Gıda raf ömrü tahmininin yaygın modelleri ve uygulama durumları nelerdir?

Gıdanın raf ömrü sadece tüketicilerin duyusal zevkini etkilemekle kalmaz, aynı zamanda tüketicilerin sağlık ve güvenliğini de ilgilendirir ve gıda üreticilerinin itibarı, markası ve ekonomik faydaları ile ilgilidir. Belirli saklama koşulları altında ürünlerin raf ömrünün doğru bir şekilde tahmin edilmesi ve hesaplanması, üreticilerin dolaşım süresi boyunca gıdanın kalitesi ve etkinliği konusundaki garantisi ve taahhüdüdür; bu da ürün depolama, dolaşım ve dağıtım stratejilerinin formülasyonu için etkili bir temel sağlayabilir ve ayrıca raf ömrünü daha da uzatma olasılığı için bir referans sağlayabilir.

Bir gıdanın raf ömrü, belirtilen saklama koşulları altında gıdanın kalitesinin korunduğu, genellikle gıdanın fiziksel, kimyasal, mikrobiyolojik veya duyusal özellikler açısından tüketim için kabul edilebilir olduğu süredir. Ürün özelliklerine bağlı olarak iki olası senaryo vardır.
Birincisi "güvenli tüketim süresi", özellikle çabuk bozulan gıdalar için, "güvenli tüketim süresi "nden sonra, kısa bir süre içinde insan sağlığına doğrudan bir tehdit oluşturması muhtemeldir, gıda güvensiz kabul edilir, satılamaz veya yenemez;
İkinci durum ise "son tüketim tarihi" olup, gıdanın uygun şekilde depolandığında belirli özelliklerini (görünüm, koku, doku, tat vb. kalite özellikleri dahil) koruduğu tarihtir (EU1169/2011).
Şu anda Çin'de kullanılan standart terim "gıda raf ömrü "dür ve 23 Eylül 2020 tarihinde yayınlanan "Gıda Etiketleme Denetim ve İdare Tedbirleri (Yorumlar için Taslak)" Madde 15 (3)'te "kalite tarihi" ××× ay ×× gününden önce yeme (içme) ××× Yıl ×× ay ×× gün ××× yıl ×× "vb." ile işaretlenebilir. Gelecekteki "gıda raf ömrünün" gıda raf ömrü kavramını içereceğini gösterir.
Bu makale, gıda üreticilerinin gıda raf ömrünü değerlendirmesi, tasarlaması ve doğrulaması için belirli bir temel sağlamak amacıyla, gıda raf ömrü ile ilgili standartlara ve düzenlemelere odaklanacak, kalite bozulması ilkesine dayalı raf ömrü tahmin yöntemini özetleyecek ve mevcut raf ömrü tahmin modelinin pratik uygulamasında var olan sorunları önceki araştırma temeliyle birlikte analiz edecektir.
Gıda raf ömrü/kullanım süresi standartları ve yönetmeliklerinin durumu
Şu anda, çeşitli ülkelerde gıda raf ömrü veya gıdanın raf ömrünün tanımı için evrensel bir standart bulunmamaktadır. ISO 16779:2015, gıdanın son kullanma tarihinin, pazarlanan ürünlerin belirtilen depolama koşulları altında beyan edilen kalitelerini korumaları için son tarih olduğunu, yani bu tarihten önce ürün kalitesinin hala tamamen tatmin edici olduğunu; ve son kullanma tarihinin, belirtilen depolama koşulları altında gıdanın güvenli kalitesinin korunduğu son kullanma tarihi olduğunu, bundan sonra ürünün tüketiciler tarafından yaygın olarak beklenen kalite özelliklerine sahip olmayabileceğini, yani bu tarihten sonra gıdanın pazarlanabilir olarak kabul edilmemesi gerektiğini öngörmektedir.
Tablo 1 Farklı ülkelerdeki gıda raf ömrü/raf ömrü standartları ve düzenlemeleri

Gıda raf ömrü tahmininde yaygın modeller ve uygulamalar
Halihazırda gıda ve içecek ürünlerinin üzerinde yer alan raf ömrü ibaresi genellikle tüketicilere ürünün belirlenen işleme, paketleme, nakliye ve depolama koşulları altındaki raf ömrüne ilişkin kabaca bir kılavuz sunmaktadır.
Bununla birlikte, gerçek ürün yaşam zincirinde, depolama koşullarındaki değişiklikler, nakliye sırasında ambalajın zarar görmesi ve diğer faktörler, ürünün gerçek raf ömrünü, ürünün amaçlanan raf ömründen daha kısa veya daha uzun hale getirebilir ve bu da gıda güvenliği ve israfla ilgili sorunlara yol açabilir.
Bu nedenle raf ömrü tahmini ve değerlendirmesindeki gelişmeler, gıda arzının güvenliği, güvenilirliği ve sürdürülebilirliğinin iyileştirilmesi açısından kritik öneme sahiptir.
Raf ömrü tahmin yönteminde, çevresel koşulların değişimine göre ürünün hizmet ömrünü daha doğru tahmin edebilen ve aynı zamanda gerçek zamanlı olarak izlenebilen doğru dinamik modeli ve veri analiz teknolojisini seçmek çok önemlidir. Bu makalede, kalite bozulma prensibine dayalı raf ömrü tahmin yöntemi gözden geçirilmiştir.
Son yıllarda, yerli ve yabancı akademisyenler et ürünleri, sebzeler, meyveler ve benzerlerinin kalite değişimlerini incelemek ve depolama ömürlerini tahmin etmek için dinamik modeller kullanmış ve iyi sonuçlar elde etmişlerdir.
Ürün kalitesinin değişimini etkileyen ana faktörler analiz edilerek raf ömrü sonu için temel göstergeler belirlenir ve kalite bozulması prensibine dayalı raf ömrü tahmin yöntemi sistemi oluşturulur.
Gıda kalitesindeki değişim, iç kalite özellik faktörleri Ci (konsantrasyon, pH, su aktivitesi vb.) ve dış çevresel faktörler Ej (sıcaklık, bağıl nem, paketleme vb.) tarafından belirlenir. Gıda kalitesindeki bozulma şu şekilde ifade edilebilir: rQ=f(Ci,Ej). Gıda kalitesinin bozulması genellikle kimyasal kalite bozulması, mikrobiyal büyüme dinamikleri ve gıda duyusal bozulmasını içerir.
1. Kimyasal kalite bozulma kinetiği modeli Gıda bozulmaları çoğunlukla kimyasal reaksiyonlardan kaynaklanır, kimyasal kalite bozulma kinetiği modeli genellikle raf ömrünü tahmin etmek için kullanılır.
Kimyasal kütle bozunumunun yaygın olarak kullanılan kinetik modeli Arrhenius modelidir.
Arrhenius modeli, yağ oksidasyonu, Maillard reaksiyonu ve protein denatürasyonu gibi kimyasal reaksiyonlarla kolayca tahrip olan gıdalara uygulanır.
Genel olarak, sıcaklık ne kadar yüksek olursa, kimyasal reaksiyon hızı da o kadar hızlı olur, bu da ürün kalitesinin daha hızlı düşmesi anlamına gelir. Q10 modeli, sıcaklığın raf ömrü üzerindeki etkisine odaklanır ve bu da düşük tahmin doğruluğuna yol açar. Arrhenius modelinde, sıcaklığın reaksiyona duyarlılığını belirlemek için Q10 kavramı kullanılır.
Bir gıdanın raf ömrü kaybı genellikle t süresi boyunca A karakteristik kütle indeksindeki değişimin ölçülmesiyle değerlendirilir, genellikle f(A)=k(T)t şeklinde ifade edilir, burada f(A) gıdanın kütle fonksiyonu ve k reaksiyon hızı sabitidir.
Hız sabiti, Arrhenius Arrhenius ifadesiyle verilen mutlak sıcaklık T'nin ters üstel fonksiyonudur, k=kAexp(-ea /RT), burada kA bir sabittir, EA kütle kaybını kontrol eden reaksiyonun aktivasyon enerjisidir ve R evrensel gaz sabitidir. Aşağıdaki uydurma denklemine göre, raf sonundaki ürün kalitesi hesaplanabilir: -d [A]/dt=k[A]n, -d [B]/dt=k '[B]n', burada k ve k 'kalite değişim hızı sabitleridir; n ve n 'reaksiyon sırasıdır; d[A]/dt ve d/dt kalite değişim oranlarıdır. Kimyasal indeks A'nın (besinler veya karakteristik tatlar gibi) veya istenmeyen kimyasal indeks B'nin (koku bileşimi veya solan pigment içeriği) kaybı, A veya B'nin t zamanına doğrusal uyumu sağlanırsa sıfırıncı dereceden moddur; A veya B semilogları ile t arasındaki doğrusal uyum sağlanırsa birinci dereceden bir modeldir. 1/A veya 1/B'nin t'ye doğrusal uyumu sağlanırsa, ikinci düzey bir moddur.
Mikrobiyal bozulma, özellikle taze veya minimum düzeyde işlenmiş soğutulmuş ürünler için gıdaların bozulmasının ana yollarından biridir.
Mikroorganizmalar gıdaların bozulmasına veya gıda kaynaklı hastalıklara neden olabilir. Çalışmalar, mikroorganizmaların neden olduğu gıda bozulmasının esas olarak gıda depolamadaki spesifik bozulma organizmalarının (SSO) faaliyetlerinden kaynaklandığını ve mikrobiyal floranın statik olmadığını ve farklı gıda türlerinin iç faktörleri ve dış çevresel faktörleri ile değiştiğini göstermiştir. Büyüme eğilimi, gıda raf ömrünün tahmin edilmesinde önemli bir faktördür.
Raf ömrü, depolamanın başlangıcından SSO'ların belirli bir maksimum seviyeye ulaşmasına kadar geçen süre olarak tanımlanabilir. Üretim ve işleme işletmeleri, bozulmanın ne zaman meydana geldiğini belirlemek için raf ömrü testleri yapmalı ve gıdalarının potansiyel riskini değerlendirmek için sağlam bilimsel araştırmalar kullanarak patojen mikroorganizmaların büyüme eğilimini etkili bir şekilde doğrulamalıdır.
Literatürde mikrobiyal büyümeyi tanımlamak için sıcaklıkla ilgili birçok model vardır ve gıdalardaki belirli mikroorganizmaların büyümesini tahmin etmek için bir dizi yazılım aracı geliştirilmiştir, ancak sadece birkaçı gerçek raf ömrü tahminine uygulanabilir.
Mikrobiyal dinamiklerin dört yaygın birinci dereceden modeli vardır: Doğrusal model, Lojistik model, Gompertz modeli ve Baranyi & Roberts modeli. Gompertz modeli, öngörücü mikrobiyolojinin temel taşıdır. ABD Tarım Bakanlığı tarafından geliştirilen PMP (Patojen Modelleme Programı) sistemi ve İngiltere Tarım, Gıda ve Balıkçılık Bakanlığı tarafından geliştirilen Food Micromodel (FM) sisteminin her ikisi de birincil model olarak Gompertz fonksiyonunu kullanmaktadır.
3. Duyusal Öngörülü raf ömrü modelleri Duyusal Öngörülü raf ömrü yöntemleri 1980'ler ve 1990'ların başlarında Taoukis ve arkadaşları etkili Hızlandırılmış raf ömrü testi (ASLT) gerçekleştirmek için ilke ve yöntemleri tanımlamıştır.
ASLT yönteminde sıcaklık, gıda hasarının belirlenmesinde anahtar parametredir, çünkü sıcaklık ne kadar yüksekse gıda hasarı da o kadar hızlı olur.
Sıcaklık ve bozulma oranı arasındaki ilişki Arrhenius denklemi ile ifade edilebilir. Bu amaçla kullanılabilecek genel olarak iki ana test sınıfı vardır: diferansiyel testler (özellikle pin-wise karşılaştırmaları, ikili üçlü testler - genellikle farklılıklardaki varyasyon için kontrollü testlerde - ve üçgen testler) ve uygun ölçekleri (özellikler veya bazı özel nitelikler) kullanan testler.
Şu anda, yurtiçinde ve yurtdışında yaygın olarak kullanılan duyusal raf ömrü tahmin yöntemi, ASLT ve duyusal yöntemlerin prensibini etkili bir şekilde birleştiren ve iyileştirmeler yapan pratik bir yöntem olan Weibull tehlike analizidir.
Weibull olasılık fonksiyonu mühendislikte başarısızlık olaylarını tanımlamak için yaygın olarak kullanılmaktadır ve Gacula ve Kubala tarafından raf ömrü testi için önerilmiştir. Yöntemin prensibi, ürünün tüketici tarafından reddedilmesiyle yansıtılan kümülatif zarar oranı ve depolama süresi arasındaki ilişkinin aşağıdaki gibi olmasıdır: lgt=lgH/β+ LG-α : t yeni bozulmuş gıdanın keşfedilme zamanı /d; H kümülatif risk oranı /%; α ölçek Weibull dağılım parametresi; Beta şekil Weibull dağılım parametresidir.
Wahyuni ve arkadaşları, Arrhenius modeli ile birleştirilmiş hızlandırılmış raf ömrü testi (ASLT) yöntemini benimseyerek browni keklerin raf ömrünün tahminini çalışmışlardır.
Bu çalışmada, 20°C, 30°C ve 40°C olmak üzere üç depolama sıcaklığı değişimi kullanılmış ve izleme için değişim indeksi olarak tiyobarbitürik asit (TBA) seçilmiştir.
Ketaren'in araştırmasına göre, depolama sırasında yağ gibi besin maddelerinde meydana gelen değişiklikler gıda acılaşmasına neden olur ve oksidasyon ürünleri aldehitler TBA ile renkli bileşikler oluşturabilir. TBA değeri oksidasyon derecesini belirtmek için kullanılır ve TBA miktarı yağ hasarının derecesini belirlemede en önemli faktördür.
Deneysel sonuçlar, TBA değerinin depolama sıcaklığının artmasıyla arttığını ve brownie'nin depolama ömrünün Arrhenius denklemi ile tahmin edildiğini, yani sıcaklık artışıyla (20 ℃, 30 ℃, 40 ℃), ürünün raf ömrünün sırasıyla 1.57, 4.9 ve 14 gün olduğunu göstermiştir.
Nashi ve arkadaşları, anlık ultra yüksek sıcaklık işleminden sonra yulaf taneli içeceklerin lezzet özellikleri üzerine bir raf ömrü çalışması yürütmüş ve değerlendirme indeksleri arasında olumsuz lezzet karışımı, n-heksal ve PVG yer almıştır. Değerlendirme yöntemi olarak aroma maddesi kromatografisi kullanılmış ve aroma kabul edilebilirliğini puanlamak için bir duyusal değerlendirme ekibi kurulmuştur. Deneysel sonuçlar, n-hekzal içeriği başlangıç değerinden 3-5 kat daha yüksek olduğunda, yulaflı tahıl içeceğinin lezzet kalitesinin arttığını göstermiştir. Yulaflı tahıl içeceği aroması kabul edilemez.
HU ve arkadaşları, depolama sırasında kitosan ile gömülen yumurtaların kalite değişikliklerini ve raf ömrünü incelemiş ve sırasıyla 5 ℃, 20 ℃ ve 35 ℃'de depolama sırasında gömülen yumurtaların kalite değişikliklerini ölçmüştür. Arrhenius denklemine dayalı bir raf ömrü tahmin modeli oluşturmak için Hough değeri, yoğunluk ve hazne çapının yüzde artışının Pearson korelasyon katsayısı analiz edilmiştir.
Sonuçlar, depolama süresinin uzamasıyla birlikte yumurta kalitesinin azaldığını göstermiştir. Düşük sıcaklıktaki (5 ℃) depolama ortamına kıyasla yüksek sıcaklıktaki (20 ℃ ve 35 ℃) depolama ortamının kalite bozulması üzerinde önemli bir etkisi vardır. Yumurta sarısı kalitesi ile Hough birimi arasındaki korelasyon katsayısı en yüksektir ve raf ömrünü tahmin etmek için önemli bir indeks olarak kullanılabilir. Yumurta kalitesinin değişim yasasına göre, yumurta sarısının birinci dereceden dinamik modeli oluşturulabilir.
Tahmin edilen değer ile ölçülen değer arasındaki eğri uydurma R2 katsayısı 0,982 5 ve ortalama bağıl hata P 9,32% olup 10%'den azdır. Yumurta sarısı kalitesi ve sıcaklık arasındaki dinamik ilişki tanımlanmıştır.
Aynı zamanda, dinamik modele dayalı olarak, yumurta sarısı katsayısına dayalı kitosan yumurtanın raf ömrü tahmin modeli belirlenmiştir. Ortalama bağıl hata 7.6% olup 10%'den daha azdır ve yumurta sarısı kalite değişimine dayalı yumurta raf ömrü tahmin modelinin uygulanabilir olduğunu göstermektedir.
Liu Hong ve arkadaşları, şu anda Çin'in gıda ve içecek endüstrisinde raf ömrünün belirlenmesinin çoğunlukla referans yöntemine, yani ampirik değer belirlemeye dayandığını ve bilimsel ve standart test yöntemlerinden yoksun olduğunu göstermiştir. Q10 modeli, Çin'de yıkıcı testlerin hızlandırılması için yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir ve esas olarak depolama sırasında sıcaklığın ürün kalitesi üzerindeki etkisini inceler.
Ren Yani ve arkadaşları yumuşak ekmeğin raf ömrünü tahmin etmek için ASLT yöntemini kullanmıştır. Deneysel sıcaklıklar normal sıcaklık olan 20°C, 37°C ve 47°C'ye ayarlanmış ve bağıl nem 60% olarak belirlenmiştir. Yazarlar, ürünlerin asit değerini, peroksit değerini ve mikrobiyal indekslerini (toplam koloni sayısı, küf ve Escherichia coli) 37°C ve 47°C'de test ederek, duyusal değerlendirme sonuçları ve Q10 modeli ile birlikte testlerin sonuçlarını analiz etmişlerdir. Yumuşak ekmeğin raf ömrü normal sıcaklıkta depolama koşullarında hesaplanmıştır.
Son yıllarda, bazı kinetik modeller ve mikrobiyal büyüme modelleri Çin'de ürün raf ömrü tahminine kademeli olarak uygulanmaktadır. Hu Yunfeng ve arkadaşları, farklı depolama sıcaklıklarında taze ve ıslak pirinç ununun kalite değişiminin dinamik modelini incelemiş ve raf ömrünü tahmin etmek için Arrhenius modelini uygulamıştır. Sonuçlar, taze ve ıslak pirinç ununun klasik mavi değerinin uyum katsayısının yüksek olduğunu ve tahmin hedefi olarak klasik mavi değere dayanan modelin küçük bir ampirik hataya sahip olduğunu göstermektedir.
Cheng Xiaofeng ve arkadaşları sıkıştırılmış bisküvilerin raf ömrü tahminini incelemiş ve tahmin için Arrhenius modeli ile birleştirilmiş ASLT yöntemini seçmiştir. Hızlandırılmış depolama sıcaklığı koşulu altında, sıkıştırılmış bisküvilerin asit değerindeki değişim belirlenmiştir. Asit değerindeki değişimin birinci dereceden kinetik modele uygun olarak belirgin olduğu görülmüştür. Sıkıştırılmış bisküvilerin raf ömrü tahmin denklemi oluşturuldu ve ürünlerin 45 ℃'deki raf ömrü hesaplandı.
Çin'de raf ömrü çalışmalarında karşılaşılan sorunlar ve öneriler
1. Mevcut raf ömrü araştırması, çoğunlukla hazır gıdalar olmak üzere az sayıda ürün türünü kapsamaktadır;
2. Mevcut standartlardaki birçok yerli ürün türü, özellikle gıda güvenliği dışı göstergeler (sağlık göstergeleri) olmak üzere ürün kalitesi tasarımından yoksundur, ancak malların fiili dolaşımında, ürün kalitesi genellikle gıda güvenliği göstergelerinden önce değişir ve bu da ürünün raf ömrünün sonunu belirlemenin zor olmasına neden olur.
Örneğin, fındık bar ürünlerinin raf ömrü deneyini gerçekleştirirken, fındık bar ürünlerinin deney şeması, T/CNFIA 001-2017 Gıda Raf Ömrü Genel Kılavuzu Ek B'deki sıcaklık koşullarına dayalı raf ömrü stabilitesi deney şemasına atıfta bulunularak tasarlanmıştır. Referans verilere göre hızlandırılmış deney, oda sıcaklığı numuneleri (25 ℃), hızlandırılmış numuneler (35 ve 45 ℃ depolama koşulları, 75%RH) ve kontrol numuneleri (4 ℃ depolama koşulları) kullanılarak Q10=4'e göre tasarlanmıştır. Ürün, GB 7099-2015 "Gıda Güvenliği Ulusal Standart pasta ve ekmek" standardının ilgili gerekliliklerine göre gerçekleştirilmiştir. Fizikokimyasal (asit değeri, peroksit değeri), mikrobiyolojik (toplam koloni sayısı, küf sayısı, koliform sayısı), duyusal (fark testi, tüketici kabul testi) indeksler karşılaştırılmış ve değerlendirilmiştir.
Deneysel sonuçlar, 35 ℃ ve 45 ℃ hızlandırılmış koşullar altında, asit değeri ve peroksit değerinin normal sıcaklıkta depolama günlerinin dönüştürülmesinden sonraki 320 gün içinde standart sınır değerini aşmadığını ve mikrobiyal test sonuçlarının da standarttaki sınır gerekliliklerinden çok daha düşük olan nitelikli olduğunu göstermiştir. Bu nedenle, ürünün Q10 değeri asit değeri veya peroksit değeri testi ile belirlenemez ve ürünün raf ömrü asit değeri veya peroksit değeri ile değerlendirilebilir.
Üç noktalı duyusal değerlendirme testinin deneysel sonuçlarına göre, P≤0,05 güven aralığında, 35 ℃ hızlandırma koşulu altındaki ürün, depolama günleri normal sıcaklıkta 270 güne ulaştığında kontrol numunesi ile ürün arasında en belirgin farka sahipti, ancak kontrol numunesinin önemli bir farkı yoktu ve sürekli depolamadaki ürün ile kontrol numunesi arasındaki fark genişlemedi. Oda sıcaklığında depolama günleri 45 ℃ hızlandırılmış koşul altında 270 güne ulaştığında, numune ile kontrol numunesi arasında önemli bir fark vardı. Bu deneye göre, ürünün oda sıcaklığındaki raf ömrü yaklaşık 270 gün (9 ay) olmalıdır.
Duyusal kabul değerlendirmesinin sonuçları, 35 ℃ hızlandırılmış koşul altında, test süresi boyunca (normal sıcaklıkta 320 günlük depolamaya dönüştürülmüş) hiçbir indeksin minimum kabul gereksinimi olan 3,5 puanı karşılayamadığını göstermiştir. 45 ℃ hızlanma koşulu altında, oda sıcaklığında 450 gün depolanan ürünler, yapışma indeksi dışında minimum kabul gereksinimi olan 3,5 puana ulaşamaz. Bu deneye göre, ürünün oda sıcaklığındaki raf ömrü yaklaşık 450 gün (15 ay) olmalıdır.
Üç farklı deneysel yöntem tamamen farklı raf ömrü test sonuçları elde etmiştir ve fiziksel ve kimyasal göstergeler aşılmamış, duyusal kabul edilemez bir puan ortaya çıkmıştır.
3. Benzer tahıl ürünleri (pirinç, erişte vb.) ve diğer birincil işlenmiş tarım ürünleri için, ara ürünlerin kalite bozulmasına ilişkin gösterge niteliğinde göstergelerin (fiziksel ve kimyasal, mikrobiyal) veya gösterge niteliğinde göstergelerin (yağ asidi değeri gibi) bulunmaması nedeniyle ürünün raf ömrü zayıftır.
Yukarıdaki sorunlar ve birçok yerli gıda kategorisi göz önüne alındığında, raf ömrü test süresi uzundur ve farklı gıda kategorilerinin raf ömrü tahmin verileri güçlü değildir. Farklı gıda ve birincil işlenmiş tarım ürünlerinin raf ömrü tahminine ilişkin araştırmaların artırılması, ilgili kalite bozulma göstergelerine ilişkin araştırmaların güçlendirilmesi ve raf ömrü tahmin verilerinin istikrarının ve referans alınabilirliğinin iyileştirilmesi önerilmektedir. Aynı zamanda, ASLT modeli ile birlikte, Q10 çoklu sıcaklık testi ile elde edildikten sonra raf ömrü ölçülür ve raf ömrü tahmininin doğruluğu artırılır.