专利名称：一种果蔬干制品或油炸脆片达到玻璃态贮藏条件的确定方法
技术领域：
一种果蔬干制品或油炸脆片达到玻璃态贮藏条件(玻璃态转变温度Tg、临界水分活度CWA)的确定方法，即是一种在给定贮藏温度下达到玻璃态贮藏条件的临界水分活度的确定方法。本发明属于果蔬食品贮藏技术领域。
背景技术：
水分是食品的基本成分，食品贮藏过程中，油脂的氧化，微生物的生长，风味物质的产生和消失，质构的改变均和水分有很大的关系。一般认为干制品中水分含量大于8％，其耐贮性将显著缩短。而要保持油炸产品的松脆状态，其水分含量应控制在5％以内。由于对贮藏过程中微生物生长活动产生决定性的影响因素并不是果蔬干制品或油炸脆片的水分总含量，而是它的有效水分含量，有效水分含量可用水分活度进行估量。与水分含量相比，水分活度更容易测量且它的检测不会对原料造成损害。刘勤生(2002)提出了果蔬脆片适宜的水分活度范围为0.59-0.65范围内。Arya等(1982)提出当水分活度范围为0.32-0.57时，胡萝卜素相对稳定。
随着食品聚合物理论的提出和发展，Slade和Levine(1987，1991)提出单纯水分活度不能评估中等湿度(0.65＜aw＜0.95)和低湿度(aw＜0.65)的食品体系稳定性，他们认为将食品腐败变质的这一动力学过程与水分活度这样的一个平衡参数牵强地联系起来，在实际应用中有一定的局限性，用水分活度来指导实际生产可能会引起一些问题。
一般认为，在玻璃态转变温度(Tg)以下贮藏即为玻璃态贮藏。当实际贮藏温度T＜Tg时分子运动能量很低，热能还不足以克服分子链段的旋转和平移运动的位垒，链段基本上处于“冻结”状态，体系的黏度很高，自由体积份额很小，各种受扩散控制的松弛过程进行得十分缓慢，甚至不会发生。因此，玻璃态贮藏以高品质的贮藏效果而著称。Telis(2002)研究了不同预处理对热风干燥番茄玻璃态转变温度的影响。Taragano(2001)研究发现当贮藏温度低于玻璃态转变温度时，大多数的酶系处于失活状态。Nelson和Labuza(1993)指出谷物干制品在玻璃态时具有脆性，如果低分子量的糖和水增加，产品的Tg下降，使之呈橡胶态从而失去上述品质。Karel(1993)发现脱水蔬菜贮藏于Tg以上时非酶反应速度加快。综上所述，目前对干制品或油炸脆片玻璃态转变温度的研究主要侧重于不同组成成分和加工条件对玻璃态转变温度的影响，以及其品质的变化与玻璃态转变温度的关系。对于如何有效地判断、预测果蔬干制品或油炸脆片的贮藏稳定性和货架期，帮助选择有效的贮藏条件缺乏深入系统的研究。
发明内容
本发明的目的是提供一种给定贮藏温度下达到玻璃态贮藏条件的水分活度的确定方法。涉及果蔬干制品或油炸脆片的贮藏技术领域，可用于各类果蔬干制品或油炸脆片的贮藏。
本发明通过结合水分活度与玻璃态转变温度的关系来选择有效的贮藏条件，从而准确、方便、快捷地确定果蔬干制品或油炸脆片在一定贮藏温度下达到玻璃态贮藏条件的临界水分活度。可以根据贮藏环境温度条件的不同来确定达到高品质贮藏所需要的临界水分活度，在实际应用中具有广泛的适应性和灵活性。
技术解决方案果蔬干制品或油炸脆片达到玻璃态贮藏条件的临界水分活度确定的主要步骤为将果蔬干制品或油炸脆片在不同温度和水分活度的条件下，测定其吸湿平衡含水率，得到等温吸湿曲线，测定不同水分含量果蔬干制品或油炸脆片的玻璃态转变温度，将两者互补应用，可以得到其达到玻璃态贮藏温度条件下的临界水分活度。
本发明采用一种水分活度结合玻璃态转变温度来预测果蔬干制品或油炸脆片加工贮藏稳定性的新方法。具体过程包括三部分1)确定果蔬干制品或油炸脆片的等温吸湿曲线。步骤为将果蔬干制品或油炸脆片研碎后，分别放于一定温度和水分活度的康维皿内室中，使其水分达到平衡，测其水分含量即为平衡含水率，在食品吸附理论中常用的等温吸附模型中选择具有较高的相关系数的一种等温吸附模型(如GAB模型)模拟水分活度与平衡含水率的关系得到其等温吸湿曲线；2)采用差示扫描量热法(DSC)确定不同水分含量果蔬干制品或油炸脆片的玻璃态转变温度。步骤为称取不同水分含量的少量样品(10-20mg)置于样品盒后密封，放入DSC仪器内，冷却和加热速率均为5℃/min，温度扫描范围为-100℃-100℃，测定其玻璃态转变温度，用Gordon-Taylor模型模拟水分对玻璃态转变温度的影响，得到不同水分含量的玻璃态转变温度曲线；3)将等温吸附模型与Gordon-Taylor模型相结合，即根据等温吸附模型中水分含量与水分活度的关系将Gordon-Taylor模型中的自变量水分含量转化为水分活度，可以得到果蔬干制品或油炸脆片的玻璃态转变温度与水分活度的关系图，从而确定在给定贮藏温度下达到玻璃态贮藏条件的临界水分活度值。在给定的贮藏温度下，当贮藏样品的水分活度低于临界水分活度值时，样品一定处于玻璃态贮藏条件；当贮藏样品的水分活度高于临界水分活度值时，应当降低其水分活度值，使其低于临界水分活度值，样品也就处于玻璃态贮藏条件。
食品在真空脱水油炸过程中，其组织结构发生了很大的变化，如皱缩、塌陷、相互联结的多孔结构的形成、脂肪的吸入等。这些变化会影响其吸附特性，从而改变其吸湿行为。等温吸湿曲线形状主要与材料的种类以及加工方法有关，它反映出水分在食品中存在的状态。吸湿过程中的平衡含水率是贮藏过程中的一个重要的基础性指标，它对于确立合理的加工、贮藏和包装贮藏工艺具有重要的指导意义。物料吸湿过程中的平衡含水率在一定的温度和湿度条件下，表现在物理化学上，作为气体向固体表面吸附的问题来处理，世界各国学者对吸附理论进行了大量研究，提出了许多吸附理论和经验模型，来解释水分含量与水分活度的关系。
其中，水分活度是建立在食品体系处在一个真正意义的平衡态基础上的概念。经过食品科学家几十年的努力，已经摸索出水分活度与引起食品腐败变质的各种相对反应速率之间的关系。
水分活度是从食品中水分的可利用程度来评估食品贮藏的安全性，它是建立在食品体系处在一个真正意义的平衡态基础上的概念，要求在实际测量的有限时间内达到完全的相平衡是过于理想化。
玻璃态转变温度是从食品的物理特性(粘度)的变化来评估食品贮藏的安全性。由食品聚合物理论可知，中等湿度与低湿度食品材料是动力控制过程的亚平衡体系，而玻璃态转变是一个非平衡的动力学过程，玻璃态转变温度作为建立在动力控制过程非平衡基础上的物理化学参数，可以用来评估引起食品腐败变质的各种动力学过程。
然而，由于水对无定形物质的增塑作用，玻璃态转变温度受制品水分含量的影响很大，特别是水分含量相对较低的干燥食品，其加工贮藏中的物理性质和质构受水分增塑性影响更显著。Gordon-Taylor(1952年)模型表达了聚合物体系的组成成分对其玻璃态转变温度的影响，该模型适用于二元溶液系统。食品原料(如水果、蔬菜)可以认为是由固形物与水组成的二元体系，因此，可以用Gordon-Taylor模型预测水分对玻璃态转变温度的影响。在贮藏温度范围内，用水分活度结合玻璃态转变温度来预测干燥食品贮藏稳定性是一种新的方法，可以判断、预测食品的贮藏稳定性和货架期，帮助选择有效的食品贮藏条件，确保食品系统贮藏的安全性和稳定性。因此，确定食品玻璃态转变的临界水分活度对于研究其贮藏稳定性以及品质控制是非常重要的。
本发明的有益效果与传统的用水分活度或水分含量来评估食品安全贮藏的背景技术相比，本发明采用水分活度与玻璃态转变温度相结合的方法，克服了背景技术单纯利用水分活度这样一个平衡参数来预测食品腐败变质这一动力学过程的弊病。
与传统的单纯用玻璃态转变温度来评估食品安全贮藏的背景技术相比，本发明采用水分活度与玻璃态转变温度相结合来确定一定贮藏温度下达到玻璃态贮藏条件的临界水分活度的方法，具有更广泛的适应性与准确性。
与背景技术相比，本发明将水分活度与玻璃态转变温度有机地结合起来，是两者的互补应用，它可以反映果蔬干制品或油炸脆片在贮藏过程中，发生玻璃态转变的临界水分活度。从而克服了背景技术单纯用水分活度、玻璃态转变温度来评估食品贮藏安全性所存在的问题。
综合而论，与背景技术相比，本发明通过玻璃态转变温度和水分活度两者的互补应用。既从食品中水分的可利用程度来评估食品贮藏的安全性，又从食品的物理特性(粘度)的变化来评估食品贮藏的安全性。可以根据环境温度条件选择进行玻璃态贮藏所需要的水分活度，为食品贮藏科学的研究开辟了一条崭新的、富有巨大潜力的道路。
图1胡萝卜脆片的GAB模拟等温吸湿曲线(R2＝0.9996)
图2胡萝卜脆片水分含量为0.079g/g时的玻璃态转变温度曲线图3胡萝卜脆片的Gordon-Taylor模拟玻璃态转变温度曲线(R2＝0.9674)图4胡萝卜脆片的玻璃态转变温度与水分活度的关系图(Tg玻璃态转变温度；CWA临界水分活度)具体实施方式
实施例1真空油炸胡萝卜脆片临界水分活度的确定胡萝卜脆片(含水率约2.60％，含油率约28.32％)研碎后，分别取2g左右置于预先恒重的样品瓶中，称重后，分别放于一定温度和水分活度的康维皿内室中，康维皿外室预先放入不同饱和盐溶液以产生不同的水分活度，密封后置于调定温度的恒温箱中使其水分达到平衡，测定其水分含量为平衡含水率，其具体测定数值见表1所示。
表1胡萝卜脆片的等温吸湿过程中水分活度与平衡含水率的关系
用GAB模型对上述试验点进行模拟，得到反映其水分含量与水分活度关系的等温吸湿曲线(图1)。称取不同水分活度的少量样品(10-20mg)置于样品盒后密封，放入DSC仪器内，冷却和加热速率均为5℃/min，温度扫描范围为-100℃-100℃，采用差示扫描量热法测定样品的玻璃态转变温度，以水分含量为0.079g/g时为例，测定胡萝卜脆片的玻璃态转变温度值，如图2所示，所得玻璃态转变温度为-34.26℃。同样再用差示扫描量热仪测定一系列不同水分含量时的胡萝卜脆片的玻璃态转变温度，将所测得的对应的水分含量与玻璃态转变温度数值用Gordon-Taylor进行模拟，得到胡萝卜脆片的玻璃态转变温度曲线(图3)。将GAB等温吸附模型与Gordon-Taylor模型相结合，即根据GAB等温吸湿模型中水分含量与水分活度的关系将Gordon-Taylor模型中自变量水分含量转换为水分活度，其具体数值见表2所示。
表2胡萝卜脆片玻璃态转变温度与水分活度的关系
将上述数据绘图可以得到胡萝卜脆片的玻璃态转变温度与水分活度之间的关系图(图4)。例如，在确定的贮藏温度为10℃时，样品达到玻璃态贮藏的临界水分活度应该为0.14。必须使样品水分活度低于临界水分活度，便能确保样品处于玻璃态贮藏条件。
实施例2真空油炸脆青豆临界水分活度的确定脆青豆(含水率约2.87％，含油率约25.43％)研碎后，分别取2g左右置于预先恒重的样品瓶中，称重后，分别放于一定温度和相对湿度(ERH)的康维皿内室中，使其水分达到平衡。康维皿外室预先放入不同饱和盐溶液以产生不同的平衡相对温度，密封后置于调定温度的恒温箱中使其水分达到平衡，测定其水分含量为平衡含水率，用GAB模型对上述试验点进行模拟，得到反映其水分含量与水分活度关系的等温吸湿曲线。称取不同水分含量的少量样品(10-20mg)置于样品盒后密封，放入DSC仪器内，冷却和加热速率均为5℃/min，温度扫描范围为-100℃-100℃，测定样品的玻璃态转变温度，将试验值用Gordon-Taylor进行模拟，得到脆青豆的玻璃态转变温度曲线。根据GAB等温吸湿模型中水分含量与水分活度的关系将Gordon-Taylor模型中自变量水分含量转换为水分活度，可以得到给定贮藏温度条件下，样品达到玻璃态贮藏的临界水分活度值。
权利要求
1.一种果蔬干制品或油炸脆片达到玻璃态贮藏条件的确定方法，其特征是将果蔬干制品或油炸脆片在不同温度和水分活度的条件下，测定其吸湿平衡含水率，得到等温吸湿曲线；再测定不同水分含量的果蔬干制品或油炸脆片的玻璃态转变温度，将两者互补应用，得到其达到玻璃态贮藏温度条件下的临界水分活度；等温吸湿曲线的绘制先将样品置于预先恒重的样品瓶中，称重后，分别放于一定温度和水分活度的康维皿内室中，康维皿外室预先放入不同饱和盐溶液以产生不同的平衡相对温度，密封后置于调定温度的恒温箱中使其水分达到平衡，测定其水分含量即为平衡含水率，选用合适的等温吸附模型模拟水分活度与平衡含水率的关系得到等温吸湿曲线；不同水分含量下的玻璃态转变温度曲线的绘制用差示扫描量热仪测定一系列不同水分含量时的样品的玻璃态转变温度，将所测得的对应的水分含量与玻璃态转变温度数值用Gordon-Taylor进行模拟，得到玻璃态转变温度曲线；在给定贮藏温度条件下样品处于玻璃态贮藏条件的水分活度确定将等温吸附模型与Gordon-Taylor模型相结合，根据等温吸附模型中水分含量与水分活度的关系将Gordon-Taylor模型中的自变量水分含量转化为水分活度，确定在给定贮藏温度下达到玻璃态贮藏条件的水分活度必须低于临界水分活度值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是选用等温吸附模型之一为GAB模型。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是贮藏用果蔬干制品或油炸脆片的原料为蔬菜、水果或食用菌。
全文摘要
一种果蔬干制品或油炸脆片达到玻璃态贮藏条件的确定方法，属于果蔬食品贮藏技术领域。本发明提供在给定贮藏温度下达到玻璃态贮藏条件的临界水分活度的确定方法，其主要过程为将果蔬干制品或油炸脆片在不同温度和水分活度的条件下，测定其吸湿平衡含水率，得到等温吸湿曲线；再测定不同水分含量果蔬干制品或油炸脆片的玻璃态转变温度，将两者互补应用，可以得到其达到玻璃态贮藏温度条件下的临界水分活度。本发明采用了用水分活度结合玻璃态转变温度来预测果蔬干制品或油炸脆片加工贮藏稳定性的新方法，可以判断、预测果蔬干制品或油炸脆片的贮藏稳定性和货架期，帮助选择有效的贮藏条件，确保果蔬干制品或油炸脆片贮藏质量和稳定性。
文档编号A23L1/212GK1676005SQ20051003903
公开日2005年10月5日 申请日期2005年4月22日 优先权日2005年4月22日
发明者张慜, 范柳萍, 肖功年 申请人:江南大学