質(zhì)構(gòu)分析(TPA)及測試條件對面包品質(zhì)的影響
摘要:簡要介紹了質(zhì)構(gòu)分析(Texture Profile Analysis)的方法,具體闡述了TPA質(zhì)構(gòu)參數(shù)的含義,并對面包片進(jìn)行TPA測試,研究壓縮速率和壓縮程度對測試結(jié)果的影響。結(jié)果表明,壓縮程度對考察的五個(gè)質(zhì)構(gòu)參數(shù)有顯著影響,壓縮速率對彈性和內(nèi)聚性影響顯著。
關(guān)鍵詞:TPA;面包;壓縮程度;壓縮速率
食品質(zhì)構(gòu)的儀器測定一直是食品工作者的難點(diǎn),備受關(guān)注。近幾十年來人們作了大量的力學(xué)測試的開發(fā),盡量模仿食品質(zhì)構(gòu)的感觀評價(jià),在這些工作中,TPA已經(jīng)廣泛應(yīng)用于許多食品的質(zhì)構(gòu)測定,給質(zhì)構(gòu)研究人員帶來了極大的方便TPA的起源是Szczesniak對食品質(zhì)構(gòu)的定義,主要作用是作為食品質(zhì)構(gòu)的感觀評價(jià)和儀器分析間的橋梁。TPA質(zhì)構(gòu)分析方法建立于1967年左右,適用于通用的質(zhì)構(gòu)測定儀〔2〕,英國SMS公司生產(chǎn)的質(zhì)構(gòu)分析儀系列和美國Instron公司的質(zhì)構(gòu)測定儀都可以對樣品進(jìn)行TPA測試。TPA質(zhì)構(gòu)測試又被稱為兩次咀嚼測試(Two Bite Test)主要是通過模擬人口腔的咀嚼運(yùn)動(dòng),對樣品進(jìn)行兩次壓縮,測試與微機(jī)連接,通過界面輸出質(zhì)構(gòu)測試曲線,從中可以分析質(zhì)構(gòu)特性參數(shù):硬度、脆性、粘性、內(nèi)聚性、彈性、膠粘性、耐咀性、回復(fù)性〔3~4〕。
然而TPA操作者們通常不了解質(zhì)構(gòu)特性參數(shù)的正確含義,且不能選擇合適的實(shí)驗(yàn)條件。TPA測試的質(zhì)構(gòu)參數(shù)和樣品的外形尺寸、壓縮探頭與樣品尺寸的比值、壓縮的程度、變形速率、壓縮次數(shù)、兩次壓縮之間的停留間隔以及試驗(yàn)重復(fù)的次數(shù)都有關(guān)系,所以所有的TPA測試結(jié)果里都必須注明測試條件〔3〕。各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)條件的設(shè)定對各TPA參數(shù)的具體影響并不被人們所熟知,與此相關(guān)研究也較少,而此研究對從事質(zhì)構(gòu)分析的科學(xué)工作者很重要,有利于
實(shí)現(xiàn)TPA儀器在質(zhì)構(gòu)分析中的應(yīng)用。
本文目的在于闡述TPA測試的特性參數(shù)具體含義,并用TA-XT2i測定儀對面包制品進(jìn)行TPA測試,探索壓縮程度和壓縮速率對各TPA質(zhì)構(gòu)參數(shù)的影響,為質(zhì)構(gòu)儀對面制品質(zhì)地測定中的實(shí)際應(yīng)用提供指導(dǎo)。
1 TPA圖譜的解析
如上所述,從TPA曲線中我們可以得到與人的感觀評價(jià)相關(guān)的質(zhì)構(gòu)特性參數(shù)。典型的TPA質(zhì)構(gòu)曲線如圖1所示,TPA測試時(shí)探頭的運(yùn)動(dòng)軌跡是:探頭從起始位置開始,先以一速率壓向測試樣品,接觸到樣品的表面后再以測試速率對樣品進(jìn)行壓縮一定的距離,而后返回到壓縮的觸發(fā)點(diǎn),停留一段時(shí)間后繼續(xù)向下壓縮同樣的距離,而后以測后速率返回到探頭測前的位置〔3〕。美國食品質(zhì)構(gòu)資深研究者M(jìn)al-colm Bourne博士在其所著作的《食品質(zhì)構(gòu)和黏性》(Food Texture and Viscosity)一書中及相關(guān)論文中對TPA質(zhì)構(gòu)特性參數(shù)進(jìn)行了明確定義〔5~7〕。
硬度:是第一次壓縮時(shí)的最大峰值,多數(shù)食品的硬度值出現(xiàn)在最大變形處,有些食品壓縮到最大變形處并不出現(xiàn)應(yīng)力峰。
脆性:壓縮過程中并不一定都產(chǎn)生破裂,在第一次壓縮過程中若是產(chǎn)生破裂現(xiàn)象,曲線中出現(xiàn)一個(gè)明顯的峰,此峰值就定義為脆性。在TPA質(zhì)構(gòu)圖譜中的第一次壓縮曲線中若是出現(xiàn)兩個(gè)峰,則第一個(gè)峰定義為脆性,第二個(gè)定義為硬度;若是只有一個(gè)峰值,則定義為硬度,無脆性值。F1:第二次壓縮過程中出現(xiàn)的最大應(yīng)力值。
粘性:第一次壓縮曲線達(dá)到零點(diǎn)到第二次壓縮曲線開始之間的曲線的負(fù)面積(圖1中的面積3),反映的是探頭由于測試樣品的粘著作用所消耗的功。
內(nèi)聚性:表示測試樣品經(jīng)過第一次壓縮變形后所表現(xiàn)出來的對第二次壓縮的相對抵抗能力,在曲線上表現(xiàn)為兩次壓縮所做正功之比(面積2/面積1)。
彈性:樣品經(jīng)過第一次壓縮以后能夠再恢復(fù)的程度。兩次壓縮測試之間的停隔時(shí)間對彈性的測定很重要,停隔時(shí)間越長,恢復(fù)的高度越大。彈性是用第二次壓縮中所檢測到的樣品恢復(fù)高度(長度2)和第一次的壓縮變形量(長度1)之比值來表示。
膠粘性:只用于描述半固態(tài)測試樣品的黏性特性,數(shù)值上用硬度和內(nèi)聚性的乘積表示。
耐咀性:只用于描述固態(tài)測試樣品,數(shù)值上用膠粘性和彈性的乘積表示。測試樣品不可能既是固態(tài)又是半固態(tài),所以不能同時(shí)用耐咀性和膠粘性來描述某一測試樣品的質(zhì)構(gòu)特性。
回復(fù)性:表示樣品在第一次壓縮過程中回彈的能力,是第一次壓縮循環(huán)過程中返回樣品所釋放的彈性能與壓縮時(shí)探頭的耗能之比,在曲線上用面積5和面積4的比值來表示。
用TPA分析方法對樣品分析時(shí),并不是對以上的每個(gè)特性參數(shù)都要分析,要根據(jù)測試的條件的設(shè)定、質(zhì)構(gòu)圖譜的表現(xiàn)形式、以及樣品自身特性和分析者的實(shí)際需要來進(jìn)行選定。比如,如果壓縮程度很小,測試樣品沒有出現(xiàn)明顯的破裂,則不能夠從圖譜中測定脆性值;如果壓縮過度,導(dǎo)致測試樣品嚴(yán)重破損,恢復(fù)的能力大大降低,再對內(nèi)聚性和彈性進(jìn)行分析就失去了實(shí)際意義;而且耐咀性和膠粘性不能夠同時(shí)出現(xiàn)在同一次分析結(jié)果中等。
2 測試條件對TPA參數(shù)的影響
2.1 材料和試驗(yàn)方法
2.1.1 樣品準(zhǔn)備和處理 廣玉蘭精制吐司切片,從超市購買。測試前去除切片周邊的面包殼,而后切成3cm×3cm×1mm的塊狀測試樣品。
2.1.2 TPA測試 用英國SMS公司的TA-XT2i質(zhì)構(gòu)儀對樣品進(jìn)行質(zhì)構(gòu)測定,采用直徑50mm的平底柱形探頭P/50。測試條件確定如下:測前速率:2mm/s;測試速率分別為1mm/s、2mm/s、4mm/s三個(gè)水平;測后速率與測試速率一致;壓縮程度分別為10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%和80%八個(gè)水平;停留間隔:5s;數(shù)據(jù)采集速率:400pps;觸發(fā)值:5g。每項(xiàng)測試重復(fù)5次。
2.1.3 數(shù)據(jù)的分析 用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS11.0對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,分析壓縮速率和壓縮程度對測試結(jié)果的影響。
2.2 結(jié)果與分析
試驗(yàn)過程中分別記錄了3種壓縮速率和8種壓縮程度下的TPA圖譜和特性參數(shù),壓縮速率為4mm/s的質(zhì)構(gòu)圖譜如圖2、3所示。從圖中可以看出,面包切片在8種壓縮速率下的第一次壓縮過程中都未出現(xiàn)破裂現(xiàn)象,只出現(xiàn)一個(gè)最大峰值,所以測試結(jié)果只記錄硬度值,無脆性值。隨著壓縮程度的增加硬度值增大,且曲線的對稱性逐漸降低。從圖中可見壓縮程度<30%時(shí)TPA曲線具有較好的對稱性,壓縮和返回過程中的應(yīng)力一時(shí)間曲線近似直線,說明壓縮后彈性和恢復(fù)性能好。超過40%時(shí)兩次的壓縮曲線勻稱性較差,說明壓縮后面包的組織結(jié)構(gòu)破壞,彈性和恢復(fù)性能降低。
根據(jù)試驗(yàn)記錄的結(jié)果,從中篩選出結(jié)果較穩(wěn)定的五個(gè)特性參數(shù)作為考察對象:硬度,彈性,內(nèi)聚性,耐咀性,回復(fù)性。壓縮程度和壓縮速率對五個(gè)參數(shù)的影響如圖4~8,從中可見隨著壓縮程度的增大,測試的硬度值增大,彈性、內(nèi)聚性、回復(fù)性逐漸降低。同時(shí)可以看出彈性、內(nèi)聚性總體上隨壓縮速率的增加而增加。
通過對試驗(yàn)數(shù)據(jù)的方差分析可以進(jìn)一步明確五個(gè)TPA質(zhì)地參數(shù)受壓縮程度和壓縮速率的影響,影響極顯著,標(biāo)記為**,影響顯著,標(biāo)記為*〔8~9〕。最后結(jié)果如表1所示:壓縮速率對彈性和內(nèi)聚性的影響顯著。對硬度、耐咀性、回復(fù)性影響不顯著；而壓縮程度對硬度影響顯著,對彈性、內(nèi)聚性、回復(fù)性影響極顯著。
3 結(jié)論
本文闡述了TPA特性參數(shù)的具體含義,并對面包切片進(jìn)行TPA測試,探索了壓縮速率和壓縮程度對硬度、彈性、內(nèi)聚性、耐咀性、回復(fù)性的影響。結(jié)果表明壓縮速率對彈性和內(nèi)聚性的影響顯著,而壓縮程度對五個(gè)參數(shù)有顯著和極顯著影響。其它測試條件如停留間隔、樣品和探頭尺寸等對面包TPA測試參數(shù)的影響還需進(jìn)一步分析研究,以便完善面制品的TPA方法,為實(shí)際測試提供指導(dǎo)。
關(guān)鍵詞:TPA;面包;壓縮程度;壓縮速率
食品質(zhì)構(gòu)的儀器測定一直是食品工作者的難點(diǎn),備受關(guān)注。近幾十年來人們作了大量的力學(xué)測試的開發(fā),盡量模仿食品質(zhì)構(gòu)的感觀評價(jià),在這些工作中,TPA已經(jīng)廣泛應(yīng)用于許多食品的質(zhì)構(gòu)測定,給質(zhì)構(gòu)研究人員帶來了極大的方便TPA的起源是Szczesniak對食品質(zhì)構(gòu)的定義,主要作用是作為食品質(zhì)構(gòu)的感觀評價(jià)和儀器分析間的橋梁。TPA質(zhì)構(gòu)分析方法建立于1967年左右,適用于通用的質(zhì)構(gòu)測定儀〔2〕,英國SMS公司生產(chǎn)的質(zhì)構(gòu)分析儀系列和美國Instron公司的質(zhì)構(gòu)測定儀都可以對樣品進(jìn)行TPA測試。TPA質(zhì)構(gòu)測試又被稱為兩次咀嚼測試(Two Bite Test)主要是通過模擬人口腔的咀嚼運(yùn)動(dòng),對樣品進(jìn)行兩次壓縮,測試與微機(jī)連接,通過界面輸出質(zhì)構(gòu)測試曲線,從中可以分析質(zhì)構(gòu)特性參數(shù):硬度、脆性、粘性、內(nèi)聚性、彈性、膠粘性、耐咀性、回復(fù)性〔3~4〕。
然而TPA操作者們通常不了解質(zhì)構(gòu)特性參數(shù)的正確含義,且不能選擇合適的實(shí)驗(yàn)條件。TPA測試的質(zhì)構(gòu)參數(shù)和樣品的外形尺寸、壓縮探頭與樣品尺寸的比值、壓縮的程度、變形速率、壓縮次數(shù)、兩次壓縮之間的停留間隔以及試驗(yàn)重復(fù)的次數(shù)都有關(guān)系,所以所有的TPA測試結(jié)果里都必須注明測試條件〔3〕。各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)條件的設(shè)定對各TPA參數(shù)的具體影響并不被人們所熟知,與此相關(guān)研究也較少,而此研究對從事質(zhì)構(gòu)分析的科學(xué)工作者很重要,有利于
實(shí)現(xiàn)TPA儀器在質(zhì)構(gòu)分析中的應(yīng)用。
本文目的在于闡述TPA測試的特性參數(shù)具體含義,并用TA-XT2i測定儀對面包制品進(jìn)行TPA測試,探索壓縮程度和壓縮速率對各TPA質(zhì)構(gòu)參數(shù)的影響,為質(zhì)構(gòu)儀對面制品質(zhì)地測定中的實(shí)際應(yīng)用提供指導(dǎo)。
1 TPA圖譜的解析
如上所述,從TPA曲線中我們可以得到與人的感觀評價(jià)相關(guān)的質(zhì)構(gòu)特性參數(shù)。典型的TPA質(zhì)構(gòu)曲線如圖1所示,TPA測試時(shí)探頭的運(yùn)動(dòng)軌跡是:探頭從起始位置開始,先以一速率壓向測試樣品,接觸到樣品的表面后再以測試速率對樣品進(jìn)行壓縮一定的距離,而后返回到壓縮的觸發(fā)點(diǎn),停留一段時(shí)間后繼續(xù)向下壓縮同樣的距離,而后以測后速率返回到探頭測前的位置〔3〕。美國食品質(zhì)構(gòu)資深研究者M(jìn)al-colm Bourne博士在其所著作的《食品質(zhì)構(gòu)和黏性》(Food Texture and Viscosity)一書中及相關(guān)論文中對TPA質(zhì)構(gòu)特性參數(shù)進(jìn)行了明確定義〔5~7〕。
硬度:是第一次壓縮時(shí)的最大峰值,多數(shù)食品的硬度值出現(xiàn)在最大變形處,有些食品壓縮到最大變形處并不出現(xiàn)應(yīng)力峰。
脆性:壓縮過程中并不一定都產(chǎn)生破裂,在第一次壓縮過程中若是產(chǎn)生破裂現(xiàn)象,曲線中出現(xiàn)一個(gè)明顯的峰,此峰值就定義為脆性。在TPA質(zhì)構(gòu)圖譜中的第一次壓縮曲線中若是出現(xiàn)兩個(gè)峰,則第一個(gè)峰定義為脆性,第二個(gè)定義為硬度;若是只有一個(gè)峰值,則定義為硬度,無脆性值。F1:第二次壓縮過程中出現(xiàn)的最大應(yīng)力值。
粘性:第一次壓縮曲線達(dá)到零點(diǎn)到第二次壓縮曲線開始之間的曲線的負(fù)面積(圖1中的面積3),反映的是探頭由于測試樣品的粘著作用所消耗的功。
內(nèi)聚性:表示測試樣品經(jīng)過第一次壓縮變形后所表現(xiàn)出來的對第二次壓縮的相對抵抗能力,在曲線上表現(xiàn)為兩次壓縮所做正功之比(面積2/面積1)。
彈性:樣品經(jīng)過第一次壓縮以后能夠再恢復(fù)的程度。兩次壓縮測試之間的停隔時(shí)間對彈性的測定很重要,停隔時(shí)間越長,恢復(fù)的高度越大。彈性是用第二次壓縮中所檢測到的樣品恢復(fù)高度(長度2)和第一次的壓縮變形量(長度1)之比值來表示。
膠粘性:只用于描述半固態(tài)測試樣品的黏性特性,數(shù)值上用硬度和內(nèi)聚性的乘積表示。
耐咀性:只用于描述固態(tài)測試樣品,數(shù)值上用膠粘性和彈性的乘積表示。測試樣品不可能既是固態(tài)又是半固態(tài),所以不能同時(shí)用耐咀性和膠粘性來描述某一測試樣品的質(zhì)構(gòu)特性。
回復(fù)性:表示樣品在第一次壓縮過程中回彈的能力,是第一次壓縮循環(huán)過程中返回樣品所釋放的彈性能與壓縮時(shí)探頭的耗能之比,在曲線上用面積5和面積4的比值來表示。
用TPA分析方法對樣品分析時(shí),并不是對以上的每個(gè)特性參數(shù)都要分析,要根據(jù)測試的條件的設(shè)定、質(zhì)構(gòu)圖譜的表現(xiàn)形式、以及樣品自身特性和分析者的實(shí)際需要來進(jìn)行選定。比如,如果壓縮程度很小,測試樣品沒有出現(xiàn)明顯的破裂,則不能夠從圖譜中測定脆性值;如果壓縮過度,導(dǎo)致測試樣品嚴(yán)重破損,恢復(fù)的能力大大降低,再對內(nèi)聚性和彈性進(jìn)行分析就失去了實(shí)際意義;而且耐咀性和膠粘性不能夠同時(shí)出現(xiàn)在同一次分析結(jié)果中等。
2 測試條件對TPA參數(shù)的影響
2.1 材料和試驗(yàn)方法
2.1.1 樣品準(zhǔn)備和處理 廣玉蘭精制吐司切片,從超市購買。測試前去除切片周邊的面包殼,而后切成3cm×3cm×1mm的塊狀測試樣品。
2.1.2 TPA測試 用英國SMS公司的TA-XT2i質(zhì)構(gòu)儀對樣品進(jìn)行質(zhì)構(gòu)測定,采用直徑50mm的平底柱形探頭P/50。測試條件確定如下:測前速率:2mm/s;測試速率分別為1mm/s、2mm/s、4mm/s三個(gè)水平;測后速率與測試速率一致;壓縮程度分別為10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%和80%八個(gè)水平;停留間隔:5s;數(shù)據(jù)采集速率:400pps;觸發(fā)值:5g。每項(xiàng)測試重復(fù)5次。
2.1.3 數(shù)據(jù)的分析 用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS11.0對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,分析壓縮速率和壓縮程度對測試結(jié)果的影響。
2.2 結(jié)果與分析
試驗(yàn)過程中分別記錄了3種壓縮速率和8種壓縮程度下的TPA圖譜和特性參數(shù),壓縮速率為4mm/s的質(zhì)構(gòu)圖譜如圖2、3所示。從圖中可以看出,面包切片在8種壓縮速率下的第一次壓縮過程中都未出現(xiàn)破裂現(xiàn)象,只出現(xiàn)一個(gè)最大峰值,所以測試結(jié)果只記錄硬度值,無脆性值。隨著壓縮程度的增加硬度值增大,且曲線的對稱性逐漸降低。從圖中可見壓縮程度<30%時(shí)TPA曲線具有較好的對稱性,壓縮和返回過程中的應(yīng)力一時(shí)間曲線近似直線,說明壓縮后彈性和恢復(fù)性能好。超過40%時(shí)兩次的壓縮曲線勻稱性較差,說明壓縮后面包的組織結(jié)構(gòu)破壞,彈性和恢復(fù)性能降低。
根據(jù)試驗(yàn)記錄的結(jié)果,從中篩選出結(jié)果較穩(wěn)定的五個(gè)特性參數(shù)作為考察對象:硬度,彈性,內(nèi)聚性,耐咀性,回復(fù)性。壓縮程度和壓縮速率對五個(gè)參數(shù)的影響如圖4~8,從中可見隨著壓縮程度的增大,測試的硬度值增大,彈性、內(nèi)聚性、回復(fù)性逐漸降低。同時(shí)可以看出彈性、內(nèi)聚性總體上隨壓縮速率的增加而增加。
通過對試驗(yàn)數(shù)據(jù)的方差分析可以進(jìn)一步明確五個(gè)TPA質(zhì)地參數(shù)受壓縮程度和壓縮速率的影響,影響極顯著,標(biāo)記為**,影響顯著,標(biāo)記為*〔8~9〕。最后結(jié)果如表1所示:壓縮速率對彈性和內(nèi)聚性的影響顯著。對硬度、耐咀性、回復(fù)性影響不顯著；而壓縮程度對硬度影響顯著,對彈性、內(nèi)聚性、回復(fù)性影響極顯著。
3 結(jié)論
本文闡述了TPA特性參數(shù)的具體含義,并對面包切片進(jìn)行TPA測試,探索了壓縮速率和壓縮程度對硬度、彈性、內(nèi)聚性、耐咀性、回復(fù)性的影響。結(jié)果表明壓縮速率對彈性和內(nèi)聚性的影響顯著,而壓縮程度對五個(gè)參數(shù)有顯著和極顯著影響。其它測試條件如停留間隔、樣品和探頭尺寸等對面包TPA測試參數(shù)的影響還需進(jìn)一步分析研究,以便完善面制品的TPA方法,為實(shí)際測試提供指導(dǎo)。
標(biāo)簽：
TPA;面包;壓縮程度;壓縮速率
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