过了保质期,食物还能吃吗?为了鉴别食物是否变质,这些科学家操碎了心……

2019年02月08日 19:07 环球科学

预测食品腐坏时间的新技术,可以大量减少食品生产链中的浪费。

2011年8月,我把一罐豌豆罐头放进食品储藏室,这是飓风艾琳(Irene)袭击美国东北海岸时,我在恐慌之下购买的。但是紧急情况结束后,这个罐头一直放在我的橱柜里,直到7年后我再次注意到它。

罐头上清晰的文本给我带来了新的困惑。“最佳使用日期2014/12/31”,我应该扔掉它吗?豌豆罐头会变质吗?我又怎么知道它有没有变质呢?

这种困惑在日常生活中很常见,也导致了大量的浪费。在美国,40%的食品被丢弃,一大原因是人们认为食品包装上的过期日期意味着食品不安全。

其中部分原因是这些标签本身。对于冷盘和生肉等食品来说,由于容易滋生微生物,标注“在此日期前食用”的措辞表明,在标注日期之后,这些食品可能是有害的,而另一些食品是州法律(或联邦法律,如婴儿配方奶粉)强制规定标注的。但是可以长时间存放的产品所标注的“最佳食用日期”、“最佳赏味期”等字样只表示最佳质量,而不是食品安全。通常,这些标签都不能反应产品实际的保质期。

很多国家都要求简化食品包装,规定标注保质期(此后食品可能会变质)或最佳食用日期(食品可能开始变得不那么美味的时间)。塔斯马尼亚大学的食品微生物学家汤姆·罗斯(Tom Ross)说:“即使在已经实行双标签系统数年的澳大利亚,消费者也不知道两者之间的区别。作为专业的食品科学家,我需要解释清楚这一点。”

罗斯和其他专家说,更有效地避免浪费的方法,可能来自于确认和追踪食品货架期的一系列技术进展。在信息学、传感技术和化学分析技术的推动下,食品的日期标注会更加精确,甚至有一天它们会被弃用。“这是一场革命,”罗斯说,“小型化、自动化、快速的检测手段将脱颖而出。”

研究人员已经开发了一种传感器,有朝一日可能投入市场。这种透明的薄传感器可以检测肉类或其他易变质食品中的病原体,如大肠杆菌和沙门氏菌。该聚合物贴片上印有特定的DNA探针,当探针接触到病原体或病原体分泌的某些分子时,探针上的分子就会被激活,并发出荧光。人们可以借助手持设备或智能手机扫描荧光,在不打开包装的情况下检测细菌。(图片来源:Knowable Magazine)

变质食品的基本属性

荷兰瓦赫宁根大学的食品技术专家Tiny van Boeke说,食品会以各种方式变质。微生物污染,例如细菌、病毒或真菌等微生物的生长等最为常见。其中很多气味非常难闻,但是并不致病。变质的牛奶可能让你想吐,但是如果牛奶曾经过巴氏灭菌法处理,就不会让你生病。其他污染,例如沙门氏菌、李斯特菌或某些大肠杆菌菌株,才是真正危险的。“保质”期其实是以这些微生物为标准制定的。

食品还会经历生化上的破坏。水果过度成熟时,果胶和淀粉的酶解会破坏水果的口感。此外,还有化学物质的变性。脂质氧化或美拉德反应等过程会导致味道的改变或外表的褐变。

过去,科学家通过试验来确定微生物生长的风险。罗斯说:“传统的方法是制作出食品,然后把食品放置在某地,观察食品的变化。”在盐的含量、湿度、酸度,尤其是温度等条件已知的情况下,微生物的生长是可以预测的。过去二三十年来,研究人员积累了大量数据。食品制造商可以利用这些数据来估计食品的保质期,然后通过试验来验证这些假设。

CFU:菌落形成单位,单位体积中微生物的群落总数。

我们怎么判断变质的食品?这取决于食品的种类。这张表格描述了研究人员对不同食品所做的测试。其中一些标准,如细菌计数,由监管机构制定。

加拿大圭尔夫大学的食品科学家Maria Corradini说,对于很多保质期较长的食品,如能量棒和饼干等,味道、气味和质地的改变是其变质的首要表现。科学家面临的一项艰巨任务,就是确定如果通过感官确定食品是否变质。这项任务包括召集志愿者参与食品测试,找出影响测试者味觉的分子,然后追踪该分子的变化。随后,食品制造商会建立数学模型,计算产品变质至消费者不再喜欢的时间。

在某些情况下,科学家还能确定食品关键属性变质的速度。Corradini说:“如果饮料中有一定量的维生素,那么维生素的降解速度就决定了它的保质期。”随着数学模型日益复杂、光谱学和近红外辐射等化学分析技术的改进,研究人员可以更快更容易地测量这些反应的动力学。

运输途中的问题

不幸的是,在预测产品的保质期后开始计时,并不能保证明确的保质期或最佳食用期,因为印在食品外包装上的日期并不能预见运输和保存中的意外。无论是由于集装箱制冷系统故障、杂货店夜间断电还是消费者没有及时储存食品,保存温度不当尤为常见。“在夏天,把一瓶牛奶放在85华氏度(约29.4℃)的柜台上一小时,相当于在冰箱中保存了三天。”明尼苏达大学的食品科学家Theodore Labuza这样说。

一些食品制造商试图解决这个问题。他们在食品包装中,尤其是容易腐败的食品中,使用了一种名为时间温度积分器的检测标签,这种标签在包装的温度变化时变色。这些标签在20世纪70年代就已经存在了,但是早期版本只能提示温度变化,而不能指示温度变化了多久,或温度变化了多少。食品行业现在已经开始采用了新一代的温度探测器,可以更详细地显示温度变化。

总部位于瑞典的Vitsab开发了一系列时间-温度指示剂,可以检测产品在运输过程中暴露于特定温度范围之外的时间。未激活状态下,标签为白色,而在激活后,标签变为绿色。当产品的保鲜期接近终点时,标签变为黄色;一旦产品的保鲜期结束,标签会变成红色。该公司正在开发一款智能手机应用,可以扫描指示剂,读取产品的保质期时长。

图片来源:VITSAB INTERNATIONAL LAB

检测食品变质时释放的化合物分子,提供了一系列基于化学、更有效的解决方案,其中很多方法都尚在开发中。例如,Corradini在使用一种称为冷光光谱的分析方法,测量菠菜、橄榄和其他蔬菜的“能谱指纹”——一种不同波长下样品发射的光的模式。这些绿色植物中的叶绿素和其他物质在自然情况下产生荧光,她的团队正试图将检测到的荧光量与食品的新鲜程度联系起来。Corradini认为,这些光谱模式“就像是食品内在变化的信号”。

原则上,这些技术已经足够先进了。至少对某些食品来说,手持设备或手机应用就可以立即显示其新鲜程度,其准确度远超过日期标签能提供的精度范围。随着检测特定分子的传感器上线,企业可以在合适的成熟阶段运输农产品,以保证食品在超市里达到最佳状态,或者确定食品能够运输的时间和距离,以最大限度地延长库存期限。

当然,只有在实验数据和数学模型允许食品科学家预测,温度或湿度等环境条件如何影响特定标记物的情况下,这类分子检测才有效。但这一缺陷也在改善,企业已经开始使用一种不断更新信息的加密式分布式账本,也就是区块链技术,来实时追踪食品在世界各地的交易状态。

随着这一行业在未来几年内对检测工具进行改进,日期标记可能完全被取代,或者以某种“智能”的方式得到补充。不过,我敢打赌,在我需要那罐豌豆之前,这个罐头肯定会一直放在橱柜里。罗斯说,除非罐头包装被腐蚀或胀罐,表明肉毒杆菌可能导致了严重的污染,否则罐头很可能是未变质的。当然,如果怀疑变质,还有一种简单的补救方法:食用之前彻底煮熟。

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