質(zhì)構(gòu)儀在我國食品品質(zhì)評價中的應(yīng)用綜述

賀麗霞，王 敏，*，黃忠民

(1.西北農(nóng)林科技大學食品科學與工程學院，陜西楊凌712100;2.三全食品股份有限公司，河南鄭州450044)

質(zhì)構(gòu)儀在我國食品品質(zhì)評價中的應(yīng)用綜述

賀麗霞1，王 敏1，*，黃忠民2

(1.西北農(nóng)林科技大學食品科學與工程學院，陜西楊凌712100;2.三全食品股份有限公司，河南鄭州450044)

介紹了質(zhì)構(gòu)儀的測定原理、測量模式和近年來在我國食品研究與開發(fā)中的應(yīng)用情況，分析了質(zhì)構(gòu)儀在谷物、乳制品、肉制品以及果蔬方面的應(yīng)用前景。

質(zhì)構(gòu)，食品，品質(zhì)評價

在食品工業(yè)中，質(zhì)構(gòu)貫穿于整個產(chǎn)業(yè)鏈過程中，具有重要的地位。首先，質(zhì)構(gòu)特性影響消費者的決策，進而影響到該產(chǎn)品在市場中的銷售情況。其次，質(zhì)構(gòu)特性在一定的條件下，能很好的體現(xiàn)產(chǎn)品特性，而產(chǎn)品特性的測定又是產(chǎn)品研發(fā)過程的一個重要環(huán)節(jié)。再次，在生產(chǎn)線的質(zhì)量控制過程中，質(zhì)構(gòu)特性參數(shù)值為其提供可靠的依據(jù)。最后，質(zhì)構(gòu)貫穿的以上三個環(huán)節(jié)與生產(chǎn)形成了一條目的鮮明、工藝優(yōu)化、品質(zhì)保證的高效產(chǎn)業(yè)鏈。因此，質(zhì)構(gòu)的測定在食品工業(yè)中產(chǎn)品的開發(fā)、改良，成本降低，品質(zhì)檢驗和工藝優(yōu)化方面具有重要的地位。食品的品質(zhì)因素分為色、香、味、形和營養(yǎng)價值五大部分，其中前四者又構(gòu)成了我們?nèi)粘５母泄倨焚|(zhì)因素。形作為五大因素之一，又以質(zhì)構(gòu)特性在食品體系中表現(xiàn)出來。質(zhì)構(gòu)特性的檢測手段分為感官檢驗、生理學方法檢驗和儀器測定［1－3，6］。近年來，儀器測定在國內(nèi)快速的發(fā)展，特別是英國Stable Micro Systems公司生產(chǎn)的TA－XT系列物性分析儀擁有巨大的市場空間，因此本文主要以TA－XT系列物性分析儀為基礎(chǔ)，對其在食品研究中的應(yīng)用進行總結(jié)。

1 質(zhì)構(gòu)儀的測定原理及模式

1.1 儀器的測定原理

質(zhì)構(gòu)儀又稱物性儀，通過模擬人的觸覺來檢測樣品物理特征的一種儀器。它的主要結(jié)構(gòu)就是能夠使物體產(chǎn)生形變的機械裝置，在這種裝置上安裝各種極為靈敏的傳感器，在計算機程序設(shè)定的速度下，機械裝置上下移動，當傳感器與樣品接觸達到觸發(fā)力(trigger force)時，計算機開始根據(jù)力學、時間和形變之間的關(guān)系繪制曲線。由于傳感器是在設(shè)定的速度向樣品勻速移動，因此，橫坐標時間和距離可以自動轉(zhuǎn)換，并可以進一步計算出被測物體的應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系。

1.2 測定模式的選擇

1.2.1 TPA模式 TPA全稱為textureprofile 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動，對固體或半固體進行兩次壓縮，描繪出力－時間的關(guān)系曲線［4］。

1.2.2 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，實驗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)來檢驗樣品張力的拉伸測試;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、時間和距離的關(guān)系曲線體現(xiàn)出力學與形變的關(guān)系，進而推導出形變在物理性質(zhì)中的代表意義。

2 質(zhì)構(gòu)儀在我國食品品質(zhì)評價中的應(yīng)用

質(zhì)構(gòu)的起源要追溯到17世紀，Robert Hooke和Isaac Newton分別闡述了固體彈性形變原理和簡單的液體流動定律，進而形成了胡克定律和牛頓力學。同時，這兩種定律也成為了質(zhì)構(gòu)研究的基礎(chǔ)，盡管當時還沒能專門應(yīng)用到食品領(lǐng)域。但是到了1861年，德國人Lipowitz設(shè)計出世界上第一臺用于測定膠狀食品穩(wěn)定程度的質(zhì)構(gòu)儀。隨后，世界研究學者對于質(zhì)構(gòu)儀開始了長達一個半世紀的探索研究。19世紀，先后有Babcock發(fā)明了用于測試牛奶和冰激凌的粘性的儀器;Hogarth發(fā)明了測試面團堅硬性的裝置獲得了專利;Wood和Parsons又發(fā)明了用于檢測黃油硬度的探針等。19世紀的研究進展為以后的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。20世紀，德國則發(fā)明了測試面團流變性的一系列測試儀。并且在這之后，研究者對于膠體的測定也逐步趨于完善，儀器設(shè)備也趨于多樣化。

質(zhì)構(gòu)在國內(nèi)的發(fā)展比較晚，20世紀，我國才出現(xiàn)了《食品流變學》這門課程。主要的著作有李里特、李云飛［2］、屠康［15］三人分別編著的《食品物性學》。許多學者在物性理論的基礎(chǔ)上，運用質(zhì)構(gòu)儀分別在谷物、乳品、果蔬和肉制品品質(zhì)評價上進行研究。

2.1 質(zhì)構(gòu)儀在谷物(小麥)及其制品品質(zhì)評價中的應(yīng)用

谷物是人類生存的主要能量來源，其種類繁多，其品質(zhì)一直是研究者關(guān)注的話題。小麥是一種非常重要的谷類食物，產(chǎn)量僅次于玉米，排名世界第二，是我國北方主要糧食作物，具有極其重要的經(jīng)濟地位。經(jīng)過長期的發(fā)展，人們利用小麥粉制做出各種嗜好性、消化吸收性和商品價值性完全不同的食品，例如包子、餃子、面條、蛋卷、饅頭、餅干等多種食品。

近幾年來，我國小麥及其制品品質(zhì)的研究者主要將質(zhì)構(gòu)儀運用到品質(zhì)控制和工藝處理過程中。在品質(zhì)控制過程中，質(zhì)構(gòu)儀所測定的面團的流變性及面制品的硬度、黏聚性、彈性等參數(shù)指標作為主要的評價依據(jù)，對小麥及其制品進行判斷［20－24］。例如雷激［17］等人研究了16種品質(zhì)差異較大的小麥品種作為原料的面條品質(zhì)，其中TPA模式檢測得出硬度和膠著性對表觀狀態(tài)和適口性都呈顯著相關(guān)，彈性和面條的粘性呈負相關(guān)。李夢琴［14］等人把質(zhì)構(gòu)特性作為與速凍水餃品質(zhì)相關(guān)的一個因素進行了研究，發(fā)現(xiàn)面團流變性對速凍水餃的影響較大。姜松［25］等構(gòu)建了掛面彎曲折斷率質(zhì)構(gòu)儀測定方法。蘭靜等人建立了餃子的標準化實驗室制作及品質(zhì)評價方法。

此外，在小麥及其制品的工藝處理過程中，丁長河［18］等人用質(zhì)構(gòu)的方法對傳統(tǒng)的酵頭饅頭進行測試，與工業(yè)化生產(chǎn)的饅頭相比較，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)工藝制作的產(chǎn)品咀嚼性和凝聚性比較高，但是彈性上無太大差別。王宇偉等用TA－XT2質(zhì)構(gòu)儀對小麥粉擠壓膨化食品進行了質(zhì)構(gòu)分析。通過統(tǒng)計計算發(fā)現(xiàn)，單片、兩片紋路90°交錯、兩片紋路縱向重疊三種擠壓膨化的方法中，單片測試結(jié)果相對較好。另外，楊愛華、張清、何雅薔、張立、吉武科、陳海華和李國強等人分別研究PGA添加量、VC、單寧酸、可得然膠、木聚糖酶對面團及其制品的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這些面粉中的添加劑對面團的穩(wěn)定時間以及制品的質(zhì)構(gòu)特性都具有顯著性影響。

2.2 質(zhì)構(gòu)儀在乳制品品質(zhì)評價中的應(yīng)用

近幾年來，越來越多的研究者和工業(yè)生產(chǎn)者運用質(zhì)構(gòu)參數(shù)來控制乳制品的品質(zhì)。據(jù)了解如伊利、蒙牛等國內(nèi)大型的乳制品企業(yè)已經(jīng)建立了一套適合自身的物性檢測系統(tǒng)。在國內(nèi)，質(zhì)構(gòu)儀主要被研究者應(yīng)用于奶酪、冰激凌、奶油以及酸奶等乳制品品質(zhì)評價中。屠康［15］等人通過對市場上比較常見的幾種干酪進行質(zhì)構(gòu)分析，并且在實驗中由于干酪有硬質(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［27－28］。郭媛［19］等人對六種干酪進行了 TPA 檢測，發(fā)現(xiàn)干酪的參數(shù)通過檢驗都存在差異，其中硬度存在顯著差異。董晶瑩［26］等人研究了不同體細胞原料乳對Mozzarella干酪特性的影響。

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［16］采用質(zhì)構(gòu)對不同種類的冰激凌品質(zhì)進行了分析，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影響其品質(zhì)。隨著脂肪含量的增加，冰激凌的凝聚性和粘附性增加，同時也隨著乳化劑用量的增加而增加;但硬度和咀嚼性隨著乳化劑的增加而降低;三種甜味劑分別對一些參數(shù)值有影響。崔旭海［29］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。

質(zhì)構(gòu)儀除了應(yīng)用于干酪和冰激凌中，李赟高［30］等人研究谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶在改善酸奶質(zhì)構(gòu)特性中的作用。趙紅玲［32］等人把質(zhì)構(gòu)作為模糊數(shù)學綜合評價方法之中的一個指標參數(shù)，為各個指標配以權(quán)重，結(jié)合模糊數(shù)學方法對酸奶進行等級劃分。同年趙紅玲［32］等人又發(fā)表了羧甲基纖維素鈉(CMC)對攪拌型酸奶結(jié)構(gòu)特性影響的初步研究一文，文中提到CMC的添加量與酸奶的表觀粘度呈正相關(guān)。此外，王琳等人通過質(zhì)構(gòu)分析研究了大豆蛋白和酪蛋白比例對攪打稀奶油穩(wěn)定性的影響，結(jié)果表明:大豆蛋白比例的增大能增加界面膜的粘彈性，抑制脂肪球的部分聚結(jié)，提高泡沫結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，當大豆蛋白與酪蛋白比例為4∶1時，攪打稀奶油可以獲得最佳的穩(wěn)定性。綜上所述，質(zhì)構(gòu)儀不僅能幫助改善產(chǎn)品工藝，而且在品質(zhì)評價中也是一種良好的判斷手段。

2.3 質(zhì)構(gòu)儀在肉類及其制品品質(zhì)評價中的應(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。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。羅飛［5］用TPA模式測定不同類型火腿腸的質(zhì)構(gòu)特性，文章設(shè)定的參數(shù)為:測試前速度2mm/s;測試速度10mm/s;測試后速度10mm/s;時間間隔5s;壓縮比率40%;探頭:P、50，在硬度、彈性和咀嚼性等方面得出結(jié)論。乳化性火腿腸的硬度比較小，但具有比較好的彈性，并且火腿腸的硬度和咀嚼性呈線性關(guān)系。丁武通過穿刺實驗發(fā)現(xiàn)，肉制品的嫩度可以由實驗中的第一個峰值進行量化表示，這樣使得肉制品的檢測更加準確和方便。阮征［11］等人以質(zhì)構(gòu)參數(shù)作為指標，優(yōu)化了羅非魚的超高壓凝膠化工藝，發(fā)現(xiàn)不同的處理條件對凝膠的質(zhì)構(gòu)有不同的影響:加壓壓力對回復性和內(nèi)聚性的影響最大;加熱配合對咀嚼性的影響最大。戴志遠［12］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℃儲藏條件下的養(yǎng)殖大黃花魚進行質(zhì)構(gòu)測定，得出隨著冷凍儲藏時間的延長，養(yǎng)殖大黃花魚的硬度、黏附性、彈性、咀嚼性、膠粘性和回復性等水平明顯下降。郝紅濤［13］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)標準化的必要性，以及建議質(zhì)構(gòu)指標取代感官指標指導肉制品的研發(fā)工作。李應(yīng)華等用質(zhì)構(gòu)儀對3種加入不同變性淀粉的紅腸進行比較，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、硬度和咀嚼性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、加工過程或者儲存環(huán)節(jié)中存在何種問題的一種手段。

2.4 質(zhì)構(gòu)儀在果蔬及其制品品質(zhì)評價中的應(yīng)用

季節(jié)性和儲藏期對果蔬都有著明顯的影響，而且對特殊人群，果蔬的質(zhì)地特別會影響其銷量。姜松［7］等對蘋果整果進行了TPA實驗，用正交實驗分析了變形速度、壓縮變形量和間隔時間對實驗結(jié)果的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn):變形量對硬度、彈性影響極為顯著;壓縮速率對回復性影響顯著。潘秀娟［8］用同樣的方法對采后蘋果的質(zhì)地進行分析。結(jié)果表明:果肉黏著性和其他質(zhì)地參數(shù)呈負相關(guān);凝聚性和其他參數(shù)指標呈正相關(guān);彈性與其他參數(shù)指標相關(guān)性較差;除了彈性和黏著性，回復性和其他參數(shù)指標呈較好的正相關(guān)。通過對比發(fā)現(xiàn)，嘎拉蘋果比紅富士蘋果更易出現(xiàn)軟綿的質(zhì)地特征。姜松［9］用質(zhì)構(gòu)檢測的方法研究了水蜜桃在貯藏期間的質(zhì)地變化，其測試參數(shù)設(shè)定為:測試前速度=測試后速度=測試速度=1mm/s;壓縮程度為60%;時間間隔為5s。發(fā)現(xiàn)儲藏溫度對TPA的各項參數(shù)影響顯著，隨著儲藏時間延長，質(zhì)構(gòu)參數(shù)呈下降趨勢。并且8℃比0℃下降的速率更大。徐志斌［10］等人用TPA模式測定采摘后的楊梅果實品質(zhì)的變化規(guī)律。結(jié)果發(fā)現(xiàn):隨著儲藏時間的延長，楊梅的硬度、凝聚性、咀嚼性和回復性都會發(fā)生明顯的下降。楊虎清等人用質(zhì)構(gòu)儀檢測作為六個衡量指標之一，測定了“東魁”楊梅在減壓貯藏過程中硬度的變化情況，證實了減壓貯藏對楊梅的保鮮作用。綜上所述，大部分的研究者將質(zhì)構(gòu)檢驗應(yīng)用于觀察果蔬及其制品品質(zhì)在儲藏過程中的變化檢驗。儲藏是果蔬采后的一個重要環(huán)節(jié)，然而質(zhì)構(gòu)的研究不僅僅局限于采后過程的變化，我國還缺乏質(zhì)構(gòu)特性與其他環(huán)節(jié)的聯(lián)系性的研究。例如，果蔬的生長期環(huán)境對其以后質(zhì)構(gòu)的影響;果蔬在處理過程中，工藝、方法對其制品質(zhì)構(gòu)的影響等，這些都有可能成為研究者未來的研究方向。

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。由于是從國外引進先進設(shè)備，儀器本身是針對國外人們的食品檢驗需求而設(shè)計，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，這就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驗方案及設(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化。除以上缺點之外，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實踐，以致不能良好的應(yīng)用于生產(chǎn)實踐中。

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，加強研究內(nèi)容的系統(tǒng)性。質(zhì)構(gòu)特性的研究建立在力學、流變學等的基礎(chǔ)之上，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)計出合理的實驗方案，以及準確控制實驗中的操作步驟，其中包括力學基礎(chǔ)、機械能量定理、食品流變學、物性學等，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)特性細致化、深入化的研究下去。其次，明確研究的目的是為了指導實踐生產(chǎn)。長久以來理論指導實踐這一論調(diào)是毋庸置疑的，但是實踐生產(chǎn)中總會存在一些現(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。同時研究者還可以將質(zhì)構(gòu)儀測定出來的特性指標與數(shù)學模型相結(jié)合，通過數(shù)學模型指導產(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。隨著化學實驗不能適應(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。特別是市場化將人們的要求明朗化，在傳統(tǒng)的感官評價不能準確、客觀地提供生產(chǎn)者所需要的結(jié)果之時，質(zhì)構(gòu)研究在其具有準確性、客觀性、簡潔性等這些前提之下，則為產(chǎn)品進入市場做了最充分的準備。綜上所述，食品質(zhì)構(gòu)的研究將會在食品工業(yè)中得到更廣泛的發(fā)展。

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The application of texture analyzer on food quality evaluation in China

HE Li－xia1，WANG Min1，*，HUANG Zhong－min2

(1.College of Food Science and Engineering，Northwest A＆F University，Yangling 712100，China;2.Zhengzhou Sanquan Foods Co.，Ltd.，Zhengzhou 450044，China)

The principles，patterns and application in food research and development domestic of texture analyzer were introduced.The application prospects of texture analyzer in cereal，dairy product and fruit and vegetables were also analyzed.

texture;food;quality evaluation

TS201.1

A

1002－0306(2011)09－0446－04

2010－09－13 *通訊聯(lián)系人

賀麗霞(1985－)，女，碩士研究生，研究方向:食品營養(yǎng)與安全。

陜西省小雜糧產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系。