質(zhì)構(gòu)儀及其在食品品質(zhì)評價(jià)中的應(yīng)用

1、質(zhì)構(gòu)儀及其在食品品質(zhì)評價(jià)中的應(yīng)用陳秋宏摘要：質(zhì)構(gòu)儀又叫物性測試儀，是用于客觀評價(jià)食品品質(zhì)的主要儀器，能夠根據(jù)樣品的物性特點(diǎn)做出數(shù)據(jù)化的準(zhǔn)確表述，具有客觀、易操作性等優(yōu)點(diǎn)，近年來在食品行業(yè)中的應(yīng)用逐漸廣泛。本文介紹了質(zhì)構(gòu)儀的測定原理、測定模式及其在谷物、乳制品、果蔬和肉制品品質(zhì)評價(jià)中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：質(zhì)構(gòu)儀，食品，品質(zhì)，物性Texture Analyzer and its Application in the Evaluation for Food QualityChen QiuhongAbstract: Texture analyzer, also called property tester,

2、 is the main instrument for objective evaluation of food quality. It can make digital accurate description according to the property characteristics of the samples, and has the advantages of objective and operational ease, In recent years it has been used more and more widely in food industry. This

3、paper introduces texture analyzers principle, measurement model and its application in cereals, dairy products, fruits, vegetables and meat quality evaluation.Key words: texture analyzer, food, quality, property0 引言食品的質(zhì)地，如硬度、脆性、膠黏性、彈性、回復(fù)性等是評價(jià)食品品質(zhì)的重要因素，其評價(jià)方法主要有感官評價(jià)法和儀器評價(jià)法。感官評價(jià)法一般采用暫時(shí)的評分系統(tǒng)，可能會(huì)被限制在一個(gè)產(chǎn)品

4、或一批產(chǎn)品上，局限性很大，而且這種評定費(fèi)時(shí)費(fèi)力，受評價(jià)員的情緒、健康狀況等多種因素影響，穩(wěn)定性不足。而質(zhì)構(gòu)儀使用統(tǒng)一的測試方法，可對樣品的物性概念做出準(zhǔn)確的數(shù)量表述，具有客觀、易操作性等優(yōu)點(diǎn)，因此越來越受到研究者的青睞，逐步在食品研究開發(fā)中得到重視和推廣應(yīng)用。1 質(zhì)構(gòu)儀簡介質(zhì)構(gòu)儀又叫物性測試儀，是用于客觀評價(jià)食品品質(zhì)的主要儀器，能夠根據(jù)樣品的物性特點(diǎn)做出數(shù)據(jù)化的準(zhǔn)確表述，由于其在食品行業(yè)的應(yīng)用逐漸廣泛，測定的物理性狀能較好的反映食品質(zhì)量的優(yōu)劣，已經(jīng)得到了研究者們充分的肯定。質(zhì)構(gòu)儀具有專門的分析軟件包，它可以對儀器進(jìn)行控制，選擇各種檢測分析模式，并實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)繪制檢測過程曲線1。還擁有內(nèi)部計(jì)算功

5、能，可對有效數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，并可將多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，獲得有效的物性分析結(jié)果2。1.1 質(zhì)構(gòu)儀構(gòu)造質(zhì)構(gòu)儀主要包括主機(jī)、專用軟件、備用探頭以及附件。其基本結(jié)構(gòu)一般是由一個(gè)能對樣品產(chǎn)生變形作用的機(jī)械裝置，一個(gè)盛裝樣品的容器和一個(gè)記錄系統(tǒng)組成3。質(zhì)構(gòu)儀的主機(jī)與微機(jī)相連，主機(jī)上的機(jī)械臂可以隨著凹槽上下移動(dòng)，探頭與機(jī)械臂遠(yuǎn)端相接，與探頭相對應(yīng)的是主機(jī)的底座，探頭和底座有十幾種不同的形狀和大小的設(shè)計(jì)，分別適用于各種標(biāo)本。測試圍繞著作用力、時(shí)間和位移進(jìn)行記錄和結(jié)果分析，測試所反映的主要是與力學(xué)特性有關(guān)的食品質(zhì)地特性，其結(jié)果具有較高的靈敏性與客觀性，并可通過配備的專用軟件對結(jié)果進(jìn)行量化處理，可避免人為

6、對食品品質(zhì)評價(jià)結(jié)果的主觀影響4。1.2 質(zhì)構(gòu)儀的工作原理質(zhì)構(gòu)儀是模擬人的觸覺，分析檢測觸覺中物理特征的儀器，在其主機(jī)的機(jī)械臂和探頭連接處有一個(gè)力學(xué)傳感器，能感應(yīng)標(biāo)本對探頭的反作用力，并將這種力學(xué)信號傳遞給微機(jī)，并轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字記錄和圖形表示，快速直觀的描述樣品的受力情況。在工作狀態(tài)下，通過微機(jī)程序控制，機(jī)械臂以設(shè)定速度上下移動(dòng)，當(dāng)傳感器與被測物體接觸達(dá)到設(shè)定觸發(fā)力或觸發(fā)深度時(shí)，計(jì)算機(jī)以設(shè)定的記錄速度始記錄，并在直角坐標(biāo)系中繪圖表示5。由于傳感器是在設(shè)定速度下勻速移動(dòng)，因此時(shí)間位移可以自由轉(zhuǎn)換，并可以計(jì)算出被測物體的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系。1.3 質(zhì)構(gòu)儀的測定模式1.3.1 TPA 模式TPA全稱為text

7、ure profile analysis，即質(zhì)構(gòu)剖面分析。TPA 測試又稱兩次咀嚼性測試，主要是模擬人口腔運(yùn)動(dòng)，對固體或半固體進(jìn)行兩次壓縮，描繪出力時(shí)間的關(guān)系曲線6。1.3.2 其他測試模式在測定模式中，TPA 因其測試結(jié)果的完整性是應(yīng)用最為廣泛的一種模式。然而，針對不同的測試樣品，實(shí)驗(yàn)者還可以有針對性地選擇測定模式，例如以胡克定律為基礎(chǔ)來檢驗(yàn)樣品張力的拉伸測試7；針對如乳制品、酒類、漿類等一些流體、半流體物質(zhì)的稠度測試;用于區(qū)別微觀結(jié)構(gòu)變化的測度測試，這類測試主要應(yīng)用于油炸、膨化等手段加工的具有酥脆性的食品；除以上模式外，還有剪切、穿刺、擠壓等測試方式。這些模式通過力、時(shí)間和距離的關(guān)系曲線體

8、現(xiàn)出力學(xué)與形變的關(guān)系，進(jìn)而推導(dǎo)出形變在物理性質(zhì)中的代表意義。2 質(zhì)構(gòu)儀在食品品質(zhì)評價(jià)中的應(yīng)用2.1 質(zhì)構(gòu)儀在谷物(大米)品質(zhì)評價(jià)中的應(yīng)用大米是我國的主食之一，隨著人民生活水平的提高，不僅要求大米干凈衛(wèi)生無雜質(zhì)，而且要求大米要口感好，風(fēng)味好8。為了達(dá)到這樣的要求，國內(nèi)許多大米加工廠都努力提高大米的食用品質(zhì)。因此需要一種有效的評價(jià)大米品質(zhì)的測定方法作為大米品質(zhì)評定的依據(jù)9?？蓱?yīng)用先進(jìn)的質(zhì)構(gòu)儀測定米飯質(zhì)構(gòu)品質(zhì)，通過模擬人的口腔咀嚼功能，用具體的數(shù)據(jù)，客觀地將人的觸覺感受分解成硬度、黏度、黏著性、彈性等幾個(gè)部分，從而評價(jià)米飯食味優(yōu)劣10-11。戰(zhàn)旭梅等通過對13種稻谷樣品的蒸煮品質(zhì)指標(biāo)、質(zhì)構(gòu)品質(zhì)及其相

9、關(guān)性的研究，用質(zhì)構(gòu)儀測得的大米彈性、黏著性、硬度、黏度與大米的蒸煮指標(biāo)之間存在顯著的相關(guān)性，因此他們認(rèn)為可以用質(zhì)構(gòu)儀測定的彈性、黏著性、硬度、黏度來代替蒸煮指標(biāo)中的碘鹽值、膨脹率、米湯干物質(zhì)、吸水率來評價(jià)大米的食用品質(zhì)12。2.2 質(zhì)構(gòu)儀在乳制品品質(zhì)評價(jià)中的應(yīng)用乳制品以其營養(yǎng)豐富、口感細(xì)膩、風(fēng)味獨(dú)特、保健功能等特點(diǎn)，在人們的生活中扮演越來越重要的角色。乳制品的品質(zhì)因素分為色、香、味、形和營養(yǎng)價(jià)值五大部分13。隨著儀器測定在國內(nèi)快速的發(fā)展及對食品物性研究的深入，乳制品的品質(zhì)逐漸被可以科學(xué)、客觀、直接反映乳制品品質(zhì)的質(zhì)構(gòu)儀分析法所取代1415。趙秀紅等通過質(zhì)構(gòu)儀對變質(zhì)前后不同產(chǎn)品攪拌型酸奶、凝固型

10、酸奶、奶酪的質(zhì)構(gòu)測試，變質(zhì)前后攪拌型酸奶、凝固型酸奶、奶酪的硬度、內(nèi)聚性、粘附性、彈性各項(xiàng)質(zhì)構(gòu)指標(biāo)都發(fā)生變化，并且呈現(xiàn)不同程度的下降趨勢16。屠康17等人通過對市場上比較常見的幾種干酪進(jìn)行質(zhì)構(gòu)分析，并且在實(shí)驗(yàn)中由于干酪有硬質(zhì)和軟質(zhì)之分，所以設(shè)定的參數(shù)也不同。最終發(fā)現(xiàn)硬質(zhì)較低的硬質(zhì)干酪其彈性、膠著性和咀嚼性都比較好1819。冰激凌作為夏季中最受歡迎的乳品之一，對于其品質(zhì)的研究也就顯得尤為重要。錢鐳20采用質(zhì)構(gòu)對不同種類的冰激凌品質(zhì)進(jìn)行了分析，最后發(fā)現(xiàn)冰激凌中的脂肪含量、甜味素種類和乳化劑用量都會(huì)影響其品質(zhì)。崔旭海21等人通過質(zhì)構(gòu)儀分析了自由基氧化的乳清蛋白在冰淇淋中的應(yīng)用所引起的變化。2.3 質(zhì)

11、構(gòu)儀在果蔬及其制品品質(zhì)評價(jià)中的應(yīng)用國外在果蔬質(zhì)構(gòu)測定方面對質(zhì)構(gòu)儀的應(yīng)用比較早，Dulcineia 對通過經(jīng)傳統(tǒng)自然光晾干后的巴托羅茂梨果肉和新鮮梨硬度、破裂力、內(nèi)聚性、彈性和粘著性等參數(shù)的研究得出了不同于鮮果的質(zhì)地22。近年來，在國內(nèi)也開始了對質(zhì)構(gòu)儀的應(yīng)用。陳青23用質(zhì)構(gòu)儀對楊梅的質(zhì)地進(jìn)行了檢測，并且確定了硬度與凝聚性、回復(fù)性、咀嚼性三種參數(shù)可準(zhǔn)確描述楊梅果實(shí)的質(zhì)地變化。潘秀娟等24通過對紅富士和嘎啦兩種蘋果的脆度、粘著性、凝聚性、回復(fù)性和咀嚼性的參數(shù)比較得出了兩品種蘋果的采后質(zhì)地的差別。吳雯丹等通過研究獼猴桃貯藏期質(zhì)構(gòu)的變化建立了獼猴桃果實(shí)人工咀嚼的數(shù)學(xué)模型25。說明了隨著對水果參數(shù)模型的建

12、立和完善，對人們質(zhì)構(gòu)儀參數(shù)測定技術(shù)的應(yīng)用越來越成熟，并且開始了向果實(shí)貯藏保鮮方向發(fā)展26。也表明了今后質(zhì)構(gòu)儀應(yīng)用在果實(shí)測定方面的發(fā)展趨勢。同時(shí)，應(yīng)認(rèn)識到果實(shí)種類繁多，尤其是水果類。水果在園藝上可分為仁果類、核果類、漿果類、柑橘類、熱帶及亞熱帶類等。而且相同種類的水果之間也存在很大的差異性。這給今后測定完善的綜合評價(jià)參數(shù)和評價(jià)指標(biāo)帶來繁重的工作量27。2.4 質(zhì)構(gòu)儀在肉類及其制品品質(zhì)評價(jià)中的應(yīng)用肉制品是一種高脂肪、高蛋白的食品，在人們的生活中必不可少。由于人們生活質(zhì)量的提高，肉制品的質(zhì)量檢測急需要加強(qiáng)。因此在肉制品的質(zhì)構(gòu)檢測中，研究者們也做了大量的工作。丁武通過穿刺實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，肉制品的嫩度可以由實(shí)

13、驗(yàn)中的第一個(gè)峰值進(jìn)行量化表示，這樣使得肉制品的檢測更加準(zhǔn)確和方便。阮征28等人以質(zhì)構(gòu)參數(shù)作為指標(biāo)，優(yōu)化了羅非魚的超高壓凝膠化工藝，發(fā)現(xiàn)不同的處理?xiàng)l件對凝膠的質(zhì)構(gòu)有不同的影響:加壓壓力對回復(fù)性和內(nèi)聚性的影響最大;加熱配合對咀嚼性的影響最大。戴志遠(yuǎn)29等人研究了在不同凍藏條件下養(yǎng)殖大黃花魚魚肉的質(zhì)構(gòu)變化，文中通過采用質(zhì)構(gòu)儀對18和50儲(chǔ)藏條件下的養(yǎng)殖大黃花魚進(jìn)行質(zhì)構(gòu)測定，得出隨著冷凍儲(chǔ)藏時(shí)間的延長，養(yǎng)殖大黃花魚的硬度、黏附性、彈性、咀嚼性、膠粘性和回復(fù)性等水平明顯下降。郝紅濤30等人在對肉類制品的質(zhì)構(gòu)特性的研究中提出了質(zhì)構(gòu)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的必要性，以及建議質(zhì)構(gòu)指標(biāo)取代感官指標(biāo)指導(dǎo)肉制品的研發(fā)工作。李云飛

14、31等用質(zhì)構(gòu)儀對3 種加入不同變性淀粉的紅腸進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)利用變性淀粉生產(chǎn)紅腸可明顯提高紅腸的彈性和黏聚性，降低硬度和咀嚼性，對紅腸的物性特性有明顯改善。綜合彈性、黏聚性、硬度和咀嚼4方面的因素，變性淀粉添加量以10%為最優(yōu)。由以上研究發(fā)現(xiàn)，肉類制品中由于不同的處理方式以及加工過程導(dǎo)致其最終質(zhì)構(gòu)特性存在明顯的差異。反之，由于質(zhì)構(gòu)差異的存在成為了判斷肉類制品的處理方式、加工過程或者儲(chǔ)存環(huán)節(jié)中存在何種問題的一種手段。3問題與展望在國內(nèi)，質(zhì)構(gòu)儀在應(yīng)用過程中還存在著許多的不足之處。由于是從國外引進(jìn)先進(jìn)設(shè)備，儀器本身是針對國外人們的食品檢驗(yàn)需求而設(shè)計(jì)，在使用方面對中式食物的形狀和結(jié)構(gòu)針對性不是很強(qiáng)，這就

15、需要研究者從最基本的原理出發(fā)，研發(fā)出適合中式食品的實(shí)驗(yàn)方案及設(shè)備。另外，由于國內(nèi)研究缺乏系統(tǒng)化，多數(shù)只立足于某個(gè)產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)特性的測量與分析，或者研究者具有宏觀掌握的能力，但是缺乏將整體的思想細(xì)化。除以上缺點(diǎn)之外，質(zhì)構(gòu)研究與工業(yè)化生產(chǎn)相脫節(jié)，忽略了研究的目的是為了指導(dǎo)實(shí)踐，以致不能良好的應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐中。解決以上問題的方法有很多，首先，研究者應(yīng)該從理論基礎(chǔ)開始，加強(qiáng)研究內(nèi)容的系統(tǒng)性。質(zhì)構(gòu)特性的研究建立在力學(xué)、流變學(xué)等的基礎(chǔ)之上32，通過儀器來測定質(zhì)構(gòu)性質(zhì)，除了應(yīng)該很好的了解食品本身的形變特性外，還需要詳細(xì)的了解儀器測定的基礎(chǔ)原理，只有掌握儀器測定的原理，才可以設(shè)計(jì)出合理的實(shí)驗(yàn)方案，以及準(zhǔn)確控制實(shí)驗(yàn)

16、中的操作步驟，其中包括力學(xué)基礎(chǔ)、機(jī)械能量定理、食品流變學(xué)、物性學(xué)等，基礎(chǔ)理論是一切知識的源頭，只有更好的掌握了基礎(chǔ)知識，才能將基礎(chǔ)質(zhì)構(gòu)特性細(xì)致化、深入化的研究下去。其次，明確研究的目的是為了指導(dǎo)實(shí)踐生產(chǎn)。長久以來理論指導(dǎo)實(shí)踐這一論調(diào)是毋庸置疑的，但是實(shí)踐生產(chǎn)中總會(huì)存在一些現(xiàn)有技術(shù)解決不了的問題，這樣就促使企業(yè)工廠去探索新的方法以控制或提高產(chǎn)率，質(zhì)構(gòu)檢測就是其中的一種方法。同時(shí)研究者還可以將質(zhì)構(gòu)儀測定出來的特性指標(biāo)與數(shù)學(xué)模型相結(jié)合，通過數(shù)學(xué)模型指導(dǎo)產(chǎn)品的品質(zhì)判別。最后，從微觀角度出發(fā)研究宏觀變化，再由宏觀變化推導(dǎo)出微觀內(nèi)容的改變。例如由質(zhì)構(gòu)儀測定出的質(zhì)構(gòu)特性和食物營養(yǎng)成分之間是否存在相關(guān)性，甚至

17、質(zhì)構(gòu)與分子水平之間是否存在一絲的關(guān)系，如果經(jīng)過證實(shí)存在相關(guān)性，那么研究者就可以從宏觀角度發(fā)掘出食品微觀成分的變化，從食品的整體質(zhì)構(gòu)體系出發(fā)尋求與其相關(guān)的分子，甚至是原子水平的變化，或者分解食品中的重要成分，這樣就可以從宏觀上判定食品的品質(zhì)變化，進(jìn)而簡化品質(zhì)檢測的步驟。我們發(fā)現(xiàn)，質(zhì)構(gòu)研究具有很大的發(fā)展空間和潛力。隨著化學(xué)實(shí)驗(yàn)不能適應(yīng)快速、簡便的檢測要求，質(zhì)構(gòu)檢測的發(fā)展就會(huì)凸顯其重要的地位。新產(chǎn)品的研發(fā)、流水線產(chǎn)品的品質(zhì)控制，市場的需求都需要質(zhì)構(gòu)檢測這一技術(shù)作為支撐和引導(dǎo)。特別是市場化將人們的要求明朗化，在傳統(tǒng)的感官評價(jià)不能準(zhǔn)確、客觀地提供生產(chǎn)者所需要的結(jié)果之時(shí)，質(zhì)構(gòu)研究在其具有準(zhǔn)確性、客觀性、簡

18、潔性等這些前提之下，則為產(chǎn)品進(jìn)入市場做了最充分的準(zhǔn)備。綜上所述，食品質(zhì)構(gòu)的研究將會(huì)在食品工業(yè)中得到更廣泛的發(fā)展。參考文獻(xiàn)1 程學(xué)勛, 林潔文, 黃敏, 袁秀文. 質(zhì)構(gòu)儀及其在食品研究中的應(yīng)用簡介J. 廣東化工, 2012, 09: 164-165+146.2 梁輝, 戴志遠(yuǎn). 物性分析儀在食品質(zhì)構(gòu)測定方面的應(yīng)用J. 食品研究與開發(fā), 2006, (4): 118-119.3 林芳棟, 蔣珍菊, 廖珊, 等. 質(zhì)構(gòu)儀及其在食品品質(zhì)評價(jià)中的應(yīng)用綜述J. 生命科學(xué)儀器, 2009(7): 61-63.4 Dulcineia Ferreira, Jose A, Lopes da Silva. Effe

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