Конечным результатом всестороннего изучения кинетического поведения пище­вого продукта по основным показателям качества в широком диапазоне темпера­тур должна быть математическая модель его срока хранения. Эта модель позволяет получить надежную оценку потери качества изучаемого продукта при различных температурно-временных условиях, отличных от экспериментальных. Один из ос­новных факторов, объясняющий необходимость полной информации о влиянии температуры на показатели качества, - это разнообразие температурно-времен­ных условий в ходе реальных условий хранения продукта по цепочке сбыта вплоть до конечного потребителя. Проведенные исследования условии хранения товар­ных запасов в розничной торговле и на потребительском уровне [18] свидетельст­вуют о том, что температурные режимы хранения охлажденных и заморо­женных пищевых продуктов во многих случаях далеки от идеальных. Ам­плитуды температурных колебаний холодильникови бытовых морозильниковбыли получены в ходе исследования репрезентативной выборки бытовых холодильников.

Таблица 3.4. Примеры определения кинетических характеристик по основным видам порчи пищевых продуктов

Пищевыепродукты нередко подвергаются негативному воздействию внешних переменных температуры среды, особенно во время хранения и транспортировки. В общем случае значение функции качества (3.2) в момент времени t вычисляется с помощью интеграла (3.21), где T(t) означает изменение температуры от времени:

Формула (3.21) – с 80.

Для выражения интегрального влияния изменения температуры на снижение качества продукта используется понятие эффективной температуры Тeff, которая определяется как некая постоянная температура, оказывающая такое же влияние на качество продукта, как распределение температурного поля за один и тот же период времени. При этом подходе общее неизотермическое влияние на продукт позволяет упростить уравнение (3.21) до следующего выражения с единственным постоянным значением температуры:

Формула 3.22 (с. 81).

где keff – скорость реакции потери качества при эффективной температуре.

Если функция Т(t) не является непрерывной или преобразована к дискретной функции Тi cмалым временным шагом ti (при Σ ti = ttot), тогда уравнение (3.22) сво­дится к (3.23) при условии применимости уравнения Аррениуса:

Формула 3.23 (с. 81).

Из уравнения (3.23) можно получить оценку значения keff и затем с помощью уравнения Аррениуса вычислить эффективную температуру Тeff.

Описанный подход позволяет оценить конечное качество пищевого продукта для конкретной цепочки сбыта, включающей несколько этапов хранения, транспор­тировки и погрузочно-разгрузочных операций, если известны функция качества продукта и температурно-временные условия цепочки сбыта.

В конце каждого этапа для вычисления реализованной части срока хранения fcon можно применить эквивалентный метод температурно-временной стабильности (time/temperature/tolerance, TTT) [15, 62]. Согласно этому методу fcon оценивается как сумма отношений промежутков времени ti для каждого фиксированного значе­ния температуры ?i и сроков хранения продукта при этой температуре:

Формула 3.24 (c. 81).

где i – различные температурно-временные шаги в пределах конкретного изучаемо­го этапа.

В конце каждого этапа остаточный срок хранения продукта при эталонной тем­пературе этана вычисляется как величина, равная (1 – Σ fcon) • ?, где ? - срок годно­сти продукта при этой эталонной температуре.

Чтобы продемонстрировать полезность подхода ТТТ для оценки влияния темпе­ратуры на качество пищевого продукта при хранении и транспортировке, рассмот­рим пример реальной цепочки сбыта. В работе [19] были измерены потери витами­на С, выбранного в качестве основного из значимых показателей качества, для четы­рех наиболее популярных видов замороженных овощей, а именно зеленого горошка, шпината, зеленых бобов и окры (бамии). Реакция деградации витамина С была опре­делена как реакция кажущегося первого порядка и разработана ее кинетическая мо­дель. Кроме того, была проверена обоснованность применения уравнения Аррениуса при неизотермических условиях. Исследования показали, что относительно возмож­ной общности поведения казалось бы схожих систем, в данном случае замороженных овощей, необходимо проявлять осторожность. Их сравнительная опенка свидетель­ствует, что на скорость потери витамина С существенно влияет вид растительной ткани. Наиболее чувствительным оказался шпинат. Горошек и бобы обладали уме­ренной сохраняемостью витамина С, а у окры скорость его потери оказалась значи­тельно ниже.

Кинетические результаты применения уравнения Аррениуса обобщены в табл. 3.5. Эти результаты использованы для прогнозирования потерь витамина С в любой точке гипотетической цепочки сбыта зеленых овощей.

Таблица 3.5. Потери витамина С для четырех видов овощей при холодильном хранении (-3 < t < -20 °С)

Этот вполне реалистичный сценарий сбыта включал начальный этап 10-диевного хранения на заводском складе, транспортировку, затем 10-дневное хранение на оптовой базе, откуда овощи распределялись по различным супермаркетам (уровень розничной торговли) с хранением в течение 15 сут перед продажей в закрытых вер­тикальных холодильниках и открытых горизонтальных холодильных витринах. Последним этапом этой цепи сбыта было 15-дневное домашнее хранение перед кули-парной обработкой и потреблением. Температурные условия первых этапов заимст­вованы из работы [24], а для условий хранения в розничной торговле и в домашних условиях использовались экспериментальные данные. Если температурно-временная история продуктов отслеживается постоянно, то с помощью уравне­ния (3.24) можно оценить степень сохраняемости витамина С и реализованную часть срока хранения (fcon) после каждого этапа этой цепи сбыта для всех исследо­ванных видов замороженных овощей.

При эталонной температуре -18°С (стандартная температура, регламен­тируемая производителем для хранения замороженных овощей) остаточный срок хранения в конце этапа хранения в рознице (этап 3) для шпината, зеленого горошка, зеленых бобов и окры составил 7, 119, 139 и 363 ч соответственно, если считать приемлемым снижение содержания витамина С на 50%. При заданных температурно-временных условиях в конце цепи сбыта (конец этапа 4) содержание витамина С в шпинате и зеленых бобах находилось ниже приемлемого уровня, тогда как остаточные сроки хранения для зеленого горошка и окры оказались 13 и 234 ч соответственно. Значимость этапа домашнего хранения (этап 4)становится более наглядной, если предыдущий сценарии изменить таким образом, чтобы температурные условия бытового холодильника были идеальными (около -18°С), как показано точечной линией. Следует отметить, что если в ходе домашнего хранения поддерживается требуемая температура, то ко времени потребления зеленые бобы сохраняют приемлемое качество, а остаточный срок хранения для окры и зеленого горошка значительно возрастает.

При всей очевидной пользе этого метода для прогнозирования срока хранения пищевых продуктов в некоторых случаях влияние различных последовательных этапов их сбыта не является аддитивным, а зависит от последовательности температурно-временных условий, в которых оказывается продукт, или даже от амплитуды температурных колебаний. Примером такого поведения может служить эффект концентрирования растворов при замораживании, который может вызвать значи­тельное увеличение скорости химических реакций в области субкриоскопических температур.

Если для большинства температурно-временных сценариев сбыта пищевых про­дуктов условие аддитивности выполняется и эффект последействия незначителен, можно применять температурно-временные интеграторы (Time Temperature Integra­tors, TTI) – надежное средство непрерывного мониторинга температур и прогнози­рования продолжительности хранения [51, 54]. TTIпредставляют собой устройства с легко измеряемым откликом, отражающим аккумулированную температурно-временную предысторию продукта. Принцип их действия основан на протекании необ­ратимых реакций, которые запускаются в момент их активации и по мере повыше­ния температуры протекают с возрастающей скоростью. Их кинетика напоминает температурную зависимость большинства реакции потери качества пищевыми про­дуктами. По существу эффективность этих устройств для мониторинга снижения качества и оценки остаточного срока хранения в любой точке цепи сбыта пищевых продуктов зависит от успешной имитации кинетики потери качества продуктом. Та­ким образом, TTI способны отражать состояние качества продукта только в том слу­чае, если энергия активации реакции, которая выбрана для оценки срока хранения, близка к энергии активации реакции отклика TTI, которая определяется после пол­ного кинетического изучения поведения конкретного устройства [52].