應用ASLT法預測燕麥片貨架期

閔 維，李巨秀,*，胡新中，李 璐，陳秋桂

（1.西北農林科技大學食品科學與工程學院，陜西 楊凌 712100；2.陜西師范大學食品工程與營養(yǎng)科學院，陜西 西安 710062；3.西麥生物技術開發(fā)有限公司，廣西 桂林 541004）

應用ASLT法預測燕麥片貨架期

閔 維1，李巨秀1,*，胡新中2，李 璐3，陳秋桂3

（1.西北農林科技大學食品科學與工程學院，陜西 楊凌 712100；2.陜西師范大學食品工程與營養(yǎng)科學院，陜西 西安 710062；3.西麥生物技術開發(fā)有限公司，廣西 桂林 541004）

以裸燕麥片和皮燕麥片為材料，采用加速預測貨架期法，將樣品分別置于65 ℃ 和75 ℃條件下加熱，以脂肪酸值和丙二醛含量為評價指標，應用Arrhen ius相關模型及熱力學理論和統(tǒng)計學原理，預測兩種燕麥片的貨架期。結果表明，65 ℃條件下處理燕麥片，隨著時間的延長，脂肪酸值和丙二醛含量呈現(xiàn)緩慢上升趨勢，而在75 ℃條件下處理燕麥片，則隨著時間的延長，脂肪酸值和丙二醛含量呈現(xiàn)快速上升趨勢。游離脂肪酸的生成在65 ℃和75 ℃均遵循0級反應動力學，丙二醛的生成在65 ℃和75 ℃均遵循1級反應動力學；根據(jù)Arrhenius相關模型和統(tǒng)計學原理得出裸燕麥片的貨架期約為585 d，皮燕麥片的貨架期約為274 d。

燕麥片；貨架期；Arrhenius模型；脂肪酸值；丙二醛含量

根據(jù)1993年英國食品科學與技術學會的定義，貨架期是食品在推薦貯藏條件下所經(jīng)歷的一段時間，在這期間食品是安全的，并保持著消費者所期待的感官、理化及微生物性質，其所含營養(yǎng)物質與標簽內容一致[1]。食品貨架期對食品生產(chǎn)者和消費者而言都是非常重要的商品特性，在一定程度上決定了產(chǎn)品的商品價值和市場可接受程度[2]。在實際生產(chǎn)中，預測食品貨架期是食品開發(fā)和生產(chǎn)過程中的一個重要部分[3]。

食品的貨架期除了受到相對濕度、貯藏溫度、水分活度、氣體體積分數(shù)、氧化還原電勢、金屬離子、pH值、壓力和輻射等環(huán)境因素的影響外，還受到食品組分和化學變化、酶類、微生物以及包裝材料的影響，微生物和化學反應是影響食品貨架期最重要的因素，其中后者主要為氧化反應，對食品的外觀、口感和風味影響較大[1,4]。溫度是影響食品貨架期最主要的環(huán)境因素，隨著溫度的升高化學反應速度加快，食品貨架期縮短[2]。食品貨架期通常可通過研究食品在加工和貯藏中的化學反應動力學進行預測，主要適用于預測由化學、生物化學、物理化學變化制約的食品貨架期。Arrhenius方程就是基于熱力學模型來反映食品品質劣變應用最廣泛的一種動力學方程[2]。

燕麥由于其豐富的營養(yǎng)價值及具有降血脂、降血糖、降膽固醇等多種功能而作為一種保健型的雜糧受到了越來越多人的關注[5]。燕麥片食用方便，幾乎保留了燕麥中的所有營養(yǎng)成分，是燕麥食品的主要加工產(chǎn)品之一[6]。谷物在貯藏過程中由于直鏈淀粉含量增加導致其黏性降低、糊化溫度升高、漲性增大[7]。此外，燕麥片中的脂類物質一方面發(fā)生氧化反應產(chǎn)生醛、酮等物質，另一方面在脂肪酶的作用下，脂類物質發(fā)生水解產(chǎn)生甘油和脂肪酸[7]，使得燕麥片在貯藏過程中風味和口感發(fā)生改變，產(chǎn)生酸味和苦味，導致燕麥片品質下降。目前，加速預測貨架期法（accelerated shelf-life testing，ASLT）已應用于燕麥片的貨架期預測中，包慧彬[4]以感官評定和脂肪酶、霉菌生長等為評價指標，以出現(xiàn)霉菌和哈喇味為貨架期終點標志，建立燕麥片貨架期預測模型。

ASLT法是一種有效、快速地預測食品貨架期方法，已經(jīng)被大量地應用在食品科學研究中[3]，其原理是利用化學動力學來量化環(huán)境因素對化學反應的影響程度，將產(chǎn)品置于一些加速破壞如提高儲存溫度的惡劣條件下來加速產(chǎn)品變質。在貯藏溫度條件下，一定時間間隔時取樣分析指標，檢測該條件下的貨架期，再以得到的數(shù)據(jù)外推，進而確定實際儲存條件下的保質期[3,8]。本實驗以裸燕麥片和皮燕麥片為研究材料，采用ASLT法，應用Arrhenius相關模型及熱力學理論和統(tǒng)計學原理，以脂肪酸值和丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量為評價指標，預測兩種燕麥片的貨架期，為完善燕麥片產(chǎn)品的品質預測提供支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

國內裸燕麥加工的燕麥片和澳大利亞進口皮燕麥加工的燕麥片。

95%乙醇 西安三浦化學試劑有限公司；酚酞、氫氧化鉀、鄰苯二甲酸氫鉀 天津博迪化工股份有限公司；三氯乙酸 上海山浦化工有限公司；硫代巴比妥酸國藥集團化學試劑有限公司；以上試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

FA1004上皿電子天平 上海天平儀器廠；JJ1000電子天平 常熟市雙杰測試儀器廠；SC-3610低速臺式離心機 安徽中科中佳科學儀器有限公司；HH-6數(shù)顯恒溫水浴鍋 國華電器有限公司；DK-822電熱恒溫水浴鍋 上海精宏實驗設備有限公司；HWY211臥式恒溫搖床 常州諾基儀器有限公司；UVmini1240紫外分光光度計 島津通用分析儀器有限公司；CS101-2EB電熱鼓風干燥箱 重慶四達實驗儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品處理

將裸燕麥片和皮燕麥片分別分裝于90 個加厚塑封袋中（每袋中大約有60 g左右）。經(jīng)密封后，將樣品分別放置在溫度為65、75 ℃的烘箱中，每24 h取樣。對每天取出的樣品進行脂肪酸值和MDA含量指標的測定。

1.3.2 樣品貨架期預測方法

對脂肪酸值和MDA含量的數(shù)據(jù)進行回歸分析確定反應級數(shù)，進而確定反應常數(shù)k，通過運用Arrhenius模型計算燕麥片貨架期[3,9-12]，0級反應和1級反應分別見公式（1）、（2）：

式（1）、（2）中：A為貯藏t時間后燕麥片中的脂肪酸值/（mg KOH/g）和MDA含量/（μg/g）；A0為脂肪酸值和MDA的初始含量；t為貯藏時間/d；kn為n（0或1）級反應速率常數(shù)。

取不同溫度條件下品質函數(shù)中的k值，通過Arrhenius方程：

式（3）中：kA為指數(shù)前因子；Ea為活化能（某理化指標A或B變化所需要克服的能壘）/（J/mol）；R為氣體常數(shù)，8.314 4 J/（mol·K）；T為熱力學溫度/K。

對公式（3）進行微分，然后從T1到T2積分得Ea與溫度、反應速率常數(shù)的關系：

式（4）中：k1、k2為對應于T1、T2溫度條件下的速率常數(shù)。

經(jīng)回歸計算得出Ea。Arrhenius關系式在應用時可以在高溫條件下（低1/T條件下收集數(shù)據(jù)，然后利用外推法獲得其他貯藏溫度條件下的貨架期）由公式（4）求得的Ea而獲得Q10模型：

式（5）中：Q10為溫度相差10 ℃的2 個貨架期的比值；θS為貨架壽命/d。

在該實驗中，通過Q10模型可預測不同溫度段內各溫度點的貨架壽命：

式（6）中：T0為加速實驗中設置的溫度/K；T為常溫/K。

1.3.3 指標測定

水分含量：采用GB/T 5009.3—2010《食品中水分的測定》中常壓干燥法；脂肪含量：采用GB/T 14772—2008《食品中粗脂肪的測定》中索式抽提法；脂肪酸值：采用GB/T 5510—2011《糧油檢測：糧食、油料脂肪酸值測定》方法；MDA含量測定：采用硫代巴比妥酸（thiobarbituric acid，TBA）法[13-14]。準確稱取5 g樣品于錐形瓶中，加入50 mL 10%三氯乙酸溶液，振蕩30 min后在4 000 r/min條件下離心10 min。吸取上清液15 mL，置于50 mL離心管中，加入15 mL TBA溶液，混勻，密封，置于沸水浴中反應15 min，迅速冷卻后2 000 r/min離心5 min。取上清液分別與450、532、600 nm波長處測吸光度，MDA含量由公式（7）計算所得：

式（7）中：cMDA為測定液中MDA濃度/（μmol/L）；

式（8）中：72為MDA的相對分子質量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

實驗均進行3 次重復，數(shù)據(jù)分析采用Excel 2003軟件進行，以平均值±標準差（±s）表示。顯著性（P＜0.05）分析采用DPS v7.05軟件，多重比較分析采用Duncan新復極差法。

2 結果與分析

2.1 65 ℃處理過程中燕麥片脂肪酸值和MDA含量的變化

谷物在貯藏過程中發(fā)生脂類物質的氧化和分解，谷物皮層細胞的三酰甘油酯和磷脂首先水解為以亞油酸為代表的游離脂肪酸，并在脂肪酶的作用下氧化為脂肪過氧化物，然后進一步分解為醛、酮等小分子產(chǎn)物，此過程為脂質過氧化，其主要產(chǎn)物為MDA[15]。65 ℃條件下燕麥片的脂肪酸值和MDA含量變化如圖1所示。

由圖1可以看出，隨著處理時間的延長，裸燕麥片和皮燕麥片中脂肪酸值和MDA含量均呈現(xiàn)緩慢上升趨勢。經(jīng)過68 d的加熱處理后，裸燕麥片中脂肪酸值和MDA含量分別從1.40 mg KOH/g和0.33 μg/g增加到1.81 mg KOH/g和0.73 μg/g，且有顯著性差異（P＜0.05）（圖1A）。而皮燕麥片在處理45 d時，脂肪酸值由1.13 mg KOH/g顯著增加到1.91 mg KOH/g（P＜0.05），MDA含量由0.26 μg/g顯著增加到0.74 μg/g（P＜0.05）（圖1B）。本研究中燕麥片脂肪酸值和MDA隨貯藏時間含量變化與其他谷物中變化基本一致。Rendón[16]、Salman[17]等分別研究了在貯藏過程中小麥的脂肪酸值含量變化，結果發(fā)現(xiàn)，游離脂肪酸含量隨著貯藏時間的延長而增大。糙米中的MDA含量隨著貯藏時間的延長和溫度的升高呈遞增趨勢，35 ℃條件下處理糙米發(fā)現(xiàn)，120 d時糙米MDA含量由0.040 mg/g增加到0.260 mg/g[15]。由表1可以看出，皮燕麥片的水分含量和脂肪含量均顯著高于裸燕麥片（P＜0.05）。脂質氧化除了受到溫度、光照、氧氣等外界因素影響外，還受谷物本身水分含量、脂肪含量等的影響[18]。有研究[19]表明，核桃油中的水分含量對脂肪酸值有顯著影響，當水分大于1%時，隨著水分含量的增加，脂肪酸值增加，并指出水分的增加可以促進脂肪水解，加快油脂水解速度，產(chǎn)生較多的游離脂肪酸。脂肪含量是造成脂肪發(fā)生氧化反應的主要因素之一。申曉曦等[20]研究指出，在貯藏過程中脂肪含量越高越容易發(fā)生氧化，經(jīng)酯酶的催化能分解成甘油和游離脂肪酸，從而使游離脂肪酸增加，游離脂肪酸進一步分解成低級的醛、酮化合物，導致花生酸敗，產(chǎn)生哈喇味。因此，與裸燕麥片相比，皮燕麥片脂肪和水分含量均較高，其脂肪氧化速度較快，這可能是皮燕麥片較裸燕麥片到達燕麥片貨架終點的時間短的原因。

圖1 65 ℃條件下裸燕麥片（A）和皮燕麥片（B）脂肪酸值和MDA含量的變化Fig.1 Changes in fat acidity value and MDA content of oat flakes during storage at 65 ℃

表1 樣品水分和脂肪含量測定結果（x±s）Table 1 Moisture and fat contents of samples (x±s) %

2.2 75 ℃貯藏過程中燕麥片脂肪酸值和MDA含量的變化燕麥片在貯藏過程中由于產(chǎn)生了低分子的醛、酮、酸等化合物導致樣品產(chǎn)生酸敗味。燕麥片在75 ℃條件下的脂肪氧化程度的結果分析見圖2。

圖2 75 ℃條件下裸燕麥片（A）和皮燕麥片（B）脂肪酸值和MDA含量的變化Fig.2 Changes in fat acidity value and MDA content of oat flakes during storage at 75 ℃

由圖2可知，隨著處理時間的延長，燕麥片脂肪酸值和MDA含量呈現(xiàn)快速上升趨勢，在處理第18天時，裸燕麥片脂肪酸值和MDA含量均發(fā)生顯著變化（P＜0.05），前者從1.40 mg KOH/g增加到1.88 mg KOH/g，后者從0.33 μg/g增加到0.77 μg/g（圖2A）。而皮燕麥片在75 ℃條件下處理第13天時，燕麥片脂肪酸值和MDA含量分別從1.13 mg KOH/g和0.26 μg/g顯著增加到1.92 mg KOH/g（P＜0.05）和0.75 μg/g（P＜0.05）（圖2B）。脂肪酸值主要受時間和溫度的影響，且對溫度更為敏感，溫度越高生成脂肪酸越多[15]。而MDA是脂肪自動氧化產(chǎn)生自由基引發(fā)而形成的，造成谷物MDA含量增加的主要原因是不飽和脂肪酸不斷被氧化產(chǎn)生氫過氧化物，繼而進一步產(chǎn)生MDA和揮發(fā)性醛類物質，MDA作為最重要的過氧化產(chǎn)物，其含量反映了脂質過氧化程度[21]。可見，溫度是影響脂質過氧化的重要影響因素，溫度越高，脂質過氧化速度越快[22]，其主要原因是高溫既可以促進游離基的產(chǎn)生，又可以加快氫過氧化物的分解[23]。

2.3 燕麥片貨架期預測

由表2、3可知，在65、75 ℃條件下，燕麥片在貯藏中游離脂肪酸生成的反應均發(fā)生0級反應，決定系數(shù)R2均在0.87以上；而在65、75 ℃條件下，MDA生成的反應均發(fā)生1級反應，決定系數(shù)R2分別達到0.70和0.93以上，說明貯藏時間與MDA含量對數(shù)值的直線相關程度較高。在食品加工和貯藏過程中，包括化學和微生物指標在內的貨架期指標均發(fā)生0級（如冷凍食品質量損失及美拉德褐變反應等）或1級（如維生素損失、氧化反應、微生物生長等）反應[1]，這與Labuza[24]研究結果指出的在食品加工和貯存過程中，大多數(shù)與食品質量有關的品質變化都遵循0級或1級模式相似。

表2 各項指標在不同級數(shù)下反應速率常數(shù)和線型回歸決定系數(shù)R2（裸燕麥片）Table 2 Reaction rate constants and linear regression determination coefficients of fat acidity value and MDA content at different reaction orders

表3 各項指標在不同級數(shù)下反應速率常數(shù)和線型回歸決定系數(shù)R2（皮燕麥片）Table 3 Reaction rate constants and linear regression determination Table 3 Reaction rate constants and linear regression determination coefficients of fat acidity value and MDA content at different reactioncoefficients of fat a orders（hulled oat flakes）

從表2、3可以看出，溫度越高其反應速率常數(shù)k值越大，那么75 ℃條件下處理燕麥片時，游離脂肪酸和MDA的生成速度較65 ℃條件下處理時的生成速度快。由兩個實驗溫度（65 ℃和75 ℃）與其反應級數(shù)對應的反應速率常數(shù)k值，利用Arrhenius關系積分算式即公式（3）～（5）得出裸燕麥片以脂肪酸值和MDA含量為參考指標的Q10分別為7.18和8.98，皮燕麥片以脂肪酸值和MDA含量為參考指標的Q10分別為5.00和7.90，這與蔡燕芬[8]報道脫水產(chǎn)品的Q10在1.5～10一致。由于Q10的微小變化都會引起結果較大的偏差，尤其是當食品本身貨架期較長時，因此該參數(shù)一般作為參考，粗略估計外推溫度條件下的貨架期[25]。再根據(jù)公式（6）得出，以脂肪酸值和MDA含量為參考指標，室溫條件下裸燕麥片的貨架期分別為585 d和785 d，皮燕麥片的貨架期分別為274 d和459 d。綜合燕麥片脂肪酸值、MDA含量以及感官評定出現(xiàn)酸敗和哈喇味得出裸燕麥片和皮燕麥片在室溫（20 ℃）時的保質期分別約為585 d和274 d。

3 結論與討論

1）隨著貯藏時間的延長，燕麥片的脂肪酸值和MDA含量均呈現(xiàn)上升趨勢，品質逐漸劣變。貯藏溫度影響燕麥片的貨架期，溫度越高，脂肪酸值和MDA含量上升越快，貨架期越短；2）室溫（20 ℃）條件下，裸燕麥片和皮燕麥片的預測貨架期分別約為585 d和274 d。

燕麥片作為燕麥的主要加工形式保留了燕麥幾乎所有的營養(yǎng)成分，據(jù)報道[5]，燕麥中脂肪含量在3.4%～9.7%之間，平均值為6.3%，是小麥的4 倍，是谷物中脂肪含量最高的品種，且品種不同，燕麥的脂肪含量不同，而在燕麥片貯藏期間，脂肪會發(fā)生氧化和水解反應，且隨著貯藏時間的延長，其脂肪酸值和MDA含量的產(chǎn)生愈多，進而導致燕麥片品質下降，這是影響燕麥片貨架期的主要因素之一。脂肪的氧化和水解除了受到水分含量和脂肪含量的影響外，還受到脂肪氧化酶及脂肪酶活性的影響，此外，溫度是影響脂肪氧化和水解的主要環(huán)境因素[1-2,23]，這就要求燕麥片在鈍化酶的加工工藝基礎上，保證低溫貯藏，進而確保燕麥片在貨架期內的品質。

ASLT法是一種加速反應動力學模型，已經(jīng)在快速、有效地預測由化學變化引起劣變的食品貨架期中得到了廣泛應用[1]。燕麥片在常溫條件下隨著貯藏時間的延長，大腸菌群、霉菌未發(fā)生顯著變化，且符合國標中所要求的大腸菌群和霉菌數(shù)[4]，因此化學變化是引起燕麥片劣變制約貨架期的關鍵變化，可通過提高溫度的方式來進行加速實驗。食品內部化學反應的復雜性是導致Arrhenius貨架期預測模型不準確的因素，大多方程只考慮一種或兩種品質指標，不能兼顧內部反應的真實性，但是參數(shù)較多的模型又很難控制準確度，因此找到最適的參數(shù)來描述指標的動力學變化非常重要[25]。Arrhenius方程與Q10結合，通過描述特定的品質變化來預測燕麥片貨架期。Q10的值取決于食品本身特性，所處的溫度范圍、包裝和環(huán)境條件都對其有影響，作為溫度的函數(shù)，使用時需要標明溫度范圍，溫度越高，溫度變化量對其影響越大[2,26]。

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Application of ASLT Method in Predicting the Shelf Life of Oat Flakes

MIN Wei1, LI Ju-xiu1,*, HU Xin-zhong2, LI Lu3, CHEN Qiu-gui3
(1. College of Food Science and Engineering, Northwest A & F University, Yangling 712100, China; 2. College of Food Engineering and Nutritional Science, Shaanxi Normal University, Xi’an 710062, China; 3. Seamild Biological Technology Development Co. Ltd., Guilin 541004, China)

Two kinds of oat fl akes (naked oat fl akes and hulled oat fl akes) were evaluated for their shelf life by accelerated shelf-life testing (ASLT). Arrhenius theory and statistics were used to predict the shelf-life of fl akes, which were based on the dynamic changes of fat acidity value and malondialdehyde (MDA) content during storage at 65 and 75 ℃, respectively. The results showed that fat acidity value and MDA content increased slowly with prolonging treatment time during storage at 65 ℃, but rapidly at 75 ℃. The formation of free fatty acid followed zero order kinetics at both temperatures, and the generation of MDA followed fi rst order kinetics. According to Arr henius model and statistical analysis, the shelf-lives of naked and hulled oat fl akes were about 585 and 274 days, respectively.

oat flakes; shelf life; Arrhenius model; fat acidity value; malondialdehyde (MDA) content

S512.6

B

1002-6630（2014）22-0356-05

10.7506/spkx1002-6630-201422069

2014-03-28

國家現(xiàn)代農業(yè)產(chǎn)業(yè)技術體系燕麥加工利用建設專項（CARS-08-D1）

閔維（1989—），女，碩士研究生，研究方向為食品化學。E-mail：minweikuaile@126.com

*通信作者：李巨秀（1972—），女，副教授，博士，研究方向食品化學和功能食品。E-mail：juxiuli@msn.com