保质期测试如何做？以饮料为例讲讲影响因素加速试验和长期试验

　　目前，公司新产品的保质期预期是多长？能否达到要求？达不到要求如何改善？老产品的实际保质期又是多少？大家心中都无数，甚至质量部门也没有结论。
　　饮料生产与包装技术在不断进步，使得饮料的保质期也在不断延长。另外，考虑到饮料类别与包装形式的日趋多样化，以及销售范围的不断扩大，对饮料的保质期需要通过科学的方法予以测定。因而，如何统一、合理、准确、快速的预测确定饮料的保质期，已成为当前饮料研发人员的当务之急。
　　目前对饮料的保质期确定大多依赖经验或简单测试，缺乏科学化、标准化的方法。而随着饮料产品的全球化营销，不同气候条件下饮料的保质期变化也愈发受到关注。而我国等国土辽阔的国家，往往跨越多个气候带，使得仅在国内销售的产品，也必须要考虑在不同气候带的保质期。国际气候带见表1：
　　表1 国际气候带
　　温带主要有俄罗斯、英国、加拿大、北欧；亚热带有美国、西欧（葡萄牙—希腊）、日本；干热带有苏丹、伊朗、伊拉克；湿热带有菲律宾、印度尼西亚、巴西、加纳、尼加拉瓜。我国大部分地区属亚热带，也有部分地区属湿热带，故饮料保质期的长期测试方法可采用以下实验条件：温度为25±2℃、相对湿度为60%±10%。
　　01
　　饮料保质期内存在的主要质量问题
　　目前，饮料在保质期内存在的质量问题主要有两类，一类是生物性的，即由微生物自身及其代谢产物导致产品变质、沉淀和浑浊；另一类是非生物性的，即饮料成分发生物理、化学变化引起的产品退色、凸罐、漏瓶、分层和沉淀等。常发生的质量问题详见表2 和表3：
　　表2 保质期内微生物引起的饮料质量问题
　　表3 保质期内非生物引起的饮料质量问题
　　02
　　影响因素实验
　　影响因素实验是在比加速试验更剧烈的条件下进行，如光照、温度、湿度、酸、碱、氧化等，了解饮料在以上相应条件下的质量保持情况，为饮料的配方设计、生产工艺、包装、贮存条件等提供参考信息。饮料的影响因素实验一般只需要一个批次的样品即可，如因实验结果不明确，则应加试2 个批次样品。
　　目前饮料保质期测试常进行的影响因素实验是高温实验、高湿实验和强光照实验。
　　一、高温试验的方法
　　将饮料密封放于洁净的市售包装或近似市售包装中，60℃下放置10 天，于第5 天和最后一天取样，按饮料保质期考察指标进行检测。若饮料在放置的10 天内已发生不可接受的质量变化，则在40℃条件下按照以上时间继续进行实验。若60℃没有发生不可接受的质量变化，不再进行40℃实验。此实验即可考察饮料在热带地区储运的稳定性，也可考察饮料在夏季物流过程中的稳定性。
　　二、高湿实验的方法
　　将饮料密封放于洁净的市售包装或近似市售包装中，放置于25℃，相对湿度为90%±5%条件下10天，于第5 天和最后一天进行取样，按饮料保质期考察指标进行检测。该高湿实验一般只针对固体饮料使用。恒湿条件可使用恒温恒湿实验箱。物流过程中有海运阶段的饮料，还可使用盐雾实验箱以考察容器的耐腐蚀性。该实验对于采用半透性PET 塑料瓶或金属容器的饮料具有重要意义，在考察饮料自身保质期的同时，还可考察容器的稳定性及耐腐蚀性。
　　三、强光照射实验的方法
　　将密封于市售包装或近似市售包装的饮料放在装有荧光灯（模拟货架照明）或氙灯（模拟日光照射）的光照试验箱或其他适宜的光照装置内，于4500±500xl的照度条件下放置10 天，于中间一天和最后一天按饮料保质期考察指标进行检测，重点检查饮料的感官变化。其中可选用任何输出相似于D65/ID65 发射标准的光源。该实验主要考察饮料在货架销售期的稳定性。
　　此外，根据需要可设计酸、碱和氧化等实验，探讨以上因素对饮料保质期质量的影响，并研究分析饮料中各成分的相互影响情况。
　　03
　　加速破坏性试验
　　加速破坏性试验是在特定条件下进行的质量破坏性试验，其目的是在较短的时间内，了解饮料的物理、化学和生物学方面的变化，为饮料配方设计、质量评价和包装、运输、贮存条件等提供实验依据，并初步预测样品的稳定性。
　　加速破坏性试验通常采用3个批次以上的样品进行，放置在市售产品相同或相似的包装容器中。一般放置条件参照化学药物（制剂）的试验条件为40±2℃、相对湿度为75%±5%，放置时间为六个月。
　　检测一般包括初始、中间和末次的3个时间点。根据研发经验，如果预测加速破坏性试验的结果可能会接近饮料保质期质量变化的临界点，则应在实验设计中考虑增加检测频率。饮料的感官或指标如出现明显的异常，即饮料在保质期内的质量发生了明显变化，该试验就可以终止。
　　此外，针对部分需要冷藏保存（5℃±3℃）饮料的加速破坏性试验条件为25±2℃、相对湿度为60%±5%，如果在加速试验的前3个月内质量发生了显著变化，表现为感官或指标有明显的异常，则应对运输途中或搬运过程中得贮存条件对其质量的影响进行评估；必要时可加试1 批样品、增加取样检测频度、进行3个月以内的试验；如前3个月感官或指标已经发生了明显的不可接受的变化，则可终止加速破坏性试验。关于冷冻保存饮料的加速试验的放置条件，目前并无参考依据。
　　目前最广泛、最有效使用的预测食品货架期方法是Arrhenius模型，用来描述不同温度对食品有关的化学反应速度变化的影响。Arrhenius模型方程是：
　　式中：k为速度常数；k0为关系式常数；E为活化能；R为气体常数；T为绝对温度。
　　在上式中，温度对化学反应的影响程度用Q10来表示。在一般的化学反应中，温度每上升10℃则反应速度加倍，即Q10一般都为2。2个任意温差为10℃的温度下的保质期的比值Q10有以下公式：
　　Q10=T温度下的保质期/（T+10）温度下的保质期
　　通常情况下，饮料保质期的Q10都是选取2个温度进行计算比值，并且，还要确定这两个温度下进行实验的频率。公式如下：
　　式中：ΔT 为两个实验温度T1与T2的温度差，f1为温度T1 时测试之间的时间间隔；f2为温度T2时测试之间的时间间隔。对于2个温度差不是10℃的Q10，则上述公式变为：
　　式中：ΔT 为T1与T2的温度差，θs（T1）为特定温度T1下的保质期；θs（T2）为特定温度T2下的保质期。
　　04
　　长 期 试 验
　　饮料长期试验的目的是为了研究饮料在拟定的贮存条件下其质量的稳定性，同时也为饮料的包装、贮存环境及保质期提供参考。一般情况下，长期试验需要在接近饮料的实际贮存条件下进行。
　　饮料的长期试验一般是把饮料密封于洁净的市售包装或近似市售包装中，然后放置在温度为25±2℃、相对湿度为60%±5%，或温度30±2℃、相对湿度为65%±5%的环境中，实验时间为样品的保质期，一般为12个月。这是从我国南方与北方气候的差异考虑的，在其它国家销售的饮料则应基于其所处的气候带考虑。
　　长期试验的样品一般选取3个批次，每3 个月取样一次，分别于放置开始、3个月、6个月、9个月、12个月取样，按照饮料保质期质量检测指标进行检测。
　　考虑到在实际实验中，检测数据有一定的分散性，故在进行数据统计分析时，一般应按照95%可信限进行整理，以此能够得到有效的保质期。
　　如果选取3批饮料的统计分析结果差别较小，则取其平均值为该饮料的保质期，若选取的3 批饮料的统计分析结果差别较大（P 值≤0.25），则取其最短批次的时间为该饮料的保质期。如果数据表明，测定结果变化很小，说明该饮料是很稳定的，则不作统计分析。
　　特殊情况下，有些饮料需要进行冷藏保存或需要冷冻。关于需要冷藏保存饮料的长期实验条件为5±3℃，如果其在进行加速破坏性试验时的3～6个月之间发生了不可接受的质量变化，则应根据实际考察时间的稳定性数据确定保质期。对某些需要冷冻保存的饮料的长期试验条件为-20℃±5℃，具体应根据长期实验放置条件下实际考察时间的稳定性数据确定其保质期。
　　05
　　保质期试验重点考察项目
　　饮料的保质期试验重点考察项目可分为感官指标、理化指标和微生物指标，这是评价饮料是否变质的三个主要方面。感官指标是判断食品质量或者口味好坏最直接的依据，理化指标规定了饮料应达到的成分含量，微生物指标时衡量饮料受微生物污染或其他污染的程度。
　　对于不同的饮料，考察指标也不完全相同，如维生素饮料要着重考察理化指标，碳酸饮料要着重考察二氧化碳的气容量；而微生物指标则涉及食品安全，在关注致病菌指标的同时，也应关注指示菌的指标。
　　表4 重点考察项目参考表
　　注：不稳定物质指饮料中的性质不稳定的关键成分，如维生素饮料中的维生素含量，果蔬汁饮料中的果蔬汁含量，碳酸饮料中的二氧化碳气容量等。
　　举例：植物和茶固体饮料重点考察项目--结块率研究
　　植物固体饮料是以植物及其提取物（水果、蔬菜、茶、咖啡除外）为主要原料，添加或不添加其他食品原辅料和食品添加剂，经加工制成的固体饮料。茶固体饮料是以茶叶的提取液或其提取物或直接以茶粉（包括速溶茶粉、研磨茶粉）为原料，添加或不添加其他食品原辅料和食品添加剂，经加工制成的固体饮料。
　　固体饮料的结块率试验重点考察项目可分为感官指标、理化指标和微生物指标，这是评价饮料是否变质的三个主要方面。感官指标是判断食品质量或者口味好坏最直接的依据，理化指标规定了饮料应达到的成分含量，微生物指标是衡量饮料受微生物污染或其他污染的程度的指标。对于不同的饮料，考察指标也不完全相同，如维生素饮料要着重考察理化指标，碳酸饮料要着重考察二氧化碳的气容量；而微生物指标则涉及食品安全，在关注致病菌指标的同时，也应关注指示菌指标。
　　固体饮料的产品特性，一般以产品结块情况作为重点考察项目，对于植物固体饮料和茶固体饮料而言，结块率是保质期的重要指标。也是一个主要指标，该文只研究了结块率，虽然只是研究了保质期的一部分，但是企业可以据此作为确定产品保质期的依据。
　　目前，植物固体饮料和茶固体饮料的结块率没有统一的规定，结块率的快速确定无固定方法。可以根据Arrhenius 模型，以植物固体饮料和茶固体饮料为例，采用加速试验的方法，通过计算出公司产品的大致结块率，同目标结块率进行比较，如未达目标结块率，可立即进行工艺改进，包括产品配方、工艺参数、包装材料或包装方式等，从而为此类新产品开发过程中结块率的快速确定提供新的思路与试验依据。
　　刘建文等人试验结果显示，真实结块率达5%的时间比加速实验条件下的大致结块率达5%的时间约长5%，试验结果准确可靠，产品的结块率如果达不到规定的要求，可以通过改进产品的生产工艺、配方、包装材料延长产品的结块率。
　　06
　　保质期试验研究结果评价
　　饮料保质期稳定性的预测研究对饮料行业的发展具有重要意义，它是在影响因素实验、加速破坏性试验、长期试验的实验结果基础上，并结合饮料在实际生产、运输过程中可能遇到的情况进行的系统分析和判断。饮料保质期试验，可以提供饮料在各种环境因素影响下，其质量随时间变化的情况，可以科学严谨的预测与确定饮料的存放条件、包装和保质期；由此建立饮料的保质期及推荐的贮存条件，以确保饮料在保质期内的质量稳定。
　　引用文献：
　　刘红，王达，张明，吴光虹，刘岘铄，张晓燕. 青岛崂山矿泉水有限公司，山东青岛266101）. 饮料保质期测试方法的研究综述
　　刘建文1，徐义波2，丁晓东3，傅清梅3，周恒勇. (1 立高食品股份有限公司，广东广州；2 浙江阿东王食品有限公司，浙江衢州324000；3 广东分子态生物股份有限公司）. 饮 料 工 业. 2019，Vol.22，No.2