Preface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ix
List of contributors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xi
1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
D. Kilcast and P. Subramaniam, Leatherhead Food Research
Association
1.1 What is shelf-life? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Factors influencing shelf-life . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.3 Types of deterioration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.4 Measuring shelf-life . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.5 Predicting shelf-life . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.6 The design of shelf-life experiments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.7 Extending of shelf-life . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.8 The structure of this book . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.9 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Part 1 Analysing shelf-life . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2 The glass transition and microbial stability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
M. T. Kalichevsky-Dong, Consultant
2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.2 Methods used to predict microbial stability . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.3 The glass transition approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.4 Current research on the glass transition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.5 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.6 Acknowledgements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
2.7 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Contents
3 Modelling shelf-life . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
C. de W. Blackburn, Unilever Research, Sharnbrook
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.2 Development of predictive models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
3.3 Software systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
3.4 Applying predictive models to particular foods . . . . . . . . . . . . . . 68
3.5 Future trends . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
3.6 Sources of further information and advice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
3.7 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
4 Sensory evaluation methods for shelf-life assessment . . . . . . . . . . 79
D. Kilcast, Leatherhead Food Research Association
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
4.2 Principles of sensory evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
4.3 Basic requirements for sensory analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
4.4 Discrimination tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
4.5 Quantitative descriptive tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
4.6 Consumer acceptability testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
4.7 Operation of sensory shelf-life tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
4.8 The interpretation of sensory shelf-life data . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
4.9 Instrumental methods in sensory shelf-life testing . . . . . . . . . . . 99
4.10 Future trends . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
4.11 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
5 Accelerated shelf-life tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
S. Mizrahi, Technion-Israel Institute of Technology
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
5.2 Basic principles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
5.3 Initial rate approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
5.4 Kinetic model approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
5.5 Problems in accelerated shelf-life tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
5.6 Future trends . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
5.7 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
6 Advanced instrumental methods: the use of 1H relaxation NMR
to monitor starch retrogradation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
I. A. Farhat, University of Nottingham
6.1 Introduction: starch retrogradation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
6.2 Instrumental methods available for the investigation of
retrogradation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
6.3 Advantages of the NMR approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
6.4 Principles of NMR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
6.5 Case study: extruded starch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
6.6 Future trends . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
vi Contents
6.7 Sources of further information and advice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
6.8 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
Part 2 Case studies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
7 Predicting packaging characteristics to improve shelf-life . . . . . . 145
A. Emblem, The Institute of Packaging
7.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
7.2 The role of packaging in extending shelf-life . . . . . . . . . . . . . . . . 148
7.3 Integrating packaging and other methods of extending
shelf-life . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
7.4 The range of packaging options available . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
7.5 Predicting packaging characteristics for particular foodstuffs 164
7.6 Future trends . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
7.7 Acknowledgement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
7.8 Sources of further information and advice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
7.9 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
8 Sous vide products . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
G. A. Armstrong, University of Ulster
8.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
8.2 Factors affecting the shelf-life of sous vide products . . . . . . . . . 174
8.3 How shelf-life is measured . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
8.4 Extending shelf-life . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
8.5 Future trends . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
8.6 Sources of further information and advice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
8.7 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
9 Milk and milk products . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
D. D. Muir and J. M. Banks, Hannah Research Institute, Ayr
9.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
9.2 Chemical composition and principal reactions of milk . . . . . . . 198
9.3 Bacteria in milk and related enzyme activity . . . . . . . . . . . . . . . . 202
9.4 Raw milk enzymes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
9.5 Control of the quality of short shelf-life products . . . . . . . . . . . . 206
9.6 Yoghurt and fermented milk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
9.7 Factors influencing the stability of long shelf-life products . . 210
9.8 Control of the stability of long-life milk products . . . . . . . . . . . 212
9.9 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
9.10 Acknowledgement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
9.11 Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
10 Confectionery products. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
P. J. Subramaniam, Leatherhead Food Research Association
10.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
10.2 Factors affecting shelf-life . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
Contents vii
10.3 Chocolate and chocolate products . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
10.4 Sugar glass . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
10.5 Toffee . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
10.6 Gums and jellies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
10.7 Aerated confectionery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
10.8 Sources of further information and advice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
10.9 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
11 Fruits and vegetables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
J. Aked, Cranfield University at Silsoe
11.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
11.2 What determines the shelf-life of fruit and vegetables? . . . . . . 250
11.3 How the shelf-life of fruits and vegetables is measured . . . . . 259
11.4 Extending the shelf-life of fruits and vegetables . . . . . . . . . . . . . 262
11.5 Future trends . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
11.6 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271
11.7 Sources of further information and advice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
11.8 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
12 Fats and oils . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
J. Kristott, Pura Foods Ltd, Belvedere
12.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
12.2 What determines the shelf-life of fats and oils? . . . . . . . . . . . . . 280
12.3 How shelf-life of fats and oils is measured . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291
12.4 Measures for ensuring storage stability and extending
shelf-life of fats and oils . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299
12.5 Future trends . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304
12.6 Sources of further information and advice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306
12.7 Acknowledgements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
12.8 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
13 Sauces and dressings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
B. Pourkomailian, McDonald’s Europe, Frankfurt
13.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
13.2 What determines the shelf-life of sauces and dressings? . . . . . 313
13.3 How shelf-life of sauces and dressings is measured . . . . . . . . . 320
13.4 Implications of measurement for formulation and
preservation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323
13.5 Extending shelf-life . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325
13.6 Future trends . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328
13.7 Sources of further information and advice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329
13.8 References .............................................. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329
Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333