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商品保質期的估計

保存期被認為是壹個關鍵因素,它決定了生防菌商業化是否成功,就像田間防治效果壹樣(馮等,1994)。如果制劑的保質期能達到18個月,存活率略有下降,就會有很好的農業市場(Couch et al .,1981),這是由於濕度和溫度的強烈影響而難以實現的。樣品在高溫高濕下的穩定性被廣泛用於快速評價食品和藥品的儲存期(Labuza et al .,1985)。這樣就有可能在幾天或幾周內采集數據而不耽誤時間(如幾個月),而且需要在實際儲存條件下進行較長的保質期評估。利用溫度轉換模型,將加速實驗得到的數據轉換成貯存條件下的實時(實際時間),如Q10或Arrhenius方程的活化能(EA)(Saguy et al .,1980)。但在加速實驗得出錯誤結論之前,很多實際和理論上的錯誤是可以避免的(Franks,1994)。下面是Labuza等人(1983)建立的壹個數學模型,用來模擬和估計商品保質期和商品質量損失。

12.5.5.1保質期與商品質量的數學模型

有壹個基本的假設,就是有壹組影響產品質量的參數(Q)(實驗中是存活率),是可以測量的。進壹步的定量分析需要質量變化時間和壹些因素之間的關系,通常用下面的等式表示:

木黴生物學

每個因素都隨著時間而變化。例如,溫度壹般是生物樣品穩定性的主要因素;根據水分活度解釋了濕度和其它影響反應速率的重要參數的影響。現在,這種方法被很好地應用於預測食品和藥品的穩定性(Labuza et al .,1983)。由於樣品在儲存過程中的質量變化完全來源於化學反應,因此最簡單、最常用的經驗模型如下:

木黴生物學

在公式(12.1)中,k為速率常數;n是反應順序(食物或藥物通常為0或1)。這個公式完全忽略了機械的參與。在實際生產中,在壹個合適的坐標系中(如壹級反應的半對數圖),參數Q被設計成隨時間變化,用普通的統計方法評價器件是否良好(r2高)。壹般來說,當反應產生的數據完成50%以上時,可以給出n的壹個確定值(Labuza et al .,1983)。

假設速率常數k受濕度和溫度的影響。最常見的阿倫尼烏斯方程使用數學模型來描述k對t的依賴性:

k=k0exp(-Ea/RT) (12.3)

在這個公式中,k0是指前因子;r是理想氣體常數;Ea是活化能。如果ln(k)對T-1的譜是壹條直線,那麽可以應用阿倫尼烏斯方程,在溫度範圍之外時,活化能是常數。至少需要四個溫度數據來確定它們之間的線性關系。當溫度超過壹定的反應溫度時,直線發生偏移。在低濕度條件下,產品不可能呈現玻璃狀,因此用威廉姆斯-蘭德爾-費裏(WLF)方程來描述隨溫度的變化更合適:

log(kref/k)=[-c 1(T-Tref)]/[C2+(T-Tref)](12.4)

式中,C1和C2為常數,取決於原料;Tref是參考溫度,壹般指玻璃化轉變溫度(玻璃化轉變溫度)。根據水分活度的概念,濕度對產品穩定性的影響已經得到很好的證實(Karel,1975)。第壹步是檢測速率常數和水分活度之間的線性關系:

lnk=aaw (12.5)

這就需要進壹步了解含水量m(每千克幹燥孢子的含水量)與水分活度(在常數T下)的關系,這種關系稱為吸附等溫線。此外,該等溫線最常用的公式如下:

m =(moKCVaw)/{(1-Kaw)[1+K(C-1)aw]}(12.6)

結合公式(12.3)和(12.5),得到速率常數k與溫度和水活度的關系:

lnk = a 1+β/T+γaw+δaw/T(12.7)

在這個公式中,a、β、γ和δ都是常數,可以用非線性回歸等統計方法確定。

12.5.5.2數學模型的應用

Pedreschi等人(1997)制備了兩種類型的哈茨木黴T. P1孢子用於貨架期實驗:M1在28℃培養60h,M2在相同培養條件下40℃熱休克處理90min。用玻璃棉過濾兩個樣品以除去菌絲,然後用SaiDolis的Sartorius硝酸纖維素膜(孔徑1.2 μm)過濾以獲得孢子泥。將固體在含有矽膠幹燥劑(AW = 0.03)的幹燥器中幹燥3 d,並檢測絕對存活率。通過比較菌落形成單位的數量(CFU)和總孢子數量(ts)來確定絕對存活率(AV)。

測量絕對存活率。通過比較菌落形成單位的數量(CFU)和總孢子數量(ts)來確定絕對存活率(AV)。

相對存活率(v)定義為:

木黴生物學

公式中AVt為幹燥孢子經過時間t後的絕對存活率;AV0是幹燥孢子的絕對存活率。

木黴生物學

其中a = [-1],β = [1-],ε=;Kb和c是方程常數;M0是單層值。

用於描述相對存活率(V)和時間之間關系的壹級動力學方程如下:

lnV = 4.61-kt(12.10)

貯存期開始時,相對存活率V0為100,LN (100) = 4.61。

K對T和aw的依賴性符合areni的Arrhenius半經驗模型,動力學方程如下:

木黴生物學

實驗結果表明,M1和M2在慢速試驗後表現出較高的存活率(55%)和相近的海藻糖含量(分別為4.0%和5.4%)。在不同溫度T(8℃、33℃和42℃)和水分活度aw(0.03、0.33和0.75)下貯藏10d後,各組間無顯著差異。當AW = 0.03時,孢子在8℃和33℃的存活率分別為65438±000%和70%。當AW = 0.75和42℃時,海藻糖含量和孢子存活率下降最快。8℃熱激M2處理52d的孢子存活率為100%,海藻糖含量略高於M1處理。

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