孟萌菲，肖龍恩，李　博

（中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院，北京100083）

Weibull危害分析法研究壓縮餅干的主要劣變指標

孟萌菲，肖龍恩，李博*

（中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院，北京100083）

對壓縮餅干貯藏過程中主要劣變指標進行了研究。測定了壓縮餅干常溫（25℃）貯藏下色澤、酸價、過氧化值及菌落總數(shù)的變化，選取45℃進行加速實驗，測定了加速貯藏過程中壓縮餅干感官指標（硬度和色澤）及理化指標（酸價、過氧化值、水分含量）的變化，確定壓縮餅干的主要品質(zhì)劣變指標，同時采用感官可接受性評價和Weibull危害分析法確定出壓縮餅干酸價可接受終點值。結(jié)果表明：壓縮餅干貯藏過程中主要的品質(zhì)劣變指標為酸價和硬度，酸價可接受終點值為3.28mg/g。

壓縮餅干，劣變指標，感官評價，Weibull危害分析法

壓縮餅干是一種熱量高、方便快捷、快速補充能量的高能食品［1］。由于其營養(yǎng)全面、體積小、質(zhì)量輕等優(yōu)點，壓縮餅干成為一種廣泛應(yīng)用的應(yīng)急食品，如野外生存或自然災(zāi)害短期食品供應(yīng)［2］。壓縮餅干貨架期長達3～5年，在長期貯藏過程中，會發(fā)生一系列的品質(zhì)變化，包括物理的［3］（水分、硬度），化學(xué)的（脂肪酸敗、色澤）和微生物生長［4］等，造成其質(zhì)量下降，達到貨架壽命終點。因此，對壓縮餅干品質(zhì)劣變指標的研究具有重要的現(xiàn)實意義。

高蜀英等［5］以761壓縮干糧為對象，以酸價和感官實驗為指標找到了壓縮餅干衛(wèi)生檢驗的一種操作簡便，結(jié)果可靠的方法。李彭［6］采用酸價和過氧化值作為指示軍用脫水米飯品質(zhì)劣變的主要指標，通過加速實驗測定指標變化規(guī)律建立了質(zhì)量損失動力學(xué)模型。Vito Verardo等［7］通過控制溫度條件，以過氧化值和氧化脂肪酸為主要指標，通過加速實驗對富含長鏈n-3多不飽和脂肪酸的意大利面脂質(zhì)氧化程度進行評價。但很少有人將感官可接受評價和Weibull危害分析法聯(lián)用來研究壓縮餅干的主要劣變指標，預(yù)測壓縮餅干貨架期。Gacula等［8］提出了Weibull模型應(yīng)用于感官評定作為貨架期終點指標時的貨架壽命測定，隨后Labuza給出了具體的實驗設(shè)計及計算方法［9］。相對其他常用方法而言，Weibull危害分析法不僅可以準確預(yù)測食品貨架期，而且能夠在統(tǒng)計學(xué)上掌握食品隨時間發(fā)生失效的可能性。

本實驗的目的是研究壓縮餅干在常溫和加速貯藏條件下的品質(zhì)變化，確定其貯藏過程中主要的品質(zhì)劣變指標。同時對樣品進行感官評定，分析感官指標與理化指標之間的相關(guān)性，利用Weibull危害分析法確定貨架終點，并得出貨架終點時的理化指標值。從而為壓縮餅干貨架期預(yù)測提供依據(jù)，同時也為其他包裝食品貨架期預(yù)測提供參考。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

09壓縮餅干由北京總后勤部軍需裝備研究所提供，250g/盒，4小塊/盒，每塊長/寬/高：76cm/50cm/16cm。

YS-04型小型高速粉碎機北京燕山正德機械設(shè)備有限公司；LHS-250HC-Ⅱ型恒溫恒濕箱上海一恒科學(xué)儀器有限公司；RGT-2型微機控制電子萬能實驗機深圳市瑞格爾儀器有限公司；RE-52型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器上海亞榮生化儀器廠。

1.2實驗方法

1.2.1油脂提取每次取壓縮餅干樣品1盒（約250g），用粉碎機打成粉末狀，置于1L錐形瓶中，加入壓縮餅干質(zhì)量1.2倍體積的石油醚（mL/g），搖勻使其充分混合。浸泡過夜（14～18h），將壓縮餅干和石油醚混合液全部倒入抽濾瓶中進行抽濾15min后，取上清液50℃旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)15min，減壓回收溶劑，并于50℃鼓風(fēng)干燥箱中揮發(fā)石油醚1h得油脂樣本，備用。

1.2.2酸價測定采用GB/T 5009.37-2003中方法測定。

1.2.3過氧化值測定準確稱取2.00～3.00g樣品，置于250mL碘瓶中，加入30mL三氯甲烷-冰乙酸混合液（2∶3，V/V），使樣品充分溶解，加入1.00mL飽和碘化鉀溶液，緊密蓋好瓶蓋，并輕搖0.5min，置暗處3min，取出加100mL水，搖勻，立即用硫代硫酸鈉標液（0.002mol/L）滴定，至淡黃色時，加1mL淀粉指示劑，繼續(xù)滴定至藍色消失，計算過氧化物含量，以100g脂肪中含有過氧化值表示：

X=（V2-V3）×C2×0.1269/m2×100

式中，X為樣品的過氧化值（g/100g）；V2為樣品消耗硫代硫酸鈉標準滴定溶液體積（mL）；V3為試劑空白消耗硫代硫酸鈉標準滴定溶液體積（mL）；m2為樣品質(zhì)量（g）。

1.2.4水分含量測定采用GB 5009.3.85中直接干燥法測定。

1.2.5色澤測定將壓縮餅干用粉碎機打碎，稱取約5g樣品放入粉末測試盒中，使用色差儀測定L*，a*，b*，每次測定4個平行，取平均值。

1.2.6菌落總數(shù)測定采用GB/T 04789.02-2003方法測定。

1.2.7壓縮餅干硬度測定采用RGT-2型微機控制電子萬能實驗機測定壓縮餅干的硬度。首先打開包裝盒以塊為單元，每塊選擇兩邊1/4中心處作為測量位置，以10mm/min的加載速度插入樣品中（探頭是圓柱形，其直徑為5mm）；穿入樣品過程中所加載的最大力（破裂力）為壓縮餅干硬度的參考值。為了盡可能減小樣品間差異，每個溫度下不同貯藏時間的硬度測定都以盒為單位，即每次測定8個值，并計算其平均值作為最終的硬度值。

1.2.8Weibull危害分析法食品失效時間的分布服從Weibull模型（WHA），WHA不僅可以準確地預(yù)測食品貨架壽命，而且還能夠在統(tǒng)計學(xué)上掌握食品隨時間發(fā)生失效的可能性［10］。

假設(shè)ti（=1，2...k）是一系列觀察到的失效食品，按照時間從后到前的倒序排列，即tk是第k個失效食品。威布爾模型中h（t）稱為危險函數(shù)。且h（t）=100/k，則累積危險函數(shù)H（t）有：

威布爾模型的累積分布函數(shù)F（t）表示為：

累積危險函數(shù)H（t）與累積分布函數(shù)F（t）存在如下關(guān)系：

對數(shù)變形得到：

式中：t表示失效時間，β是形狀參數(shù)，β＞0，α是尺度參數(shù)，α＞0。β數(shù)值的大小描述失效速率的增加或降低。

只有當(dāng)Weibull分布的形狀系數(shù)2＜β＜4的時候，所建立的Weibull模型才能對貨架壽命有一個較好的預(yù)測效果。一旦感官評價實驗超過了樣品貨架期還在進行，那么大多數(shù)樣品突然變得不可接受且β值偏離這個最佳預(yù)測范圍。因此在這種情況下作圖時累積危害值只描繪到100即可［11］。

1.2.9感官評定方法遵循Weibull模型原則，這種方法要求對產(chǎn)品的貨架期終點有一個預(yù)先估計，即預(yù)估貨架壽命限，然后將這一時間限分成若干區(qū)間，在每一點評定人員對產(chǎn)品進行接受性評定。當(dāng)有50%及以上的評定人員對產(chǎn)品評定為“不接受”時，下個時間點評定時，評定人員增加的數(shù)量為U，其中U為前一評定點的失效樣品數(shù)。

表1　壓縮干糧感官評價表Table 1　Sensory evaluation

本評價小組由30人組成（男女各半），年齡在20～30歲之間。此30人為感官評價候選人，根據(jù)實驗設(shè)置選擇相應(yīng)人數(shù)。實驗前先對樣品進行隨機密碼編號，檢驗樣品也隨機化。并讓評定人員明確實驗的目的和意義以及感官評定的指標和注意事項。評定過程每次評定后評定人員用清水來涮口，且要求2min后才進行下一樣品的品嘗。運用Weibull分布，評定人員評定時僅作出“接受”或“壞、不接受”的判斷，不進行分值的評定。當(dāng)有50%的評定人員對產(chǎn)品評定為“不接受”時判定感官失效，即達到貨架壽命終點。

此感觀評價實驗采用5分制綜合打分，每隔1分為一標準。以表1中氣味指標為例：差代表1分，較差代表2分，一般代表3分，較好代表4分，好代表5分，并根據(jù)個人喜好選擇可接受或不可接受。當(dāng)某一感官指標分數(shù)低于3分視為該指標達到貨架終點，當(dāng)綜合分數(shù)低于3分視該產(chǎn)品感官達到貨架終點。參評人員只需在相應(yīng)的框內(nèi)打“√”即可，分數(shù)的換算由實驗者完成。

1.2.10數(shù)據(jù)處理與分析采用SPSS 16.0軟件對感官評分與理化指標進行相關(guān)性分析，其他圖表制作與數(shù)據(jù)分析均用Excel 2007處理。

圖1　常溫貯藏下壓縮餅干品質(zhì)指標變化Fig.1　Changes of quality indexes of compressed biscuits at 25℃during storage

2　結(jié)果與分析

2.1常溫貯藏下壓縮餅干品質(zhì)指標變化

由圖1可知，壓縮餅干常溫貯藏過程中，色澤的變化十分緩慢，幾乎是在同一水平內(nèi)波動。在650d內(nèi)壓縮餅干的酸價從初始的1.133mg/g，增加到1.986mg/g，其增長速度十分緩慢。壓縮餅干的過氧化值整體變化規(guī)律不明顯，一直較小，400d內(nèi)其值始終在0.02以下，遠遠低于GB中規(guī)定的限制值（0.25g/100g）。壓縮餅干在常溫25℃貯藏時菌落總數(shù)變化很小，并且都遠遠小于GB中規(guī)定的極限值750cfu/g。這是由于壓縮餅干運用了特殊的生產(chǎn)工藝和包裝材料（避光防潮、隔氧抽真空包裝），生產(chǎn)時對水分活度進行了很好的控制，使其在貯藏過程中一直保持在很低的水平（Aw約為0.315），微生物的生長得到了有效的抑制。

綜上，壓縮餅干在常溫貯藏下品質(zhì)指標變化十分緩慢，很難確定其劣變指標，因此有必要在加速溫度下對其品質(zhì)變化情況作進一步的研究。45℃條件既能達到加速實驗的目的，又最接近常溫貯藏條件。因此本實驗選擇以45℃為加速實驗對壓縮餅干的品質(zhì)指標作進一步的研究，以期能確定出品質(zhì)劣變指標。同時對樣品進行感官評定，分析感官指標與理化指標之間的相關(guān)性，利用Weibull危害分析法確定貨架終點，并得出貨架終點時的理化指標值。

2.245℃加速貯藏下壓縮餅干品質(zhì)指標變化

2.2.1感官指標變化由圖2可知，不同貯藏時間下壓縮餅干的亮度值L*隨著貯藏時間的延長而有所降低，紅度值a*和黃度值b*均有所增加，但增加都十分緩慢，不明顯。通常壓縮類食品的硬度較其他食品要高，其在硬度上的可接受性，是消費者評價其是否變質(zhì)的重要指標之一。在45℃貯藏下，壓縮餅干隨著貯藏時間的增加硬度值增加十分迅速，在50d內(nèi)硬度值從初始的173N增加到了413.5N，共增加了240.5N。雖在100d檢測時，硬度值又降低到307N，150d和200d時硬度值又不斷回升至400N，再隨著時間的延長壓縮餅干的值保持在300～500N之間波動。因此，硬度是壓縮餅干品質(zhì)劣變的重要指標。

2.2.2理化指標的變化情況由圖3可知，壓縮餅干在45℃加速貯藏條件下過氧化值整體變化規(guī)律不明顯，一直較小，有時甚至超出了測定靈敏度的極限值，遠遠低于國標中規(guī)定的限制值（0.25g/100g）。壓縮餅干中水分含量隨貯藏時間的延長始終維持在5%～6%左右，這主要是因為壓縮餅干采用了良好的避光防潮隔氧的包裝材料，且是真空包裝。45℃下壓縮餅干的酸價值隨著貯藏時間的延長而增加，而且增加的趨勢明顯，速度較快。按照GB中規(guī)定，壓縮餅干中酸價的極限值為5.0mg/g，當(dāng)酸價超過5.0mg/g時，貨架期即結(jié)束。如圖3所示，當(dāng)酸價為5.0時，45℃下壓縮餅干的貯藏時間約為400d。

圖2　45℃加速貯藏下壓縮餅干感官指標變化Fig.2　Changes of sensory indexes of compressed biscuits at 45℃during storage

綜上，壓縮餅干在貯藏一定時間后，酸價值很快就達到國標中規(guī)定的極限值，是造成其貨架期結(jié)束的主要原因之一。因此，確定酸價為壓縮餅干的主要劣變指標。

2.2.3壓縮餅干感官評價對于大多數(shù)食品來說，感官評價是確定貨架壽命的關(guān)鍵因素，也是最直接的方法，因此，通過感官評價來進行確定壓縮餅干的貨架壽命分析。由表2可知，在45℃貯藏條件下，隨著貯藏時間的增加，壓縮餅干的各項感官指標變化情況各異。最先達到不可接受的是硬度指標，在貯放50d進行感官就已經(jīng)達到不可接受，其感官評分只有1.7分。隨著時間的延長，其硬度指標一直處于不可接受。其次是氣味、口感滋味指標達到不可接受，其感官評分隨著貯放時間的延長逐漸降低，在貯藏時間達到300d時，其感官評分分別為2.7和2.6，均低于3，表明此時氣味和口感滋味已經(jīng)不被消費者接受，達到了貨架終點。

表2　45℃加速貯藏下壓縮餅干感官評價結(jié)果Table 2　Sensory evaluation of samples at 45℃during storage

圖3　45℃加速貯藏下壓縮餅干理化指標變化Fig.3　Changes of physical and chemical indexes of compressed biscuits at 45℃during storage

在整個感官評價中，色澤一直處于被消費者接受的狀態(tài)，其感官評分均高于3分。并且在貯藏初期其感官評分甚至有升高的趨勢，這可能是在貯藏的過程中，其亮度值L*降低不明顯，而紅度值a*和黃度值b*有所增加，導(dǎo)致整體色澤呈現(xiàn)出類似烘烤后的金黃色，反而增加了消費者的喜好。后期貯藏250d以后，隨著貯藏時間的再延長，其感官評分逐漸下降。

2.2.4壓縮餅干各感官指標評分與理化指標相關(guān)性分析結(jié)果應(yīng)用SPSS 16.0對感官評價的各個感官指標的感官評分（見表2）與酸價值進行pearson積差相關(guān)分析，結(jié)果顯示：酸價指標與氣味、色澤和口感滋味的相關(guān)系數(shù)R2分別為0.936、0.93和0.946（p＜0.01），由于氣味和口感滋味較色澤指標先達到不可接受，且氣味與口感滋味之間的相關(guān)系數(shù)為0.993（p＜0.01），所以可選擇氣味或口感滋味進行Weibull危害分析，以確定貨架終點。由于食品中氣味的變化主要是因為油脂氧化引起的，所以本文選擇以氣味為感官指標進行Weibull危害分析。

2.2.5以氣味為感官指標的Weibull危害分析結(jié)果壓縮餅干在45℃貯藏條件下氣味指標的感官評價結(jié)果見表3，Weibull累積危害排列結(jié)果見表4所示。使用Weibull危害分析法對感官指標進行分析［12］：對表3中列出的37個不可接受點進行倒序排列（37～1），依據(jù)表3的結(jié)果列出Weibull累積危害排列表（表4），表4中H值為100除不可接受點的序列號所得值，∑H為累積危害值，將累積危害值與時間運用Weibull方程進行擬合即得表4。從表中能夠看出氣味的第一個不可接受點出現(xiàn)在貯藏的第150d，然而在150～250d的貯藏時間內(nèi)不可接受的樣品數(shù)并沒有急劇增加。只有300d的時候樣品才被超過50%的評價人員拒絕，而此時所對應(yīng)的酸價為3.28g/mg。將氣味指標的感官評價結(jié)果運用Weibull方程進行擬合后結(jié)果如圖4所示，擬合方程為：

lnt=0.2131lnH（t）+4.9336

相關(guān)系數(shù)R2=0.9148，其中，β=4.69，當(dāng)50%消費者拒絕時，H（t）=34.72得t=296d。在45℃貯藏296d，以氣味判斷壓縮餅干的貨架終點，此時對應(yīng)的酸價值約為3.28mg/g。

表3　45℃加速貯藏下氣味感官評定結(jié)果Table 3　Sensory data for Compression biscuit at 45℃during storage

表4 威布爾危害排列表Table 4　Weibull hazard ranking table

圖4　45℃加速貯藏下氣味指標的危害累積Fig.4　The Weibull distribution of flavor at 45℃during storage

3　結(jié)論

壓縮餅干在貯藏過程中，隨著時間的延長，酸價及硬度指標變化明顯，對壓縮餅干品質(zhì)下降起到了主要影響，而過氧化值、色澤、水分含量和微生物指標變化不明顯且一直在可接受范圍之內(nèi)，對其品質(zhì)影響較小。因此，最終確定酸價和硬度為壓縮餅干的主要劣變指標。

對45℃條件下貯藏的壓縮餅干進行感官評價，通過相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)壓縮餅干的酸價值與色澤、氣味及口感滋味均具有較好的相關(guān)性，但由于氣味指標較色澤指標先達到不可接受，其在食品中的存在和變化與油脂氧化高度相關(guān)，最終建立起了以氣味為指標Weibull累計危害分析模型，確定了當(dāng)壓縮餅干不被接受時的酸價值，為3.28mg/g。

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Study on the deterioration indexes of compressed biscuits by Weibull hazard analysis

MENG Meng-fei，XIAO Long-en，LI Bo*
（Collage of Food Science and Nutritional Engineering，China Agricultural University，Beijing 100083）

The main deterioration indexes of compressed biscuits were studied.The accelerated experiments were conducted at 45℃.The changes of chromatic aberration，acid value，peroxide value，and total number of colonies at 25℃during storage were determined.The sensory indexes（hardness and chromatic aberration）and the physical and chemical indexes at accelerated temperatures（acid value，peroxide value and water content）were all determined.Weibull hazard analysis was used to determine the acceptable terminal point of compressed biscuits at 45℃ in term of sensory evaluation.The results showed that acid value and hardness were the major factors during quality deterioration and the sensory acceptance limit of acid value was at 3.28mg/g.

compressed biscuits；deterioration indexes；sensory evaluation；Weibull hazard analysis

TS205.9

A

1002-0306（2015）10-0339-06

10.13386/j.issn1002-0306.2015.10.063

2014-08-04

孟萌菲（1990-），女，碩士研究生，研究方向：功能食品。

李博（1970-），女，博士，副教授，研究方向：功能食品。