專利名稱：一種果蔬干制品或油炸脆片達(dá)到玻璃態(tài)貯藏條件的確定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種果蔬干制品或油炸脆片達(dá)到玻璃態(tài)貯藏條件(玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度Tg、臨界水分活度CWA)的確定方法，即是一種在給定貯藏溫度下達(dá)到玻璃態(tài)貯藏條件的臨界水分活度的確定方法。本發(fā)明屬于果蔬食品貯藏技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
水分是食品的基本成分，食品貯藏過(guò)程中，油脂的氧化，微生物的生長(zhǎng)，風(fēng)味物質(zhì)的產(chǎn)生和消失，質(zhì)構(gòu)的改變均和水分有很大的關(guān)系。一般認(rèn)為干制品中水分含量大于8％，其耐貯性將顯著縮短。而要保持油炸產(chǎn)品的松脆狀態(tài)，其水分含量應(yīng)控制在5％以內(nèi)。由于對(duì)貯藏過(guò)程中微生物生長(zhǎng)活動(dòng)產(chǎn)生決定性的影響因素并不是果蔬干制品或油炸脆片的水分總含量，而是它的有效水分含量，有效水分含量可用水分活度進(jìn)行估量。與水分含量相比，水分活度更容易測(cè)量且它的檢測(cè)不會(huì)對(duì)原料造成損害。劉勤生(2002)提出了果蔬脆片適宜的水分活度范圍為0.59-0.65范圍內(nèi)。Arya等(1982)提出當(dāng)水分活度范圍為0.32-0.57時(shí)，胡蘿卜素相對(duì)穩(wěn)定。
隨著食品聚合物理論的提出和發(fā)展，Slade和Levine(1987，1991)提出單純水分活度不能評(píng)估中等濕度(0.65＜aw＜0.95)和低濕度(aw＜0.65)的食品體系穩(wěn)定性，他們認(rèn)為將食品腐敗變質(zhì)的這一動(dòng)力學(xué)過(guò)程與水分活度這樣的一個(gè)平衡參數(shù)牽強(qiáng)地聯(lián)系起來(lái)，在實(shí)際應(yīng)用中有一定的局限性，用水分活度來(lái)指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)可能會(huì)引起一些問(wèn)題。
一般認(rèn)為，在玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度(Tg)以下貯藏即為玻璃態(tài)貯藏。當(dāng)實(shí)際貯藏溫度T＜Tg時(shí)分子運(yùn)動(dòng)能量很低，熱能還不足以克服分子鏈段的旋轉(zhuǎn)和平移運(yùn)動(dòng)的位壘，鏈段基本上處于“凍結(jié)”狀態(tài)，體系的黏度很高，自由體積份額很小，各種受擴(kuò)散控制的松弛過(guò)程進(jìn)行得十分緩慢，甚至不會(huì)發(fā)生。因此，玻璃態(tài)貯藏以高品質(zhì)的貯藏效果而著稱。Telis(2002)研究了不同預(yù)處理對(duì)熱風(fēng)干燥番茄玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度的影響。Taragano(2001)研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)貯藏溫度低于玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，大多數(shù)的酶系處于失活狀態(tài)。Nelson和Labuza(1993)指出谷物干制品在玻璃態(tài)時(shí)具有脆性，如果低分子量的糖和水增加，產(chǎn)品的Tg下降，使之呈橡膠態(tài)從而失去上述品質(zhì)。Karel(1993)發(fā)現(xiàn)脫水蔬菜貯藏于Tg以上時(shí)非酶反應(yīng)速度加快。綜上所述，目前對(duì)干制品或油炸脆片玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度的研究主要側(cè)重于不同組成成分和加工條件對(duì)玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度的影響，以及其品質(zhì)的變化與玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度的關(guān)系。對(duì)于如何有效地判斷、預(yù)測(cè)果蔬干制品或油炸脆片的貯藏穩(wěn)定性和貨架期，幫助選擇有效的貯藏條件缺乏深入系統(tǒng)的研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種給定貯藏溫度下達(dá)到玻璃態(tài)貯藏條件的水分活度的確定方法。涉及果蔬干制品或油炸脆片的貯藏技術(shù)領(lǐng)域，可用于各類果蔬干制品或油炸脆片的貯藏。
本發(fā)明通過(guò)結(jié)合水分活度與玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度的關(guān)系來(lái)選擇有效的貯藏條件，從而準(zhǔn)確、方便、快捷地確定果蔬干制品或油炸脆片在一定貯藏溫度下達(dá)到玻璃態(tài)貯藏條件的臨界水分活度?？梢愿鶕?jù)貯藏環(huán)境溫度條件的不同來(lái)確定達(dá)到高品質(zhì)貯藏所需要的臨界水分活度，在實(shí)際應(yīng)用中具有廣泛的適應(yīng)性和靈活性。
技術(shù)解決方案果蔬干制品或油炸脆片達(dá)到玻璃態(tài)貯藏條件的臨界水分活度確定的主要步驟為將果蔬干制品或油炸脆片在不同溫度和水分活度的條件下，測(cè)定其吸濕平衡含水率，得到等溫吸濕曲線，測(cè)定不同水分含量果蔬干制品或油炸脆片的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度，將兩者互補(bǔ)應(yīng)用，可以得到其達(dá)到玻璃態(tài)貯藏溫度條件下的臨界水分活度。
本發(fā)明采用一種水分活度結(jié)合玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度來(lái)預(yù)測(cè)果蔬干制品或油炸脆片加工貯藏穩(wěn)定性的新方法。具體過(guò)程包括三部分1)確定果蔬干制品或油炸脆片的等溫吸濕曲線。步驟為將果蔬干制品或油炸脆片研碎后，分別放于一定溫度和水分活度的康維皿內(nèi)室中，使其水分達(dá)到平衡，測(cè)其水分含量即為平衡含水率，在食品吸附理論中常用的等溫吸附模型中選擇具有較高的相關(guān)系數(shù)的一種等溫吸附模型(如GAB模型)模擬水分活度與平衡含水率的關(guān)系得到其等溫吸濕曲線；2)采用差示掃描量熱法(DSC)確定不同水分含量果蔬干制品或油炸脆片的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度。步驟為稱取不同水分含量的少量樣品(10-20mg)置于樣品盒后密封，放入DSC儀器內(nèi)，冷卻和加熱速率均為5℃/min，溫度掃描范圍為-100℃-100℃，測(cè)定其玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度，用Gordon-Taylor模型模擬水分對(duì)玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度的影響，得到不同水分含量的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度曲線；3)將等溫吸附模型與Gordon-Taylor模型相結(jié)合，即根據(jù)等溫吸附模型中水分含量與水分活度的關(guān)系將Gordon-Taylor模型中的自變量水分含量轉(zhuǎn)化為水分活度，可以得到果蔬干制品或油炸脆片的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度與水分活度的關(guān)系圖，從而確定在給定貯藏溫度下達(dá)到玻璃態(tài)貯藏條件的臨界水分活度值。在給定的貯藏溫度下，當(dāng)貯藏樣品的水分活度低于臨界水分活度值時(shí)，樣品一定處于玻璃態(tài)貯藏條件；當(dāng)貯藏樣品的水分活度高于臨界水分活度值時(shí)，應(yīng)當(dāng)降低其水分活度值，使其低于臨界水分活度值，樣品也就處于玻璃態(tài)貯藏條件。
食品在真空脫水油炸過(guò)程中，其組織結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大的變化，如皺縮、塌陷、相互聯(lián)結(jié)的多孔結(jié)構(gòu)的形成、脂肪的吸入等。這些變化會(huì)影響其吸附特性，從而改變其吸濕行為。等溫吸濕曲線形狀主要與材料的種類以及加工方法有關(guān)，它反映出水分在食品中存在的狀態(tài)。吸濕過(guò)程中的平衡含水率是貯藏過(guò)程中的一個(gè)重要的基礎(chǔ)性指標(biāo)，它對(duì)于確立合理的加工、貯藏和包裝貯藏工藝具有重要的指導(dǎo)意義。物料吸濕過(guò)程中的平衡含水率在一定的溫度和濕度條件下，表現(xiàn)在物理化學(xué)上，作為氣體向固體表面吸附的問(wèn)題來(lái)處理，世界各國(guó)學(xué)者對(duì)吸附理論進(jìn)行了大量研究，提出了許多吸附理論和經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，?lái)解釋水分含量與水分活度的關(guān)系。
其中，水分活度是建立在食品體系處在一個(gè)真正意義的平衡態(tài)基礎(chǔ)上的概念。經(jīng)過(guò)食品科學(xué)家?guī)资甑呐?，已?jīng)摸索出水分活度與引起食品腐敗變質(zhì)的各種相對(duì)反應(yīng)速率之間的關(guān)系。
水分活度是從食品中水分的可利用程度來(lái)評(píng)估食品貯藏的安全性，它是建立在食品體系處在一個(gè)真正意義的平衡態(tài)基礎(chǔ)上的概念，要求在實(shí)際測(cè)量的有限時(shí)間內(nèi)達(dá)到完全的相平衡是過(guò)于理想化。
玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度是從食品的物理特性(粘度)的變化來(lái)評(píng)估食品貯藏的安全性。由食品聚合物理論可知，中等濕度與低濕度食品材料是動(dòng)力控制過(guò)程的亞平衡體系，而玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變是一個(gè)非平衡的動(dòng)力學(xué)過(guò)程，玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度作為建立在動(dòng)力控制過(guò)程非平衡基礎(chǔ)上的物理化學(xué)參數(shù)，可以用來(lái)評(píng)估引起食品腐敗變質(zhì)的各種動(dòng)力學(xué)過(guò)程。
然而，由于水對(duì)無(wú)定形物質(zhì)的增塑作用，玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度受制品水分含量的影響很大，特別是水分含量相對(duì)較低的干燥食品，其加工貯藏中的物理性質(zhì)和質(zhì)構(gòu)受水分增塑性影響更顯著。Gordon-Taylor(1952年)模型表達(dá)了聚合物體系的組成成分對(duì)其玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度的影響，該模型適用于二元溶液系統(tǒng)。食品原料(如水果、蔬菜)可以認(rèn)為是由固形物與水組成的二元體系，因此，可以用Gordon-Taylor模型預(yù)測(cè)水分對(duì)玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度的影響。在貯藏溫度范圍內(nèi)，用水分活度結(jié)合玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度來(lái)預(yù)測(cè)干燥食品貯藏穩(wěn)定性是一種新的方法，可以判斷、預(yù)測(cè)食品的貯藏穩(wěn)定性和貨架期，幫助選擇有效的食品貯藏條件，確保食品系統(tǒng)貯藏的安全性和穩(wěn)定性。因此，確定食品玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變的臨界水分活度對(duì)于研究其貯藏穩(wěn)定性以及品質(zhì)控制是非常重要的。
本發(fā)明的有益效果與傳統(tǒng)的用水分活度或水分含量來(lái)評(píng)估食品安全貯藏的背景技術(shù)相比，本發(fā)明采用水分活度與玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度相結(jié)合的方法，克服了背景技術(shù)單純利用水分活度這樣一個(gè)平衡參數(shù)來(lái)預(yù)測(cè)食品腐敗變質(zhì)這一動(dòng)力學(xué)過(guò)程的弊病。
與傳統(tǒng)的單純用玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度來(lái)評(píng)估食品安全貯藏的背景技術(shù)相比，本發(fā)明采用水分活度與玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度相結(jié)合來(lái)確定一定貯藏溫度下達(dá)到玻璃態(tài)貯藏條件的臨界水分活度的方法，具有更廣泛的適應(yīng)性與準(zhǔn)確性。
與背景技術(shù)相比，本發(fā)明將水分活度與玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，是兩者的互補(bǔ)應(yīng)用，它可以反映果蔬干制品或油炸脆片在貯藏過(guò)程中，發(fā)生玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變的臨界水分活度。從而克服了背景技術(shù)單純用水分活度、玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度來(lái)評(píng)估食品貯藏安全性所存在的問(wèn)題。
綜合而論，與背景技術(shù)相比，本發(fā)明通過(guò)玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度和水分活度兩者的互補(bǔ)應(yīng)用。既從食品中水分的可利用程度來(lái)評(píng)估食品貯藏的安全性，又從食品的物理特性(粘度)的變化來(lái)評(píng)估食品貯藏的安全性?？梢愿鶕?jù)環(huán)境溫度條件選擇進(jìn)行玻璃態(tài)貯藏所需要的水分活度，為食品貯藏科學(xué)的研究開(kāi)辟了一條嶄新的、富有巨大潛力的道路。


圖1胡蘿卜脆片的GAB模擬等溫吸濕曲線(R2＝0.9996)
圖2胡蘿卜脆片水分含量為0.079g/g時(shí)的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度曲線圖3胡蘿卜脆片的Gordon-Taylor模擬玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度曲線(R2＝0.9674)圖4胡蘿卜脆片的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度與水分活度的關(guān)系圖(Tg玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度；CWA臨界水分活度)具體實(shí)施方式
實(shí)施例1真空油炸胡蘿卜脆片臨界水分活度的確定胡蘿卜脆片(含水率約2.60％，含油率約28.32％)研碎后，分別取2g左右置于預(yù)先恒重的樣品瓶中，稱重后，分別放于一定溫度和水分活度的康維皿內(nèi)室中，康維皿外室預(yù)先放入不同飽和鹽溶液以產(chǎn)生不同的水分活度，密封后置于調(diào)定溫度的恒溫箱中使其水分達(dá)到平衡，測(cè)定其水分含量為平衡含水率，其具體測(cè)定數(shù)值見(jiàn)表1所示。
表1胡蘿卜脆片的等溫吸濕過(guò)程中水分活度與平衡含水率的關(guān)系

用GAB模型對(duì)上述試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行模擬，得到反映其水分含量與水分活度關(guān)系的等溫吸濕曲線(圖1)。稱取不同水分活度的少量樣品(10-20mg)置于樣品盒后密封，放入DSC儀器內(nèi)，冷卻和加熱速率均為5℃/min，溫度掃描范圍為-100℃-100℃，采用差示掃描量熱法測(cè)定樣品的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度，以水分含量為0.079g/g時(shí)為例，測(cè)定胡蘿卜脆片的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度值，如圖2所示，所得玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度為-34.26℃。同樣再用差示掃描量熱儀測(cè)定一系列不同水分含量時(shí)的胡蘿卜脆片的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度，將所測(cè)得的對(duì)應(yīng)的水分含量與玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度數(shù)值用Gordon-Taylor進(jìn)行模擬，得到胡蘿卜脆片的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度曲線(圖3)。將GAB等溫吸附模型與Gordon-Taylor模型相結(jié)合，即根據(jù)GAB等溫吸濕模型中水分含量與水分活度的關(guān)系將Gordon-Taylor模型中自變量水分含量轉(zhuǎn)換為水分活度，其具體數(shù)值見(jiàn)表2所示。
表2胡蘿卜脆片玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度與水分活度的關(guān)系

將上述數(shù)據(jù)繪圖可以得到胡蘿卜脆片的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度與水分活度之間的關(guān)系圖(圖4)。例如，在確定的貯藏溫度為10℃時(shí)，樣品達(dá)到玻璃態(tài)貯藏的臨界水分活度應(yīng)該為0.14。必須使樣品水分活度低于臨界水分活度，便能確保樣品處于玻璃態(tài)貯藏條件。
實(shí)施例2真空油炸脆青豆臨界水分活度的確定脆青豆(含水率約2.87％，含油率約25.43％)研碎后，分別取2g左右置于預(yù)先恒重的樣品瓶中，稱重后，分別放于一定溫度和相對(duì)濕度(ERH)的康維皿內(nèi)室中，使其水分達(dá)到平衡?？稻S皿外室預(yù)先放入不同飽和鹽溶液以產(chǎn)生不同的平衡相對(duì)溫度，密封后置于調(diào)定溫度的恒溫箱中使其水分達(dá)到平衡，測(cè)定其水分含量為平衡含水率，用GAB模型對(duì)上述試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行模擬，得到反映其水分含量與水分活度關(guān)系的等溫吸濕曲線。稱取不同水分含量的少量樣品(10-20mg)置于樣品盒后密封，放入DSC儀器內(nèi)，冷卻和加熱速率均為5℃/min，溫度掃描范圍為-100℃-100℃，測(cè)定樣品的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度，將試驗(yàn)值用Gordon-Taylor進(jìn)行模擬，得到脆青豆的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度曲線。根據(jù)GAB等溫吸濕模型中水分含量與水分活度的關(guān)系將Gordon-Taylor模型中自變量水分含量轉(zhuǎn)換為水分活度，可以得到給定貯藏溫度條件下，樣品達(dá)到玻璃態(tài)貯藏的臨界水分活度值。
權(quán)利要求
1.一種果蔬干制品或油炸脆片達(dá)到玻璃態(tài)貯藏條件的確定方法，其特征是將果蔬干制品或油炸脆片在不同溫度和水分活度的條件下，測(cè)定其吸濕平衡含水率，得到等溫吸濕曲線；再測(cè)定不同水分含量的果蔬干制品或油炸脆片的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度，將兩者互補(bǔ)應(yīng)用，得到其達(dá)到玻璃態(tài)貯藏溫度條件下的臨界水分活度；等溫吸濕曲線的繪制先將樣品置于預(yù)先恒重的樣品瓶中，稱重后，分別放于一定溫度和水分活度的康維皿內(nèi)室中，康維皿外室預(yù)先放入不同飽和鹽溶液以產(chǎn)生不同的平衡相對(duì)溫度，密封后置于調(diào)定溫度的恒溫箱中使其水分達(dá)到平衡，測(cè)定其水分含量即為平衡含水率，選用合適的等溫吸附模型模擬水分活度與平衡含水率的關(guān)系得到等溫吸濕曲線；不同水分含量下的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度曲線的繪制用差示掃描量熱儀測(cè)定一系列不同水分含量時(shí)的樣品的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度，將所測(cè)得的對(duì)應(yīng)的水分含量與玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度數(shù)值用Gordon-Taylor進(jìn)行模擬，得到玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度曲線；在給定貯藏溫度條件下樣品處于玻璃態(tài)貯藏條件的水分活度確定將等溫吸附模型與Gordon-Taylor模型相結(jié)合，根據(jù)等溫吸附模型中水分含量與水分活度的關(guān)系將Gordon-Taylor模型中的自變量水分含量轉(zhuǎn)化為水分活度，確定在給定貯藏溫度下達(dá)到玻璃態(tài)貯藏條件的水分活度必須低于臨界水分活度值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是選用等溫吸附模型之一為GAB模型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是貯藏用果蔬干制品或油炸脆片的原料為蔬菜、水果或食用菌。
全文摘要
一種果蔬干制品或油炸脆片達(dá)到玻璃態(tài)貯藏條件的確定方法，屬于果蔬食品貯藏技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明提供在給定貯藏溫度下達(dá)到玻璃態(tài)貯藏條件的臨界水分活度的確定方法，其主要過(guò)程為將果蔬干制品或油炸脆片在不同溫度和水分活度的條件下，測(cè)定其吸濕平衡含水率，得到等溫吸濕曲線；再測(cè)定不同水分含量果蔬干制品或油炸脆片的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度，將兩者互補(bǔ)應(yīng)用，可以得到其達(dá)到玻璃態(tài)貯藏溫度條件下的臨界水分活度。本發(fā)明采用了用水分活度結(jié)合玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度來(lái)預(yù)測(cè)果蔬干制品或油炸脆片加工貯藏穩(wěn)定性的新方法，可以判斷、預(yù)測(cè)果蔬干制品或油炸脆片的貯藏穩(wěn)定性和貨架期，幫助選擇有效的貯藏條件，確保果蔬干制品或油炸脆片貯藏質(zhì)量和穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)A23L1/212GK1676005SQ20051003903
公開(kāi)日2005年10月5日 申請(qǐng)日期2005年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月22日
發(fā)明者張慜, 范柳萍, 肖功年 申請(qǐng)人:江南大學(xué)