物性測試儀在葡萄品質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

胡亞云

（西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，陜西楊凌712100）

質(zhì)地是果實(shí)貯藏保鮮的重要品質(zhì)之一，也是用于表征果實(shí)成熟度和耐貯性的重要依據(jù)。果實(shí)質(zhì)地屬性是源于果實(shí)結(jié)構(gòu)的一組物理特性，此特性與果實(shí)的形變、曲解和在力的作用下流動(dòng)有關(guān)[1]。

葡萄是一種營養(yǎng)豐富、食用性很強(qiáng)的水果，具有果皮薄、汁液多、怕擠壓等特點(diǎn)。采后葡萄果實(shí)質(zhì)地不斷發(fā)生變化，內(nèi)部組織變軟，風(fēng)味變差，尤其在長距離運(yùn)輸過程中，質(zhì)地軟化的果實(shí)不耐擠壓，導(dǎo)致機(jī)械損傷，嚴(yán)重影響了葡萄的感官性能、品質(zhì)和商品價(jià)值[2]。釀酒葡萄的采收時(shí)間是影響葡萄酒質(zhì)量的影響因素之一，而葡萄質(zhì)地則是判斷葡萄成熟度的重要指標(biāo)。目前，對(duì)于葡萄品質(zhì)的評(píng)價(jià)及葡萄成熟度的判斷，除了用單果重、果形尺寸、蛋白質(zhì)含量、糖酸比、出汁率、VC、可滴定酸、可溶性固形物等化學(xué)指標(biāo)評(píng)價(jià)外，應(yīng)用物性測試儀對(duì)葡萄品質(zhì)進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)已逐漸被廣泛使用。

物性測試儀（Texture Analysis）也叫質(zhì)構(gòu)儀，是用于客觀評(píng)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)作出數(shù)據(jù)化的表述，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地反映食品質(zhì)量的優(yōu)劣，已經(jīng)得到了研究者們的充分肯定[3]。本文根據(jù)使用英國Stable Micro System 公司生產(chǎn)的TA.XT plus 型質(zhì)構(gòu)儀的經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合前人的研究成果，對(duì)質(zhì)構(gòu)儀在葡萄品質(zhì)評(píng)價(jià)中所使用的探頭、測試模式、儀器條件、樣品的制備方法、數(shù)據(jù)處理方法、應(yīng)用現(xiàn)狀等做了歸納和總結(jié)，供科研工作者參考。

1 TPA 測試法

TPA（Texture Profile Analysis）是近年來發(fā)展起來的一種新型儀器測試方法，其原理是利用力學(xué)測試來模擬人的兩次咀嚼動(dòng)作，記錄力和時(shí)間的關(guān)系，從中找出與人感官評(píng)定相對(duì)應(yīng)的關(guān)系[4]，這些參數(shù)在一定程度上較為客觀的反映了果實(shí)的質(zhì)地和組織結(jié)構(gòu)的變化，也間接地反映了果蔬的保鮮效果，是目前食品物理品質(zhì)評(píng)價(jià)最常用的測試方法。葡萄TPA 質(zhì)構(gòu)特征曲線見圖1。

圖1 葡萄TPA 質(zhì)構(gòu)特征曲線Fig.1 Typical curve from texture profile analysis（TPA）of grape

1.1 探頭的選擇及樣品的制備方法

對(duì)于葡萄的TPA 測試可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，選用去皮和不去皮兩種方式進(jìn)行測試。對(duì)葡萄進(jìn)行不去皮測試，反映的是整個(gè)果實(shí)的質(zhì)構(gòu)，將葡萄去皮后進(jìn)行測試則反映的是葡萄果肉部分的質(zhì)構(gòu)。常用的探頭有圓柱形探頭p/35，p/50，p/75 或p/100 等。質(zhì)構(gòu)測試目前沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及文獻(xiàn)報(bào)道，在選用探頭時(shí)只要選擇比測試葡萄樣品大的探頭，每次測試選用同一個(gè)探頭和相同的參數(shù)即可。用于測試的樣品要求大小均等、成熟度一致、無病害、無霉變、無機(jī)械損傷等。對(duì)葡萄進(jìn)行去皮時(shí)需小心，盡量避免把果肉掀起。葡萄個(gè)體差異較大，一般要求選20 個(gè)以上樣品進(jìn)行測試，最后求其平均值。

1.2 操作方法

樣品準(zhǔn)備好后，放置于HDP/90 測定平臺(tái)上，從程序列表中選用TPA.PRG 測試程序，首先進(jìn)行探頭返回高度的校正，然后設(shè)置測試參數(shù)：設(shè)置測試前速度、測試速度、測試后速度均為1 mm/s，設(shè)置壓縮程度為25 %或其它更高或更低的壓縮程度，兩次壓縮間隔時(shí)間為5 s，數(shù)據(jù)采集速率為400 pps，觸發(fā)力為5 g。值得注意的是，進(jìn)行測試時(shí)，應(yīng)根據(jù)果實(shí)本身的質(zhì)地屬性進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)，從而選定合適的測試參數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

在TPA 試驗(yàn)中，可以測得8 個(gè)參數(shù)指標(biāo)，它們分別是硬度（Hardness）、脆度（Fracturability）黏著性（Adhesiveness）、彈性（Springiness）、內(nèi)聚性（Cohesiveness）、膠著性（Gumminess）、咀嚼性（Chewiness）、回復(fù)性（Resilience）。

對(duì)于以上各項(xiàng)質(zhì)地參數(shù)，并不是每項(xiàng)參數(shù)都要進(jìn)行分析，而應(yīng)根據(jù)葡萄果實(shí)的自身屬性選擇與葡萄感官評(píng)價(jià)中的新鮮度、硬度等相關(guān)的指標(biāo)，根據(jù)壓縮程度的不同，葡萄果實(shí)可能沒有出現(xiàn)明顯的裂痕，故就不必對(duì)果肉脆性參數(shù)進(jìn)行分析，膠著性多用于評(píng)價(jià)半固體樣品[4]，而葡萄為固態(tài)樣品，故不必對(duì)膠著性參數(shù)進(jìn)行分析。主要研究指標(biāo)應(yīng)該為：

1）硬度（Hardness）：指葡萄在外力作用下，使其發(fā)生變形所需要的力，反映在質(zhì)地特征曲線上為第一次壓縮時(shí)的最大峰值，在圖2 中為雙峰曲線的第一個(gè)峰的最大值，單位為N、kg、g 等。

2）彈性（Springiness）：指葡萄經(jīng)第一次壓縮變形后，在去除變形力的條件下所能恢復(fù)的程度，即兩次壓縮周期的下壓時(shí)間比。

3）內(nèi)聚性（Cohesiveness）：咀嚼葡萄時(shí)，葡萄抵抗牙齒咀嚼破壞而表現(xiàn)出的內(nèi)部結(jié)合力，反映了細(xì)胞間結(jié)合力的大小，使果實(shí)保持完整的性質(zhì)，反映在質(zhì)地特征曲線上為兩次壓縮周期的曲線面積比。

4）咀嚼性（Chewiness）：硬度、內(nèi)聚性和彈性三者乘積，它綜合反映了葡萄對(duì)咀嚼過程中所產(chǎn)生外力的持續(xù)抵抗作用。

5）回復(fù)性（Resilience）：表示葡萄在受到外界壓力作用時(shí)回彈的能力，即第一次壓縮至峰值后返回時(shí)葡萄所釋放的彈性能與壓縮時(shí)探頭耗能之比，在圖1 中指2 到3 的面積與1 到2 的面積比值。

1.4 國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀

目前國內(nèi)外用TPA 測試法用于葡萄品質(zhì)評(píng)價(jià)的研究較多，如李志文等[5]在1-MCP 結(jié)合冰溫貯藏對(duì)葡萄果實(shí)質(zhì)地的影響一文中，采用P/75 探頭，測試前速度5 mm/s，測試速度2 mm/s，測試后速度2 mm/s，壓縮變形程度25%，兩次壓縮間隔時(shí)間5 s，觸發(fā)力5 g，對(duì)乍娜葡萄進(jìn)行TPA 測試，得出評(píng)價(jià)葡萄果肉的質(zhì)地可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件采用TPA 測試果肉的硬度、彈性、凝聚性、咀嚼性和回復(fù)性等指標(biāo)。

任朝暉等[6]在質(zhì)地多面分析（TPA）法評(píng)價(jià)葡萄貯藏期間果肉質(zhì)地參數(shù)的研究一文中，設(shè)置測試前速度、測試速度、測試后速度均為1 mm/s，壓縮程度為30 %，兩次壓縮間隔時(shí)間為5 s，觸發(fā)力為5 g，對(duì)巨峰葡萄果肉進(jìn)行測試，得出質(zhì)地多面分析法能很好地反映葡萄果肉質(zhì)地參數(shù)變化規(guī)律，適合用于評(píng)價(jià)葡萄貯藏期間果肉質(zhì)地變化情況。

張昆明等[1]在葡萄貯藏期間果肉參數(shù)質(zhì)地變化規(guī)律的TPA 表征中，得出TPA 測試反映了3 種保鮮膜內(nèi)的葡萄果肉各項(xiàng)質(zhì)地參數(shù)變化規(guī)律總體均呈現(xiàn)下降趨勢。

Segade SR 等[7]使用柱形探頭p/35，壓縮比為25%，選用TPA 測試法對(duì)不同區(qū)域的釀酒葡萄進(jìn)行測試，得出可以用質(zhì)構(gòu)分析作為一個(gè)區(qū)別釀酒葡萄不同生長區(qū)域及其花青素可萃取行指數(shù)的指標(biāo)。

2 穿刺測試法（Puncture test）

果蔬硬度是判斷質(zhì)地的主要指標(biāo)，也是判斷果蔬新鮮度和成熟度的重要指標(biāo)。穿刺測試法一般用來測試葡萄表皮的硬度。

2.1 探頭的選擇及樣品的制備方法

用穿測法測試葡萄硬度一般選用針形探頭P/2N。測試樣品要求大小均等、成熟度一致、無病害、無霉變、無機(jī)械損傷等。測試時(shí)需固定測試部位，可以選擇樣品的頂部、赤道部分或底部分別進(jìn)行測試，確保測試部位一致才可保證測試結(jié)果的可信度。

2.2 操作方法

將樣品放置于HDP/90 測定平臺(tái)上，在軟件中編輯測試程序，設(shè)置測試前速度和測試速度均為1 mm/s，測試后速度為10 mm/s，觸發(fā)力5 g，數(shù)據(jù)采集速率200 pps，穿刺深度為3 mm，力量感應(yīng)元5 kg。測試速度可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要設(shè)定為2 mm/s 或更高的速度。

2.3 數(shù)據(jù)分析

圖2 為葡萄穿刺測試的質(zhì)構(gòu)特征曲線，從圖中可以得到3 個(gè)測試指標(biāo)。

圖2 葡萄穿刺測試質(zhì)構(gòu)特征曲線Fig.2 Texture typical curve of grape puncture test

1）表皮硬度（Skin Hardness）：一般用峰的最高點(diǎn)表示表皮破裂力（Skin Break Force），單位為g、kg、N等力學(xué)單位。

2）破裂能量（Skin Break Energy）：指圖2 中1 到2的面積，單位為g·s、kg·s 或焦耳等，破裂能量越大表示葡萄皮越難以穿透。

3）彈性模量（Skin Young’s Modulus）：圖2 中1 到2 的斜率表示樣品的彈性模量。彈性模量為樣品在彈性變形階段應(yīng)力和應(yīng)變的比例系數(shù)，單位為g/s，是用來衡量樣品產(chǎn)生彈性變形的難易程度指標(biāo)，其值越大則產(chǎn)生彈性變形的應(yīng)力也越大，也即在一定的應(yīng)力作用下，發(fā)生的彈性變形越小。

2.4 國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀

穿刺法用于葡萄硬度的測試國內(nèi)報(bào)道很少、國外報(bào)道較多。

在釀酒過程中，漿果組分的釋放可能與其表皮的機(jī)械性能有關(guān)，尤其是硬度。Letaief H[8]等采用穿刺法對(duì)3 種葡萄品種的表皮硬度進(jìn)行穿刺測試，研究了品種、串的位置和穿刺部位和表皮硬度之間的關(guān)系。在測試時(shí)選擇果頂、果實(shí)赤道、果底3 個(gè)不同的穿刺部位進(jìn)行試驗(yàn)，并用破裂能量表示表皮的硬度，最后得出葡萄的品種和穿刺點(diǎn)之間有一定的相互作用，破裂能量對(duì)于理解品種、串的位置、穿刺點(diǎn)3 個(gè)因素對(duì)表皮硬度的影響是非常有用的，其它影響穿刺測試的因素還需要進(jìn)一步研究。

Rolle L 等[9]在果皮硬度對(duì)釀酒葡萄脫水動(dòng)力學(xué)的影響一文中，用穿刺法測試釀酒葡萄果皮硬度，用果皮破碎力度表示果皮硬度，通過研究得出對(duì)于特別成熟的葡萄，果皮破碎力度影響其干燥速率，對(duì)同一品種而言，最成熟的葡萄干燥速率下降，果皮硬度增加。試驗(yàn)中采用P/2N 探頭，測試速度1 mm/s，穿刺深度3 mm/s，力量感應(yīng)元5 mm/s，數(shù)據(jù)采集點(diǎn)400 pps。

3 葡萄皮厚度測試法（Grape Skin Thickness Test）

葡萄皮厚度的測試多見于釀酒葡萄研究中，在鮮食葡萄研究中未見報(bào)道。在葡萄酒中，紅葡萄是花青素的唯一來源。在葡萄成熟過程中果皮中的花青素逐漸積累，但其濃度隨著種植技術(shù)、氣候條件、土壤條件等的不同在變化，因此評(píng)估花青素的可萃取性對(duì)于葡萄酒的質(zhì)量非常重要。葡萄表皮的機(jī)械特性是影響花青素可萃取性的其中一個(gè)指標(biāo)，因此研究葡萄在成熟過程中表皮的機(jī)械性能很有意義。對(duì)于表皮機(jī)械性能的測試，目前多選用質(zhì)構(gòu)分析法。

3.1 探頭的選擇及樣品的制備方法

葡萄皮厚度測試一般選用柱形探頭p/2。樣品的制備方法為：用刀片輕輕剝下0.5 mm×1 mm 大小的葡萄皮，刮去黏在皮上的果肉，一定不能傷及果皮，每次取樣必須固定在葡萄的某個(gè)固定部位。

3.2 操作方法

將取好果皮外表面朝下，放置在HDP/90 測定平臺(tái)上，注意樣品不能折疊。在軟件中編輯測試程序，設(shè)置測試參數(shù)：設(shè)置測試前速度、測試速度均為0.2 mm/s，測試后速度10 mm/s，觸發(fā)應(yīng)力5 g，數(shù)據(jù)采集速率200 pps，力量感應(yīng)元5 kg。每次測試前需進(jìn)行力量校正和探頭高度校正。

3.3 數(shù)據(jù)分析

通過軟件處理數(shù)據(jù)，得到果皮厚度（Skin Thickness），單位為mm 或μm。在圖3 中指的是曲線中1 到2 的探頭運(yùn)行距離，距離越大，則葡萄皮越厚。

圖3 P/2 探頭測試葡萄皮厚度的質(zhì)構(gòu)特征曲線Fig.3 Texture typical curve of grape skin thickness test by P/2 probe

3.4 國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀

Segade SR 等[10]在漿果表皮厚度作為主要的質(zhì)地參數(shù)預(yù)測釀酒葡萄中花青素的可萃取性一文中，選用P/2 探頭，設(shè)置測試速度0.2 mm/s，觸發(fā)應(yīng)力0.05 N。對(duì)選定的幾個(gè)葡萄園的葡萄進(jìn)行研究得出，在大多數(shù)葡萄園中，葡萄表皮質(zhì)地特征值隨著成熟階段有增長趨勢，但差異不明顯。在每一個(gè)葡萄園中，花青素的含量隨著成熟階段在增加，花青素的可萃取性不受成熟階段的影響。在葡萄的不同成熟階段和所研究的葡萄園中，葡萄表皮厚度和花青素的可萃取性有一定的相關(guān)性。表皮厚度是影響花青素可萃取性的一個(gè)重要指標(biāo)，葡萄皮越薄紅色素流失越多。因此，表皮質(zhì)構(gòu)的測試可以作為判斷葡萄花青素可萃取性的常用手段，因?yàn)橘|(zhì)構(gòu)測試快速、簡單、費(fèi)用低。

葡萄與葡萄酒中常見的酚類物質(zhì)是葡萄中重要的次生代謝產(chǎn)物，與葡萄的抗病性、采后生理、貯存、保鮮等密切相關(guān)。多酚物質(zhì)是葡萄酒存在差異性的主要原因之一，決定著葡萄酒澀味和苦味的優(yōu)劣與強(qiáng)弱，影響著葡萄酒的色澤、結(jié)構(gòu)、貯藏壽命及生物化學(xué)穩(wěn)定性，是葡萄酒的骨架成分[11]。葡萄酒中酚含量主要取決于葡萄皮中酚類物質(zhì)的含量及各種酚類物質(zhì)的浸出率[12]。Rolle L 等[13]在葡萄種植密度和收獲時(shí)間對(duì)其成熟過程中酚類物質(zhì)組成、酚類物質(zhì)萃取性指數(shù)和質(zhì)構(gòu)特征影響一文中得出，堅(jiān)硬的葡萄其酚類物質(zhì)積累越多，表皮越厚的葡萄更利用酚類物質(zhì)的提取。葡萄表皮硬度越大，提取的花青素越多[14]。

4 其它測試方法及其應(yīng)用現(xiàn)狀

據(jù)文獻(xiàn)資料報(bào)道，物性測試儀還用于葡萄籽硬度的測試及果梗分離力的測試，這些測試都基本用于釀酒葡萄的品質(zhì)測試。

4.1 葡萄籽硬度的測試（Grape Seed Hardness Test）

葡萄籽硬度的測試方法：將葡萄籽從果肉中取出，用吸水紙擦拭干凈，放置于HDP/90 載物臺(tái)上，選用P/35 或P/50 探頭進(jìn)行壓縮，測試其硬度。測試參數(shù)為：測試前速度和測試速度均為1 mm/s，測試后速度為10 mm/s，觸發(fā)應(yīng)力5g，壓縮比50%。用峰的最高點(diǎn)表示籽粒破裂力（Seed Break Force），見圖4。

圖4 P/50 探頭測試葡萄籽硬度質(zhì)構(gòu)特征曲線Fig.4 Texture typical curve of grape seed hardness test by P/50 probe

Rolle L 等[15]在蒙德斯釀酒葡萄在干制過程中表皮及葡萄籽的力學(xué)特性和酚類物質(zhì)組分的變化研究中得出，釀酒葡萄萎縮過程中葡萄籽的硬度會(huì)降低，而彈性會(huì)增加。葡萄籽中的原花青素和香草黃烷醇在萎縮過程中顯著增加，相比之下，果皮中這些化合物的含量都降低了。

4.2 果梗分離力的測試（Peduncle Detach Force Test）

在葡萄脫水過程中，漿果表皮硬度和厚度增加，而果梗的分離力在減小。果梗分離力是評(píng)估在枝干制是否合適的重要指標(biāo)[15]。其測試方法為：選鉗子狀探頭A/PS，將葡萄放置在HDP/90 載物臺(tái)上，載物臺(tái)中心有5 mm 大的孔，測試速度1 mm/s，牽引（traction）距離10 mm。用峰的最高點(diǎn)和峰的面積分別表示果梗的分離力（Peduncle Detach Force）和分離能量（Peduncle Detach Energy）。

5 問題與展望

質(zhì)構(gòu)儀對(duì)葡萄質(zhì)構(gòu)的測試，具有操作方便、反應(yīng)靈敏、測試結(jié)果客觀、測試費(fèi)用低廉等特點(diǎn)，能反應(yīng)出葡萄的質(zhì)構(gòu)特征，對(duì)葡萄的品質(zhì)評(píng)價(jià)及確定葡萄的采收時(shí)間等有一定的指導(dǎo)意義，但質(zhì)構(gòu)儀測試結(jié)果的成功與否除了與樣品的一致性有關(guān)外，還與所選用的測試模式和測試參數(shù)有很大的關(guān)系，如TPA 測試中的壓縮比、兩次壓縮之間的間隔時(shí)間等對(duì)測試指標(biāo)都有一定的影響，有關(guān)葡萄各種測試方法的最佳測試參數(shù)還需在后續(xù)的研究中解決。

質(zhì)構(gòu)儀應(yīng)用于葡萄及其它果實(shí)的研究中，最初僅限于對(duì)果實(shí)品質(zhì)的評(píng)價(jià)，近幾年來已經(jīng)逐漸向果實(shí)貯藏保鮮的方向發(fā)展，這是質(zhì)構(gòu)儀在應(yīng)用方面的一大突破。但是，用質(zhì)構(gòu)儀代替感官測定果實(shí)質(zhì)地的變化同果實(shí)生理指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)性研究很少，還需做深入研究。

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