CC BY
77
[664.002.6+66.004.41002.236
СПОСОБ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СРОКОВ ГОДНОСТИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КАЧЕСТВЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК И ФАКТОРОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
С. АКТЕРИАН
Католический университет (Леувен, Бельгия)
Предложенный метод объединяет вместе суммарное качество пищевых продуктов, кинетику его разрушения и срок годности.
Срок годности пищевого продукта может быть определен как время сохранения и устойчивости цепочки факторов, когда пищевой продукт остается приемлемым для потребителя [1] и отвечает требованиям законодательства по здравоохранению [2].
Показатель суммарного качества сводит воедино яд характеристик пищевого продукта, а именно
органолептические показатели, такие как внешний вид, консистенцию (структуру), цвет, запах (аромат), вкус;
изменение питательной ценности в результате протекания химических и ферментативных превращений или физических воздействий, приведших к снижению концентрации витаминов, протеканию реакции меланоидинообразования, окислению жиров;
микробиологическую порчу, вызываемую большим количеством микроорганизмов, темпом их роста, временем нахождения в объекте и т.п.;
кондиции безопасности, выраженные отсутствием патогенных микроорганизмов и их токсинов, которые образовались во время хранения продукта.
Потребительская приемлемость пищевых продуктов зависит главным образом от органолептических характеристик пищи, тогда как санитарно-гигиеническая — от питательной ценности и микробиологических характеристик. Совокупный показатель качества для пищи растительного происхождения, какой являются скоропортящиеся овощи и фрукты, может быть легко определен только на базе органолептических характеристик [1]. Микробиальная порча и рост патогенных микроорганизмов должны браться в расчет с особой тщательностью для пищевых продуктов животного происхождения включая молоко [4], рыбу [5], продукты моря [6], мясо и птицу.
Сказанное, однако, не совсем универсально. Ларсен и др. [7], например, определяют качество рыбы только путем органолептического анализа с привлечением группы экспертов. Оценка САР/МАР для охлажденной пищи — иллюстрация подхода от противного, так как рост патогенного микроорганизма Listeria monocytogenes был взят за основу при оценке качества [8].
Выбор ограниченного числа ключевых характеристик — самый важный шаг при оценке совокуп-
ного показателя качества пищи и его изменении при хранении и реализации. Такой выбор зависит от специфичности продукта, запросов потребителя, торговой конъюнктуры, требований безопасности в рамках здравоохранения и т.д.
Качественные характеристики и совокупный показатель качества пищевых продуктов зависят от следующих факторов:
состояния микроклимата при хранении — температуры, состава газовой среды (02, С02, М2), относительной влажности атмосферы и т.п.;
состава пищевого продукта, главным образом его влагосодержания (в том числе активной влаги), концентрации ингредиентов, pH и др.;
характеристик упаковки — кислородо- и влаго-проницаемости и т.д.
Некоторые из этих факторов взаимосвязаны друг с другом, например, воздействие температуры и активной влаги зависит от pH [9]. В связи с этим прогнозирование сроков годности выдвигает ряд фундаментальных проблем, обусловленных биологической изменчивостью пищевых систем, многообразием и смешанностью видов патогенных микроорганизмов, невозможностью точного определения их концентраций. В практической деятельности исследователи прибегают к использованию ограниченного числа факторов, что может рассматриваться как подход в облегчении описания изменения качества. Поэтому основная задача при прогнозировании сроков годности состоит в объективной оценке значимости выбранных факторов.
Срок годности и динамика снижения качества пищевого продукта обычно моделируются и прогнозируются с помощью известных кинетических теорий. Существует несколько фундаментальных и универсальных теорий, описывающих воздействие отдельных факторов, например, температуры, концентрации кислорода и активной влаги. Такие теории включают два или три параметра воздействия. Двухфакторные модели включают не менее четырех параметров и не всегда осуществимы на практике.
Цель данной работы — предложить совокупный показатель качества для определения срока годности пищевого продукта, а также найти инженерный подход в оценке многофакторного воздействия при снижении качества продукта.
Для того, чтобы описать совокупное качество количественно, отдельные значимые характеристики пищевого продукта должны быть нормализированы и представлены безразмерными показателями. Приведенный здесь совокупный индекс качества получен путем обобщения отдельных
показат
призна
где if = /(£!“■
С., Cf.
Зави ключев реализг постпрс пасност требовз положе годност станові показат срок п или на Для бо/ ности : линейв быть дс вых not а.. Уст; получеі = 1 /п, ' ское по
Изме сти Cj примен Rp имеї качеств тов и р причин
А
h
I
t-'jJJ, 1947
h ъче.цг.алл
г£ЬЯГПт ■к nr;pcime-іл oifi-m і io і n-
wj:tyjij-ji-!JL ru-Ъ ilFnCiflT’ flL1
ІЇКП* — TfiV-
k 01 ІЧД V т.г,"
'.Ї ИЁр£ЗЦМ НГО bJL'il UblJTri),
0.гп- к >:яяг >
iitnyc ИЛ F1КЫ її’.іП“рЗтїгЬКІ
СКНі.!-! (.: :І"ИГ.1
■щиТПиг [іяд :I.ULIa ЙЛПЛСЇ-ICiFvi. Ml Іі і;-
XJU Ш.г .'1.LK ■|Г‘І ijrph'.n.H.n-?-
■іі Шя^Ль нсі-ІппЛіЬ^ЙЛЛЙЕ1
■ jKl-".' PUCL'HH Г-
aca.Ltn jdJML1-
1 Ljlf! -Щ П \>Y j^av i; li6’uL k-:< 'j>5KT?.:s.h. -ІП? Kin^”R£ ■Тгт:? V njj?-
1. Lit 'ЩіЛІЛКА
ик j-i ьн h,r:^ iti ї вой^йісг тгпрн TVphl,
Li^.1.4. TjAd.:
гри кШиВДК jl-v u-ї Jiftjj,^'.
!:=i.TTFJ-vn.l UH
LOUOl-. l'LIII \j.Jl тг-л a>_ri-
Гіг ГІУУ^У?Р-F ГТ:Г
b’^bJJL T.t!^
!
II- J.UpKS^-.l h'^n ПҐІКЗ 13-1 Ijfti
£ ІЇТДрЛ h 4Hl\
ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПИЩЕВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, № 6, 1997
67
показателей /. в соответствии с их родственными признаками и имеет следующий вид:
Ш (о
где і = (C.-Cf) / / {C^-Cf)
I = Ґ I2
iQ l2
> lr,,
I
безразмерный показатель значимой характеристики качества С.; каждый показатель равен единице в начале периода наблюдения и исследования и нулю, когда соответствующая характеристика не отвечает значению качества или требованию гигиенической безопасности (рис. 1);
С„ Cf, Q{ действительный начальный и конечный уровень характеристики С, (рис. 2);
/ — количество используемых характеристик или показателей от 1 до п; aj —- степенной фактор, показывающий значимость показателей качества г., которая повышается с понижением соответствующей степени, так как 0<г.< 1.
Зависимость IQ от времени t (рис. 3) имеет ключевые точки: /„ = 1 в начале хранения или реализации (t = и), когда постурожайное или постпроизведенное качество и гигиеническая безопасность высоки; /д = 0, когда продукт не отвечает требованиям качества и безопасности. Последнее положение согласуется со временем периода срока годности (Shelf-Life). Индекс совокупного качества становится равным нулю, когда хотя бы один из показателей качества равен нулю. В этом случае срок годности определяется через наименьший или наикратчайший период снижения качества. Для большего удобства прогнозирования срока годности зависимость IQ от времени должна быть линейной. Необходимое выравнивание может быть достигнуто через выбор подходящих ключевых показателей качества ij и степенных факторов а . Установлено, что выравнивание может быть получено, если значения степенных факторов at = = 1 /п, т.е. если индекс — среднее геометрическое показателей качества
V
і .
(2)
Изменение характеристик качества'# безопасности С, обычно описывается путем вычисления и применения соответствующих скоростей реакции К,, имеющих отношение к снижению показателей качества из-за деградации питательных компонентов и роста микроорганизмов, а также по другим причинам:
я. = ас,/Щ\ = /(/V /V ... я;,... рт). (з)
Фактически эта скорость реакции зависит от ряда т факторов состояния среды, состава пищи и т.д. Воздействие этих факторов Р¥ на характеристику качества С; может быть выражено через функции чувствительности
йС. йР.
■ '-*1Г
dFn
+ во,.
dF
ф_____1 +
Щ р
Ф.
р
dF_
(4)
где
дС} F„
Фк!~~г~ ~^~р" ' соответствующая функция чувст-
■■ 0 вительности.
После дифференцирования выражения (4) скорость реакции К. может быть представлена уравнением
т |
& = йС; ё С = 2 — (ЭС V с, ЭО =
‘ 1 ’ к=\дР ' ' ■' '
т dr.t = dF . ;-l3F( ^
(5)
где г..
' ік _ 7^7 ”скоРость реакции при воздействии г одиночного фактора Р После интегрирования выражения (5) значение качественной характеристики С. может быть записано
С/
‘ (т dr.,
С. exp Г dt\,
■ о 1^1 Щ I
(6а)
или после замещения конечными разностями
(т дг [
С, ~ С“ехр S і 2 AF. | Дг .
1 .и— }
(66)
Точность последнего уравнения зависит от продолжительности временных интервалов, с уменьшением которых правильность результатов возрастает.
Прогнозирование годности охлажденной при ■■хранении пищи основывается на обобщенной модели Тискенса [1, 10], описывающей стабильность качества. Модель представляет собой зависимость температуры Т и одиночного показателя качества С} в виде органолептической оценки. В представленном исследовании в расчет было взято взаимодействие двух основных факторов: температуры Т
Рис. 1
и содержания кислорода О. При этом снижение качества было описано следующим выражением:
г, = /4jexp
"і \
R
Т)
л2ехр
о
В, + В2 О’
R Т
s
= Г,„ + г„,
(7)
где
Rl
-Е„ +£?
эмпирические константы; постоянная идеального газа; энергия активации для низко- и высокотемпературных условий снижения качества.
Первое из приведенных выражений относится к типу уравнения Аррениуса, которое использовал Тискенс [1] для описания воздействия температуры при самых ее высоких значениях. Второе относится к типу кинетических уравнений Michaelis— Menton, использованных исследователями [11-14],
Производные отдельных скоростей описываются следующими выражениями:
дг.
ГІаЕі
Г2аЕ2
дг2
~дО
В
(8)
(В, + В2 О) описания скорости
KQ =
(10)
дТ нег
Основное выражение для реакции убывания качества
110 дг, дг9 , ч
я-вл-1г‘,г+юл)- (9)
Убывание качества может быть отнесено к процессам, протекающим в соответствии с реакциями первого порядка, и потому сохранение качества КО можно выразить уравнением
_ \ncct) - ыоы) _ 1п(дгп / оы)
R дг. дг„
—^йТ + <10
дТ 30
Когда концентрация кислорода постоянна, или <10 = 0, выражение (10) превращается в уравнение модели Тискенса. Таким образом, предложенная многофакторная модель практически обобщает существующие однофакторные модели Тискенса.
Настоящий подход — это попытка соединить вместе совокупный показатель качества, срок годности и кинетику убывания качества пищевого продукта. Преимущество предложенного совокупного индекса качества /с состоит в следующем:
совокупное качество выражено через ограниченное число показателей качества и безопасности, не имеющих размерности, а индекс совокупного качества получен с использованием отдельных показателей при помощи только одного уравнения;
предложенный индекс определяется через критические эффекты мгновенного снижения качественных характеристик в течение срока годности.
Оценка многофакторного воздействия при помощи функций чувствительности дает возможности: использовать фундаментальные и универсальные модели для установления взаимосвязи отдельных реакций и срока годности; установить порядок основной протекающей реакции; оценивать динамику изменения отдельных факторов.
Предложенная обобщенная модель для охлажденных продуктов оценивает воздействие двух факторов: температуры и содержания кислорода.
ЛИТЕРАТУРА
1.
4.
5.
Tijskens L.M.M. A generic model on keeping quality of horicuitural products, including influences of temperature, initial quality acceotance limits // 19th Intern. Congr. of Refrigeration. — 1^95. — 2. — 361-368.
Fu B., Labuza T. Shelf-life prediction: theory and application / / Food control. — 1993. — 4(3). — 125-133. Zwietering M.H., Rombouts F.M., Van’t Riet K, Some aspects of modelling microbial quality of food / / Food Control. — 1993. — 4(2). — 89-96.
Griffiths M.W. Predictive modelling: applications in the dairy industry. Review paper / / intern. Journal of Food Microbiology. — 1994. — 23. — 305-315.
Einarsson H. Evaluation of a predictive model for the shelf-life of cod (Gadus moruna) fillets stored in two different atmospheres at varying temperatures // Ibid. — 24. — 93-102.
Embarek P. Presence, detection and growth of Listeria monocitogenes in seafoods. A review //Ibid. — 17-34. Larsen E., Heldbo J., Jesperson C.M., Nielsen J.
Development of method for quality assessment of fish for human consumption based on sensory evaluation / / Quality Assurance in the Fish Industry / H.H. Huss et al. (eds.).
— 1992. — 351-358.
Labuza Т., Fu B., Taoukis P. Prediction for shelf-life and safety of minimally processed CAP/MAP cilled foods. A review // J. Food Protection. — 1992. — 55(9). — 741-750.
Bell I.R., Labuza T. Potential pH implications in the freeze-dried state / / Cryo-Lrtt, — 1991. — 12. — 235-244.
10. Polderdijk J.J., Boerrigter H.A.A., Tijskens L.M.M.
Possibilities of the model on keeping quality of vegetable produce in controlled atmosphere ana modified atmosphere application / / 19th Intern. Congr. of refrigeration. — 1995.
— 2. — 318-332.
11. Sajjuy I., Karel M. Modelling of quality deterioration during food processing and storage // Food Technologv. — 1980. — № 2.
12. Lee D.S., Haggar P.E. Lee J., Yam K.L. Model for fresh produce resperation in modified atmospheres based on principles of enzyme kinetics // J. Food Science. — 1991. _ 56(6). — 1580-1585.
13. Song Y., Kim H.K., Yam K.L. Respiration rate of blueberry in modified atmospheres at various temperatures // Journal of American Society for Horticultural Science. — 1992. — 117(6).
14. Renault P., Sounty М., Chambroy Y. Gas exchange in modified atmosphere packaging. 1. A new theoretical approach for microperforated packs / /' Interr. Journal of Food Science and Technology. — 1994. — 29. — 365-378.
Поступила 15.08.97
9.
и.н. кт
Дальневост
рыбохозяйа
Рыбокс деликатес весного д: ком загря процессе 95% ком: числе кан рена и ду терные дл чения [1]. ложением ных зона: промьшш сов, где сс чистому допустимі
Безуслс отнести и ный уще] основная скается н; ной загру новку хол прома в продукта
В прощ не предус ной смес:
ГОТОВОЙ П|
дит в мес плексов к обстановк ежегодно рыбы (бол ская обет; выходит 3
Цель р; на окружі сов при п повом обо лялись ба рыбпрома дивостокс: 8 установі ром Н10-И (Южморрі ки), предї лодного К( дымогенер ского рыб
ПОИГОТОВЛ'
