(xué)者利用動(dòng)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)行預測，取得了較好的結果。通過(guò)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束的關(guān)鍵指標，形成基于品質(zhì)衰變原理的貨架期預測方法體系。
食品品質(zhì)變化由內在品質(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(cháng)動(dòng)力和食品感官失效三個(gè)方面的改變。
1.化學(xué)品質(zhì)衰變動(dòng)力學(xué)模型
食品劣變大多由化學(xué)反應引起的食品，一般采用化學(xué)品質(zhì)衰變動(dòng)力學(xué)模型來(lái)進(jìn)行保質(zhì)期預測。
常用的化學(xué)品質(zhì)衰變動(dòng)力學(xué)模型為阿倫尼烏斯模型（Arrhenius 模型）。阿倫尼烏斯模型應用于脂肪氧化、美拉德反應、蛋白質(zhì)變性等易被化學(xué)反應破壞的食品。一般來(lái)說(shuō)，溫度越高，化學(xué)反應的速度越快，這意味著(zhù)產(chǎn)品質(zhì)量下降的速度越快。Q10 模型側重于溫度對貨架期的影響，而導致其預測精度比較低，在A(yíng)rrhenius 模型中，用Q10 這個(gè)概念來(lái)確定溫度對反應的敏感程度。
食品保質(zhì)期的損失通常通過(guò)測量特征質(zhì)量指數A隨時(shí)間t的變化來(lái)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，k 為反應速率常數。速率常數是絕對溫度T 的逆指數函數，由Arrhenius阿倫尼烏斯表達式給出，k=kAexp(–EA/RT)，其中kA為常數，EA為控制質(zhì)量損失的反應活化能，R為通用氣體常數。根據以下擬合方程，可以推算貨架終點(diǎn)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；
n 和n′為反應級數；
d[A]/dt 和d/dt 為品質(zhì)變化速率。
化學(xué)指標A（如營(yíng)養素或特征風(fēng)味）的損失或不期望的化學(xué)指標B（異味成分或褪色色素含量）
若滿(mǎn)足A 或B 與時(shí)間t 的線(xiàn)性擬合，則為零級模式；
若滿(mǎn)足A 或B 半對數與t 的線(xiàn)性擬合，則為一級模式；
若滿(mǎn)足1/A 或1/B 與t 的線(xiàn)性擬合，則為二級模式。
2.微生物生長(cháng)動(dòng)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(dòng)導致的，并且微生物菌群不是靜態(tài)的，隨著(zhù)不同品類(lèi)食品內在因素和外界環(huán)境因素發(fā)生改變，其增長(cháng)態(tài)勢是預測食品貨架期的重要因素。
貨架壽命可以定義為從開(kāi)始儲存到SSOs 達到某一最大水平的時(shí)間。生產(chǎn)加工企業(yè)應進(jìn)行貨架期實(shí)驗，以確定何時(shí)發(fā)生變質(zhì)，并應有效驗證致病性微生物生長(cháng)趨勢，使用合理科學(xué)研究來(lái)評估其食品的潛在風(fēng)險。
文獻中有許多與溫度相關(guān)的模型來(lái)描述微生物的生長(cháng)還開(kāi)發(fā)了一系列軟件工具來(lái)預測食品中某些微生物的生長(cháng)，然而只有少數是適用于實(shí)際的貨架壽命預測。常見(jiàn)的微生物動(dòng)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 模型是預測微生物學(xué)的基石，美國農業(yè)部開(kāi)發(fā)的PMP（Pathogen Modeling Program）系統和英國農糧漁部開(kāi)發(fā)的FM（Food Micromodel）系統都以Gompertz 函數作為初級模型。
3、感官預測保質(zhì)期模型
感官預測保質(zhì)期方法早在20 世紀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A(yíng)SLT 方法中，溫度是決定食品損傷的關(guān)鍵參數，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(lái)表示。通常有兩類(lèi)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）和使用適當尺度的測試（特征或某些特定屬性）。
目前國內外廣泛使用的感官預測貨架期方法為威布爾危險分析（Weibull hazard），這是一種較為實(shí)用的方法，有效地結合了ASLT 原理和感官方法并進(jìn)行改進(jìn)。威布爾概率函數在工程中被廣泛用于描述失效現象，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的累計危害率與貯藏時(shí)間的關(guān)系式為：lgt=lgH/β+lgα
式中：t 為發(fā)現新變質(zhì)食品的時(shí)間/d；H 為累計危險率/%；α 是尺度威布爾分布參數；β 是形狀威布爾分布參數。
4、保質(zhì)期預測方法研究案例
Wahyuni等研究布朗尼蛋糕貨架期的預測，采用加速貨架期測試（ASLT）方法，并結合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）為變化指標進(jìn)行監測。根據Ketaren的研究表明貯藏過(guò)程中脂肪等營(yíng)養成分的變化會(huì )使食品發(fā)生酸敗，氧化產(chǎn)物醛類(lèi)可與TBA 生成有色化合物，用TBA 值來(lái)表示氧化程度，TBA 的數量是決定油脂損害程度的最重要因素。實(shí)驗結果表明，TBA 的值隨著(zhù)貯藏溫度的升高而增加，布朗尼的貯藏壽命通過(guò)阿倫尼烏斯方程來(lái)估計，即隨著(zhù)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(shí)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(jià)指標有不良風(fēng)味混合物、正己醛和PVG，評價(jià)方法采用風(fēng)味物質(zhì)色譜分析法，并成立感官評價(jià)小組進(jìn)行風(fēng)味可接受程度打分，實(shí)驗結果表明當正己醛含量高于初始值的3~5 倍時(shí)，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(guò)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(guò)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，建立基于A(yíng)rrhenius 方程的貨架期預測模型。結果表明，隨著(zhù)貯藏時(shí)間的延長(cháng)，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(zhù)；蛋黃品質(zhì)與霍夫單位的相關(guān)系數最高，可以作為預測貨架期的重要指標；根據雞蛋品質(zhì)的變化規律，蛋黃因素可以建立一階動(dòng)力學(xué)模型。根據蛋黃品質(zhì)變化數建立的模型，預測值與實(shí)測值擬合曲線(xiàn)的系數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(dòng)力學(xué)關(guān)系。同時(shí)基于動(dòng)態(tài)模型，確定了基于蛋黃系數的殼聚糖雞蛋貨架期預測模型。平均相對誤差為7.6%，小于10%，說(shuō)明基于蛋黃品質(zhì)變化的雞蛋貨架期預測模型是可行的。
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(lái)進(jìn)行確定，缺乏科學(xué)和標準測試方法。在我國應用較為廣泛的為加速破壞性實(shí)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。
任亞妮等應用 ASLT 法預測軟面包的貨架期，實(shí)驗溫度選擇為常溫20℃、37℃ 和47 ℃，相對濕度為60%，通過(guò)檢測37 ℃和47 ℃下產(chǎn)品的酸價(jià)、過(guò)氧化值和微生物指標（菌落總數、霉菌、大腸桿菌），并結合感官評價(jià)結果，結合Q10 模型，推算出常溫貯藏條件下軟面包的貨架期。
近年來(lái)，部分動(dòng)力學(xué)模型和微生物生長(cháng)模型也逐漸應用到我國產(chǎn)品保質(zhì)期預測中。胡云峰等研究不同貯藏溫度下鮮濕米粉的品質(zhì)變化動(dòng)力學(xué)模型，并應用Arrhenius 模型預測其貨架期。研究結果表明鮮濕米粉的典藍值的擬合系數較高，以典藍值為預測目標建立的模型，經(jīng)驗證誤差較小。
程曉鳳等研究壓縮餅干貨架期預測， 選擇ASLT 方法結合Arrhenius 模型進(jìn)行預測。在加速儲藏溫度條件下，測定壓縮餅干酸價(jià)的變化，研究發(fā)現酸價(jià)變化較為明顯，符合一級動(dòng)力學(xué)模型，從而建立壓縮餅干貨架期預測方程，計算出產(chǎn)品在45 ℃下的保質(zhì)期。
1.當前保質(zhì)期研究覆蓋的產(chǎn)品類(lèi)型少，多為即食食品；
2.國內多類(lèi)產(chǎn)品在現行標準中缺乏對于產(chǎn)品品質(zhì)，尤其是非食品安全性指標（衛生指標）的設計，但在實(shí)際商品流通中，往往產(chǎn)品品質(zhì)會(huì )先于食品安全性指標發(fā)生改變，導致產(chǎn)品保質(zhì)期終點(diǎn)難以確定。
如：在開(kāi)展堅果棒類(lèi)產(chǎn)品的保質(zhì)期實(shí)驗時(shí)，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)期穩定性實(shí)驗方案設計了堅果棒產(chǎn)品的實(shí)驗方案。參考文獻資料，按照Q10=4 設計加速實(shí)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)品執行GB 7099—2015《食品安全國家標準糕點(diǎn)、面包》，根據標準的相關(guān)要求，對比評價(jià)了理化（酸價(jià)、過(guò)氧化值）、微生物（菌落總數、霉菌數、大腸菌落數）、感官（差異性測試、消費者接受度測試）指標。
實(shí)驗結果表明：35℃ 和45 ℃的加速條件下，酸價(jià)和過(guò)氧化值在折算常溫儲藏天數320 d 內均沒(méi)有超過(guò)標準的限量值，微生物的檢驗結果也均為合格，遠低于標準中的限量要求。因此無(wú)法通過(guò)酸價(jià)或過(guò)氧化值的檢驗確定產(chǎn)品的Q10，并以酸價(jià)或過(guò)氧化值進(jìn)行產(chǎn)品保質(zhì)期評估。根據感官評價(jià)三點(diǎn)檢驗的實(shí)驗結果，在P≤0.05 的置信區間，35 ℃加速條件下的產(chǎn)品在折算常溫儲藏天數達到270 d 時(shí)與對照樣品差異最為明顯，但對照樣品無(wú)顯著(zhù)性差異，繼續存放的產(chǎn)品與對照樣品的差異沒(méi)有擴大；在45 ℃加速條件下折算常溫儲藏天數達到270 d 時(shí)已經(jīng)與對照樣品有顯著(zhù)性差異，根據此實(shí)驗推測產(chǎn)品的常溫保質(zhì)期應在270 d（9 個(gè)月）左右。感官接受度評價(jià)的結果表明在35 ℃加速條件下，在檢測的時(shí)間段內（折算常溫儲藏天數達到320 d）尚未出現任何一項指標無(wú)法達到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450 d 的產(chǎn)品除粘合度指標外，其他各項指標均已無(wú)法達到3.5 分的接受度最低要求。根據此實(shí)驗推測，產(chǎn)品的常溫保質(zhì)期應在450 d（15 個(gè)月）左右。
三種不同的實(shí)驗方法得出了完全不同的保質(zhì)期測試結果，且理化指標未超標的情況下，感官已出現了不可接收的評分。
三種不同的實(shí)驗方法得出了完全不同的保質(zhì)期測試結果，且理化指標未超標的情況下，感官已出現了不可接收的評分。
3.對于類(lèi)似糧食制品（如大米、掛面等）等初加工農產(chǎn)品，由于缺乏指示性指標（理化、微生物）或指示性指標為品質(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(wèn)題及國內食品品類(lèi)多，保質(zhì)期測試周期長(cháng)，不同品類(lèi)食品保質(zhì)期預測數據可參考性不強等問(wèn)題。建議增加包括不同食品及初加工農產(chǎn)品品類(lèi)保質(zhì)期預測的研究，加強對相關(guān)品質(zhì)劣變指示性指標的研究，提高保質(zhì)期預測數據的穩定性和可參考性。同時(shí)結合ASLT 模型，通過(guò)多溫度測試獲得Q10 后測算保質(zhì)期，提高保質(zhì)期預測的準確性。
