質構儀（物性分析儀、物性測試儀）在食品品質評價中的應用

1　概述
    中國面制食品主要包括饅頭、面包、面條、餃子、餅干等,面制食品的品質主要包括商品品質(如面條的色澤、表觀狀態(tài)、強度等)和食用品質(如面條的咬勁、食感等)。食用品質反映的多為食品的質構特性,如硬度、酥性、脆性、粘性、彈性和咀嚼性等。對于食品品質的評價方法主要包括主觀評價和客觀評價。主觀評價即感官評價,利用感官品嘗鑒別的方法對食品進行評判分析,這也是國內外多年來一直沿用的方法。比如對于面條,國內評價項目主要有面條色澤、表觀狀態(tài)、適口性(軟硬度)、韌性(咬勁和彈性)、粘性、爽口性、食口味等。雖然評價項目因區(qū)域習慣而有所不同,但除外觀特征外,都是以口感為實質性評價內容。而口感則是一個綜合性現(xiàn)狀,其評價也多屬于偏愛型感官分析,易受評價員的嗜好、品味等不穩(wěn)定因素的影響,從而難以做出準確評價,導致主觀評價的人為誤差較大,實驗結果的可靠性、可比性差。國內外專家一直致力于研究客觀、簡單易行、標準化程度高的鑒定食用品質的方法,以確保感官評價不受人員組成變化和嗜好的影響,最終以統(tǒng)一的測試方法,精確的量化測量儀器正確地量化食品的質構指標來獲得對物性概念的準確表述,確保評價結果的準確性。本研究就是針對以上評價需求,利用物性測試儀亦即質構儀而作的一些初步探索。
2　質構儀的開發(fā)及測試原理
早在1861年,德國人就設計出世界上第1臺食品品質特性測定儀,用來測定膠狀物的穩(wěn)定程度。Procter等1955年提出了食品的標準咀嚼條件,用接近與口中感觸的形式去研究食品的物理性質[1]。之后,Szczeniak等1963年確定了綜合描述食品物性的“質構曲線解析法(TPA)”[2]。近幾年,國內外應用較多的主要有TA.XTi/5型質構儀和QTS-25型兩種。本研究采用的儀器是英國Stable.Micro System公司研制生產的TA.XT2i/5型物性測試儀。
質構儀主要包括主機、專用軟件、備用探頭及附件。其基本結構一般是由一個能對樣品產生變形作用的機械裝置,
一個用于盛裝樣品的容器和一個對力、時間和變形率進行記錄的記錄系統(tǒng)組成。其測試圍繞著距離、時間、作用力三者進行測試和結果分析,也就是說,質構儀所反映的主要是與力學特性有關的食品質地特性[3],其結果具有較高的靈敏性與客觀性,并可對結果進行準確的數(shù)量化處理,以量化的指標來客觀全面地評價成品,從而避免了人為因素對食品品質評價結果的主觀影響。
質構儀有許多配套探頭,如破裂測試探頭HDP/TPB、粘著性探頭A/DS、輕型刀片A/LKB、堅實度粘性測試探頭HDP/PFS、抗拉測試探頭A/SPR、柱型探頭P/35等。在用質構儀評價食品品質時,首先要根據測試樣品選擇探頭的形狀、規(guī)格,然后再根據探頭來選擇操作模式如壓縮模式或拉伸模式。通過不同種類的壓縮、切割、擠壓和拉伸模具進行測試,得出能夠表示一些質構特性及相關關系的一個曲線圖[4、5]。
3　質構儀在不同面制食品品質中的應用
3·1　面包
3·1·1　測試樣品的準備
采用直接發(fā)酵法,參照《小麥粉面包烘焙品質試驗法直接發(fā)酵法》GB/T14611-1993進行。面包出爐后,在10 min內測定面包體積,稱量質量,分別以毫升和克表示。面包在室溫下冷卻1 h后,裝入塑料袋并密封。在室溫下放置12 h后對面包進行品質評價。質構儀測試時,將面包在面包切片機下切成厚度為12.5 mm的厚薄均勻的薄片,選取中間固定位置的兩片進行測定后取平均值。
3·1·2　測試樣品的評價方法
(1)感官評價:參照GB/T14611-1993進行。主要評價指標包括百克重量、體積比容、表皮色澤、包心色澤、包心平滑度、紋理結構、彈柔性、口感、總評分等。
(2)質構儀測試儀器:采用壓盤式測試探頭P/35,具體測試模式與測試參數(shù)如表1。
(3)質構儀測試專用術語及圖解說明見圖。

①硬度:樣品達到一定變形時所必須的力。硬度值指第一次穿沖樣品時的壓力峰值。在感官上是指用牙咬斷樣品
所用的力,其反義詞為柔軟度。

②彈性:變形樣品在去除變形力后恢復到變形前的條件下的高度或體積比率。它的度量是第二次穿沖的測量高度同第一次測量的高度的比值(長度2/長度1)。

③粘聚性或粘結性:該值可模擬表示樣品內部粘合力,即將樣品拉在一起的內聚力,其反義詞為可壓縮性。當粘聚性遠遠大于粘著性,探頭同樣品充分接觸,探頭仍可保持清潔而無樣品粘著物。它的度量是第二次穿沖的作功面積除以第一次的作功面積的商值(面積2/面積1)。
④粘著性:該值模擬表示在探頭與樣品接觸時用以克服兩者表面間吸引力所必需的力,當粘著性遠遠大于粘聚性,在探頭上將附有部分樣品殘留物。他的度量是用負的峰值面積除以第一次穿沖中下壓穿沖階段面積的比值(面積3/面積4)。在感觀上指樣品的表面對其他材料(如舌頭、牙齒、盤子、手指等)表面的粘附能力。⑤膠著性:該值摸擬表示將半固體的樣品破裂成吞咽時的穩(wěn)定狀態(tài)所需的能量。計算公式為:硬度×粘聚性。⑥咀嚼度:該值摸擬表示將半固體的樣品咀嚼成吞咽時的穩(wěn)定狀態(tài)所需的能量。計算公式為:膠著性×彈性(或硬度×粘聚性×彈性)⑦恢復性:該值度量出變形樣品在與導致變形同樣的速度、壓力條件下恢復的程度。計算方法是在第一次穿次中的“回收”階段的面積同下壓穿刺階段面積的商(面積5/面積4）。

①、②、③三個特性與樣品內部分子之間用以抵抗外來解聚力的內力有關,粘性則與樣品的表面狀況有關,除此之
外,如④、⑤、⑥、⑦的一些間接指標在描述樣品的質構特性上也很有用[4]。
3·1·3　質構儀測試品質與感官品質間的關系
①硬度、粘聚性、彈性與面包感官品質關系極為密切,可作為面包質構儀測試的首選指標。
②硬度與面包體積、包心色澤、平滑度、紋理結構、口感、總評分呈顯著或極顯著負相關。
③彈性與面包外觀形狀、包心色澤、紋理結構、彈柔性、總評分呈顯著或極顯著正相關。
④硬度值、膠著性、咀嚼性與面包品質呈負相關。這三個指標數(shù)值越大,面包吃起來就越硬,缺乏彈性、綿軟、爽口
的感覺。
⑤彈性值、粘聚性、回復性與面包品質正相關,數(shù)值越大,面包吃起來柔軟不勁道,爽口不粘牙。
也曾有報道認為[6]:粘聚性與面包體積、比容、外觀形狀、包心平滑度、紋理結構、彈柔性、總評分呈顯著或極顯著正相關;粘著性與面包外觀形狀、彈柔性、總評分呈顯著負相關;膠著性與面包百克重量、口感呈顯著負相關;咀嚼度與面包百克重量呈顯著負相關。
3·2　面條
3·2·1　測試樣品的準備
實驗室機制面條制作法。參照《面條用小麥粉》SB/T10137-1993采用以下方法進行:稱取100 g面粉,加水適量
(用手握成團,松開后散開)攪拌成面絮狀,使面絮狀顆粒的直徑均勻地處于5 mm左右→裝入塑料袋中,密封靜置20 s→用電動壓面機在1 mm的軋距處壓延一次→將面帶折疊成2~3層厚復合壓延6次→依次在軋距3.5、3.0、2.5、2.0、1.5、1.0 mm處壓延2次→切成2 mm寬,1 mm厚的長面條,之后,立即對鮮濕面條進行品質評價。質構儀測試時,將面條置于沸水中煮至白芯剛好消失,取出,用水沖洗3次,自然淋水,放在濾網上靜置15 s后進行測定:
3·2·2　測試樣品的評價方法
(1)感官評價:參照SB/T10137-1993中所列方法進行,主要評價指標包括色澤、表觀狀態(tài)、適口性、韌性、粘性、光滑性、總評分等。
(2)質構儀測試儀器:共采用四種探頭,測其硬度、韌性、4)。在感觀上指樣品的表面對其他材料(如舌頭、牙齒、盤
子、手指等)表面的粘附能力。⑤膠著性:該值摸擬表示將半固體的樣品破裂成吞咽時的穩(wěn)定狀態(tài)所需的能量。計算公式為:硬度×粘聚性。⑥咀嚼度:該值摸擬表示將半固體的樣品咀嚼成吞咽時的穩(wěn)定狀態(tài)所需的能量。計算公式為:膠著性×彈性(或硬度×粘聚性×彈性)⑦恢復性:該值度量出變形樣品在與導致變形同樣的速度、壓力條件下恢復的程度。計算方法是在第一次穿次中的“回收”階段的面積同下壓穿刺階段面積的商(面積5/面積4）。彈性、粘性,具體測試模式與測試參數(shù)如表2。
(3)質構儀測試專用術語及圖解說明:參見圖2、圖3、圖4、圖5。

①咬勁(硬度):最大峰值所對應的力(g),數(shù)值越大,說明面條越硬,越有咬勁。見圖2。②粘著性:橫坐標線以下的倒峰面積(g.s),表示面條的粘著性,該數(shù)值絕對值越大,表示面條粘性越強,面條口感粘牙。見圖2。③彈性(拉斷力):圖
中最大峰值所對應的力,數(shù)值越大,拉伸距離越長,則面條彈性越好。見圖3。④延伸性(拉伸時間):從開始拉伸到拉斷時間,該值越大,延伸性越好。見圖3。⑤韌性:曲線下的面積,即切斷時所作的功。數(shù)值越大,韌性就越好。見圖4。⑥最大切斷力:最大峰值所對應的力,數(shù)值越大,切斷面條時所用的力越大。見圖4。⑦粘性:最高峰值的力,數(shù)值越大粘性越大。見圖5。

3·2.3　質構儀測試品質與感官品質的關系
(1)面條色澤、表觀狀態(tài)與面條品質密切相關,面條表觀狀態(tài)是反映面條內部品質的重要指標[7]。
(2)面條色澤與其感官總平分呈顯著正相關[7]。
(3)表觀狀態(tài)與其適口性、粘性、韌性、光滑性、感觀總評分呈顯著或極顯著正相關。
(4)表觀狀態(tài)與干物質失落率呈顯著負相關,干物質失落率可作為評價面條品質的一項客觀指標。
(5)粘聚性與干物質失落率呈顯著負相關,與面條品質呈正相關關系[8、9、10]。
3·3　饅頭
3·3·1　測試樣品的準備
手工饅頭制作法:參照《饅頭用小麥粉》SB/T10139-1993。饅頭出籠后,在10 min內測定饅頭體積,稱量質量,分別以毫升和克表示。饅頭在室溫下冷卻1 h后,裝入塑料袋并密封。室溫下放置12 h后對饅頭進行品質評價。
3·3·2　測試樣品的評價方法
(1)感官評價:參照SB/T10139-1993主要評價指標包括百克重量、體積、比容、外觀形狀、色澤、內部結構、總評分等。
(2)質構儀測試儀器:采用壓盤式測試探頭P/35,具體測試模式與測試參數(shù)如表1。
(3)質構儀測試專用術語及圖解說明(同上述面包)。
3·3·3　質構儀測試品質與感官品質的關系
(1)彈性、回復性與其感官品質的相關性顯著,數(shù)值越高,其品質越好。(2)彈性與饅頭百克重量呈顯著正相關,回復性與饅頭外觀形狀呈顯著負相關。
(3)彈性、回復性數(shù)值過大,其外觀形狀較差,如用強筋小麥制作的饅頭,雖然彈性(Springness)回復性(Resilence)數(shù)值較高,但其表面易起泡、皺縮、不光滑、不適合作手工饅頭。
4　問題與展望
一般來講,化學和儀器分析方法衡量的只是一些獨立的分析指標,而感官評價結果則是將許多質構特性結合融匯在
一起的綜合結果。一個行之有效的客觀評價方法應該具備以下特點:(1)與感官評價結果相對應的質構儀評價參數(shù)之間具有高度的相關性;(2)容易操作,簡單易行,實驗結果的重現(xiàn)性好;(3)敏感度高,能反映出樣品間質量的細小差別。開發(fā)出一系列適于不同食品的綜合評價的測試參數(shù)的評價指標是擺在我們大家面前急于解決的問題。隨著物性測試儀的推廣應用,隨著人們對感觀評價進行客觀評價分析的認識的深入,越來越多的物性測試儀測試參數(shù)和感觀指標將會建立起來。