质构仪（物性分析仪、物性测试仪）在食品品质评价中的应用

1　概述
    中国面制食品主要包括馒头、面包、面条、饺子、饼干等,面制食品的品质主要包括商品品质(如面条的色泽、表观状态、强度等)和食用品质(如面条的咬劲、食感等)。食用品质反映的多为食品的质构特性,如硬度、酥性、脆性、粘性、弹性和咀嚼性等。对于食品品质的评价方法主要包括主观评价和客观评价。主观评价即感官评价,利用感官品尝鉴别的方法对食品进行评判分析,这也是国内外多年来一直沿用的方法。比如对于面条,国内评价项目主要有面条色泽、表观状态、适口性(软硬度)、韧性(咬劲和弹性)、粘性、爽口性、食口味等。虽然评价项目因区域习惯而有所不同,但除外观特征外,都是以口感为实质性评价内容。而口感则是一个综合性现状,其评价也多属于偏爱型感官分析,易受评价员的嗜好、品味等不稳定因素的影响,从而难以做出准确评价,导致主观评价的人为误差较大,实验结果的可靠性、可比性差。国内外专家一直致力于研究客观、简单易行、标准化程度高的鉴定食用品质的方法,以确保感官评价不受人员组成变化和嗜好的影响,最终以统一的测试方法,精确的量化测量仪器正确地量化食品的质构指标来获得对物性概念的准确表述,确保评价结果的准确性。本研究就是针对以上评价需求,利用物性测试仪亦即质构仪而作的一些初步探索。
2　质构仪的开发及测试原理
早在1861年,德国人就设计出世界上第1台食品品质特性测定仪,用来测定胶状物的稳定程度。Procter等1955年提出了食品的标准咀嚼条件,用接近与口中感触的形式去研究食品的物理性质[1]。之后,Szczeniak等1963年确定了综合描述食品物性的“质构曲线解析法(TPA)”[2]。近几年,国内外应用较多的主要有TA.XTi/5型质构仪和QTS-25型两种。本研究采用的仪器是英国Stable.Micro System公司研制生产的TA.XT2i/5型物性测试仪。
质构仪主要包括主机、专用软件、备用探头及附件。其基本结构一般是由一个能对样品产生变形作用的机械装置,
一个用于盛装样品的容器和一个对力、时间和变形率进行记录的记录系统组成。其测试围绕着距离、时间、作用力三者进行测试和结果分析,也就是说,质构仪所反映的主要是与力学特性有关的食品质地特性[3],其结果具有较高的灵敏性与客观性,并可对结果进行准确的数量化处理,以量化的指标来客观全面地评价成品,从而避免了人为因素对食品品质评价结果的主观影响。
质构仪有许多配套探头,如破裂测试探头HDP/TPB、粘着性探头A/DS、轻型刀片A/LKB、坚实度粘性测试探头HDP/PFS、抗拉测试探头A/SPR、柱型探头P/35等。在用质构仪评价食品品质时,首先要根据测试样品选择探头的形状、规格,然后再根据探头来选择操作模式如压缩模式或拉伸模式。通过不同种类的压缩、切割、挤压和拉伸模具进行测试,得出能够表示一些质构特性及相关关系的一个曲线图[4、5]。
3　质构仪在不同面制食品品质中的应用
3·1　面包
3·1·1　测试样品的准备
采用直接发酵法,参照《小麦粉面包烘焙品质试验法直接发酵法》GB/T14611-1993进行。面包出炉后,在10 min内测定面包体积,称量质量,分别以毫升和克表示。面包在室温下冷却1 h后,装入塑料袋并密封。在室温下放置12 h后对面包进行品质评价。质构仪测试时,将面包在面包切片机下切成厚度为12.5 mm的厚薄均匀的薄片,选取中间固定位置的两片进行测定后取平均值。
3·1·2　测试样品的评价方法
(1)感官评价:参照GB/T14611-1993进行。主要评价指标包括百克重量、体积比容、表皮色泽、包心色泽、包心平滑度、纹理结构、弹柔性、口感、总评分等。
(2)质构仪测试仪器:采用压盘式测试探头P/35,具体测试模式与测试参数如表1。
(3)质构仪测试专用术语及图解说明见图。

①硬度:样品达到一定变形时所必须的力。硬度值指第一次穿冲样品时的压力峰值。在感官上是指用牙咬断样品
所用的力,其反义词为柔软度。

②弹性:变形样品在去除变形力后恢复到变形前的条件下的高度或体积比率。它的度量是第二次穿冲的测量高度同第一次测量的高度的比值(长度2/长度1)。

③粘聚性或粘结性:该值可模拟表示样品内部粘合力,即将样品拉在一起的内聚力,其反义词为可压缩性。当粘聚性远远大于粘着性,探头同样品充分接触,探头仍可保持清洁而无样品粘着物。它的度量是第二次穿冲的作功面积除以第一次的作功面积的商值(面积2/面积1)。
④粘着性:该值模拟表示在探头与样品接触时用以克服两者表面间吸引力所必需的力,当粘着性远远大于粘聚性,在探头上将附有部分样品残留物。他的度量是用负的峰值面积除以第一次穿冲中下压穿冲阶段面积的比值(面积3/面积4)。在感观上指样品的表面对其他材料(如舌头、牙齿、盘子、手指等)表面的粘附能力。⑤胶着性:该值摸拟表示将半固体的样品破裂成吞咽时的稳定状态所需的能量。计算公式为:硬度×粘聚性。⑥咀嚼度:该值摸拟表示将半固体的样品咀嚼成吞咽时的稳定状态所需的能量。计算公式为:胶着性×弹性(或硬度×粘聚性×弹性)⑦恢复性:该值度量出变形样品在与导致变形同样的速度、压力条件下恢复的程度。计算方法是在第一次穿次中的“回收”阶段的面积同下压穿刺阶段面积的商(面积5/面积4）。

①、②、③三个特性与样品内部分子之间用以抵抗外来解聚力的内力有关,粘性则与样品的表面状况有关,除此之
外,如④、⑤、⑥、⑦的一些间接指标在描述样品的质构特性上也很有用[4]。
3·1·3　质构仪测试品质与感官品质间的关系
①硬度、粘聚性、弹性与面包感官品质关系极为密切,可作为面包质构仪测试的首选指标。
②硬度与面包体积、包心色泽、平滑度、纹理结构、口感、总评分呈显著或极显著负相关。
③弹性与面包外观形状、包心色泽、纹理结构、弹柔性、总评分呈显著或极显著正相关。
④硬度值、胶着性、咀嚼性与面包品质呈负相关。这三个指标数值越大,面包吃起来就越硬,缺乏弹性、绵软、爽口
的感觉。
⑤弹性值、粘聚性、回复性与面包品质正相关,数值越大,面包吃起来柔软不劲道,爽口不粘牙。
也曾有报道认为[6]:粘聚性与面包体积、比容、外观形状、包心平滑度、纹理结构、弹柔性、总评分呈显著或极显著正相关;粘着性与面包外观形状、弹柔性、总评分呈显著负相关;胶着性与面包百克重量、口感呈显著负相关;咀嚼度与面包百克重量呈显著负相关。
3·2　面条
3·2·1　测试样品的准备
实验室机制面条制作法。参照《面条用小麦粉》SB/T10137-1993采用以下方法进行:称取100 g面粉,加水适量
(用手握成团,松开后散开)搅拌成面絮状,使面絮状颗粒的直径均匀地处于5 mm左右→装入塑料袋中,密封静置20 s→用电动压面机在1 mm的轧距处压延一次→将面带折叠成2~3层厚复合压延6次→依次在轧距3.5、3.0、2.5、2.0、1.5、1.0 mm处压延2次→切成2 mm宽,1 mm厚的长面条,之后,立即对鲜湿面条进行品质评价。质构仪测试时,将面条置于沸水中煮至白芯刚好消失,取出,用水冲洗3次,自然淋水,放在滤网上静置15 s后进行测定:
3·2·2　测试样品的评价方法
(1)感官评价:参照SB/T10137-1993中所列方法进行,主要评价指标包括色泽、表观状态、适口性、韧性、粘性、光滑性、总评分等。
(2)质构仪测试仪器:共采用四种探头,测其硬度、韧性、4)。在感观上指样品的表面对其他材料(如舌头、牙齿、盘
子、手指等)表面的粘附能力。⑤胶着性:该值摸拟表示将半固体的样品破裂成吞咽时的稳定状态所需的能量。计算公式为:硬度×粘聚性。⑥咀嚼度:该值摸拟表示将半固体的样品咀嚼成吞咽时的稳定状态所需的能量。计算公式为:胶着性×弹性(或硬度×粘聚性×弹性)⑦恢复性:该值度量出变形样品在与导致变形同样的速度、压力条件下恢复的程度。计算方法是在第一次穿次中的“回收”阶段的面积同下压穿刺阶段面积的商(面积5/面积4）。弹性、粘性,具体测试模式与测试参数如表2。
(3)质构仪测试专用术语及图解说明:参见图2、图3、图4、图5。

①咬劲(硬度):最大峰值所对应的力(g),数值越大,说明面条越硬,越有咬劲。见图2。②粘着性:横坐标线以下的倒峰面积(g.s),表示面条的粘着性,该数值绝对值越大,表示面条粘性越强,面条口感粘牙。见图2。③弹性(拉断力):图
中最大峰值所对应的力,数值越大,拉伸距离越长,则面条弹性越好。见图3。④延伸性(拉伸时间):从开始拉伸到拉断时间,该值越大,延伸性越好。见图3。⑤韧性:曲线下的面积,即切断时所作的功。数值越大,韧性就越好。见图4。⑥最大切断力:最大峰值所对应的力,数值越大,切断面条时所用的力越大。见图4。⑦粘性:最高峰值的力,数值越大粘性越大。见图5。

3·2.3　质构仪测试品质与感官品质的关系
(1)面条色泽、表观状态与面条品质密切相关,面条表观状态是反映面条内部品质的重要指标[7]。
(2)面条色泽与其感官总平分呈显著正相关[7]。
(3)表观状态与其适口性、粘性、韧性、光滑性、感观总评分呈显著或极显著正相关。
(4)表观状态与干物质失落率呈显著负相关,干物质失落率可作为评价面条品质的一项客观指标。
(5)粘聚性与干物质失落率呈显著负相关,与面条品质呈正相关关系[8、9、10]。
3·3　馒头
3·3·1　测试样品的准备
手工馒头制作法:参照《馒头用小麦粉》SB/T10139-1993。馒头出笼后,在10 min内测定馒头体积,称量质量,分别以毫升和克表示。馒头在室温下冷却1 h后,装入塑料袋并密封。室温下放置12 h后对馒头进行品质评价。
3·3·2　测试样品的评价方法
(1)感官评价:参照SB/T10139-1993主要评价指标包括百克重量、体积、比容、外观形状、色泽、内部结构、总评分等。
(2)质构仪测试仪器:采用压盘式测试探头P/35,具体测试模式与测试参数如表1。
(3)质构仪测试专用术语及图解说明(同上述面包)。
3·3·3　质构仪测试品质与感官品质的关系
(1)弹性、回复性与其感官品质的相关性显著,数值越高,其品质越好。(2)弹性与馒头百克重量呈显著正相关,回复性与馒头外观形状呈显著负相关。
(3)弹性、回复性数值过大,其外观形状较差,如用强筋小麦制作的馒头,虽然弹性(Springness)回复性(Resilence)数值较高,但其表面易起泡、皱缩、不光滑、不适合作手工馒头。
4　问题与展望
一般来讲,化学和仪器分析方法衡量的只是一些独立的分析指标,而感官评价结果则是将许多质构特性结合融汇在
一起的综合结果。一个行之有效的客观评价方法应该具备以下特点:(1)与感官评价结果相对应的质构仪评价参数之间具有高度的相关性;(2)容易操作,简单易行,实验结果的重现性好;(3)敏感度高,能反映出样品间质量的细小差别。开发出一系列适于不同食品的综合评价的测试参数的评价指标是摆在我们大家面前急于解决的问题。随着物性测试仪的推广应用,随着人们对感观评价进行客观评价分析的认识的深入,越来越多的物性测试仪测试参数和感观指标将会建立起来。