应用ASLT法预测燕麦片货架期

闵 维，李巨秀,*，胡新中，李 璐，陈秋桂

（1.西北农林科技大学食品科学与工程学院，陕西 杨凌 712100；2.陕西师范大学食品工程与营养科学院，陕西 西安 710062；3.西麦生物技术开发有限公司，广西 桂林 541004）

应用ASLT法预测燕麦片货架期

闵 维1，李巨秀1,*，胡新中2，李 璐3，陈秋桂3

（1.西北农林科技大学食品科学与工程学院，陕西 杨凌 712100；2.陕西师范大学食品工程与营养科学院，陕西 西安 710062；3.西麦生物技术开发有限公司，广西 桂林 541004）

以裸燕麦片和皮燕麦片为材料，采用加速预测货架期法，将样品分别置于65 ℃ 和75 ℃条件下加热，以脂肪酸值和丙二醛含量为评价指标，应用Arrhen ius相关模型及热力学理论和统计学原理，预测两种燕麦片的货架期。结果表明，65 ℃条件下处理燕麦片，随着时间的延长，脂肪酸值和丙二醛含量呈现缓慢上升趋势，而在75 ℃条件下处理燕麦片，则随着时间的延长，脂肪酸值和丙二醛含量呈现快速上升趋势。游离脂肪酸的生成在65 ℃和75 ℃均遵循0级反应动力学，丙二醛的生成在65 ℃和75 ℃均遵循1级反应动力学；根据Arrhenius相关模型和统计学原理得出裸燕麦片的货架期约为585 d，皮燕麦片的货架期约为274 d。

燕麦片；货架期；Arrhenius模型；脂肪酸值；丙二醛含量

根据1993年英国食品科学与技术学会的定义，货架期是食品在推荐贮藏条件下所经历的一段时间，在这期间食品是安全的，并保持着消费者所期待的感官、理化及微生物性质，其所含营养物质与标签内容一致[1]。食品货架期对食品生产者和消费者而言都是非常重要的商品特性，在一定程度上决定了产品的商品价值和市场可接受程度[2]。在实际生产中，预测食品货架期是食品开发和生产过程中的一个重要部分[3]。

食品的货架期除了受到相对湿度、贮藏温度、水分活度、气体体积分数、氧化还原电势、金属离子、pH值、压力和辐射等环境因素的影响外，还受到食品组分和化学变化、酶类、微生物以及包装材料的影响，微生物和化学反应是影响食品货架期最重要的因素，其中后者主要为氧化反应，对食品的外观、口感和风味影响较大[1,4]。温度是影响食品货架期最主要的环境因素，随着温度的升高化学反应速度加快，食品货架期缩短[2]。食品货架期通常可通过研究食品在加工和贮藏中的化学反应动力学进行预测，主要适用于预测由化学、生物化学、物理化学变化制约的食品货架期。Arrhenius方程就是基于热力学模型来反映食品品质劣变应用最广泛的一种动力学方程[2]。

燕麦由于其丰富的营养价值及具有降血脂、降血糖、降胆固醇等多种功能而作为一种保健型的杂粮受到了越来越多人的关注[5]。燕麦片食用方便，几乎保留了燕麦中的所有营养成分，是燕麦食品的主要加工产品之一[6]。谷物在贮藏过程中由于直链淀粉含量增加导致其黏性降低、糊化温度升高、涨性增大[7]。此外，燕麦片中的脂类物质一方面发生氧化反应产生醛、酮等物质，另一方面在脂肪酶的作用下，脂类物质发生水解产生甘油和脂肪酸[7]，使得燕麦片在贮藏过程中风味和口感发生改变，产生酸味和苦味，导致燕麦片品质下降。目前，加速预测货架期法（accelerated shelf-life testing，ASLT）已应用于燕麦片的货架期预测中，包慧彬[4]以感官评定和脂肪酶、霉菌生长等为评价指标，以出现霉菌和哈喇味为货架期终点标志，建立燕麦片货架期预测模型。

ASLT法是一种有效、快速地预测食品货架期方法，已经被大量地应用在食品科学研究中[3]，其原理是利用化学动力学来量化环境因素对化学反应的影响程度，将产品置于一些加速破坏如提高储存温度的恶劣条件下来加速产品变质。在贮藏温度条件下，一定时间间隔时取样分析指标，检测该条件下的货架期，再以得到的数据外推，进而确定实际储存条件下的保质期[3,8]。本实验以裸燕麦片和皮燕麦片为研究材料，采用ASLT法，应用Arrhenius相关模型及热力学理论和统计学原理，以脂肪酸值和丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量为评价指标，预测两种燕麦片的货架期，为完善燕麦片产品的品质预测提供支持。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

国内裸燕麦加工的燕麦片和澳大利亚进口皮燕麦加工的燕麦片。

95%乙醇 西安三浦化学试剂有限公司；酚酞、氢氧化钾、邻苯二甲酸氢钾 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；硫代巴比妥酸国药集团化学试剂有限公司；以上试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

FA1004上皿电子天平 上海天平仪器厂；JJ1000电子天平 常熟市双杰测试仪器厂；SC-3610低速台式离心机 安徽中科中佳科学仪器有限公司；HH-6数显恒温水浴锅 国华电器有限公司；DK-822电热恒温水浴锅 上海精宏实验设备有限公司；HWY211卧式恒温摇床 常州诺基仪器有限公司；UVmini1240紫外分光光度计 岛津通用分析仪器有限公司；CS101-2EB电热鼓风干燥箱 重庆四达实验仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 样品处理

将裸燕麦片和皮燕麦片分别分装于90 个加厚塑封袋中（每袋中大约有60 g左右）。经密封后，将样品分别放置在温度为65、75 ℃的烘箱中，每24 h取样。对每天取出的样品进行脂肪酸值和MDA含量指标的测定。

1.3.2 样品货架期预测方法

对脂肪酸值和MDA含量的数据进行回归分析确定反应级数，进而确定反应常数k，通过运用Arrhenius模型计算燕麦片货架期[3,9-12]，0级反应和1级反应分别见公式（1）、（2）：

式（1）、（2）中：A为贮藏t时间后燕麦片中的脂肪酸值/（mg KOH/g）和MDA含量/（μg/g）；A0为脂肪酸值和MDA的初始含量；t为贮藏时间/d；kn为n（0或1）级反应速率常数。

取不同温度条件下品质函数中的k值，通过Arrhenius方程：

式（3）中：kA为指数前因子；Ea为活化能（某理化指标A或B变化所需要克服的能垒）/（J/mol）；R为气体常数，8.314 4 J/（mol·K）；T为热力学温度/K。

对公式（3）进行微分，然后从T1到T2积分得Ea与温度、反应速率常数的关系：

式（4）中：k1、k2为对应于T1、T2温度条件下的速率常数。

经回归计算得出Ea。Arrhenius关系式在应用时可以在高温条件下（低1/T条件下收集数据，然后利用外推法获得其他贮藏温度条件下的货架期）由公式（4）求得的Ea而获得Q10模型：

式（5）中：Q10为温度相差10 ℃的2 个货架期的比值；θS为货架寿命/d。

在该实验中，通过Q10模型可预测不同温度段内各温度点的货架寿命：

式（6）中：T0为加速实验中设置的温度/K；T为常温/K。

1.3.3 指标测定

水分含量：采用GB/T 5009.3—2010《食品中水分的测定》中常压干燥法；脂肪含量：采用GB/T 14772—2008《食品中粗脂肪的测定》中索式抽提法；脂肪酸值：采用GB/T 5510—2011《粮油检测：粮食、油料脂肪酸值测定》方法；MDA含量测定：采用硫代巴比妥酸（thiobarbituric acid，TBA）法[13-14]。准确称取5 g样品于锥形瓶中，加入50 mL 10%三氯乙酸溶液，振荡30 min后在4 000 r/min条件下离心10 min。吸取上清液15 mL，置于50 mL离心管中，加入15 mL TBA溶液，混匀，密封，置于沸水浴中反应15 min，迅速冷却后2 000 r/min离心5 min。取上清液分别与450、532、600 nm波长处测吸光度，MDA含量由公式（7）计算所得：

式（7）中：cMDA为测定液中MDA浓度/（μmol/L）；

式（8）中：72为MDA的相对分子质量。

1.4 数据分析

实验均进行3 次重复，数据分析采用Excel 2003软件进行，以平均值±标准差（±s）表示。显著性（P＜0.05）分析采用DPS v7.05软件，多重比较分析采用Duncan新复极差法。

2 结果与分析

2.1 65 ℃处理过程中燕麦片脂肪酸值和MDA含量的变化

谷物在贮藏过程中发生脂类物质的氧化和分解，谷物皮层细胞的三酰甘油酯和磷脂首先水解为以亚油酸为代表的游离脂肪酸，并在脂肪酶的作用下氧化为脂肪过氧化物，然后进一步分解为醛、酮等小分子产物，此过程为脂质过氧化，其主要产物为MDA[15]。65 ℃条件下燕麦片的脂肪酸值和MDA含量变化如图1所示。

由图1可以看出，随着处理时间的延长，裸燕麦片和皮燕麦片中脂肪酸值和MDA含量均呈现缓慢上升趋势。经过68 d的加热处理后，裸燕麦片中脂肪酸值和MDA含量分别从1.40 mg KOH/g和0.33 μg/g增加到1.81 mg KOH/g和0.73 μg/g，且有显著性差异（P＜0.05）（图1A）。而皮燕麦片在处理45 d时，脂肪酸值由1.13 mg KOH/g显著增加到1.91 mg KOH/g（P＜0.05），MDA含量由0.26 μg/g显著增加到0.74 μg/g（P＜0.05）（图1B）。本研究中燕麦片脂肪酸值和MDA随贮藏时间含量变化与其他谷物中变化基本一致。Rendón[16]、Salman[17]等分别研究了在贮藏过程中小麦的脂肪酸值含量变化，结果发现，游离脂肪酸含量随着贮藏时间的延长而增大。糙米中的MDA含量随着贮藏时间的延长和温度的升高呈递增趋势，35 ℃条件下处理糙米发现，120 d时糙米MDA含量由0.040 mg/g增加到0.260 mg/g[15]。由表1可以看出，皮燕麦片的水分含量和脂肪含量均显著高于裸燕麦片（P＜0.05）。脂质氧化除了受到温度、光照、氧气等外界因素影响外，还受谷物本身水分含量、脂肪含量等的影响[18]。有研究[19]表明，核桃油中的水分含量对脂肪酸值有显著影响，当水分大于1%时，随着水分含量的增加，脂肪酸值增加，并指出水分的增加可以促进脂肪水解，加快油脂水解速度，产生较多的游离脂肪酸。脂肪含量是造成脂肪发生氧化反应的主要因素之一。申晓曦等[20]研究指出，在贮藏过程中脂肪含量越高越容易发生氧化，经酯酶的催化能分解成甘油和游离脂肪酸，从而使游离脂肪酸增加，游离脂肪酸进一步分解成低级的醛、酮化合物，导致花生酸败，产生哈喇味。因此，与裸燕麦片相比，皮燕麦片脂肪和水分含量均较高，其脂肪氧化速度较快，这可能是皮燕麦片较裸燕麦片到达燕麦片货架终点的时间短的原因。

图1 65 ℃条件下裸燕麦片（A）和皮燕麦片（B）脂肪酸值和MDA含量的变化Fig.1 Changes in fat acidity value and MDA content of oat flakes during storage at 65 ℃

表1 样品水分和脂肪含量测定结果（x±s）Table 1 Moisture and fat contents of samples (x±s) %

2.2 75 ℃贮藏过程中燕麦片脂肪酸值和MDA含量的变化燕麦片在贮藏过程中由于产生了低分子的醛、酮、酸等化合物导致样品产生酸败味。燕麦片在75 ℃条件下的脂肪氧化程度的结果分析见图2。

图2 75 ℃条件下裸燕麦片（A）和皮燕麦片（B）脂肪酸值和MDA含量的变化Fig.2 Changes in fat acidity value and MDA content of oat flakes during storage at 75 ℃

由图2可知，随着处理时间的延长，燕麦片脂肪酸值和MDA含量呈现快速上升趋势，在处理第18天时，裸燕麦片脂肪酸值和MDA含量均发生显著变化（P＜0.05），前者从1.40 mg KOH/g增加到1.88 mg KOH/g，后者从0.33 μg/g增加到0.77 μg/g（图2A）。而皮燕麦片在75 ℃条件下处理第13天时，燕麦片脂肪酸值和MDA含量分别从1.13 mg KOH/g和0.26 μg/g显著增加到1.92 mg KOH/g（P＜0.05）和0.75 μg/g（P＜0.05）（图2B）。脂肪酸值主要受时间和温度的影响，且对温度更为敏感，温度越高生成脂肪酸越多[15]。而MDA是脂肪自动氧化产生自由基引发而形成的，造成谷物MDA含量增加的主要原因是不饱和脂肪酸不断被氧化产生氢过氧化物，继而进一步产生MDA和挥发性醛类物质，MDA作为最重要的过氧化产物，其含量反映了脂质过氧化程度[21]。可见，温度是影响脂质过氧化的重要影响因素，温度越高，脂质过氧化速度越快[22]，其主要原因是高温既可以促进游离基的产生，又可以加快氢过氧化物的分解[23]。

2.3 燕麦片货架期预测

由表2、3可知，在65、75 ℃条件下，燕麦片在贮藏中游离脂肪酸生成的反应均发生0级反应，决定系数R2均在0.87以上；而在65、75 ℃条件下，MDA生成的反应均发生1级反应，决定系数R2分别达到0.70和0.93以上，说明贮藏时间与MDA含量对数值的直线相关程度较高。在食品加工和贮藏过程中，包括化学和微生物指标在内的货架期指标均发生0级（如冷冻食品质量损失及美拉德褐变反应等）或1级（如维生素损失、氧化反应、微生物生长等）反应[1]，这与Labuza[24]研究结果指出的在食品加工和贮存过程中，大多数与食品质量有关的品质变化都遵循0级或1级模式相似。

表2 各项指标在不同级数下反应速率常数和线型回归决定系数R2（裸燕麦片）Table 2 Reaction rate constants and linear regression determination coefficients of fat acidity value and MDA content at different reaction orders

表3 各项指标在不同级数下反应速率常数和线型回归决定系数R2（皮燕麦片）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）

从表2、3可以看出，温度越高其反应速率常数k值越大，那么75 ℃条件下处理燕麦片时，游离脂肪酸和MDA的生成速度较65 ℃条件下处理时的生成速度快。由两个实验温度（65 ℃和75 ℃）与其反应级数对应的反应速率常数k值，利用Arrhenius关系积分算式即公式（3）～（5）得出裸燕麦片以脂肪酸值和MDA含量为参考指标的Q10分别为7.18和8.98，皮燕麦片以脂肪酸值和MDA含量为参考指标的Q10分别为5.00和7.90，这与蔡燕芬[8]报道脱水产品的Q10在1.5～10一致。由于Q10的微小变化都会引起结果较大的偏差，尤其是当食品本身货架期较长时，因此该参数一般作为参考，粗略估计外推温度条件下的货架期[25]。再根据公式（6）得出，以脂肪酸值和MDA含量为参考指标，室温条件下裸燕麦片的货架期分别为585 d和785 d，皮燕麦片的货架期分别为274 d和459 d。综合燕麦片脂肪酸值、MDA含量以及感官评定出现酸败和哈喇味得出裸燕麦片和皮燕麦片在室温（20 ℃）时的保质期分别约为585 d和274 d。

3 结论与讨论

1）随着贮藏时间的延长，燕麦片的脂肪酸值和MDA含量均呈现上升趋势，品质逐渐劣变。贮藏温度影响燕麦片的货架期，温度越高，脂肪酸值和MDA含量上升越快，货架期越短；2）室温（20 ℃）条件下，裸燕麦片和皮燕麦片的预测货架期分别约为585 d和274 d。

燕麦片作为燕麦的主要加工形式保留了燕麦几乎所有的营养成分，据报道[5]，燕麦中脂肪含量在3.4%～9.7%之间，平均值为6.3%，是小麦的4 倍，是谷物中脂肪含量最高的品种，且品种不同，燕麦的脂肪含量不同，而在燕麦片贮藏期间，脂肪会发生氧化和水解反应，且随着贮藏时间的延长，其脂肪酸值和MDA含量的产生愈多，进而导致燕麦片品质下降，这是影响燕麦片货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响外，还受到脂肪氧化酶及脂肪酶活性的影响，此外，温度是影响脂肪氧化和水解的主要环境因素[1-2,23]，这就要求燕麦片在钝化酶的加工工艺基础上，保证低温贮藏，进而确保燕麦片在货架期内的品质。

ASLT法是一种加速反应动力学模型，已经在快速、有效地预测由化学变化引起劣变的食品货架期中得到了广泛应用[1]。燕麦片在常温条件下随着贮藏时间的延长，大肠菌群、霉菌未发生显著变化，且符合国标中所要求的大肠菌群和霉菌数[4]，因此化学变化是引起燕麦片劣变制约货架期的关键变化，可通过提高温度的方式来进行加速实验。食品内部化学反应的复杂性是导致Arrhenius货架期预测模型不准确的因素，大多方程只考虑一种或两种品质指标，不能兼顾内部反应的真实性，但是参数较多的模型又很难控制准确度，因此找到最适的参数来描述指标的动力学变化非常重要[25]。Arrhenius方程与Q10结合，通过描述特定的品质变化来预测燕麦片货架期。Q10的值取决于食品本身特性，所处的温度范围、包装和环境条件都对其有影响，作为温度的函数，使用时需要标明温度范围，温度越高，温度变化量对其影响越大[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

国家现代农业产业技术体系燕麦加工利用建设专项（CARS-08-D1）

闵维（1989—），女，硕士研究生，研究方向为食品化学。E-mail：minweikuaile@126.com

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