食品制造商的保质期全攻略

如果没有准确、针对具体产品的保质期数据，您可能会将仍可食用但已过期的产品当作废品处理，也可能将实际上已变质但未过期的产品出售。您可能会为那些对产品毫无帮助的包装支付过高费用，或者因包装不佳而牺牲本可获得的更长保质期。关键在于，由于您是在“摸着石头过河”，因此无法确切知晓这些情况。

那么，为什么人们不进行更多的保质期测试呢？

您可能正在为那些对产品毫无帮助的过度包装买单。

全面的保质期测试

通常，这是因为真正的、全面的保质期测试是一项艰巨的任务。它涉及水分、温度与产品失效模式之间的复杂关系。

许多因素都可能导致产品不安全或难以入口——例如霉变、微生物滋生、油质变质、质地或风味变化，以及维生素流失。大多数人缺乏专业知识，无法在内部进行全面的保质期测试，而委托外部实验室进行测试又成本高昂。

对于此类保质期测试，有一种科学依据充分的替代方案。那就是基于水分活度的简化保质期评估法。通过这项实验——即便是小型初创企业也能负担得起——即可获得预测产品保质期所需的所有数据。

保质期与水分活度

水分活度如何影响保质期？

1. 这有助于消除干扰。一旦掌握了产品的水分活度，您就能明确哪些失效模式会对该产品造成影响。
2. 这简化了保质期的预测。您可以结合水分活度仪与另一种测量方法（具体选用哪种取决于您的产品特定失效模式），在内部进行一项简便的实验，从而准确预测产品的保质期。
3. 它使生产流程标准化。您可以设定水分活度指标，从而确保每批产品都能达到最佳保质期。

您的保质期数据能提供宝贵的洞察，帮助您避免产品失效、预测并延长保质期、选择最具成本效益的包装方案，以及实现更多目标。

AQUALAB 3. 准确测定产品的水分活度，有助于更精确地预测保质期。

水分活度如何预测保质期？

水活度是预测和控制食品保质期的关键手段。保质期是指产品在该时间段内仍保持安全，维持所需的感官、化学、物理及微生物特性，并符合营养标签要求的时间。许多因素都会影响保质期，包括水活度、pH值、氧化还原电位、氧气含量、防腐剂的使用以及加工/储存条件。通过测量和控制食品及药品的水活度，可以：

• 预测哪些微生物可能是导致变质和感染的潜在来源
• 保持食品的化学稳定性
• 尽量减少非酶褐变反应和脂质的自发自催化氧化反应
• 调控酶的活性
• 延长食物中营养素和维生素的保存时间
• 优化食品的物理特性

影响保质期的因素

影响保质期的主要因素有三：微生物特性、化学变化和物理变质。这些因素都与水分活度有关。

微生物生长

霉菌和微生物的滋生是影响保质期的最大威胁。控制水分活度可以抑制或阻止微生物滋生，延长保质期，并使某些产品无需冷藏即可安全储存。通过使用明确的表格，您可以为产品设定水分活度限值，并在保质期测试中加以应用。

表1. 多种常见微生物的水活度生长极限

那么，您该如何在配方设计、规格制定、生产和包装过程中将这些知识转化为竞争优势呢？观看我们的最新网络研讨会，了解详情：

• 水分活度如何预测微生物生长
• 如何在制定规格时运用与贵行业相关的特定生物_量阈值
• 如何运用不同的配方技术（包括保湿剂、成膜剂、包覆剂）来达到所需的水活度
• 为什么您应该考虑采用“障碍”技术来应对某些挑战

化学降解

水分活度会影响导致食品变质的化学反应速率，因为水既可作为溶剂，本身也可作为反应物，或通过粘度改变反应物的迁移性。 例如，非酶褐变反应随水活度的增加而增强，在0.6至0._{7 aw时}达到峰值；而脂质氧化则在约0.2至0.3_aw时降至最低。根据吸湿等温线测定，最佳化学稳定性通常出现在单分子层含水率附近。

图1. 可以通过水活度来预测产品的稳定性和反应。

身体状况恶化

高湿度（以及较少见的低湿度）环境会影响产品的水分活度，导致产品质地或物理性质发生不良变化，并缩短保质期。常见问题包括：干性产品失去酥脆感、粉末结块、湿性产品口感发硬或嚼劲过强。确定产品的临界水分活度可能需要进行一些研究，但水分活度这一指标能让这一过程变得更加简单。

了解产品的最佳水分活度，可以防止产品物理性质发生不良变化，例如结块和结团。

包装、运输和仓储

运输和储存过程中水分活度的变化会显著影响保质期。水分活度与温度密切相关，而运输和储存温度会影响包装内的水分活度。简化的保质期测试可帮助您确定最佳包装方案，并评估运输和储存条件对产品保质期的影响。

开始使用简化测试

关于如何最大限度延长保质期的信息在食品科学文献中有所记载，但要找到具体的分步指南却并不容易。在制定针对您特定产品的保质期测试方案时，只需注意以下几点即可。

不要试图分析一切

保质期受多种因素影响，但影响最大的是水分活度和温度。首先应控制这两个因素。

水分活度是如何测量的？

食品制造商使用水分活度仪在实验室和生产线上测量水分活度。该仪器可在5分钟内（平均读数时间为2.5分钟）完成水分活度（_aw）测量_，精度 达±0.003_aw 。AQUALAB仪器是目前市面上速度最快、精度最高的水分活度仪。观看视频，了解其工作原理。

请确定最可能的失效模式

产品的保质期通常仅受一两种失效模式的影响。例如，薯片的保质期往往因脂质氧化引起的异味而缩短。简化的保质期测试应首先在不同的水分活度和温度下监测脂质氧化情况。在考虑了脂质氧化的影响后，即可考察其他潜在的限制因素，例如质地。

确定保质期的基本步骤

利用水分活度进行保质期测试的基本步骤。

如果将这些步骤扩展成一个详细的流程图，它将如下所示（点击此处查看大图）：

图2. 保质期测试流程图

选择合适的套餐

确定了产品的理想水分活度范围后，接下来就需要考虑包装问题。决定产品水分活度随时间变化的最关键因素是包装材料的透湿性——即其在不同条件下阻隔水分传递的能力（参见 Wong 等，1999）。要确定能满足预期保质期的正确包装方案，需要参考两个简单指标：包装透湿性和临界水分活度。

查找您的WVTR

水分在包装内移动的驱动力源于包装内外水分活度条件的差异。制造商利用包装来控制水分的移动速率。水分通过包装的传输速率被称为水蒸气透过率（WVTR）。您可以在数学模型中使用 WVTR 来确定能满足预期保质期的最佳包装方案。

确定您的临界水活度范围

保质期测试的主要目标之一，是确定产品的最佳水分活度范围。这可能是某个临界水分活度值——一旦超过该值，将立即引发安全或质地问题，从而导致产品保质期缩短。也可能是能最大化利润并消除潜在风味、质地及安全问题的“水分最佳区间”。

如果物理变化是您产品失效的主要原因，动态露点等温线（DDI）曲线或许能够确定临界水分活度。DDI曲线用于测量样品在吸附和脱附水分过程中的吸附性能变化（见图3）。

图3. 质地变化与喷雾干燥奶粉等温线的关系。

DDI曲线能大大节省确定临界水分活度的时间。您可以通过向AQUALAB实验室服务公司寄送产品样品来获取这些曲线，或者使用蒸汽吸附分析仪自行绘制DDI曲线。

如果微生物变质是限制产品保质期的主要因素，您可以参考研究中已确立的限值，确定关键水分活度或水分活度范围。本表列出了许多值得关注的微生物，并展示了水分活度与微生物生长之间的关系。

如果脂质氧化、美拉德反应或维生素流失等化学因素是导致您产品变质的主要原因，那么您还需要做更多工作。水分活度与许多此类化学反应存在关联，但您必须通过实验来确定这种关联在您特定产品中的具体表现。

确保产品保质期的包装方案

一旦确定了包装的透气性和临界水分活度，即可利用这些数值进行预测建模。

预测建模通常通过一系列复杂的方程来完成（详见“附加资源”部分），但其实还有一种更简单的方法。一款名为“MOISTURE ANALYSIS TOOLKIT”的软件可以为您完成这些计算。该工具包将利用这些基本输入数据来确定保质期、设定理想的包装规格，甚至允许您调整分析参数以评估不同的包装方案。

深入探讨故障模式及其他

想了解更多吗？以下是对上文保质期简化流程图（图2）中各步骤的全面、详细指南。点击标签页，了解相关内容。

有关保质期的更多信息

在这场30分钟的网络研讨会上，食品科学家玛丽·加洛韦和扎卡里·卡特赖特将探讨如何解答您关于保质期的疑问。您将学习如何：

• 排查问题和投诉，以查明保质期为何比预期更短
• 预测配方变更对保质期的影响
• 比较不同配料选项的效果
• 评估特定的包装方案是否有助于延长或改善产品的保质期

AQUALAB 4TE 为何优于其他水分活度仪

AQUALAB 4TE将样品密封在容器中，头空间内空气的相对湿度会与样品的水活度达到平衡。达到平衡时，两者将相等，此时我们可以通过测量头空间的相对湿度来确定样品的水活度。这是解答“如何测量水活度”这一问题最可靠的答案。

辅助方法：湿度计、电容传感器

与早期的水分活度仪类似，大多数现代仪器都采用电容式或电阻式湿度传感器来测量样品上方头空间中的湿度。

这些湿度计采用间接测量法：它们将电信号与相对湿度相关联，必须使用已知的盐标准进行校准。

只有当样品和传感器的温度相同时，这些传感器测得的ERH值才等于样品的水活度。要获得准确的测量结果，必须做好温度控制或温度测量。电容式传感器结构简单，常用于价格相对低廉的水活度仪中。

4TE露点法是一种主要方法

回答“如何测量水分活度”这一问题的最佳方法是采用p/p0比值的一级方法。

P0（饱和蒸气压）仅取决于样品的温度（如附图所示），因此可以通过测量样品的温度来测得P0。P（样品中水的蒸气压）可通过测量样品上方密封头空间中水的蒸气压来测得。 测量该蒸气压最精确的方法，也是最符合基本原理的方法，是测量空气的露点。

图15. 可以通过测量样品的温度来测定饱和蒸气压（饱和蒸气压随温度变化）。

“主要方法”指直接测量，无需校准

露点（或冷镜露点）法的主要优势在于速度和精度。冷镜露点传感器是一种基于基本热力学原理的直接测量方法。冷镜水活度仪通常能在约5分钟内完成高精度（±0._003aw）的测量。由于该测量基于温度测定，因此无需校准。 用户应测量标准盐溶液以验证仪器是否正常工作。对于某些应用，该方法的高速特性使制造商能够对产品的水分活度进行在线监测。

其他资源

ASTM International. ASTM E96-00《材料水蒸气透过率的标准试验方法》。宾夕法尼亚州西康肖霍肯：ASTM International，2000年。

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卡特（B.P.）、加洛韦（M.T.）、坎贝尔（G.S.）和卡特（A.H.），2015。《基于动态露点等温线的临界水分活度作为预混粉稳定性的指标》。《食品测量与表征杂志》，9(4):479-486。

卡特（B.P.）、加洛韦（M.T.）、坎贝尔（G.S.）和卡特（A.H.），2015。《基于动态露点等温线的临界水分活度作为低水分饼干脆度的指标》。《食品测量与表征杂志》9(3):463-470。

卡特（Carter, B. P.）与施密特（Schmidt, S. J.）合著的《利用水分吸附等温线测定食品玻璃化转变的最新进展》，载于《食品化学》第132卷第4期（2012年），第1693-1698页。

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Del Nobile, M. A.、Buonocore, G. G.、Limbo, S. 及 Fava, P.。《采用湿度敏感薄膜包装的谷物类干食品保质期预测》。《食品科学杂志》第68卷第4期（2003年）：1292-1300页。

Labuza, T.P. 和 Hyman, C. R. 《多相食品中的水分迁移与控制》。《食品科学与技术趋势》第9卷第2期（1998年），第47-55页。

Wong, Ee Hua、Teo, Y. C. 及 Lim, T. B.，《集成电路封装的水分扩散与蒸汽压建模》。发表于1998年5月25日至28日在华盛顿州西雅图举行的年度电子元件与技术会议。

Yuan, X., Carter, B. P. 及 Schmidt, S. J. “利用自动水蒸气吸附仪测定聚葡萄糖发生玻璃态向橡胶态转变的临界相对湿度。”《食品科学杂志》第76卷第1期（2011年），第78-89页。

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