阅读说明：本技术 一种基于储存温度和储存时间预测乳粉中羟甲基糠醛和糠醛含量的方法 (Method for predicting content of hydroxymethylfurfural and furfural in milk powder based on storage temperature and storage time ) 是由 邢倩倩 游春苹 刘振民 扶晓菲 于 2020-07-01 设计创作，主要内容包括：本发明涉及食品领域,特别是涉及一种基于储存温度和储存时间预测乳粉中羟甲基糠醛和糠醛含量的方法。本发明提供一种基于储存温度和储存时间预测乳粉中羟甲基糠醛和糠醛含量的方法,包括：(1)提供乳粉样品中羟甲基糠醛的初始含量和/或糠醛的初始含量；(2)根据式(a)计算获得储存后样品中羟甲基糠醛的含量；(3)根据式(b)计算获得储存后样品中糠醛的含量。本发明所提供的基于储存温度和储存时间预测乳粉中羟甲基糠醛和糠醛含量的方法,具有适用温度广、适用时间长等特点,且可以准确预测特定时间和温度范围内的乳粉中羟甲基糠醛和糠醛含量的含量。(The invention relates to the field of food, in particular to a method for predicting the content of hydroxymethyl furfural and furfural in milk powder based on storage temperature and storage time. The invention provides a method for predicting the content of hydroxymethylfurfural and furfural in milk powder based on storage temperature and storage time, which comprises the following steps: (1) providing an initial content of hydroxymethylfurfural and/or an initial content of furfural in a milk powder sample; (2) calculating and obtaining the content of the hydroxymethylfurfural in the stored sample according to the formula (a); (3) and (c) calculating according to the formula (b) to obtain the content of the furfural in the stored sample. The method for predicting the contents of the hydroxymethylfurfural and the furfural in the milk powder based on the storage temperature and the storage time has the characteristics of wide application temperature, long application time and the like, and can accurately predict the contents of the hydroxymethylfurfural and the furfural in the milk powder within a specific time and temperature range.)

一种基于储存温度和储存时间预测乳粉中羟甲基糠醛和糠醛 含量的方法

技术领域

本发明涉及食品领域，特别是涉及一种基于储存温度和储存时间预测乳粉中羟甲基糠醛和糠醛含量的方法。

背景技术

乳粉是人们公认的最佳的牛乳替代品,其中婴儿配方奶粉更是乳粉市场的主要部分,解决好乳粉的质量安全问题因此也成为倍受社会的关注的问题。作为常温乳制品的一种，乳粉的推荐储存方式为避光室温保存，因此在储存过程中无法避免一些高温高湿条件。而在乳粉储存过程中，随着时间的推移，乳清蛋白变性和凝集、乳糖异构化和降解、美拉德反应等理化反应发生。美拉德反应会产生糠氨酸、糠醛类化合物和糖基化终产物等。如果大量摄入此类物质，可能会导致心脏和肝肾等器官受到损害，如糖尿病、肾衰竭和阿尔茨海默症等，并且诱发炎症，增强氧化应激，促进动脉粥硬化的发生。所以，如果有一种方法可以快速预测不同储存条件下乳粉中糠醛类化合物的含量，会对乳粉的质量和保质期控制有很大帮助。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于储存温度和储存时间预测乳粉中羟甲基糠醛和糠醛含量的方法，用于解决现有技术中的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明一方面提供一种基于储存温度和储存时间预测乳粉中羟甲基糠醛和糠醛含量的方法，包括：

(1)提供乳粉样品中羟甲基糠醛的初始含量和/或糠醛的初始含量；

(2)根据式(a)计算获得储存后样品中羟甲基糠醛的含量；

(3)根据式(b)计算获得储存后样品中糠醛的含量；

C_f＝e^(a1-b1/T)t+C₀ (a)

C_f’＝e^(a2-b2/T)t+C₀’ (b)

其中，C_f和C₀分别为储存后样品中羟甲基糠醛的含量和样品中羟甲基糠醛的初始含量；

C_f’和C₀’分别为储存后样品中糠醛的含量和样品中糠醛的初始含量；

T为储存温度；

t为储存时间；

a1＝30.555±10，b1＝8717.4±2000；

a2＝33.895±5，b2＝10500±1000。

在本发明一些实施方式中，a1＝30.555±1，b1＝8717.4±100，a2＝33.895±1，b2＝10500±100。

在本发明一些实施方式中，式(a)中，C_f的单位为μg/100g，C₀的单位为μg/100g，T的单位为K，t的单位为天。

在本发明一些实施方式中，式(b)中，C_f’的单位为μg/100g，C₀’的单位为μg/100g，T的单位为K，t的单位为天。

在本发明一些实施方式中，储存温度为20～70℃。

在本发明一些实施方式中，储存时间为≤720天。

在本发明一些实施方式中，所述乳粉选自全脂乳粉。

本发明另一方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现上述的基于储存温度和储存时间预测乳粉中羟甲基糠醛和糠醛含量的方法。

本发明另一方面提供一种设备，包括：处理器和存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述设备执行上述的基于储存温度和储存时间预测乳粉中羟甲基糠醛和糠醛含量的方法。

本发明另一方面提供一种装置，所述装置可以包括：

初始含量提供模块，用于提供乳粉样品中羟甲基糠醛的初始含量和/或糠醛的初始含量；

羟甲基糠醛含量计算模块，用于根据式(a)计算获得储存后样品中羟甲基糠醛的含量；

糠醛含量计算模块，用于根据式(b)计算获得储存后样品中糠醛的含量；

C_f＝e^(a1-b1/T)t+C₀ (a)

C_f’＝e^(a2-b2/T)t+C₀’ (b)

其中，C_f和C₀分别为储存后样品中羟甲基糠醛的含量和样品中羟甲基糠醛的初始含量；

C_f’和C₀’分别为储存后样品中糠醛的含量和样品中糠醛的初始含量；

T为储存温度；

t为储存时间；

a1＝30.555±10，b1＝8717.4±2000；

a2＝33.895±5，b2＝10500±1000。

附图说明

图1显示为本发明实施例2中羟甲基糠醛HMF的模型验证结果示意图。

图2显示为本发明实施例2中糠醛F的模型验证结果示意图。

具体实施方式

为了使本发明的发明目的、技术方案和有益技术效果更加清晰，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容容易地了解本申请发明的其他优点及功效。

本发明发明人经过大量研究，针对乳粉建立了一种储存温度、储存时间与储存过程中糠醛类化合物(羟甲基糠醛CAS NO.67-47-0、糠醛CAS NO.98-01-1)含量变化的数学模型，基于该数学模型可以准确地预测各温度的储存过程中乳粉中的糠醛类化合物的含量变化，在此基础上完成了本发明。

本发明第一方面提供一种基于储存温度和储存时间预测乳粉中羟甲基糠醛和糠醛含量的方法，包括：

(1)提供乳粉样品中羟甲基糠醛的初始含量和/或糠醛的初始含量；

(2)根据式(a)计算获得储存后样品中羟甲基糠醛的含量；

(3)根据式(b)计算获得储存后样品中糠醛的含量；

C_f＝e^(a1-b1/T)t+C₀ (a)

C_f’＝e^(a2-b2/T)t+C₀’ (b)

其中，C_f和C₀分别为储存后样品中羟甲基糠醛的含量和样品中羟甲基糠醛的初始含量，C_f的单位可以为μg/100g，C₀的单位可以为μg/100g；

C_f’和C₀’分别为储存后样品中糠醛的含量和样品中糠醛的初始含量，C_f’的单位可以为μg/100g，C₀’的单位可以为μg/100g；

T为储存温度，T的单位可以为K；

t为储存时间，t的单位可以为天；

a1的取值可以为30.555±10、30.555±5、30.555±3、30.555±1、30.555±0.8、30.555±0.6、30.555±0.4、30.555±0.2、或30.555±0.1；

b1的取值可以为8717.4±2000、8717.4±1500、8717.4±1000、8717.4±800、8717.4±600、8717.4±400、8717.4±200、8717.4±100、8717.4±80、8717.4±60、8717.4±40、8717.4±20、或8717.4±10；

a2的取值可以为33.895±5、33.895±3、33.895±1、33.895±0.8、33.895±0.6、33.895±0.4、33.895±0.2、33.895±0.1；

b2的取值可以为10500±1000、10500±800、10500±600、10500±400、10500±200、10500±100、10500±80、10500±60、10500±40、10500±20、或10500±10。

如上所述，根据式a方程式和式b方程式即可获取在储存一定时间以后的乳粉中糠醛类物质的含量。乳粉在储存过程中羟甲基糠醛的含量以及糠醛的含量的变化与乳粉的储藏温度和储藏时间之间有密切关系，而其他条件(例如，湿度等)则对糠醛类物质的含量变化没有明显地影响。通常来说，乳粉的储存时间越长和/或储存温度越高，则羟甲基糠醛的含量和/或糠醛的含量越高。但是，这种变化关系并非简单的线性关系。通过预先建立的关系方程，可以发现通过储存温度和储存时间建立的零级反应反应模型能够更加准确地反应出各温度的储存过程中乳粉中的糠醛类化合物的含量变化。

本发明所提供的基于储存温度和储存时间预测乳粉中羟甲基糠醛和糠醛含量的方法中，所述乳粉通常是通过合适的处理工艺，除去乳中几乎全部的水分，干燥后制备获得的粉末乳制品。这些处理工艺通常可以包括原料预处理、浓缩、灭菌、干燥等。所述乳粉的种类可以是全脂乳粉等，所述全脂乳粉可以是调制或非调制的，通常可以是符合GB19644-2010相关标准定义的全脂乳粉。

本发明所提供的基于储存温度和储存时间预测乳粉中羟甲基糠醛和糠醛含量的方法中，式a方程式和式b方程式中，储存温度的取值范围具体可以为20～70℃、20～30℃、30～40℃、40～50℃、50～60℃、或60～70℃。而乳粉通常的储存温度可以为25～40℃，所以本申请所提供的方法应该可以适用于乳粉通常所处的各种储存温度条件。

本发明所提供的基于储存温度和储存时间预测乳粉中羟甲基糠醛和糠醛含量的方法中，式a方程式和式b方程式中，储存时间的取值范围具体可以为≤720天、≤30天、30～60天、60～90天、90～180天、180～360天、360～540天、或540～720天。而乳粉的货架期时间通常不大于360～540天，所以本申请所提供的方法应该可以覆盖较大范围的乳粉的货架期。

本发明第二方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现本发明第一方面所提供的基于储存温度和储存时间预测乳粉中羟甲基糠醛和糠醛含量的方法。

本发明第三方面提供一种设备，包括：处理器和存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述设备执行本发明第一方面所提供的基于储存温度和储存时间预测乳粉中羟甲基糠醛和糠醛含量的方法。

本发明第四方面提供一种装置，所述装置可以包括：

初始含量提供模块，用于提供乳粉样品中羟甲基糠醛的初始含量和/或糠醛的初始含量；

羟甲基糠醛含量计算模块，用于根据式(a)计算获得储存后样品中羟甲基糠醛的含量；

糠醛含量计算模块，用于根据式(b)计算获得储存后样品中糠醛的含量；

C_f＝e^(a1-b1/T)t+C₀ (a)

C_f’＝e^(a2-b2/T)t+C₀’ (b)

其中，C_f和C₀分别为储存后样品中羟甲基糠醛的含量和样品中羟甲基糠醛的初始含量；

C_f’和C₀’分别为储存后样品中糠醛的含量和样品中糠醛的初始含量；

T为储存温度；

t为储存时间；

a1＝30.555±10，b1＝8717.4±2000；

a2＝33.895±5，b2＝10500±1000。

本发明中，上述装置中各模块的运行原理可以参照本发明第一方面所提供的基于储存温度和储存时间预测乳粉中羟甲基糠醛和糠醛含量的方法，在此不做赘述。

本发明所提供的基于储存温度和储存时间预测乳粉中羟甲基糠醛和糠醛含量的方法，具有适用温度广、适用时间长等特点，且可以准确预测特定时间和温度范围内的乳粉中羟甲基糠醛和糠醛含量的含量，可以为乳粉的保质期预测评估、糠醛类化合物限量标准等提供有利依据，具有良好的产业化前景。

下面通过实施例对本申请的发明予以进一步说明，但并不因此而限制本申请的范围。

实施例1

本实施例所用乳粉各项指标及检测方法如表1所示：

表1

a Mean±standard deviation(n＝3)

b Relative standard deviation

ND not detected

影响因素实验：将包装完好的乳粉放置于高温(60℃，湿度50％)和高湿(25℃，湿度90％)条件，并在储存的0天，5天，10天进行测定(方法参照专利201811562740.9)，得到羟甲基糠醛含量和糠醛含量如表2所示：

表2

a Mean±standard deviation(n＝3)

b Relative standard deviation

加速保质期实验：将包装完好的乳粉放置于加速(37℃，湿度70％)条件，并在储存的0天，5天，10天，20天，30天，60天进行测定，得到羟甲基糠醛含量和糠醛含量如表3所示：

表3

a Mean±standard deviation(n＝3)

b Relative standard deviation

分别计算不同储藏温度下糠醛类化合物的零级和一级反应速率常数及相关系数，其中，零级反应直接将储存时间和糠醛含量作直线，读出的斜率即为速率常数，r²为相关系数；一级反应需将糠醛含量取对数，然后将储存时间和取对数后糠醛含量做直线，斜率为速率常数，r²为相关系数，零级反应模型和一级反应模型分别为：C_f＝Kt+C₀和lnC_f＝Kt+lnC₀

通过对比相关系数确定反应级数为零级反应。(其中C_f和C₀分别为糠醛类化合物储存终点的含量和初始含量，K为浓度-储存时间线的斜率，t为保存时间)

表4

c Slopes obtained from each relation(速率常数)

d Coefficients of determination(r²)

结合相关反应级数的速率公式与Arrhenius经验公式推导得出乳粉中羟甲基糠醛和糠醛含量的预测公式。(其中K(μg 100g^-1 day^-1)为温度T下的速率常数，K₀为碰撞因子，T为绝对温度(K)，Ea为活化能，R为通用气体常数)

乳粉中HMF C_HMF＝e^{(30.555-8717.4/T)}t+C_0HMF (i)

乳粉中F C_F＝e^{(33.895-10500/T)}t+C_0F (ii)

其中，C_HMF、C_F、C_0HMF和C_0F分别为糠醛化合物储存终点的含量和初始含量，T为绝对温度，t为保存时间。

实施例2

通过式(i)和式(ii)，计算乳粉A样品(其相关指标见表1)中羟甲基糠醛(HMF)和糠醛(F)理论含量，并与实际含量对比，检验预测模型的准确率，具体的保存条件如表5，测量结果如图1和图2所示，其中，理论值(fitted value)根据式(i)和式(ii)计算获得，实测值(true value)的测量方法参照专利201811562740.9。

表5

由图1和图2的比较结果可知，该模型具有较好的拟合度。

实施例3

通过式(i)和式(ii)，计算奶粉B和C样品，其相关指标见表6：

表6

通过羟甲基糠醛(HMF)和糠醛(F)理论含量，并与实际含量对比，检验预测模型的准确率，具体的保存条件和测量结果如表7(第0天的数据都是直接测量的值，计算值与测量值相同)，其中，理论值(fitted value)根据式(i)和式(ii)计算获得，实测值(true value)的测量方法参照专利201811562740.9。

表7

由表7的数据可知，本发明所提供的模型可以准确预测特定时间和温度范围内的奶粉中羟甲基糠醛和糠醛含量的含量。

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。