優(yōu)選蘿卜質(zhì)構(gòu)剖面分析測試參數(shù)

李瑜，谷文榮，李娜，邵建峰，王慧榮

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，河南鄭州，450002)

硬度作為蘿卜新鮮度評價(jià)的重要指標(biāo)，目前還缺乏系統(tǒng)的評價(jià)方法。質(zhì)構(gòu)剖面分析法［1］(texture profile analysis，TPA)作為物性分析儀測試方法之一，已成為質(zhì)構(gòu)分析的一個(gè)重要手段。TPA質(zhì)構(gòu)測試又被稱為2次咀嚼測試(two bite test)，主要是通過模擬人口腔的咀嚼運(yùn)動對樣品進(jìn)行2次壓縮測試并與微機(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)。國內(nèi)外已經(jīng)研究了不同的測試條件對土豆及蘋果［2-3］、荔枝果肉［4］、萵苣［5］、牛奶巧克力［6］、酸奶［7］、水果［8］等質(zhì)構(gòu)的影響。也有利用穿刺測試(puncture test)［9］研究蘿卜整果在貨架期間的質(zhì)地變化的，但到目前為止還少有相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道不同測試參數(shù)對蘿卜質(zhì)構(gòu)測定結(jié)果的影響。

本文結(jié)合Box-Behnken響應(yīng)面法分析不同的測試速率、壓縮比例、停留時(shí)間對蘿卜泡菜質(zhì)構(gòu)特性參數(shù)的影響，并對質(zhì)構(gòu)剖面分析的測試參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)原料與設(shè)備

蘿卜，市售。

TA-XT.2i物性測試儀，英國SMS公司。

1.2 測試條件

用英國SMS公司的TA-XT.2i物性測試儀對蘿卜(厚度為1 cm的扇形塊)進(jìn)行質(zhì)構(gòu)剖面分析測試，采用P50探頭測試條件如下:測前速率:2.00 mm/s;測試速率分別設(shè)為 1.00、3.00、5.00 mm/s 3 個(gè)水平;測后速率與測前速率一致;壓縮比例分別設(shè)為10.00%、20.00%、30.00% 三個(gè)水平;停留時(shí)間分別設(shè)為2.00、4.00、6.00 s;觸發(fā)值:5.00 g。每項(xiàng)測試重復(fù)10次。

1.3 中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)Box-Behnken的中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，選取測試速率、壓縮比例、停留時(shí)間3個(gè)因素進(jìn)行中心組合設(shè)計(jì)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，響應(yīng)曲面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)因素與水平Table 1 Factors and levels of the RSM test

采用Design Expert 8.0.6對測試條件進(jìn)行最優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次回歸擬合，得到合適的回歸方程，并對方程進(jìn)行分析，得出響應(yīng)值與自變量之間的關(guān)系，以及響應(yīng)值隨自變量變化的趨勢。

2 結(jié)果與討論

2.1 響應(yīng)值結(jié)果

根據(jù)中心組合設(shè)計(jì)方案，選取硬度、黏性、內(nèi)聚性、膠粘性為響應(yīng)值，以測試速率、壓縮比例、停留時(shí)間為自變量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。所得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

2.2 回歸方程各項(xiàng)的方差分析結(jié)果

將所得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Design Expert 8.0.6軟件進(jìn)行多元回歸擬合，剔除不顯著項(xiàng)，得到以硬度、彈性、咀嚼性、回復(fù)性為目標(biāo)函數(shù)的二次回歸方程如方程1～方程4。方程中各項(xiàng)系數(shù)絕對值的大小直接反映了各因素對指標(biāo)值的影響程度，系數(shù)的正負(fù)反映了影響的方向。

表2 中心組合設(shè)計(jì)方案及測定結(jié)果Table 2 Central Composite Design and corresponding experimental results

硬度 =32 818.53+20 789.75B-1 132.25C-2 524.18A2(方程1)

彈性 =0.80+0.038A-0.063B-0.025AB+0.038A2+0.038B2(方程 2)

咀嚼性 =21 765.76+12 778.13B(方程 3)

回復(fù)性 =0.73+0.088A-0.13B(方程 4)

為檢驗(yàn)方程的有效性，對所得模型的方差進(jìn)行分析，結(jié)果如表3所示。

表3 響應(yīng)值模型方差分析Table 3 Analysis of variance for each term of developed quadratic regression model

蘿卜硬度所建立的回歸模型中F=447.92，P＜0.000 1，表明實(shí)驗(yàn)所采用的二次模型在統(tǒng)計(jì)學(xué)上是有意義的。因素B、C、A2差異顯著(P＜0.05)說明壓縮比例和停留時(shí)間對蘿卜硬度有顯著影響。蘿卜彈性所建立的回歸模型中 F=18.25，P=0.000 5 ＜0.05，表明實(shí)驗(yàn)所采用的二次模型在統(tǒng)計(jì)學(xué)上是有意義的。因素 A、B、AB、A2、B2差異顯著(P ＜0.05)說明測試速率和壓縮比例對蘿卜彈性有顯著影響。蘿卜咀嚼性所建立的回歸模型中 F=270.81，P ＜0.000 1，表明實(shí)驗(yàn)所采用的二次模型在統(tǒng)計(jì)學(xué)上是有意義的。因素B差異顯著(P＜0.05)說明壓縮比例對蘿卜咀嚼性有顯著影響。蘿卜回復(fù)性所建立的回歸模型中F=29.23，P ＜0.000 1，表明實(shí)驗(yàn)所采用的二次模型在統(tǒng)計(jì)學(xué)上是有意義的。因素A、B差異顯著(P＜0.000 1)說明測試速率和壓縮比例對蘿卜回復(fù)性有極顯著影響。決定系數(shù)R2均在0.85，說明因變量與考察的自變量之間線性關(guān)系顯著。信噪比均較大，說明模型的可信度較高。綜上所述，以上方程可以較好的預(yù)測分析這4個(gè)響應(yīng)值的變化規(guī)律。

2.3 響應(yīng)面交互與優(yōu)化

由圖1可以看出，在測試范圍內(nèi)，硬度隨測試速率的增加而緩慢增加。而硬度隨壓縮比例增加的趨勢明顯較大。在壓縮比例較低時(shí)，硬度隨壓縮比例的增加而明顯增加，在壓縮比例較高時(shí)，硬度增加減緩。因此在測試范圍內(nèi)如果以硬度為主要響應(yīng)值，為減少實(shí)驗(yàn)誤差可選取測試條件的高水平。方差分析中壓縮比例P＜0.000 1，表明壓縮比例對硬度的測點(diǎn)結(jié)果影響極顯著，停留時(shí)間 P=0.026 5＜0.05，表明停留時(shí)間對硬度的測定結(jié)果影響顯著。

圖1 壓縮比例和測試速率對蘿卜硬度的影響響應(yīng)面圖Fig.1 Response surface plots showing Compression speed and degree of deformation on hardness of Raphanus sativus

由圖2中的響應(yīng)面圖可以看出，在測試范圍內(nèi)，彈性隨壓縮比例的增加而減小，隨測試速率的增加而增加。圖2中等高線趨于橢圓，說明兩者的交互作用對彈性有顯著影響。AB項(xiàng)P=0.033 1說明測試速率和壓縮比例的交互作用對硬度的影響顯著。

圖2 壓縮比例和測試速率對蘿卜彈性的影響響應(yīng)面圖和等高線圖Fig.2 Response surface and contour plots showing Compression speed and degree of deformation on elastictiy of Raphanus sativus

由圖3可知，咀嚼性與測試速率和壓縮比例呈線性相關(guān)關(guān)系。在測試范圍內(nèi)，咀嚼性隨測試速率和壓縮比例的增加而呈上升趨勢。隨壓縮比例增加而急劇增加，但隨測試速率的變化非常緩慢。從方程3中看出，咀嚼性為壓縮比例的一次函數(shù)。從方差分析可知壓縮比例(P＜0.000 1)對咀嚼性測定結(jié)果影響極顯著，測試速率(P=0.053 6)停留時(shí)間(P=0.348 8)對咀嚼性測定結(jié)果影響不顯著。

由圖4可知，回復(fù)性與測試速率和壓縮比例呈線性相關(guān)關(guān)系。在測試范圍內(nèi)，回復(fù)性隨測試速率增加而呈上升趨勢，隨壓縮比例的增加呈下降趨勢。從方程4中可以看出，回復(fù)性為測試速率和壓縮比例的一次函數(shù)。從方差分析可知壓縮比例(P＜0.000 1)對回復(fù)性測定結(jié)果影響極顯著，測試速率(P=0.000 1)對回復(fù)性測定結(jié)果影響顯著。

圖3 壓縮比例和測試速率對蘿卜咀嚼性的影響響應(yīng)面圖Fig.3 Response surface plots showing Compression speed and degree of deformation on chewiness of Raphanus sativus

3 結(jié)論

圖4 壓縮比例和測試速率對蘿卜回復(fù)性的影響響應(yīng)面圖Fig.4 Response surface plots showing compression speed and degree of deformation on resilience of Raphanus sativus

本研究對蘿卜進(jìn)行了TPA測試，通過響應(yīng)面Box-Behnken分析法對蘿卜質(zhì)構(gòu)的TPA測試參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，并得到回歸方程。結(jié)果表明，壓縮比例對硬度、彈性、咀嚼性和回復(fù)性的影響都極顯著(P＜0.000 1)，測試速率對彈性和回復(fù)性影響顯著(P＜0.05)，停留時(shí)間只對硬度有顯著影響。最佳測試條件為，測試速率 5.00mm/s、壓縮比例 20.21%、停留時(shí)間4.55 s，在此條件下蘿卜的質(zhì)構(gòu)測定結(jié)果接近真實(shí)值。本研究對蘿卜及其制品的質(zhì)構(gòu)測定和新鮮度評價(jià)有一定的指導(dǎo)意義，對TPA在類似原料中的應(yīng)用也有一定的借鑒作用。

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