Okres trwałości w prostym ujęciu

Bez dokładnego, specyficznego dla danego produktu okresu trwałości możesz pozbywać się przeterminowanych artykułów, które nadal są zdatne do spożycia. Lub sprzedawać nieprzeterminowane produkty, które de facto są zepsute. Możesz przepłacać za opakowanie, które w żaden sposób nie pomaga Twojemu produktowi. Albo tracić cenny okres trwałości, który mogłoby zapewnić lepsze opakowanie. Sedno sprawy polega na tym, że nie wiesz tego na pewno, ponieważ działasz po omacku.

Dlaczego więc tak niewiele osób przepuszcza testy trwałości?

Pełne badania okresu trwałości

Zazwyczaj dzieje się tak dlatego, że rzetelny, pełny test okresu trwałości to trudne zadanie. Wiąże się ono ze złożonymi relacjami między wilgotnością, temperaturą a przyczynami psucia się produktu.

Wiele czynników może sprawić, że Twój produkt stanie się niebezpieczny lub niesmaczny – pleśń, rozwój drobnoustrojów, jełczenie, zmiany konsystencji lub smaku, degradacja witamin. Większość ludzi nie posiada wiedzy specjalistycznej pozwalającej na przeprowadzenie pełnych badań okresu trwałości we własnym zakresie, a zlecenie tego zewnętrznemu laboratorium jest kosztowne.

Istnieje jednak naukowo uzasadniona alternatywa dla tego rodzaju badań okresu trwałości. To okres trwałości uproszczony dzięki aktywności wody. Generuje on wszystkie dane potrzebne do przewidywania trwałości produktu na podstawie eksperymentu, na który może pozwolić sobie każdy, nawet mały startup.

Trwałość a aktywność wody

W jaki sposób aktywność wody upraszcza badanie trwałości?

1. Eliminuje czynniki rozpraszające. Znając aktywność wody w produkcie, dowiesz się, które mechanizmy psucia się stanowią problem dla tego konkretnego artykułu.
2. Ułatwia prognozowanie. Możesz użyć swojego higrometru aktywności wody wraz z inną metodą pomiarową (zależną od specyficznego sposobu psucia się produktu), aby przeprowadzić nieskomplikowany eksperyment we własnym zakresie, który precyzyjnie przewidzi okres trwałości Twojego wyrobu.
3. Standaryzacja produkcji. Ustawiając specyfikację aktywności wody, można osiągnąć optymalną trwałość dla każdej partii produktu.

Dane dotyczące trwałości mogą dostarczyć cennych informacji, które pomogą zapobiegać psuciu się produktów, przewidywać i wydłużać ich trwałość, dobrać najbardziej opłacalne opakowanie i nie tylko.

W jaki sposób aktywność wody pozwala przewidzieć okres trwałości?

Aktywność wody to istotny środek do prognozowania i kontroli okresu trwałości produktów spożywczych. Okres trwałości to czas, w którym produkt zachowuje bezpieczeństwo, utrzymuje pożądane właściwości sensoryczne, chemiczne, fizyczne i mikrobiologiczne oraz spełnia wymagania dotyczące informacji o wartości odżywczej. Na trwałość wpływa wiele czynników, w tym aktywność wody, pH, potencjał redoks, tlen, zastosowanie konserwantów oraz warunki przetwarzania i przechowywania. Mierząc i kontrolując aktywność wody w żywności i produktach farmaceutycznych, można:

• Przewidzenie, które mikroorganizmy będą potencjalnym źródłem psucia się żywności i zakażeń
• Utrzymać stabilność chemiczną żywności
• Zminimalizować nieenzymatyczne reakcje brązowienia oraz spontaniczne, autokatalityczne reakcje utleniania lipidów
• Kontrolować aktywność enzymów
• Przedłużyć trwałość składników odżywczych i witamin w żywności
• Zoptymalizować właściwości fizyczne żywności

Czynniki skracające trwałość

Na trwałość wpływają trzy główne czynniki: właściwości mikrobiologiczne, zmiany chemiczne oraz degradacja fizyczna. Wszystkie one są powiązane z aktywnością wody.

Rozwój drobnoustrojów

Pleśń i rozwój drobnoustrojów stanowią największe zagrożenie dla trwałości produktów. Kontrola aktywności wody pozwala zahamować lub uniemożliwić rozwój mikroorganizmów, wydłużyć okres trwałości i umożliwić bezpieczne przechowywanie niektórych wyrobów bez konieczności chłodzenia. Korzystając z dobrze zdefiniowanych tabel, możesz ustalić limit aktywności wody dla swojego produktu i wykorzystać go w testach trwałości.

Degradacja chemiczna

Aktywność wody wpływa na szybkość degradacyjnych reakcji chemicznych, ponieważ woda działa jako rozpuszczalnik, sama może być reagentem lub zmieniać mobilność reagentów poprzez lepkość. Na przykład reakcje brązowienia nieenzymatycznego nasilają się wraz ze wzrostem aktywności wody, osiągając maksimum w zakresie od 0,6 do 0,7 aw, podczas gdy utlenianie lipidów jest zminimalizowane w przedziale od około 0,2 do 0,3 aw. Optymalną stabilność chemiczną obserwuje się zazwyczaj w pobliżu zawartości wilgoci w warstwie monomolekularnej, określonej na podstawie izoterm sorpcji wilgoci.

Degradacja fizyczna

Wysoka, a rzadziej niska wilgotność otoczenia może wpływać na aktywność wody w produkcie, powodując niepożądane zmiany jego tekstury lub właściwości fizycznych oraz skracając okres trwałości. Do problemów tych należą: utrata chrupkości w produktach suchych, zbrylanie i powstawanie grudek w proszkach oraz gumowatość lub ciągliwość w produktach wilgotnych. Określenie krytycznej aktywności wody dla danego produktu może wymagać pewnych badań, jednak znajomość aktywności wody znacznie to ułatwia.

Pakowanie, wysyłka i przechowywanie

Zmiany aktywności wody podczas transportu i przechowywania mogą mieć istotny wpływ na okres trwałości produktu. Aktywność wody jest funkcją temperatury, a temperatury transportu i magazynowania mogą wpływać na aktywność wody wewnątrz opakowania. Uproszczone badania trwałości mogą pomóc w określeniu najlepszego sposobu pakowania oraz w ocenie wpływu warunków transportu i przechowywania na okres przydatności produktu do spożycia.

Rozpocznij uproszczone testy

Informacje na temat maksymalizacji okresu trwałości można znaleźć w literaturze z zakresu nauk o żywności, jednak odnalezienie instrukcji krok po kroku może być trudne. Opracowując plan testowania okresu trwałości konkretnego produktu, należy pamiętać tylko o kilku kwestiach.

NIE próbuj analizować wszystkiego

Na okres trwałości wpływa wiele czynników, jednak największe znaczenie mają aktywność wody i temperatura. Zacznij od kontrolowania tych dwóch czynników.

OKREŚL najczęstsze przyczyny psucia się produktów

Na okres trwałość produktu zazwyczaj wpływa tylko jedna lub dwie przyczyny degradacji. Na przykład trwałość chipsów ziemniaczanych jest często ograniczana przez niepożądane posmaki związane z utlenianiem lipidów. Uproszczone badania trwałości powinny rozpocząć się od monitorowania utleniania lipidów przy różnych wartościach aktywności wody i temperaturach. Po uwzględnieniu wpływu utleniania lipidów można zbadać inne potencjalnie ograniczające czynniki, takie jak struktura (tekstura).

Podstawowe kroki prowadzące do określenia okresu trwałości

1. Kontroluj aktywność wody i temperaturę
2. Mierz i śledź zmiany czynników kończących okres trwałości w wybranej aktywności aw i temperaturze
3. w
4. Gromadź dane w czasie
5. Zidentyfikuj idealny zakres aktywności wody dla swojego produktu

Wybierz odpowiednie opakowanie

Po ustaleniu idealnego zakresu aktywności wody dla swojego produktu nadszedł czas, aby pomyśleć o opakowaniu. Najważniejszym czynnikiem decydującym o tym, co stanie się z aktywnością wody w produkcie wraz z upływem czasu, jest przepuszczalność materiału opakowaniowego – czyli to, jak dobrze zapobiega on wymianie wilgoci w różnych warunkach (patrz Wong i in. 1999). Aby dobrać odpowiednie opakowanie zapewniające żądany okres trwałości, potrzebujesz dwóch prostych wskaźników: przepuszczalności opakowania oraz krytycznej aktywności wody.

Znajdź współczynnik WVTR

Siłą napędową ruchu wody przez opakowanie jest różnica w wartościach aktywności wody wewnątrz i na zewnątrz opakowania. Producenci stosują opakowania do kontrolowania tempa przemieszczania się tej wody. Wilgoć przechodzi przez opakowanie w tempie wyrażanym jako wskaźnik przepuszczalności pary wodnej (WVTR). Możesz wykorzystać wartość WVTR w modelach matematycznych, aby określić optymalne opakowanie dla pożądanego okresu trwałości.

Określ krytyczny zakres aktywności wody

Jednym z głównych celów testów trwałości jest określenie najlepszego zakresu aktywności wody dla danego wyrobu. Może to być krytyczna wartość aktywności wody, której przekroczenie natychmiast spowoduje problemy z bezpieczeństwem lub konsystencją kończące okres przydatności produktu. Może to być również „optymalny punkt wilgotności”, który maksymalizuje zysk i eliminuję potencjalne problemy ze smakiem, teksturą oraz bezpieczeństwem.

Jeśli zmiany fizyczne są głównym powodem psucia się Twojego produktu, krzywa dynamicznej izotermy punktu rosy (DDI) może pomóc w zidentyfikowaniu krytycznej aktywności wody. Krzywa DDI mierzy zmianę właściwości sorpcyjnych próbki w trakcie adsorpcji i desorpcji wody (zobacz Rysunek 1).

Krzywe DDI mogą zaoszczędzić wiele czasu przy identyfikacji krytycznej aktywności wody. Można je uzyskać, przesyłając próbkę swojego produktu do laboratoriów METER Lab Services lub korzystając z urządzenia VAPOR SORPTION ANALYZER w celu opracowania własnych krzywych DDI.

Jeśli psucie mikrobiologiczne jest czynnikiem ograniczającym okres trwałości produktu, możesz zidentyfikować krytyczną aktywność wody lub jej zakres za pomocą limitów dobrze udokumentowanych w literaturie naukowej. Wiele istotnych mikroorganizmów wymieniono w tabeli przedstawiającej zależność między aktywnością wody a rozwojem drobnoustrojów.

Jeśli główne przyczyny psucia się Twojego produktu to czynniki chemiczne, takie jak utlenianie lipidów, brunatnienie Maillarda lub utrata witamin, musisz poświęcić temu zagadnieniu nieco więcej uwagi. Aktywność wody jest powiązana z wieloma z tych reakcji chemicznych, jednak musisz przeprowadzić eksperymenty, aby określić charakter tej korelacji dla Twojego konkretnego produktu.

Zadbaj o trwałość produktu dzięki odpowiedniemu opakowaniu

Po ustaleniu przepuszczalności opakowania oraz krytycznej aktywności wody wartości te można wykorzystać do stworzenia modeli predykcyjnych.

Modelowanie predykcyjne jest często przeprowadzane za pomocą szeregu skomplikowanych równań (opisanych w sekcji Dodatkowe zasoby), jednak istnieje prostsze rozwiązanie. Program komputerowy o nazwie MOISTURE ANALYSIS TOOLKIT wykonuje te obliczenia w Twoim imieniu. Narzędzie to wykorzystuje podstawowe dane wejściowe do określenia okresu trwałości, ustalenia idealnych specyfikacji opakowań, a nawet pozwala na modyfikowanie parametrów analizy w celu zbadania różnych wariantów pakowania.

Dowiedz się więcej o trwałości produktu

W tym 30-minutowym webinarium naukowcy zajmujący się żywnością, Mary Galloway i Zachary Cartwright, opowiadają o tym, jak uzyskać odpowiedzi na pytania dotyczące trwałości produktów. Dowiedz się, jak:

• Rozwiązywanie problemów i reklamacji w celu ustalenia, dlaczego trwałość produktu kończy się szybciej niż oczekiwano
• Prognozowanie wpływu zmian w recepturze na trwałość produktu
• Porównanie wpływu różnych opcji składników
• Ocena, czy określona opcja opakowania pomoże osiągnąć lub wydłużyć trwałość produktu

Dodatkowe materiały

ASTM International. ASTM E96-00 Standard Test Methods for Water Vapor Transmission of Materials. West Conshohocken, PA: ASTM International, 2000.

Azanha, A.B., i Faria J. A. F. „Use of Mathematical Models for Estimating the Shelf-life of Cornflakes in Flexible Packaging.” Packaging Technology and Science 18, nr 4 (2005): 171-178.

Carter, B.P., Galloway, M.T., Campbell, G.S. i Carter, A.H. 2015. The critical water activity from dynamic dewpoint isotherms as an indicator of premix powder stability. Journal of Food Measurement and Characterization. 9(4):479-486.

Carter, B.P., Galloway, M.T., Campbell, G.S. i Carter, A.H. 2015. The critical water activity from dynamic dewpoint isotherms as an indicator of crispness in low moisture cookies. Journal of Food Measurement and Characterization 9(3):463-470.

Carter, B. P. i Schmidt, S. J. „Developments in Glass Transition Determination in Foods using Moisture Sorption Isotherms.” Food Chemistry 132, nr 4 (2012): 1693-1698.

Risbo, J. „The Dynamics of Moisture Migration in Packaged Multi-Component Food Systems I: Shelf Life Predictions for a Cereal-Raisin System.” Journal of Food Engineering 58, nr 3 (2003): 239-246.

The Stability and Shelf-Life of Food, pod redakcją Davida Kilcasta i Persis Subramaniam. Woodhead Publishing, 2000.

Koutsoumanis, Konstantinos i George-John E. Nychas. „Application of a systematic experimental procedure to develop a microbial model for rapid fish shelf life predictions.” International Journal of Food Microbiology60, nr 2-3 (2000): 171-84. doi:10.1016/s0168-1605(00)00309-3.

Del Nobile, M. A., Buonocore, G. G., Limbo, S. i Fava, P. „Shelf Life Prediction of Cereal-based Dry Foods Packed in Moisture-sensitive Films.” Journal of Food Science 68, nr 4 (2003): 1292-1300.

Labuza, T.P., i Hyman, C. R. „Moisture Migration and Control in Multi-domain Foods.” Trends in Food Science & Technology 9, nr 2 (1998) 47-55.

Wong, Ee Hua, Teo, Y. C., i Lim, T. B. „Moisture Diffusion and Vapor Pressure Modeling of IC Packaging.” Prezentacja na konferencji Annual Electronic Components and Technology Conference, Seattle, WA, 25–28 maja 1998 r.

Yuan, X., Carter, B. P., i Schmidt, S. J. „Determining the Critical Relative Humidity at which the Glassy to Rubbery Transition Occurs in Polydextrose using an Automatic Water Vapor Sorption Instrument.” Journal of Food Science 76, nr 1 (2011) 78-89.

‍