威布爾分析法在青稞發(fā)酵酒貨架期預(yù)測中的應(yīng)用

常少健，劉義會，王超凱，李 覓，蔡海燕，張 磊，舒 林，朱 波，楊延康，彭 奎，楊天涯

（1.四川省食品發(fā)酵工業(yè)研究設(shè)計院，四川成都 611130；2.釀酒生物技術(shù)及應(yīng)用四川省重點實驗室，四川成都 611130；3.成都銳新食品技術(shù)有限責任公司，四川成都 611130；4.成都圣恩生物科技股份有限公司，四川成都 611130；5.中國輕工業(yè)釀酒工程及應(yīng)用重點實驗室，四川成都 611130；6.劉念釀酒師技能大師工作室，四川成都 611130；7.崇州市天宮酒廠，四川崇州 611230）

青稞酒是西藏、四川藏區(qū)、青海等少數(shù)民族地區(qū)古老傳統(tǒng)的酒精飲品，其以青稞為原料，添加酒曲經(jīng)發(fā)酵而成，多以家庭手工制作為主。近年來，隨著工業(yè)化的發(fā)展，傳統(tǒng)青稞發(fā)酵酒逐漸實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，市場范圍也在逐步擴大，消費者對青稞發(fā)酵酒質(zhì)量、貨架期品質(zhì)要求也越來越高。對于很多食品，感官評價是確定產(chǎn)品貨架期的關(guān)鍵指標。在食品貨架壽命，即貨架期的研究中心，Gacula 等介紹了Weibull 模型，提出一種預(yù)測食品貨架期的方法——威布爾危險值分析法（Weibull Hazard Analysis WHA）。利用威布爾分析法預(yù)測青稞發(fā)酵酒在不同溫度下的貨架期，將研究技術(shù)成果在生產(chǎn)企業(yè)中應(yīng)用，為青稞酒市場推廣提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

酒樣：西藏某企業(yè)提供的青稞發(fā)酵酒，將其分為3 組，放置在35 ℃、45 ℃、55 ℃恒溫箱中儲存，定期對青稞發(fā)酵酒進行感官評價。

1.2 試驗方法

1.2.1 感官評定

評定小組由10 名從事釀酒研究、酒類品評專業(yè)人員組成，盲品進行感官評價。青稞酒品評時，將酒樣從恒溫箱中取出，每次1 瓶，自然降溫至室溫，品評人員依據(jù)表1 評價標準進行感官評價打分，得分有一半低于60 分時，即為酒樣失效，實驗終止。

表1 青稞發(fā)酵酒感官評價標準

1.2.2 威布爾危害值分析法

威布爾危害值分析法，假設(shè)用K=1，2，……n 來對一組實驗樣品按照失效時間從后到前倒序計數(shù)，tk為相應(yīng)的失效時間。威布爾模型中h(t)稱為危害函數(shù)，且h(t)=100/k。

依據(jù)威布爾分布作為預(yù)測模型，其概率密度函數(shù)為：

威布爾模型的累計分布函數(shù)F（t）表示為：

威布爾危害函數(shù)為：

式中：k是一組經(jīng)實驗得到的失效產(chǎn)品，按照時間由后到前的順序排列，即tk是第k 個失效產(chǎn)品。累計危害函數(shù)H(t)=∑h(tk)，則累計危害方程為：

兩邊取對數(shù)得：

式中：α——尺度參數(shù)（概率密度函數(shù)圖形的散布程度）；

β——形狀參數(shù)（概率密度函數(shù)圖形的陡峭程度）。

根據(jù)感官實驗數(shù)據(jù)得到累計危害值與青稞發(fā)酵酒貯存時間變化的關(guān)系曲線，進而分析得到相應(yīng)條件下食品的貨架壽命。

2 結(jié)果與分析

2.1 威布爾危害分析

將實驗得到的感官評定數(shù)據(jù)進行危害累計分析（表2—表5），做出對應(yīng)的威布爾危害曲線圖，見圖1。以5 個以上（含5 個）專業(yè)品評人員評定青稞發(fā)酵酒得分，低于60 分為不可接受的時間作為其壽命終點。當?shù)谝黄壳囡撇槐黄吩u人員接受時，將其編號定為k=1，并記錄此時貯存時間。

表2 35 ℃下青稞發(fā)酵酒貯存的實驗結(jié)果

表3 45 ℃下青稞發(fā)酵酒貯存的實驗結(jié)果

同理可得，45 ℃、55 ℃青稞發(fā)酵酒威布爾危害分析數(shù)據(jù)與貯存時間擬合回歸曲線，結(jié)果顯示，35 ℃、45 ℃、55 ℃下的危害分析方程相關(guān)系數(shù)均大于0.9，即擬合精度較高，具有較高相關(guān)性，并進一步求得尺度參數(shù)和形狀參數(shù)，見表6。青稞發(fā)酵酒貨架期終點以H=69.3 %為依據(jù)，從而獲得相應(yīng)溫度下的產(chǎn)品貨架期。

表4 55 ℃下青稞發(fā)酵酒貯存的實驗結(jié)果

表5 威布爾分析法對35 ℃下青稞發(fā)酵酒的感官分析

圖1 35 ℃下青稞發(fā)酵酒累積危害值與貯存時間關(guān)系擬合曲線

2.2 貨架期預(yù)測模型建立

根據(jù)Arrhenius 方程原理可知，不同溫度下測定的貨架期對數(shù)值與貯藏溫度的倒數(shù)呈線性關(guān)系：

表6 不同溫度下青稞發(fā)酵酒感官危害分析結(jié)果

lgt 對1/T 的Arrhenius 曲線擬合方程的R2=0.9442，即兩者符合線性關(guān)系。由斜率與截距可得，Ea=14960.04 J/mol，C=0.22。即，青稞發(fā)酵酒預(yù)測貨架期回歸方程為：

式中：R 為氣體常數(shù)，8.314 J/mol；T 為開氏溫度，K；t 為貨架期，d。

2.3 貨架期預(yù)測及驗證

利用上述回歸方程對40 ℃、50 ℃、60 ℃溫度下貯藏的青稞發(fā)酵酒貨架期進行預(yù)測，并與實際貨架期進行比較。

表7 青稞發(fā)酵酒貨架期預(yù)測值與實際貨架期

由表7 可知，威布爾危害分析法預(yù)測模型預(yù)測數(shù)據(jù)的誤差在-3.33 %～4.86 %，誤差波動相對較小，預(yù)測效果較好。

3 小結(jié)

研究利用威布爾危害分析法對青稞發(fā)酵酒貨架期進行預(yù)測，通過與實測產(chǎn)品的貨架期進行比較，得出該模型的準確精度較好，可以為青稞酒的貨架期預(yù)測及評定提供有效數(shù)據(jù)與理論支持。