Quels sont les modèles courants et les cas d'application de la prédiction de la durée de conservation des aliments ?

La durée de conservation des aliments n'affecte pas seulement le plaisir sensoriel des consommateurs, mais concerne également la santé et la sécurité des consommateurs, et est liée à la réputation, à la marque et aux bénéfices économiques des fabricants de produits alimentaires. La prévision et le calcul précis de la durée de conservation des produits dans des conditions de stockage spécifiques constituent la garantie et l'engagement des fabricants à l'égard de la qualité et de l'efficacité des aliments pendant la période de circulation, ce qui peut constituer une base efficace pour la formulation de stratégies de stockage, de circulation et de distribution des produits, et peut également servir de référence pour la possibilité d'allonger encore la durée de conservation.

La durée de conservation d'un aliment est la période pendant laquelle la qualité de l'aliment est maintenue dans les conditions de stockage indiquées, généralement la période pendant laquelle l'aliment est acceptable pour la consommation en termes de propriétés physiques, chimiques, microbiologiques ou sensorielles. Il existe deux scénarios possibles en fonction des caractéristiques du produit.
La première est la "période de consommation sûre", qui concerne principalement les denrées alimentaires périssables. Une fois la "période de consommation sûre" écoulée, si la denrée alimentaire est susceptible de constituer une menace directe pour la santé humaine dans un court laps de temps, elle est considérée comme dangereuse et ne peut être ni vendue ni consommée ;
Dans le second cas, il s'agit de la date de péremption, c'est-à-dire la date à laquelle la denrée alimentaire conserve ses caractéristiques spécifiques (y compris les caractéristiques de qualité telles que l'apparence, l'odeur, la texture, le goût, etc.) lorsqu'elle est correctement conservée (EU1169/2011).
Actuellement, le terme standard utilisé en Chine est "durée de conservation des aliments", et dans l'article 15 (3) des "Mesures de supervision et d'administration de l'étiquetage des aliments (projet pour commentaires)" publiées le 23 septembre 2020, "la date de qualité peut être indiquée par " manger (boire) avant ××× mois ×× jour de ××× année ×× mois ×× jour de ××× année ×× ", etc." Indique que la future "durée de conservation des denrées alimentaires" inclura le concept de durée de conservation des denrées alimentaires.
Cet article se concentre sur les normes et réglementations relatives à la durée de conservation des aliments, résume la méthode de prédiction de la durée de conservation basée sur le principe de la dégradation de la qualité et analyse les problèmes liés à l'application pratique du modèle de prédiction de la durée de conservation existant, en combinaison avec la base de recherche précédente, afin de fournir une certaine base aux fabricants de produits alimentaires pour évaluer, concevoir et vérifier la durée de conservation des aliments.
Statut des normes et réglementations relatives à la durée de vie et à la péremption des denrées alimentaires
À l'heure actuelle, il n'existe pas de norme universelle pour la définition de la durée de conservation des aliments ou de la durée de vie des aliments dans les différents pays. La norme ISO 16779:2015 stipule que la date de péremption des denrées alimentaires est la date limite à laquelle les produits commercialisés conservent leur qualité déclarée dans des conditions de stockage spécifiées, c'est-à-dire qu'avant cette date, la qualité du produit est encore tout à fait satisfaisante ; et la date limite de consommation est la date d'expiration à laquelle la qualité sûre des denrées alimentaires est maintenue dans des conditions de stockage spécifiées, après quoi le produit peut ne pas avoir les attributs de qualité généralement attendus par les consommateurs, c'est-à-dire qu'après cette date, les denrées alimentaires ne doivent pas être considérées comme commercialisables.
Tableau 1 Normes et réglementations relatives à la durée de conservation des aliments dans différents pays

Modèles courants et applications de la prédiction de la durée de conservation des aliments
La durée de conservation actuellement indiquée sur les produits alimentaires et les boissons fournit généralement aux consommateurs une indication approximative de la durée de conservation du produit dans des conditions de traitement, d'emballage, de transport et de stockage bien définies.
Toutefois, dans la chaîne de vie réelle du produit, les changements dans les conditions de stockage, les dommages causés à l'emballage par le transport et d'autres facteurs peuvent rendre la durée de conservation réelle du produit plus courte ou plus longue que la durée de conservation prévue, ce qui entraîne des problèmes liés à la sécurité alimentaire et au gaspillage.
Les progrès en matière de prévision et d'évaluation de la durée de conservation sont donc essentiels pour améliorer la sécurité, la fiabilité et la durabilité de l'approvisionnement alimentaire.
Dans la méthode de prédiction de la durée de conservation, il est crucial de choisir le bon modèle dynamique et la bonne technologie d'analyse des données, qui peuvent prédire la durée de vie du produit avec plus de précision en fonction du changement des conditions environnementales, et qui peuvent également être contrôlés en temps réel. Cet article passe en revue la méthode de prédiction de la durée de conservation basée sur le principe de dégradation de la qualité.
Ces dernières années, des chercheurs nationaux et étrangers ont utilisé des modèles dynamiques pour étudier les changements de qualité des produits carnés, des légumes, des fruits, etc. et prédire leur durée de stockage, et ont obtenu de bons résultats.
L'analyse des principaux facteurs qui influencent le changement de la qualité du produit permet de déterminer les indicateurs clés de la fin de la durée de conservation et de créer un système de méthode de prévision de la durée de conservation basé sur le principe de la dégradation de la qualité.
L'évolution de la qualité des denrées alimentaires est déterminée par des facteurs internes de qualité Ci (tels que la concentration, le pH, l'activité de l'eau, etc.) et des facteurs environnementaux externes Ej (tels que la température, l'humidité relative, l'emballage, etc.) La dégradation de la qualité des aliments peut être exprimée comme suit : rQ=f(Ci,Ej). La dégradation de la qualité des aliments comprend généralement la dégradation de la qualité chimique, la dynamique de la croissance microbienne et la défaillance sensorielle des aliments.
1. Modèle cinétique de dégradation de la qualité chimique La détérioration des aliments est principalement causée par des réactions chimiques, le modèle cinétique de dégradation de la qualité chimique est généralement utilisé pour prédire la durée de conservation.
Le modèle cinétique couramment utilisé pour la désintégration de la masse chimique est le modèle d'Arrhenius.
Le modèle d'Arrhenius est appliqué aux aliments qui sont facilement détruits par une réaction chimique, comme l'oxydation des graisses, la réaction de Maillard et la dénaturation des protéines.
En général, plus la température est élevée, plus la vitesse de la réaction chimique est rapide, ce qui signifie que la qualité du produit diminue plus rapidement. Le modèle Q10 se concentre sur l'influence de la température sur la durée de conservation, ce qui conduit à une faible précision de prédiction. Dans le modèle d'Arrhenius, le concept de Q10 est utilisé pour déterminer la sensibilité de la température à la réaction.
La perte de durée de conservation d'un aliment est généralement évaluée en mesurant le changement de l'indice de masse caractéristique A au cours du temps t, généralement exprimé par f(A)=k(T)t, où f(A) est la fonction de masse de l'aliment et k est la constante de vitesse de réaction.
La constante de vitesse est la fonction exponentielle inverse de la température absolue T, donnée par l'expression d'Arrhenius, k=kAexp(-ea /RT), où kA est une constante, EA est l'énergie d'activation de la réaction contrôlant la perte de masse, et R est la constante universelle des gaz. L'équation d'ajustement suivante permet de calculer la qualité du produit à la fin du rayon : -d [A]/dt=k[A]n, -d [B]/dt=k '[B]n', où k et k 'sont les constantes du taux de changement de qualité ; n et n 'sont l'ordre de réaction ; d[A]/dt et d/dt sont les taux de changement de qualité. La perte de l'indice chimique A (tels que les nutriments ou les arômes caractéristiques) ou de l'indice chimique indésirable B (composition odorante ou décoloration de la teneur en pigments) est un mode d'ordre zéro si l'ajustement linéaire de A ou B au temps t est satisfaisant ; si l'ajustement linéaire entre les semilogmes de A ou B et t est satisfaisant, il s'agit d'un modèle d'ordre 1. Si l'ajustement linéaire entre 1/A ou 1/B et le temps t est satisfait, il s'agit d'un modèle de second ordre.
La décomposition microbienne est l'un des principaux modes de détérioration des aliments, en particulier pour les produits réfrigérés frais ou peu transformés.
Les micro-organismes peuvent être à l'origine de la détérioration des aliments ou de maladies d'origine alimentaire. Des études ont montré que la détérioration des aliments par les micro-organismes est principalement due à l'activité d'organismes spécifiques de détérioration (ODS) dans le stockage des aliments, et que la flore microbienne n'est pas statique et évolue en fonction des facteurs internes et des facteurs environnementaux externes des différents types d'aliments. Sa tendance à la croissance est un facteur important pour prédire la durée de conservation des aliments.
La durée de conservation peut être définie comme le temps écoulé entre le début du stockage et le moment où les OSS atteignent un certain niveau maximum. Les entreprises de production et de transformation doivent effectuer des tests de durée de conservation pour déterminer le moment où la détérioration se produit, et doivent vérifier efficacement la tendance de croissance des micro-organismes pathogènes, en utilisant une recherche scientifique solide pour évaluer le risque potentiel de leurs denrées alimentaires.
Il existe dans la littérature de nombreux modèles liés à la température pour décrire la croissance microbienne et une série d'outils logiciels ont été développés pour prédire la croissance de certains micro-organismes dans les aliments, mais seuls quelques-uns sont applicables à la prédiction de la durée de conservation réelle.
Il existe quatre modèles courants de premier ordre pour la dynamique microbienne : Le modèle linéaire, le modèle logistique, le modèle de Gompertz et le modèle de Baranyi et Roberts. Le modèle de Gompertz est la pierre angulaire de la microbiologie prédictive. Le système PMP (Pathogen Modeling Program) développé par le ministère américain de l'agriculture et le système Food Micromodel (FM) développé par le ministère britannique de l'agriculture, de l'alimentation et de la pêche utilisent tous deux la fonction de Gompertz comme modèle principal.
3. Modèles de durée de vie prédictive sensorielle Méthodes de durée de vie prédictive sensorielle Dès les années 1980 et 1990, Taoukis et al. ont décrit les principes et les méthodes permettant de réaliser des tests de durée de vie accélérée (ASLT) efficaces.
Dans la méthode ASLT, la température est le paramètre clé pour déterminer la détérioration des aliments, car plus la température est élevée, plus la détérioration des aliments est rapide.
La relation entre la température et la vitesse de détérioration peut être exprimée par l'équation d'Arrhenius. Il existe généralement deux grandes catégories de tests pouvant être utilisés à cette fin : les tests différentiels (en particulier les comparaisons à l'épingle, les tests double-triplet - généralement dans les tests contrôlés de variation des différences - et les tests triangulaires) et les tests qui utilisent des échelles appropriées (caractéristiques ou certains attributs spécifiques).
À l'heure actuelle, la méthode de prédiction de la durée de conservation sensorielle la plus répandue dans le pays et à l'étranger est l'analyse des risques de Weibull, qui est une méthode pratique combinant efficacement le principe de l'ASLT et les méthodes sensorielles et apportant des améliorations.
La fonction de probabilité de Weibull est largement utilisée pour décrire les phénomènes de défaillance en ingénierie, et elle a été proposée par Gacula et Kubala pour les tests de durée de conservation. Le principe de la méthode est que la relation entre le taux de dommage cumulé et la durée de conservation reflétée par le rejet du produit par le consommateur est la suivante : lgt=lgH/β+ LG-α : t est le temps /d de découverte du nouvel aliment avarié ; H est le taux de risque cumulé /% ; α est le paramètre de distribution de Weibull de l'échelle ; Beta est le paramètre de distribution de Weibull de la forme.
Wahyuni et al. ont étudié la prédiction de la durée de conservation des gâteaux brownie en adoptant la méthode ASLT (accelerated shelf life testing) combinée au modèle d'Arrhenius.
Dans cette étude, trois changements de température de stockage de 20℃, 30℃ et 40 ℃ ont été utilisés, et l'acide thiobarbiturique (ATB) a été choisi comme indice de changement pour le suivi.
Selon les recherches de Ketaren, les changements dans les nutriments tels que les graisses pendant le stockage provoquent le rancissement des aliments, et les produits d'oxydation que sont les aldéhydes peuvent former des composés colorés avec le TBA. La valeur du TBA est utilisée pour indiquer le degré d'oxydation, et la quantité de TBA est le facteur le plus important pour déterminer le degré de détérioration de l'huile.
Les résultats expérimentaux ont montré que la valeur TBA augmentait avec l'augmentation de la température de stockage, et la durée de conservation du brownie a été estimée par l'équation d'Arrhenius, c'est-à-dire qu'avec l'augmentation de la température (20℃, 30℃, 40 ℃), la durée de conservation du produit était de 1,57, 4,9 et 14 jours, respectivement.
Nashi et al. ont mené une étude sur la durée de conservation des caractéristiques gustatives des boissons à base de grains d'avoine après un traitement instantané à ultra-haute température, et les indices d'évaluation comprenaient le mélange d'arômes indésirables, le n-hexal et le PVG. La méthode d'évaluation a adopté la chromatographie des substances aromatiques et une équipe d'évaluation sensorielle a été mise en place pour noter l'acceptabilité de la saveur. Les résultats expérimentaux ont montré que lorsque la teneur en n-hexal était 3 à 5 fois supérieure à la valeur initiale, la qualité gustative de la boisson à base de céréales d'avoine était améliorée. La saveur de la boisson à base de céréales d'avoine est inacceptable.
HU et al. ont étudié les changements de qualité et la durée de conservation des œufs enrobés de chitosan pendant le stockage, et ont mesuré les changements de qualité des œufs enrobés pendant le stockage à 5℃, 20℃ et 35 ℃ respectivement. Le coefficient de corrélation de Pearson de la valeur de Hough, de la densité et du pourcentage d'augmentation du diamètre de la chambre a été analysé pour établir un modèle de prédiction de la durée de conservation basé sur l'équation d'Arrhenius.
Les résultats ont montré que la qualité des œufs diminuait avec l'allongement de la durée d'entreposage. L'environnement de stockage à haute température (20℃ et 35 ℃) plutôt qu'à basse température (5 ℃) a un effet significatif sur la détérioration de la qualité. Le coefficient de corrélation entre la qualité du jaune d'œuf et l'unité de Hough est le plus élevé, ce qui peut être utilisé comme un indice important pour prédire la durée de conservation. Selon la loi de variation de la qualité des œufs, le modèle dynamique de premier ordre du jaune d'œuf peut être établi.
Le coefficient R2 de l'ajustement de la courbe entre la valeur prédite et la valeur mesurée était de 0,982 5, et l'erreur relative moyenne P était de 9,32%, inférieure à 10%. La relation dynamique entre la qualité du jaune d'œuf et la température a été décrite.
Parallèlement, sur la base du modèle dynamique, le modèle de prédiction de la durée de conservation de l'œuf au chitosan basé sur le coefficient du jaune d'œuf a été déterminé. L'erreur relative moyenne est de 7,6%, inférieure à 10%, ce qui indique que le modèle de prédiction de la durée de conservation de l'œuf basé sur le changement de qualité du jaune d'œuf est réalisable.
Liu Hong et al. ont montré qu'à l'heure actuelle, la détermination de la durée de conservation dans l'industrie chinoise des aliments et des boissons repose principalement sur une méthode de référence, c'est-à-dire une valeur empirique à déterminer, et manque de méthodes d'essai scientifiques et normalisées. Le modèle Q10 est une méthode largement utilisée pour accélérer les tests destructifs en Chine, qui étudie principalement l'effet de la température sur la qualité du produit pendant le stockage.
Ren Yani et al. ont utilisé la méthode ASLT pour prédire la durée de conservation du pain de mie. Les températures expérimentales ont été fixées à la température normale de 20℃, 37℃ et 47 ℃, et l'humidité relative était de 60%. En testant l'indice d'acidité, l'indice de peroxyde et les indices microbiens (nombre total de colonies, moisissures et Escherichia coli) des produits à 37℃ et 47 ℃, combinés aux résultats de l'évaluation sensorielle et au modèle Q10, les auteurs ont analysé les résultats des tests. La durée de conservation du pain de mie est calculée dans des conditions de stockage à température normale.
Ces dernières années, certains modèles cinétiques et modèles de croissance microbienne ont été progressivement appliqués à la prédiction de la durée de conservation des produits en Chine. Hu Yunfeng et al. ont étudié le modèle dynamique du changement de qualité de la farine de riz fraîche et humide à différentes températures de stockage et ont appliqué le modèle d'Arrhenius pour prédire sa durée de conservation. Les résultats montrent que le coefficient d'ajustement de la valeur bleue classique de la farine de riz fraîche et humide est élevé et que le modèle basé sur la valeur bleue classique comme cible de prédiction a une faible erreur empirique.
Cheng Xiaofeng et al. ont étudié la prédiction de la durée de conservation des biscuits comprimés et ont choisi la méthode ASLT combinée au modèle d'Arrhenius pour la prédiction. L'évolution de l'indice d'acidité des biscuits comprimés a été déterminée dans des conditions de température de stockage accélérée. Il a été constaté que le changement de l'indice d'acidité était évident, ce qui correspondait au modèle cinétique du premier ordre. L'équation de prédiction de la durée de conservation des biscuits comprimés a été établie et la durée de conservation des produits à 45 ℃ a été calculée.
Problèmes et suggestions concernant l'étude de la durée de conservation en Chine
1. La recherche actuelle sur la durée de conservation couvre peu de types de produits, principalement des aliments prêts à consommer ;
2. Dans les normes actuelles, de nombreux types de produits nationaux ne sont pas conçus en fonction de la qualité du produit, en particulier des indicateurs de sécurité non alimentaire (indicateurs de santé), mais dans la circulation réelle des produits, la qualité du produit change souvent avant les indicateurs de sécurité alimentaire, ce qui rend difficile la détermination de la fin de la durée de conservation du produit.
Par exemple, lors de l'expérimentation de la durée de conservation des barres aux noix, le schéma expérimental des barres aux noix a été conçu en se référant au schéma expérimental de stabilité de la durée de conservation basé sur les conditions de température de l'annexe B du Guide général pour la durée de conservation des denrées alimentaires T/CNFIA 001-2017. Selon les données de référence, l'expérience accélérée a été conçue selon Q10=4, en utilisant des échantillons à température ambiante (25 ℃), des échantillons accélérés (conditions de stockage de 35 et 45 ℃, 75%RH) et des échantillons de contrôle (conditions de stockage de 4 ℃). Le produit a été réalisé selon la norme GB 7099-2015 "Food Safety National Standard pastry and bread", conformément aux exigences pertinentes de la norme. Les indices physicochimiques (indice d'acidité, indice de peroxyde), microbiologiques (nombre total de colonies, nombre de moisissures, nombre de coliformes), sensoriels (test de différence, test d'acceptation par le consommateur) ont été comparés et évalués.
Les résultats expérimentaux ont montré que dans les conditions accélérées de 35℃ et 45 ℃, l'indice d'acidité et l'indice de peroxyde ne dépassaient pas la valeur limite de la norme dans les 320 jours après la conversion des jours de stockage à température normale, et les résultats des tests microbiens étaient également qualifiés, ce qui était bien inférieur aux exigences limites de la norme. Par conséquent, le Q10 du produit ne peut pas être déterminé par l'indice d'acidité ou l'indice de peroxyde, et la durée de conservation du produit peut être évaluée par l'indice d'acidité ou l'indice de peroxyde.
Selon les résultats expérimentaux du test en trois points de l'évaluation sensorielle, dans l'intervalle de confiance de P≤0,05, le produit dans la condition d'accélération de 35 ℃ présentait la différence la plus évidente entre l'échantillon de contrôle et le produit lorsque les jours de stockage atteignaient 270 jours à température normale, mais l'échantillon de contrôle ne présentait pas de différence significative, et la différence entre le produit en stockage continu et l'échantillon de contrôle ne s'est pas élargie. Lorsque les jours de stockage à température ambiante ont atteint 270 jours dans des conditions accélérées de 45 ℃, il y a eu une différence significative entre l'échantillon et l'échantillon de contrôle. D'après cette expérience, la durée de conservation du produit à température ambiante devrait être d'environ 270 jours (9 mois).
Les résultats de l'évaluation de l'acceptation sensorielle ont montré que dans les conditions accélérées de 35 ℃, aucun indice n'a échoué à atteindre l'exigence minimale d'acceptation de 3,5 points pendant la période d'essai (convertie en 320 jours de stockage à température normale). Dans des conditions d'accélération de 45 ℃, les produits stockés pendant 450 jours à température ambiante ne peuvent pas atteindre l'exigence minimale d'acceptation de 3,5 points, à l'exception de l'indice d'adhérence. D'après cette expérience, la durée de conservation du produit à température ambiante devrait être d'environ 450 jours (15 mois).
Trois méthodes expérimentales différentes ont permis d'obtenir des résultats de test de durée de conservation complètement différents, et les indicateurs physiques et chimiques ne sont pas dépassés, l'aspect sensoriel est apparu inacceptable.
3. Pour les produits céréaliers similaires (tels que le riz, les nouilles, etc.) et d'autres produits agricoles de première transformation, en raison de l'absence d'indicateurs (physiques et chimiques, microbiens) ou d'indicateurs de détérioration de la qualité des produits intermédiaires (tels que la valeur des acides gras), la durée de conservation du produit est médiocre.
Compte tenu des problèmes susmentionnés et de nombreuses catégories de produits alimentaires nationaux, la période d'essai de la durée de conservation est longue et les données relatives à la prévision de la durée de conservation des différentes catégories de produits alimentaires ne sont pas solides. Il est suggéré d'intensifier la recherche sur la prédiction de la durée de conservation de différents aliments et produits agricoles transformés, de renforcer la recherche sur les indicateurs de détérioration de la qualité connexes et d'améliorer la stabilité et la fiabilité des données relatives à la prédiction de la durée de conservation. Parallèlement, en combinaison avec le modèle ASLT, la durée de conservation est mesurée après l'obtention du Q10 par le biais d'un test multi-température, et la précision de la prédiction de la durée de conservation est améliorée.