如何对成分、包装和产品进行快速的光稳定性测试？

为了满足消费者的需求，在过去几年中，多家公司和不同类型的客户（原材料供应商、包装公司、食品和饮料生产商）对潜在的光照问题进行了测试。与传统的稳定性测试相比，该测试通常涉及高达>50的高加速因子（相对于实时测试）。

简介

色素和香料一直是消费品中非常重要的成分之一。在食品和饮料中添加色素有很多原因。首先，用于补偿由于暴露在光线、空气、极端温度、水分和储存条件下而造成的颜色损失。第二，用于纠正颜色的自然变化。最后，为无色或“时尚/有趣”的产品提供颜色。

消费者对产品的颜色非常挑剔，因为在他们的印象中，某些食品和饮料具有特定的颜色。如果一个产品不符合他们所期望的标准，消费者就会认为该产品质量差，或者不够新鲜。消费者还希望饮料或食品的颜色要与其味道相匹配。颜色和味道之间的联系是合乎逻辑的。

因为橙子是橙色的，所以我们希望橙色的饮料是橙子味的，红色的饮料的味道应该像樱桃或草莓，等等。而且，越来越多的消费者要求这些颜色和味道是天然的，而不是合成的化学物质。然而，许多这些天然产品的耐光性很差，从而导致它们变色、变味或营养成分流失。

从全球来看，消费者主要通过眼睛购买产品，透明包装是当今的首选。然而，只要有光，就有发生光诱导反应的风险，这种反应有时会非常迅速地影响颜色、维生素、味道、气味或产品外观，如出现浑浊或沉淀物。尽管消费品的光敏成分清单很长，而且包装的光保护特性可能是已知的，但要为特定的包装产品找到最佳的加速保质期测试（ASLT-Accelerated Shelf-Life Testing）仍然是一个挑战。另一个推动开发新产品的因素是消费者日益增长的健康导向。越来越多的人可以通过互联网轻松获取信息, 并追随避免使用人造成分的趋势。

几个世纪以来，天然染料一直被用来为食物或饮料着色。然而，天然色素的光稳定性往往较差，为了找到足够稳定的新配方，产品的开发时间会延长。许多制造商已经在准备，或者正在努力从人工色素和香料过渡到天然替代品。

显然，快速消费品行业是一个需要快速对市场环境做出反应的行业。在迫切需要推陈出新的时间压力下，每年开发100种以上的新产品是很常见的，这就需要高度加速的测试程序才能满足上市时间目标并在竞争中保持领先地位。

制造商需要回答三个主要问题：

1. 如何在更短的时间内开发出稳定的产品配方？

2. 如何选择正确的、更经济的和具有保护作用的包装？

3. 如何在更短的时间内可靠地测试产品的保质期？

应力因素

包装内容物的主要压力因素是“光”辐射、氧气和热（温度）。此外，成分（如核黄素等感光剂）的相互作用和潜在的迁移过程取决于包装的保护特性。

产品在其生命周期中可能受到的光辐射基本上可以有三种不同的形式和能量出现。第一种暴露来自直接的自然阳光。第二种是经过窗户或天窗过滤过的日光，可以去除较低波长的紫外线能量。第三种是纯人工照明，主要只包含可见光。

在照明行业，照度通常以勒克斯为单位。这只适用于人眼可以看见、可以感知的光。例如，普通超市和零售大卖场内的照明通常为750～800勒克斯。然而，我们可以将勒克斯单位转换为科学工作中更常使用的“辐照度”单位。

在下表中，能量是在紫外（UV）、可见光和近红外范围内的300～800nm之间以W/m²辐照度单位来表示的。请注意，实际产品温度是用热电偶测量的。

包装内容物的筛选指南

Atlas建议在现实中的“最坏条件”下筛选潜在的光敏感成分（色素或香料）或新产品配方。现实中的最坏条件是高水平的太阳直接辐射、高温（和氧气的存在），也就是一个炎热夏日的典型特征。

这些条件存在于户外，例如，在短途产品运输和装卸、露天街头销售、甚至在户外消费期间，都会遇到这些条件。下面的Atlas指南通过以下测试设置重现了这些最坏的条件：

模拟户外炎热的夏日：

• 带日光滤镜的Atlas氙灯老化箱

• 辐照度水平@300～800 nm：550W/m²

• BST：35～55°C最终产品温度20～35°C

• 测试时间：12小时

12 小时的测试时间模拟了大约 5 天的户外直接阳光照射。Atlas 的经验是，对光敏感的产品经常在 5-10 小时后会发生变化。

（在 SUNTEST XLS+ 中模拟炎热夏季户外日光暴露的试验条件）

（在 SUNTEST 内部进行新产品配方筛选）

包装的筛选指南

Atlas建议在现实中的“最坏条件”下筛选包装，例如，炎热的夏季户外。

上述条件存在于户外，例如在长途产品运输或长时间在户外贩卖产品的销售点，可能会遇到这些条件。Atlas指南通过以下测试设置重现了这些最坏的条件：

模拟炎热夏日的户外条件（测试时间延长）：

• 带日光滤镜的Atlas氙灯老化箱

• 辐照度水平@300～800nm：550 W/m²

• BST：35～55°C  最终产品温度20～35°C

• 测试时间：24小时

（在 SUNTEST XXL+FD 中模拟长时间炎热夏季日光暴露的试验条件）

24小时的测试时间模拟了大约10天的户外阳光直射。

（“最坏条件”下的玻璃瓶和 PET 瓶筛选试验结果）

室内暴露的ASLT指南

Atlas建议在现实中的光照和温度条件下进行 ASLT测试。特别是对于ASLT，重要的是不要将产品测试温度提高到超过超市或类似零售场所的实际温度。一些着色剂，如花青素染料，即使没有光，在30°或40°C的热应力下，也会发生降解和褪色。Atlas测试设置避免了比正常情况下更高的温度，并且完全通过应用光辐射能量来实现测试加速。Atlas开发了一种独特的“商店灯光”滤镜系统，以更好地再现普通零售人工照明的光谱。

模拟超市典型的一天（24小时运营）：

• 带商店灯光滤镜的Atlas氙灯老化箱

• 辐照度水平@300-800nm：470W/m²

• BST：35～55°C 最终产品温度20～35°C

• 测试时间：0.5小时

0.5小时的测试时间模拟了产品在超市中大约1天的保质期。一年的超市保质期可以在7天内完成测试。

在实际操作中，建筑照明工程的照度指南被用来确定光照剂量和测试时间。

上述指南与商店照明系统的工作周期（例如24 小时/天）和目标保质期值相结合，对于评估测试要求是非常有用的。

由于人工照明和经过玻璃或塑料（如天窗）过滤后的日光的组合可能很复杂，请联系 Atlas 公司寻求测试建议。

为什么要将加速稳定性测试纳入到新产品开发过程中的三大理由：

• 在更短的时间内可靠地筛选出正确的成分和配方

• 轻松选择更合适的包装和产品保护

• 有效地确定产品的保质期，通常只需 5-7 天