砀山梨中质地评价检测方案(质构仪)

梨的质地品质评价 姜松 吴洪华 摘要：本论文主要以砀山酥梨为研究对象，用先进的质地分析仪TA-XT2i对梨果实进行如下的研究：用TPA、WBS两种模拟方法对货架期间梨果肉质地进行监控，结果表明在货架期间梨果肉各质地参数均呈下降趋势， TPA各质地参数之间具有很高的相关性和相同的变化趋势，因此可以用其中任一指标来反映复杂的质地。脆性是砀山酥梨的主要特征，可以从WBS剪切曲线上体现，从剪切曲线中提取峰的个数，平均剪切力，剪切功等参数，结果表明在贮藏过程中，随着梨果肉脆性的下降，剪切曲线上峰的个数和平均剪切力呈下降趋势，脆性功却呈上升趋势；用最小二乘法原理平滑剪切曲线，用积分方法计算得到试验曲线和平滑曲线的长度，将两个曲线长度的比值R=L/L 作为脆性的度量，R值越大，脆性越好。结果表明该方法可以很好地表征梨的脆性 关键词：砀山梨、质地评价、ＴPA、脆性 A bstract： With“Dangshan crisp pear"as the main object， TA-XT2ias the instrument， this thesis mainly focuses on the aspects as follows.The tests on“Dangshan crisp pear”during shelf life through destructivemethods such as TPA， puncture， WBS show that the parameters such ashardness， brittleness， elasticity， chewiness， resilience， cohesiveness of theflesh share the same descending trend. Crispness is the trait of"Dangshancrisp pear”， which can be seen from WBS shear curves： the parameterssuch as the number of peaks， average shear force， W， are extracted fromthe WBS curves， and the test curves of WBS are smoothed by LeastSquares Method using Matlab， and then the lengths of test curve andsmooth curve are obtained by integral method， ratio of which is used as the measure of brittleness. The results show that these methods work wellon depicting the brittleness. Key words： Dangshan Pear， Texture Evaluation， TPA， Crispness 质地(Texture)、表观、风味、营养是果品的四类主要品质。称外观、风味、质地三个因素为“感官可接受性因素”(Sensory acceptability factors)。对于消费者而言，真正决定消费者购买行为的首先是果实的“感官可接受性因素”[2]。所以质地是食品品质的非常重要的组成部分，正逐渐成为食品行业里的一个重要标准。然而，目前对水果品质的研究主要集中在生化属性方面，而对感官属性尤其是质地属性方面研究得很少。 农产品力学测定方法可以分为三类：①基本力学测试(Fundamental Test)，例如测定物料各种模量、泊松比、松弛时间等基本流变特性参数，这些参数是物料本身所固有的，与样品的几何形状、载荷状况以及使用的仪器等无关，具有明确的定义，可以用公式描述，术不容易和质地属性相联系；②经验测试(EmpiricalTest)测定穿透力、挤压能、硬度等参数，没有明确数学定义却与质地较为相关；③模拟测试(Imitative Test) 如TPA (Texture Profile Analysis)这一经典的质地分析测试，是模仿人的感官评价时做出的力学测试，并提出力学指标作为质地评价的标准3，4。本试验用TPA，'WBS两种模拟测试方法对货架期间的砀山梨果肉质地进行研究。 1材料与方法 1.1试验材料与试验装置 以安徽砀山酥梨为试材，2004年10月13号从镇江果品批发市场采购，根据国标 GB10650-89鲜梨(fresh pears) 对果实进行筛选，确保果实颜色均匀，大小、形状相对一致，并剔除畸形果、损伤和软果，以保证果实试验前的物性初始状态相对一致，降低果实之间个体差异对试验结果的影响。将精选的砀山酥梨置于温度为20℃(室温)中贮藏。试验设备为 TA-XT2i 物性测试仪，圆柱打孔 器一套。 1.2试验方法 ①TPA 试验 将果实去掉果实顶部和底部取其果腰部位，用直径为12.5mm的专用取样器取下直径为12.5mm的圆柱试件。制成012.5×10的标准试件。采用P100 探头对标准试件进行TPA测试，测试条件如下：测前速率、测试速率、测后速率均为1mm/s，测试距离为7.5mm(压缩程度为75%)[5]，停留时间为20s；数据采集速率为：400pps；触发值为 5g，考虑到农产品力学特性的离散性，每次试验取3个果实，每个果实重复5次测试，最后结果取其平均值，每隔3天测试一次。 ②WBS剪切实验 用直径为12.5 mm 的专用取样器取下直径为12.5mm的圆柱试件。制成012.5×25的标准试件。将标准试件横放在配有刀槽的固定装置 (Slotted bladeinsert holder) 上，用Warner-Bratzler Blade(“V”型剪切刀具)对标准试件进行剪切试验，测试条件如下：测前速率、测试速率、测后速率均为0.5mm/s，测试距离为 15mm， 每次试验取3个果实，每个果实重复5次测试，测试周期同上。注：在进行 WBS 试验时，刀具容易与刀槽发生摩擦，从而给试验带来很大的误差，所以在进行 WBS 剪切试验前一定要进行空白试验，即让刀具空走一遍，如发现刀具与刀槽摩擦，则应调节刀槽位置，直至不发生摩擦为止。 2结果与分析 2.1梨果肉的TPA测试 ①TPA图谱解析 从 TPA质地曲线(如图1所示)中可以得到与人的感观评价相关的质地特性参数。下面就以一典型的TPA质地曲线对各个 TPA 参数的实际物理含义进行解释，便于质地分析者对所得参数的真正理解，能够通过 TPA 测试对食品的质地进行准确的判定。 TPA 测试时探头的运动轨迹是：探头从起始位置开始，先以一速率(Pre-testSpeed)压向测试样品，接触到样品的表面后再以测试速率(Test Speed)对样品 进行压缩一定的距离，而后返回到压缩的触发点 (Trigger)，停留一段时间后继续向下压缩同样的距离，而后以测后速率 (Post Test Speed) 返回到探头测前的位置。Malcolm Bourne 博士在其所著作的《食品质地和黏度》 (Food Texture& Viscosity)一书中对 TPA 质地特性参数进行了具体的定义。 图1典型的 TPA 质地图谱 硬度 (hardness)：是第一次压缩时的最大峰值，多数食品的硬度值出现在最大变形处，有些食品压缩到最大变形处并不出现应力峰。 脆性(fracturability or brittleness)：压缩过程中并不一定都产生破裂，在第一次压缩过程中若是产生破裂现象，曲线中出现一个明显的峰，此峰值就定义为脆性。在 TPA 质地图谱中的第一次压缩曲线中若是出现两个峰，则第一个个定义为脆性，第二个定义为硬度；若是只有一个峰值，则定义为硬度，无脆性值。 粘(附着)性(adhesiveness)：第一次压缩曲线达到零点到第二次压缩曲线开始之间的曲线的负面积(图1中的面积3)，反映的是由于测试样品的粘着作用探头所消耗的功。 内聚性(cohesiveness)：表示测试样品经过第一次压缩变形后所表现出来的对第二次压缩的相对抵抗能力，在曲线上表现为两次压缩所做正功之比(面积2/面积1)。 弹性(elasticity)：样品经过第一次压缩以后能够再恢复的程度。恢复的高度是在第二次压缩过程中测得的(长度2)，从中可以看出两次压缩测试之间的停隔时间对弹性的测定很重要，停隔的时间越长，恢复的高度越大。弹性的表示方法有几种表示方式，最典型的就是用第二次压缩中所检测到的样品恢复高度(长度2)和第一次的压缩变形量(长度1)之比值来表示。原始的弹性的数学描述只是用恢复的高度，那样对于不同测试样品之间的弹性比较就产生了困难，应为还要考虑他们的原始高度和形状，所以用相对比值的表示方法来表示弹性更 为合理、方便。 胶粘性(gumminess)：只用于描述半固态的测试样品的黏性特性，数值上用硬度和内聚性的乘积表示。 耐咀性(chewiness)：只用于描述固态的测试样品，数值上用胶粘性和弹性的乘积表示。耐咀性和胶粘性是相互排斥的，因为测试样品不可能既是固态又是半固态，所以不能同时用耐咀性和胶粘性来描述某一测试样品的质地特性[72]。回复性(Resilience)：表示样品在第一次压缩过程中回弹的能力，是第一次压缩循环过程中返回时的样品所释放的弹性能与压缩时的探头耗能之比，与在曲线上用面积5和面积4的比值来表示。 2 砀山梨在货架期间TPA质地参数的变化 图2 砀山酥梨在货架期间TPA特征参数变化趋势 如图2所示，随着货架时间的延长，梨果肉的硬度、刚度、弹性、内聚性、咀嚼性、回复性等六个质地参数都随着时间的延长而呈下降的趋势。对货架期间一般来说，质地特性是一个多参数多指标的复杂的品质特性，但对于砀山梨而言，因为其质地参数之间具有同样的变化趋势(如图2)，对TPA参数进行相关性分析，脆性、硬度、弹性、回复性、咀嚼性、内聚性等参数之间呈正相关，因此，可以取其中的一个参数来表征砀山梨在贮藏过程中的质地变化。 表1 砀山梨货架期间TPA特征参数变化的相关性分析 因素 脆性 硬度 弹性 内聚性 咀嚼性 回复性 脆性 1 硬度 0.971** 1 弹性 0.612* 0.471 1 内聚性 0.581 0.719** 0.207 1 咀嚼性 0.910** 0.956** 0.528 0.861** 1 回复性 0.849** 0.925** 0.476 0.852** 0.960** 1 注：*表示显著性水平为0.05；**表示显著性水平为0.01 2.2梨的脆性量化--剪切测试 食品食物的脆感和碎感通常有让人满意的质感，同时让我们享受了美味的食物，这个事实尤其在水果和蔬菜的例子里特别的明显。但是，前人的对食物松脆性的研究主要集中在干制的食品，例如休闲脆片、糖果和饼干等。如图3，这是一个干制脆性食品(硬糖果)典型的锯齿力—变形曲线，可以将整个过程分为三个阶段，弹性变形阶段→整体破裂→局部破裂6。这与人用嘴咀嚼脆性食品过程是一致的(如图4)，首先牙齿作用力于食品并对其做功，当变形量达到一定程度时，食品发生破裂，此时牙齿感受到的力突然下降，在其后的嚼碎至吞咽过程中伴随着许多小断裂事件，随着咀嚼过程的进行，牙齿感受到的力越来越小。 图3 脆注食品典型的锯齿状力--变形 图4 性食品一次咀图 直到目前，很多文献都把注意力放在干的食物上，例如脆食物和饼干，而对于一些含水量高的食物例如水果和蔬菜则是很少提及。酥脆性是砀山酥梨的一个显著特征。虽然前面关于TPA的质地参数里有脆性这一参数，但TPA只是用一个最初的断裂力的大小来描述脆性(如图5第一个峰)，砀山酥梨的嚼碎至吞咽过 程是一个复杂的过程，除了最初的断裂外还伴随着许多小断裂事件，仅仅用最初的断裂力一个指标来表征表的酥脆性信息是不够的16-10J。 文献报道的利用力一位移曲线分析食品脆性的方法有两种17，81： 11.5如图6在脆性食品的大变形压缩、剪切的力一位移曲线中，可以得到以二下参数： 图5 砀山梨的TPA测试图谱 图6砀山梨剪切试验曲线 单位长度上的破裂峰个数(个/mm) 这里的N表示曲线上上峰的个数，d为压缩位移(mm)， F为每个峰值，A为力 一变形曲线所围成的面积。 2..如图7，曲线的长度 图7砀山梨WBS测试曲线与平滑曲线 L=8/AF2+AL2用Matlab中的多项式拟合对试验曲线进行用21阶曲线拟合，进行平滑处理得到平滑后曲线，如图7所示，令试验曲线长度(test curve) 为Li，平滑后的曲线(smooth curve)长度为Ls， R=L/Ls。如果R=1则说明没有脆性，若 R>>1，则说明有脆性，R值越大，脆性越好。 砀山梨在货架期间过程中，随着水分的减少，果胶物质的分解，果实逐渐软化，脆性都在下降，直至消失。这一现象可以通过剪切曲线来反映，如图8所 示，在开始贮藏的第三天，其剪切曲线出现较为密集的峰，而随着贮藏时间的延长，剪切曲线越来越平滑，曲线上出现的峰逐渐减少。剪切参数的变化趋势如表2和图9所示。 图8 不同货架时期的梨果肉剪切试验曲线图 由表2可知，随着货架时间的延长，砀山梨剪切曲线参数中的Nr(单位位移内的峰数)随着逐渐减少，测试曲线与平滑曲线的长度比也逐渐减少，由最初的R=2.135降至后来的R=1.300，而脆性功W.随着贮藏时间的延长而增大。这些参数的变化反映了脆性的变化。 表2 货架时期梨果肉WBS剪切各参数变化 参数 货架 时间(天) Nr-1mm Fs N FmN W.N.mm Lt Ls R=L/Ls 3 2.800 7.656 7.990 2.853 65.383 30.629 2.135 6 2.333 6.433 7.320 3.137 59.160 30.807 1.920 9 1.733 9.544 8.286 4.780 48.127 30.225 1.592 12 1.333 8.468 7.054 5.290 50.448 32.839 1.536 15 0.867 10.020 7.581 8.748 62.553 41.486 1.508 18 0.667 10.203 6.622 9.933 51.249 35.020 1.463 21 0.533 12.051 6.462 12.116 54.210 41.794 1.300 Nr， Fs， Fm，Wc， R这 5个参数指标几乎包括了剪切曲线里面的所有信息。但这些从图9四个参数之间的变化趋势来看，这些指标具有相同或相反的变化趋势，因此，这些指标之间有可能具有相关性。为此，将这5个参数指标进行主成分分析(Principle Component Analysis)。 图9剪切参数随货架时间的变化趋势 用 SPSS 中的 Factor Analysis 功能对以上5个指标进行，7个样本(不同货架时期的砀山梨即具有不同脆性的砀山梨)。 SPSS 主成分分析的实际过程中，从被分析变量中提取得主成分数量与被分析变量数相同，在此分析过程中一共提取了5个主成分，各个主成分列表如表3，分析过程给出了各个主成分的特征根、变异贡献率、累计贡献率。从中可以看出第一个主成分的特征根相对于其他4个主成分的特征根要大得多，特征根为4.171解释了总变异得 83.422%，说明在5个主成分中只需提取第一主成分即可。 表3主成分列表及方差贡献率 主成分 特征根 变异贡献率(%) 累积贡献率(%) 1 4.171 83.442 83.422 2 0.588 11.754 95.175 3 0.188 3.768 98.943 4 0.048 0.953 99.897 5 0.005 0.103 100 表4表示所以提取得第一主成分得因子负荷和得分系数。从表中可以看出第一主成分对5个指标的信息提取都很充分。得分系数反映的是各个变量对主成分的影响程度，通过得分系数可以将主成分表示为各个变量的线形组合，这是主成分分析得到的最终结果。 表4 因子负荷矩阵和得分系数矩阵 指标变量 因子负荷 得分系数 单位位移上的峰数(Nr) 0.978 0.235 平均峰值Fs -0.908 -0.218 平均破损力Fm 0.739 0.177 脆性功W. -0.975 -0.234 R=Lt/Ls 0.945 0.226 从表4中的得分系数，可以将提取的第一主成分表示为： 其中Z()是各个变量指标值的标准化，计算得到的主成分是无量纲的数值，没有确切的含义，但这里的Z能够综合砀山梨剪切曲线的几乎所有参数指标信息，与果实的脆性密切相关，所以可以把Z称为“脆性因子”，可以用它来提取梨果肉的脆性信息。 3.结论 ① TPA、剪切三种大变形方法对货架期间梨果肉质地进行监控，结果表明在货架期间梨果肉各质地参数均呈下降趋势， TPA各质地参数之间具有很高的相关性和相同的变化趋势，因此可以用其中任一指标来反映复杂的质地。 脆性是砀山梨的主要特征，可以从 WBS 剪切曲线上体现，从剪切曲线中提取峰的个数，平均剪切力，剪切功等参数，结果表明在贮藏过程中，随着梨果肉脆性的下降，剪切曲线上峰的个数和平均剪切力呈下降趋势，脆性功却呈上升趋势；用最小二乘法原理平滑剪切曲线，用积分方法计算得到试验曲线和平滑曲线的长度，将两个曲线长度的比值 R= Lt/Ls 作为脆性的度量，R值越大，脆性越好。结果表明该方法可以很好地表征梨的脆性。 ( 参考文献 ) 关军锋.果品品质研究.石家庄：河北科学技术出版社，2001. 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