《LWT》：Modeling the impact of packaging and storage on garlic powder stability: A multi-parameter kinetic approach for shelf-life prediction
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本研究聚焦于高吸湿性大蒜粉在储存过程中的品质劣化难题。针对传统单一指标预测方法的局限性，研究人员系统评估了PE/Al与PET包装在四种环境下的保护效能，并通过多参数动力学建模，开发了一个同时整合水分吸收（Weibull模型拟合）与主要生物活性成分（总大蒜素TAC、总酚TPC、总黄酮TFC等）降解的综合质量指数（IQI）来预测货架期。研究确定20°C/50% RH为最优储存条件，高阻隔PE/Al包装能显著抑制品质下降，为优化大蒜粉供应链的包装设计与储存策略提供了可靠的动力学数据框架和更全面的评估工具。
大蒜，作为一种在全球范围内广受欢迎的香辛料，不仅为菜肴增添风味，更因其富含大蒜素、多酚、黄酮等生物活性物质而被认为具有多种健康益处。然而，新鲜大蒜不易保存，将其制成粉状是延长保质期的常见策略。尽管如此，制成粉状的大蒜依然面临严峻挑战：它高度吸湿，极易从环境中吸收水分；同时，其核心的生物活性成分在储存过程中会不断降解。温度与相对湿度是驱动这些劣化过程的主要因素，而不当的包装材料则会加剧问题。以往的研究通常只关注单一指标（如仅水分含量）来预测货架期，这可能无法全面反映产品复杂的、多因素同步发生的品质衰变机制。因此，如何更准确、更全面地评估和预测大蒜粉在整个供应链中的稳定性，成为生产商和研究人员亟待解决的问题。
为了回答这些问题，一项发表在国际期刊《LWT》上的研究应运而生。该研究由来自越南孙德胜大学（Nguyen Tat Thanh University）的研究团队开展，旨在通过多参数动力学方法，为大蒜粉的货架期预测建立一个更稳健的框架。研究系统地探究了在不同包装和储存条件下，大蒜粉的水分吸收与生物活性成分降解的动力学规律，并最终开发了一个整合了多种关键质量指标的综合质量指数（IQI, Integrated Quality Index）来全面评估产品稳定性。
研究人员主要运用了以下几项关键技术方法：首先，将大蒜切片冻干并研磨成粉后，分别采用高阻隔的聚乙烯/铝（PE/Al）复合包装和普通聚乙烯对苯二甲酸酯（PET）包装进行分装。其次，设计了四组模拟不同商业供应链场景的加速储存条件（20°C/50% RH， 35°C/70% RH， 45°C/25% RH， 55°C/15% RH），并在程序气候箱中进行为期60天的储存实验。在分析层面，研究定期测定了样品的含水量、总大蒜素含量（TAC）、总酚含量（TPC）、总黄酮含量（TFC）以及ABTS自由基清除活性和铁离子还原抗氧化能力（FRAP）。最后，运用非线性回归分析，将实验数据拟合到一级（First-order）、Peleg和Weibull等多种动力学模型中，以确定最佳拟合模型并获取动力学参数。
研究结果部分：
3.1. 水分含量
研究发现，储存60天后，所有样品的含水量均显著上升。高阻隔PE/Al包装内的水分增加缓慢而平稳，且始终显著低于透性较强的PET包装。在PE/Al包装中，35°C/70% RH条件下水分积累最高，而55°C/15% RH条件下最低，表明水分吸收主要受相对湿度驱动。相比之下，PET包装内的样品初期水分吸收迅速，后期因粉末结块导致有效表面积减少而显著放缓。在拟合的三种动力学模型（一级、Peleg、Weibull）中，Weibull模型对所有处理组均表现出最优的拟合度（R2最高，误差指标最低），被确定为描述大蒜粉水分吸附动力学的最佳模型。
3.2. 总大蒜素含量（TAC）
大蒜素是大蒜特征风味和生物活性的主要来源，但在储存中化学性质不稳定。实验结果显示，PE/Al包装能显著更好地保留TAC。就储存条件而言，TAC在20°C/50% RH下保存最好，在55°C/15% RH下损失最严重。研究观察到一个动力学交叉现象：初期，高温高湿（35°C/70% RH）条件下的降解速率高于中温低湿（45°C/25% RH），表明早期以湿度驱动的水解为主；后期趋势逆转，热降解成为主导因素。在描述TAC降解的动力学模型中，Weibull模型再次展现出最佳的拟合效果。
3.3. 总酚含量和总黄酮含量
酚类和黄酮类化合物的降解趋势与TAC类似。PE/Al包装同样表现出显著的保留优势。最佳保存条件同样是20°C/50% RH。降解动力学同样显示出初期快速、后期减速的非线性特征，这可能与储存过程中植物基质崩解提高了结合态酚类的提取率，以及酚类物质之间的相互转化有关。数据分析确认，Weibull模型也是描述TPC和TFC降解动力学的最佳模型。
3.4. 综合质量指数与货架期预测
这是本研究的核心创新点。研究人员没有孤立地看待各个指标，而是将它们整合到一个统一的框架中。首先，他们将每个质量参数（水分、TAC、TPC、TFC、ABTS、FRAP）根据其初始值和设定的失效阈值（如含水量上限5 g/100g db，生物活性成分保留率不低于50%）进行归一化处理，得到0到1之间的标准化指数。然后，使用几何平均数将这六个标准化指数聚合为一个综合质量指数（IQI）。当IQI值降至0.5时，即认为产品整体品质已下降50%，达到货架期终点。
基于此方法，研究预测了不同包装和储存条件下大蒜粉的货架期。结果显示，在最优条件（20°C/50% RH）下，使用高阻隔PE/Al包装的大蒜粉货架期最长。相比之下，在恶劣条件（如35°C/70% RH）下使用透性PET包装，货架期显著缩短。这一综合方法克服了单一指标预测的局限性，提供了一个更全面、更稳健的货架期评估工具。
结论与意义：
本研究通过系统的多参数动力学分析，明确证实了高阻隔性聚乙烯/铝（PE/Al）包装在抑制大蒜粉水分吸收和生物活性成分降解方面显著优于普通聚乙烯对苯二甲酸酯（PET）包装，并确定20°C/50% RH为最适宜的储存环境。更重要的是，研究成功地将Weibull模型确立为描述大蒜粉水分吸附和多种生物活性成分（TAC, TPC, TFC）降解的最佳动力学模型，并基于此开发了一个创新的综合质量指数（IQI）。该指数通过同步评估水分含量和多种生物活性保留情况，为预测大蒜粉货架期提供了一个更为准确和全面的方法。
这项研究的意义在于，它不仅为食品工业提供了关于大蒜粉储存稳定性的宝贵基础动力学数据集，更重要的是提出了一套可操作的、基于多参数整合的货架期预测框架。这套框架能够帮助生产商和供应链管理者更科学地优化包装材料的选择、设计合理的储存和物流方案，从而在保证产品物理稳定性的同时，最大程度地保留其功能性的生物活性价值，对于提升大蒜粉乃至类似高价值、易劣化食品粉末的产品质量和市场竞争力具有重要的理论和实践指导价值。
