低脂冰淇淋質(zhì)構(gòu)與色差相關(guān)性分析

張雪婷，蔣 輝，鄒 慧，孫馬龍，賀紅軍

(煙臺(tái)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山東煙臺(tái)264005)

低脂冰淇淋質(zhì)構(gòu)與色差相關(guān)性分析

張雪婷，蔣 輝，鄒 慧，孫馬龍，賀紅軍

(煙臺(tái)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山東煙臺(tái)264005)

利用水溶性殼聚糖作為脂肪的替代品，制作了不同脂肪替代度的低脂冰淇淋.采用質(zhì)構(gòu)儀和色差計(jì)分別對(duì)所制得的低脂冰淇淋品質(zhì)進(jìn)行分析，然后使用SPSS19.0對(duì)色差值與質(zhì)構(gòu)特性的結(jié)果進(jìn)行主成分分析和相關(guān)性分析，并利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)其相關(guān)性進(jìn)行驗(yàn)證和預(yù)測(cè).結(jié)果表明，色差值與質(zhì)構(gòu)參數(shù)二者之間具有一定相關(guān)性(R=-0.916～-0.287).結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)可知，色差值可以來預(yù)測(cè)冰淇淋的質(zhì)構(gòu)特性(R=0.922～0.957)，說明冰淇淋外部的光學(xué)屬性與其內(nèi)部的質(zhì)構(gòu)屬性之間存在著聯(lián)系.

低脂冰淇淋;TPA;神經(jīng)網(wǎng)絡(luò);色差

傳統(tǒng)的冰淇淋口感細(xì)膩、香味濃郁，但脂肪含量很高［1］，一般在8%～16%，而低脂冰淇淋的脂肪含量為4%～6%［2］.目前對(duì)冰淇淋品質(zhì)的研究方法主要是采用質(zhì)構(gòu)剖面分析法(Texture profile analysis，TPA)，對(duì)冰淇淋的硬度、彈性、內(nèi)聚性、黏性等質(zhì)構(gòu)特性進(jìn)行客觀的測(cè)定［3-4］，可以避免人為因素對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的主觀影響.但TPA法容易受樣品不同部位、待測(cè)規(guī)格大小所影響［5］，而且是一種破壞性的測(cè)定質(zhì)構(gòu)的方法，通常測(cè)試過的樣品不可再利用，造成浪費(fèi).色差也是評(píng)價(jià)食品品質(zhì)的一個(gè)重要屬性［6］，它除了對(duì)食品的感官品質(zhì)有影響外，和食品的物理、化學(xué)等屬性也有一定的相關(guān)性［7］.研究表明食品的質(zhì)構(gòu)和色差之間有一定的相關(guān)性［8］，因此可以通過分析低脂冰淇淋的色差與質(zhì)構(gòu)的相關(guān)性，利用不對(duì)樣品造成破壞的方法，從冰淇淋的外部光學(xué)屬性來反映其內(nèi)部的質(zhì)構(gòu)屬性［9］.本研究選用殼聚糖作為脂肪的替代品，制作出低脂冰淇淋，通過測(cè)定其質(zhì)構(gòu)與色差數(shù)據(jù)對(duì)其品質(zhì)進(jìn)行了分析.這對(duì)建立低脂冰淇淋的評(píng)價(jià)模型，以及此類食品的研究和評(píng)價(jià)有著重要的理論意義.

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

脫脂乳粉:黑龍江省完達(dá)山乳業(yè)股份有限公司;白砂糖:山東嘉鑫糖業(yè)有限公司;淀粉:山東高密華圓糖業(yè)有限公司;多美鮮植物黃油:上海高夫食品有限公司;海藻酸鈉:天津市福晨化學(xué)試劑廠;水溶性殼聚糖:濟(jì)南海得貝海洋生物有限公司.

1.2 主要儀器設(shè)備

LDZXt30KBS立式壓力蒸汽滅菌器:上海申安醫(yī)療器械廠;HR7638均質(zhì)機(jī):珠海飛利浦家庭電器有限公司;IM3tB冰淇淋攪拌機(jī):珠海飛利浦家庭電器有限公司;FJt200高速分散均質(zhì)機(jī):上海標(biāo)本模型廠;TMStPro型質(zhì)構(gòu)儀:Food Technology Corporation;色差計(jì):山東煙臺(tái)翔瑞試驗(yàn)機(jī)械設(shè)備有限公司.

1.3 冰淇淋配方

脫脂奶粉:12%;蔗糖:13%;海藻酸鈉:0.3%;淀粉:2.4%;雞蛋:13%;水:59.3%.

水溶性殼聚糖經(jīng)溫水溶解后，再加入到混合好的料液中，其中殼聚糖的添加量分別為:0.01%、0.03%、0.05%、0.07%、0.09%、0.11%、0.13%、0.15%、0.17%、0.19%、0.21%.

1.4 試驗(yàn)方法

1.4.1 工藝流程原料處理→原輔料混勻→均質(zhì)→殺菌→冷卻→老化→凝凍→罐裝→硬化→成品［10］.

1.4.2 操作要點(diǎn)原料混合:將糖和海藻酸鈉溶解于約60℃的水中，然后加入奶粉、雞蛋以及糊化后的淀粉;均質(zhì):將混合均勻的料液在18 MPa的條件下進(jìn)行均質(zhì)處理;殺菌:均質(zhì)后的料液進(jìn)行滅菌，條件為80℃，20 min;冷卻老化:將殺菌后的料液放至于4℃冰箱中老化.

1.4.3 TPA測(cè)定試驗(yàn)采用美國(guó)Food Technology Corporation(FTC)公司的TMS-Pro型質(zhì)構(gòu)儀對(duì)冰淇淋樣品進(jìn)行TPA測(cè)試.測(cè)定前樣品在-18℃冰箱中貯藏12 h，取出后在室溫下迅速測(cè)定，每個(gè)樣品進(jìn)行3次平行試驗(yàn).測(cè)試條件如下:測(cè)前速率為60 mm/min;測(cè)后速率與測(cè)前速率一致;2次壓縮之間的停留間隔:0 s;圓盤擠壓探頭P/75;最小觸發(fā)力: 0.3 N;測(cè)試距離30 mm;每項(xiàng)測(cè)試重復(fù)3次［11］，測(cè)定統(tǒng)一在室溫下進(jìn)行.

TPA的全質(zhì)構(gòu)分析結(jié)果有多種，黏性、內(nèi)聚性、彈性、硬度、回復(fù)性、咀嚼性等指標(biāo)通常用于評(píng)價(jià)冰淇淋.這些指標(biāo)的定義如下:黏性:探頭上行時(shí)所受到的阻力，第二次壓縮的相對(duì)抵抗能力;內(nèi)聚性:第二次壓縮的相對(duì)抵抗能力，表現(xiàn)為2次壓縮所做正功之比;彈性:第二次壓縮的測(cè)量高度同第一次測(cè)量的高度的比值;硬度:第一次壓縮時(shí)的最大峰值，也就是樣品達(dá)到一定變形程度所必需的力;回復(fù)性:回復(fù)值第一次壓縮中的“回收”階段的面積同下壓穿刺階段面積的商;咀嚼性:用于描述固態(tài)測(cè)試樣品，用硬度、膠黏性和彈性的綜合體現(xiàn).

1.4.4 色差測(cè)定試驗(yàn)色差測(cè)定前樣品在-18℃冰箱中貯藏12 h，取出后在室溫下迅速測(cè)定，每個(gè)樣品進(jìn)行3次平行試驗(yàn).測(cè)試時(shí)的光照會(huì)對(duì)測(cè)定結(jié)果有影響，所以測(cè)試時(shí)選擇沒有窗戶的房間，開有日光燈，在室溫約28℃的條件下進(jìn)行測(cè)定.

1.4.5 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析利用SPSS19.0對(duì)質(zhì)構(gòu)和色差進(jìn)行主成分分析和相關(guān)性分析，同時(shí)利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)其相關(guān)性進(jìn)行驗(yàn)證及預(yù)測(cè).

2 結(jié)果與討論

2.1 低脂冰淇淋的感官評(píng)價(jià)和TPA測(cè)試分析數(shù)據(jù)

表1是通過質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定的試驗(yàn)結(jié)果，由組內(nèi)單因素方差分析得到每組組內(nèi)的顯著性關(guān)系.

表1 低脂冰淇淋TPA測(cè)定結(jié)果(s)Tab.1 TPA test results of low-fat ice cream(s)

表1 低脂冰淇淋TPA測(cè)定結(jié)果(s)Tab.1 TPA test results of low-fat ice cream(s)

注:相同字母表示同一列差異不顯著(P＞0.05)，不同字母表示差異顯著(P＞0.05).

?

由表1可以看出，在不同的殼聚糖添加量下，冰淇淋的TPA測(cè)定結(jié)果的硬度、彈性、黏性、內(nèi)聚性、回復(fù)性和咀嚼性不存在明顯差異.當(dāng)殼聚糖的添加量在0.01%～0.07%時(shí)，各項(xiàng)指標(biāo)的差別不大，這可能是由于殼聚糖的添加量在較小的范圍時(shí)，對(duì)冰淇淋的影響很小.當(dāng)添加量逐漸增加后，冰淇淋的質(zhì)構(gòu)發(fā)生明顯的變化，這可能是由于殼聚糖是一種增稠劑，隨著其添加量的增加冰淇淋的膠黏性會(huì)隨之升高，冰淇淋體系變得黏稠.冰淇淋漿料在攪打時(shí)較難混入空氣，因此其彈性會(huì)有所下降，隨之硬度也會(huì)有所增加.

表2是通過色差計(jì)測(cè)得的數(shù)據(jù)，由組內(nèi)單因素方差分析得到每組組內(nèi)的顯著性關(guān)系.

表2 低脂冰淇淋色差測(cè)定結(jié)果Tab.2 Chromatic aberration test results of low-fat ice cream

由表2可知，在不同的殼聚糖添加量下，冰淇淋的色差測(cè)定結(jié)果也存在差異.色差計(jì)中的數(shù)值通常用L*、a*和b*來表示，其中L*表示明暗，+為偏亮，-為偏暗，a*表示紅綠，+為偏紅，-為偏綠，b*表示黃藍(lán)，+為偏黃，-為偏藍(lán)．隨著殼聚糖添加量的增加，L*和a*值有所增加，b*值略有下降，低脂冰淇淋所呈現(xiàn)的顏色，可能是由于黃油中所含的β -胡蘿卜素，黃油與殼聚糖的比例不同，對(duì)色差計(jì)的測(cè)定值有所影響.

2.2 TPA測(cè)定結(jié)果的主成分分析

對(duì)感官評(píng)定數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析(PCA)，共得到2個(gè)主成分，其方差貢獻(xiàn)率分別為45.65%和37.81%，累計(jì)達(dá)83.46%，表明這2個(gè)主成分可以對(duì)冰淇淋的質(zhì)構(gòu)指標(biāo)進(jìn)行說明.將這2個(gè)主成分的TPA測(cè)定值繪制載荷圖，得到最主要的4項(xiàng)TPA指標(biāo)(圖1).由圖1可知，主成分1中的主要TPA指標(biāo)是彈性和黏性，質(zhì)地較黏稠的樣品，在凝凍后恢復(fù)形變的速度也越快;主成分2中的主要TPA指標(biāo)是硬度和內(nèi)聚性，硬度較高的樣品有助于維持其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，從而呈現(xiàn)較高的內(nèi)聚性.

圖1 主成分載荷圖Fig.1 Biplot of principal component analysis

2.3 色差結(jié)果與TPA測(cè)定結(jié)果的相關(guān)性分析

色差結(jié)果與TPA測(cè)試所得質(zhì)構(gòu)特性參數(shù)之間相關(guān)性分析結(jié)果如表3.

表3 色差與TPA參數(shù)的相關(guān)性系數(shù)Tab.3 Correlation analysis of characterization of TPA test and chromatic aberration test

表3中，相關(guān)系數(shù)的絕對(duì)值越大，表示相關(guān)性越強(qiáng);相關(guān)系數(shù)越接近于0，相關(guān)性越弱.從表3中可以看出，色差指標(biāo)中的L*與TPA測(cè)試中的彈性和回復(fù)性為負(fù)相關(guān)，其余各項(xiàng)指標(biāo)均為正相關(guān);a*與TPA測(cè)試中的4個(gè)指標(biāo)均為正相關(guān);b*與TPA測(cè)試中的彈性、回復(fù)性和咀嚼性為正相關(guān)，其余3個(gè)指標(biāo)都為負(fù)相關(guān).

a*與硬度達(dá)到了極顯著的正相關(guān)，b*與黏性也達(dá)到了極顯著的負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)在0.899以上，屬于強(qiáng)相關(guān)的范圍，但與其他3個(gè)指標(biāo)的相關(guān)性都較?。ㄟ^相關(guān)性分析可知，在用色差來描述質(zhì)構(gòu)特性時(shí)，主要考慮a*與b*分別對(duì)硬度和黏性的描述.

利用origin 8.0分別繪制硬度和a*及黏性和b*的線性擬合圖，并得出以下公式:

式中:Y代表色差計(jì)的測(cè)量值，X代表TPA的測(cè)量值.方程(1)為硬度和a*兩者之間的關(guān)系，方程(2)為黏性和b*兩者之間的關(guān)系．

硬度與a*的線性關(guān)系如圖2所示．由圖2可知，硬度值越大，相應(yīng)的a*值越小，而且硬度和a*有著極顯著的相關(guān)性(R2=0.899 5)．這種高相關(guān)系數(shù)表明，冰淇淋的質(zhì)構(gòu)與色差之間有著緊密的聯(lián)系，進(jìn)一步表示冰淇淋內(nèi)部物理性質(zhì)硬度，可以通過外部光學(xué)屬性來反映．這可能是由于黃油中添加有β -胡蘿卜素，加入殼聚糖后對(duì)其的呈色有一定的影響.而黃油與殼聚糖的比例不同，從而影響了最終產(chǎn)品的硬度和顏色.

圖2 硬度與a*的線性關(guān)系圖Fig.2 Correlation between hardness and a*

黏性與b*的線性關(guān)系如圖3所示．從圖3可以看出，隨著黏性的增加，b*值隨之減小，且兩者保持著極顯著的相關(guān)性(R2=0.916 4)．其原因可能和硬度與a*值的關(guān)系相似.殼聚糖具有增稠劑的作用，隨著殼聚糖添加量的增加，低脂冰淇淋形成更多的凝膠結(jié)構(gòu)，其黏性也隨之增加.殼聚糖與黃油比例的不同，使得最終產(chǎn)品黏性也有所不同，這也可以通過外部的光學(xué)屬性反映出來.

圖3 黏性與b*的線性關(guān)系圖Fig.3 Correlation between gumminess and b*

2.4 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的驗(yàn)證性預(yù)測(cè)分析

在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，利用a*和b*分別對(duì)硬度和黏性進(jìn)行預(yù)測(cè)，所得結(jié)果如圖4、5所示.

圖4 基于a*的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)硬度預(yù)測(cè)圖Fig.4 Neural network prediction map of hardness based on a*

圖5 基于b*的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)黏性預(yù)測(cè)圖Fig.5 Neural network prediction map of gumminess based on the b*

由圖4可知，由色差計(jì)對(duì)冰淇淋的硬度的預(yù)測(cè)值與質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定的數(shù)值有很好的相關(guān)性，并且與其預(yù)測(cè)值的線性關(guān)系達(dá)到0.922.由圖5可以看出，冰淇淋的黏性的預(yù)測(cè)值與質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定的數(shù)值也有很好的相關(guān)性，線性關(guān)系達(dá)到0.958，兩者均屬于較強(qiáng)的相關(guān)范圍，這也驗(yàn)證了之前相關(guān)性分析的結(jié)果.色差結(jié)果和TPA測(cè)定結(jié)果的相關(guān)性分析對(duì)比可知，以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為模式識(shí)別方法的預(yù)測(cè)值更加接近實(shí)際測(cè)定值，基本上可以反映樣品的質(zhì)構(gòu)屬性.這同樣可以說明冰淇淋外部的光學(xué)屬性與其內(nèi)部的質(zhì)構(gòu)屬性之間的聯(lián)系，并且冰淇淋部分的質(zhì)構(gòu)特性可以通過色差值來描述.

3 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)測(cè)定了在不同殼聚糖添加量下各低脂冰淇淋的質(zhì)構(gòu)參數(shù)和色差值.從TPA測(cè)定結(jié)果中提取出2個(gè)主成分，方差貢獻(xiàn)率達(dá)到了83.46%，證明可以對(duì)冰淇淋的硬度、彈性、內(nèi)聚性和黏性進(jìn)行解釋.結(jié)果顯示，低脂冰淇淋的色差值和質(zhì)構(gòu)結(jié)果的大部分參數(shù)存在不同程度的相關(guān)性(R=-0.916～-0.287，P＜0.05或P＜0.01)，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)相關(guān)性進(jìn)行預(yù)測(cè)和驗(yàn)證，也得到了相同的結(jié)果．其中，硬度和a*以及黏性和b*之間有著極顯著的相關(guān)性，色差值L*與質(zhì)構(gòu)參數(shù)之間沒有明顯的相關(guān)性．硬度和黏性可以分別通過a*和b*進(jìn)行預(yù)測(cè)及描述，說明在低脂冰淇淋中其內(nèi)部物理性質(zhì)同外部光學(xué)屬性有著較強(qiáng)的相關(guān)性，可以通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)利用低脂冰淇淋的色差值預(yù)測(cè)其質(zhì)構(gòu)特性.

［1］周原，丁文平.糯米淀粉質(zhì)低脂冰淇淋的品質(zhì)研究［J］.食品科技，2011，36(2):79-82.

［2］Yilsay T O，Yilmaz L，Bayizit A A.The effect of using a whey protein fat replacer on textural and sensory characteristics of low-fat vanilla ice cream［J］.European Food Research and Technology，2006，222:171-175.

［3］Fongaro L，Kvaal K.Surface Texture Characterization of an Italian pasta by means of univariate and multivariate feature extraction from their texture images［J］.Food Research International，2013，51:693-705.

［4］錢鐳，付堯，霍貴成.質(zhì)構(gòu)分析儀對(duì)不同種類冰淇淋質(zhì)地品質(zhì)的研究［J］.中國(guó)乳品工業(yè)2007，35(6):42-44.

［5］林婉玲，楊賢慶，李來好，等.脆肉鯇質(zhì)構(gòu)與感官評(píng)價(jià)的相關(guān)性研究［J］.現(xiàn)代食品科技，2013，29(1):1-7.

［6］Tiwari B K，Muthukumarappan K，Chenchaiah M，et al. Effect of ozonation on the rheological and colour characteristics of hydrocolloid dispersions［J］.Food Research International，2008，41(10):1035-1043.

［7］Al?i?ek Z，Balaban M ?.Development and application of“The two image”method for accurate object recognition and color analysis［J］.Journal of Food Engineering，2012，111(1): 46-51.

［8］Esteve M J，F(xiàn)rígola A，Rodrigo C，et al.Effect of storage period under variable conditions on the chemical and physical composition and colour of Spanish refrigerated orange juices［J］.Food and Chemical Toxicology，2005，43(9):1413-1422.

［9］Fan F H，Ma Q，Ge J，et al.Prediction of texture characteristics from extrusion food surface images using a computer vision system and artificial neural networks［J］.Journal of Food Engineering，2013，118:426-433.

［10］劉杏榮，趙瑩瑩，朱道辰，等.香草牛奶冰淇淋工藝及其品質(zhì)評(píng)價(jià)［J］.食品科技，2012，28(1):232-234.

［11］楊瑩瑩，賀紅軍，郭萌萌，等.響應(yīng)面法分析TPA測(cè)試參數(shù)對(duì)酸奶質(zhì)構(gòu)的影響［J］.現(xiàn)代食品科技，2013，29(6): 1282-1284.

Correlation Analysis between Texture and Chroma of Low-Fat Ice Cream

ZHANG Xue-ting，JIANG Hui，ZOU Hui，SUN Ma-long，HE Hong-jun
(School of Life Sciences，Yantai University，Yantai 264005，China)

The fat in ice cream is substituted in different degrees by water-soluble chitosan in the present research. The quality of obtained low-fat ice creams is evaluated by using colorimeter and texture profile analyzer.Principal component analysis and correlation analysis of chroma and textural parameters are conducted by using SPSS19.0，and the correlation is verified and predicted by using artificial neural networks.The results show that there is some correlation between colorimeter parameters and textural parameters(R=-0.916--0.287，P＜0.05 or P＜0.01).Combined with the artificial neural network prediction，the chromatic aberration can be used to predict the texture properties of ice cream(R=0.922-0.957)，and illustrate the relationship between the internal physical texture characteristics and external color values in ice cream.

low-fat ice cream;TPA;artificial neural network;chromatic aberration

TS277

A

(責(zé)任編輯 周雪瑩)

1004-8820(2015)02-0130-05

10.13951/j.cnki.37-1213/n.2015.02.010

2014-08-28

山東省高等學(xué)校科技計(jì)劃資助項(xiàng)目(101660).

張雪婷(1991-)，女，山東平度人，碩士研究生.

賀紅軍(hemiles@163.com)，高級(jí)工程師，博士，研究方向?yàn)檗r(nóng)畜產(chǎn)品加工與貯藏.