物性分析仪及TPA在果蔬质构测试中的应用综述.doc

物性分析仪及TPA在果蔬质构测试中的应用综述刘亚平 李红波摘要：质地特性是果蔬极其重要的品质因素，物性分析仪所反映的主要是与力学特性有关的果蔬质地特性，其结果具有较高的灵敏性与客观性，目前已经开始运用于果蔬及其加工制品的物性研究及监测。简述了物性分析仪的原理及质地多面分析法(TPA)测试模式概况，就其在果蔬质构检测中的应用现状、注意事项进行了综述，并展望了其今后的发展方向。关键词：物性分析仪；果蔬；TPA 新鲜果蔬是人们日常所必须维生素、矿物质和膳食纤维的重要来源，是促进食欲、具有独特的色、香、味、形的保健食品。果蔬组织柔嫩，含水量高，易腐烂变质，不耐贮藏，采后极易失鲜，从而导致品质降低，甚至失去营养价值和商品价值，但通过贮藏保鲜及加工手段就能消除季节性和区域性差别，满足各地消费者对果蔬的消费要求，加强果蔬贮藏期间的质地特性监测非常重要。 质地在食品物性学中被广泛用来表示食品的组织状态、口感及美味感觉等。评价果实质地特性的参数包括果实的弹性、坚实度、粘性、汁液丰富度等。目前质地测试有两种方法，分别为仪器分析法和感官评定法。大部分情况下两者具有很好的相关性。与感官评定法相比，仪器分析法更容易操作，且重复性好，花费时间更少，也更加方便。目前质构测定在果蔬中的应用处于起步阶段，本文就物性分析仪及TPA 在果蔬质构检测中的应用现状、注意事项及今后发展方向进行了综述。l 物性分析仪物性分析仪通过特定的检测方法测定实验对象的质地结构，详细客观的得出相应的参数数据，这些质构指标在一定程度上反映了果实的质地特性和组织结构变化，也间接反映了果蔬保鲜效果，而且此方法迅速准确，特别适用于不易贮藏的果蔬产品和高附加值产品的检测。11 物性分析仪简介 物性分析仪(Texture Analyzer)，也称物性测试仪或质构仪，它能够根据样品的物性特点做出数据化的准确表述，是精确的感官量化测量仪器。美、英及台湾等国家和地区应用较早，近些年在我国大陆地区才逐渐被推广和被各厂家接纳。现在已经开发出专门用于食品类质构分析的物性分析仪，前期物性仪主要应用于面制品领域，利用不同探头设计的几种程序涵盖了面包、馒头、饺子、面条、蛋糕、饼干等多种面食领域。物性分析仪在国内外被很多研究机构作为重要研究仪器和研究手段，是业内公认的物性(质构)标准检测仪器，尤其近年来随着食品加工行业的不断发展，物性分析仪越来越受到研究人员的青睐。物性分析仪主要包括主机、专用软件、备用探头以及附件。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。主机与微机相连，主机上的机械臂可以随着凹槽上下移动，探头与机械臂远端相接，与探头相对应的是主机的底座，探头和底座有十几种不同的形状和大小，分别适用于各种标本。仪器主要围绕着距离、时间和作用力对试验对象的物性和质构进行测定，并通过对它们相互关系的处理、研究，获得对象的物性测试结果。也就是说，物性分析仪所反映的主要是与力学特性有关的食品质地特性。测试前，首先按试验对象的测试要求，选用合适探头，并根据待测物的形状大小，调整横梁与操作台的间距，然后选择电极转速及操作台的运动方向，当操作台及待测物运动以后，启动计算机程序进行数据采集，并进行数据处理分析和处理。目前常见的食品物性分析仪有由英国Stable Micro System(SMS)公司设计生产的TAXT 食品物性测试仪；美国Food Technology Corporation(FTC)公司设计的TMZ型、TMDX 型等系列食品物性分析系统；瑞典泰沃公司设计生产的TXT型质构仪；美国Brookfield公司生产的QTS25质构仪 以及Leather Food Research Association(LFRA)设计生产的Stevens LFRA Texture Analyzer物性分析仪等，其中前两种在市场上比较常用。同时现已开发出可用于粮油食品、面制品、米制品、谷物、糖果、肉制品、凝胶、休闲食品、宠物食品、果蔬等产品的测试研究的多种探头和拉伸、黏度、压缩、剪切、穿刺、断裂弯曲、挤出等多种测试模式，尤其在食品分析上可分析食品的嫩度、硬度、脆性、黏性、弹性、咀嚼性、拉伸强度、抗压强度、穿透强度、内聚性、黏附性、松弛性、果蔬新鲜度、食物加工法、恢复度、破坏强度、张力、断裂强度、破裂点、剥离强度、铺展性等。仪器设计有多种探头可供选择，如：圆柱形、圆锥形、球型、针形、盘形、刀具、压榨版、咀嚼性探头等。如针型探头可以用来以穿刺方式测水果表皮硬度、屈服点或穿透度，从而判断水果的成熟度；柱型探头可用于用于蔬菜、水果的测试，通过挤压对样品进行测试，反映样品的坚实度和脆性，可评估水果样品抗挤压能力，设计适合的运输和保存方式；刀具装置可测量水果、蔬菜等，主要剪切强度与酥脆性等感官指标。12 物性分析仪在果蔬质构测试中的应用利用物性分析仪仪器分析方法，对果蔬硬度进行测试，是其在果蔬贮藏中的初步应用，这种方法减少了个体间主观判断差异造成的误差，为研究者、工业界和消费者之间提供了一种共同的语言，因而优于感官测试方法。仪器测试方法所获得的数据较客观，重复性好，可用于加工方法对果蔬品质的影响研究和加工过程中果蔬品质损失数学模型的建立等方面。食品质构的仪器测定一直是食品工作者的难点，备受关注。力学性能是质构的客观反映，仪器测定就是通过力学测试，揭示质地本质，准确地量化描述质构。物性分析仪在水果中的应用主要包括测试其成熟度、坚实度、果皮或果壳的硬度、果实的脆性及果皮或果肉的弹性等；在蔬菜中的应用主要指测试其成熟度、硬度、酥脆度、弹性、断裂强度、韧性、柔软性以及纤维度等。使用物性分析仪进行果蔬物性测试的方法有直接测试法和模拟测试法两种。模拟测试法是指根据不同果蔬的品质特性选用不同的探头来模拟人的门齿的咀嚼、模拟加工和处理方式，例如可以通过探头给予有规律的正弦波力来模拟果蔬运输过程的受力情况，以判断水果运输过程中质构的变化，以此判断果蔬运输中的损伤。直接测试法是指通过探头的直接下压或者穿刺等来反映果蔬的硬度等物性。在使用物性分析仪进行果蔬质构研究中，可使用的模式有：TPA、剪切、压缩、挤出、穿刺试验等。有资料报道，应用领域包括在测试葡萄、苹果、梨、荔枝、樱桃 、猕猴桃、香蕉、油桃、番木瓜 、杨梅、黄瓜、水果黄瓜。 、茄子和胡萝卜等果蔬的硬度及流变学特性方面。目前，国外利用物性分析仪测定果蔬品质已很普遍，但在国内还处于起步阶段。近几十年来人们作了大了量力学测试的开发，尽量模仿食品质构的感官评价。物性分析仪质地多面分析方法(Texture Pro一 file Analysis，TPA)属于直接测试法已经广泛应用于许多食品的质构测定，给食品物性教学及科研研究人员带来了极大的方便。2 TPA 测试及其应用21 TPA测试模式简介 质构仪质地多面分析(TPA)是近年来发展起来的一种新型测试方法，主要通过对试样进行两次压缩的机械过程来模拟人口腔的咀嚼运动，利用力学测试方法来模拟食品质地的感官评价。该方法克服了传统检测法的一些缺点，且评价参数的设定也更为客观，因此，它是判断果蔬质地变化的有效方法8，也称全质构分析法，主要是通过探头的二次下压全面的反映水果的硬度、脆性、粘性、弹性、内聚性、回复性、耐咀性、胶粘性。 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(Pretest Speed)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。通过测试可以从曲线上获得硬度、脆度、胶粘性、咀嚼性、弹性、弹性模量、黏着性、回复性和凝聚性等参数，图1为典型的TPA测试质构图谱。用TPA 质构分析方法对样品分析时，并不是对以上的每个特性参数都要分析，要根据测试条件的设定、质构图谱的表现形式以及样品自身特性和分析者的实际需要来进行选定。22 TPA测试在果蔬质构分析中的应用仁果类果实如苹果和梨、核果类如水蜜桃、桃和棕枣、其他果实如菠萝、马铃薯、番茄等果蔬一般是纵向用打孔器取样，再切成一定均匀厚度的圆片，或用刀片切成大小均一的方块，置于一定直径的圆柱形探头下，如P5、P50、P100等，设定合适的参数进行压缩测试。一般参数设置为：测试前、测试及测后速率为15 mm/S，压缩程度3060%，停留间隔为5s，触发力为0.10.3 N，主要研究硬度、脆度、黏着性、弹性、回复性、凝聚性、咀嚼性等。 浆果类果实如葡萄等可以采用去皮后用圆柱形平板探头进行TPA测试；葡萄也可以像其他浆果如杨梅、番茄、草莓、樱桃番茄等整果置于P100探头下进行压缩测试，蔬菜中的鹰嘴豆质构测试方法同上，TPA 参数压缩程度为30%左右，测试速率为1.0 mm/s，触发力为0.10.3N，研究硬度、弹性、凝聚性、咀嚼性、回复性和黏着性等参数。 和果蔬其他的质构测试方式相比，TPA 测试模式可以一次提供多个参数，从而从细胞间结合力大小和组织结构等不同角度来反映果实物理性状，省时、省力，同时最大程度地节约了样品。3 物性分析仪及TPA测试中注意事项31 样品及测试环境 影响质构测量准确性的因素很多，不同的影响因素对仪器测量和感官测试之间的相关性影响程度也不一样。 (1)有些样品内各点的质构很均匀，也有一些样品各点的质构却不一样。尽管是在没有偏差的情况下选择了尽可能均一的样品，但是对很多样品来说与生俱来的内在变化问题依然存在，需要重复一定数量的实验。重复数量的多少取决于样品的差异程度，因此物性测定的过程中为了提高可重复性，对样品需要大量取样、取点，取其平均值来减小标准误差。 (2)样品的形状和大小是得到可重复性结果的关键。样品具有很好的均一性，保证每次样品处理方法的一致性，减少因样本形状和大小等因素对结果的影响。 (3)物性分析仪具有很高的灵敏性，要严格保证测试环境的同一性，如温度、湿度和空气流速等都会在一定程度上影响测定结果。在测量过程中要得到可重复的数据，控制样品的温度是非常关键的。对于质构一温度系数(Texturetemperature coefficient，TTC)值低的食品，温度的变化应控制在2 4之间，水果和蔬菜的TTC值都在(一02 一10)之间。 (4)样品在准备好之后要立刻进行测试，否则也会因为失水等外界环境变动影响试验结果。32 测试过程(1)检测时的压缩速度对于弹性或近弹性的样品的结果影响是比较小的，但是对于粘弹性食品有较复杂的影响。使用TPA模式时，第一次压缩样品的应变量以及第一次与第二次压缩间的停留时间非常重要。例如第一次压缩是否应该使样品破碎或样品材料的应变量多少合适，停留时间多少合适，这些参数的设定都直接影响第二次压缩参数，也同时影响整个质地分析结果。目前，第一次应变量采用较多的是20%50% ，当应变量达到7080时，即出现了破碎。 (2)研究测试条件及样本采集方法等与测定结果的关系，有助于选择适合的测定果蔬质构的参数。 (3)在分析数据和实验报告中要标明所用探头的类型和测试程序，从而使试验结果具有可比性。 (4)针对不同果蔬及前处理和加工条件，应选择合适的测试模式和合理的表述参数，以便更好的表述该样品的物理性质并进行分析。(5)对于同一类待测物，样品大小、传感器型号和移动速度都应该一致，否则实验数据没有可比性。例如，如果两次试验传感器端面积分别大于或小于被测样品，那么在压缩过程中仪器检测到的力将分别是单轴压缩力和压缩力加剪切力。目前人们较多使用传感器面积大于样品的试验方法。4 ，结语 综上所述，物性分析仪对果蔬贮藏过程中质地检测中起着重要的作用，今后应加强这方面的应用和研究，并开发出更好的产品和研究模式。 (1)获得仪器测量和感官测试测量组织质构时的高度相关性，一直是众多学科领域科学家们的目标等。有价值的仪器测量数值应能高水平的预测感官测试的结果。近年来，随着科技的发展，科学工作者对这方面进行了大量的研究，大部分已经完成，但该学科领域分支广阔，应寻求更大的进展。根据不同果蔬建立物性分析测定指标与感官分析之间的相关性，以便于研究和讨论。 (2)加强在果蔬及其制品加工中的应用。目前果蔬制品质构分析中物性分析仪的使用已经有了一定的基础，但尚需加强。 (3)研究轻便、易携带的仪器类型，更好的辅助于教学和实验。 (4)开发适用于各类果蔬综合评价和评价指标是我们面前急于解决的问题。 (5)开发出一系列适合于不同果蔬的综合评价的测试参数的评价指标是摆在我们面前亟待解决的问题。(6)探讨和制定食品力学性能检测标准。国家标准对食品的检测要求多数仅限于外观及生化指标的要求，而对力学性能的要求很少。由于目前尚未有统一的对食品进行力学性能检测的国家标准，因此如何检测到力学性能数据分析出食品的品质特性及如何建立评价体系也是需要进一步研究与探讨。参 考 文 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