基于壓桿后屈曲的市售掛面力學(xué)特性及質(zhì)地評價的研究

姜 松 伍 娟 俞 艷

(江蘇大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，鎮(zhèn)江 212013)

基于壓桿后屈曲的市售掛面力學(xué)特性及質(zhì)地評價的研究

姜 松 伍 娟 俞 艷

(江蘇大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，鎮(zhèn)江 212013)

本研究以市售掛面為原料，應(yīng)用壓桿后屈曲法對不同品種不同長度(150、120、90 mm)的市售掛面的彎曲折斷率、抗彎能力和蒸煮后力學(xué)特性(TPA)，以及蒸煮前后品質(zhì)的相關(guān)性進行研究。結(jié)果表明，試驗所用20種市售掛面的彎曲折斷率指標均合格；市售掛面(含花色)的抗彎能力、彈性模量等力學(xué)特性指標值存在明顯差異，可用壓桿后屈曲法精確表征市售掛面的力學(xué)質(zhì)地品質(zhì)；掛面的彈性模量與其蒸煮TPA指標的回歸模型決定系數(shù)的R2在0.93以上。掛面的斷裂應(yīng)力與其蒸煮TPA指標的回歸模型決定系數(shù)R2在0.91以上，干掛面力學(xué)特性可綜合反映蒸煮掛面的TPA力學(xué)質(zhì)地指標，可用干掛面的力學(xué)特性預(yù)測其蒸煮后的力學(xué)質(zhì)地。

市售掛面 力學(xué)特性 壓桿后屈曲法 TPA 相關(guān)性 回歸模型

面條是我國的主要傳統(tǒng)面食，在我國已經(jīng)有2 000多年的歷史，我國每年用來加工面條的小麥粉占其總產(chǎn)量的40%左右[1]。目前對于市售掛面質(zhì)量的評價方法主要有主觀評價(感官評價)和客觀評價2種。主觀評價通過干掛面的色澤、表觀狀態(tài)、抗彎強度、整齊度和蒸煮掛面的適口性、韌性、黏性、光滑性等指標來評價掛面的品質(zhì)[2]。它雖然在一定程度上可以較真實地反映出不同掛面的品質(zhì)差異，但其受個人主觀因素的影響較大[3-4]。客觀評價主要是利用儀器測定法或化學(xué)分析法來評價掛面的品質(zhì)特性?？陀^評價法重復(fù)性好，易于標準化。但客觀評價法大多針對掛面蒸煮后的品質(zhì)，對于干掛面品質(zhì)評價的研究報道較少。干掛面的力學(xué)質(zhì)地參數(shù)是反映掛面組分、加工工藝的一個綜合指標[5]。目前，在干掛面力學(xué)特性檢測方法方面，劉銳等[6]用最大彎曲度來評價市售掛面的抗彎強度，姜松等[7]建立了壓桿后屈曲法測定干掛面彎曲折斷率、最大抗彎能力(斷裂時最大端部位移和應(yīng)力)和彈性模量的方法。在壓桿后屈曲法的應(yīng)用方面，基于壓桿后屈曲法對不同添加組分、加工工藝、添加劑的自制掛面和意大利通心面的力學(xué)特性進行了研究[8-11]，但對市售掛面力學(xué)特性方面的研究鮮有報道。本試驗對市售掛面(含花色)進行力學(xué)特性分析，優(yōu)化評價指標，并對干掛面的力學(xué)特性與蒸煮后的質(zhì)地指標進行相關(guān)性分析，為市售掛面的品質(zhì)評價提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

試驗材料見表1。分段TA-XT.Plus質(zhì)地分析儀：英國Stable Micro System 公司；315-15型數(shù)顯測厚儀(壓力式，分辨率0.01 mm)：上海川陸量具有限公司生產(chǎn)；不銹鋼直尺(最小刻度0.1 mm)：市售；SK2105可調(diào)式美的電磁爐：南京安爾特廚房設(shè)備有限公司。

表1 20種市售掛面的規(guī)格

1.2 試驗方法1.2.1 壓桿后屈曲法測定干掛面力學(xué)特性

挑選粗細均勻、平直的掛面作為試樣，將其分別截成150、120、90 mm 3種長度。用雙面膠將樣品掛面垂直固定在質(zhì)地分析儀的探頭和載物平臺之間進行測試。探頭向下移動，使其發(fā)生后屈曲直至斷裂。質(zhì)地分析儀基本參數(shù)設(shè)置：探頭P100；測試模式：Measure Force in Compression；運行程序：Return to Star；觸發(fā)類型：Auto；觸發(fā)值：0.005 N；曲線記錄方式：Final；數(shù)據(jù)采集率：100 pps；傳感器：5 kg；測前速率：0.1 mm/s，測試速率：0.1 mm/s，測后速率：1.0 mm/s。每次測試1根，每種長度重復(fù)10次。從試驗所得的壓力與位移關(guān)系曲線中提取掛面斷裂時探頭下壓的距離(斷裂位移)以及端部轉(zhuǎn)角為20°時對應(yīng)的后屈曲壓力。計算斷裂時中點應(yīng)力(斷裂應(yīng)力)和端部轉(zhuǎn)角為20°時對應(yīng)的彈性模量，結(jié)果取平均值[11]，計算公式參見文獻[11]。

1.2.2 干掛面蒸煮后力學(xué)特性(TPA)測定

1.2.2.1 掛面蒸煮方法

用可調(diào)式電爐加熱盛有樣品質(zhì)量50倍沸水的1 000 mL鍋，保持水的微沸狀態(tài)。取5～10根掛面樣品放入沸水中，從2 min開始取樣，然后每隔30 s取1次，用2塊玻璃板壓扁，觀察掛面內(nèi)部白硬心線，白硬心線消失即將樣品取出，用冷水沖洗10 s，瀝干備用[12]。

1.2.2.2 TPA測試方法

將瀝干備用的掛面分別截成20 mm長度，分別橫放于質(zhì)地分析儀載物平臺上進行測試。質(zhì)地分析儀基本參數(shù)設(shè)置：探頭P50；測試模式：Measure Force in Compression；運行程序：TPA；觸發(fā)類型：Auto；觸發(fā)值：0.05 N；曲線記錄方式：Final；數(shù)據(jù)采集率：100 pps；傳感器：5 kg；測前速率：0.2 mm/s；測試速率：0.2 mm/s，測后速率：2.0 mm/s；壓縮率：70%；2次壓縮間隔時間：15 s。每次測試1根，每種長度重復(fù)10次。應(yīng)用質(zhì)地分析儀軟件中的TPA分析宏解析所得的試驗曲線，提取硬度、黏附性、回復(fù)性、耐咀性、彈性和內(nèi)聚性等6個指標，結(jié)果取平均值[13]。

2 結(jié)果與分析

2.1 干掛面力學(xué)特性的分析

由表2可知，同一種掛面在不同長度時彈性模量基本相同，這是由于彈性模量是面條的固有屬性，它不因測試條件的改變而改變。試驗所用20種市售掛面的彈性模量存在明顯差異。普通掛面的彈性模量大于花色掛面，這是因為花色掛面中添加的成分改變了小麥粉中的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，減少了掛面中面筋所占比例。普通掛面中8號的彈性模量最大，7號的次之，1號的彈性模量最小?；ㄉ嬷?3號的彈性模量最大，16號的彈性模量最小。總體上，試驗所用掛面的彈性模量在2.0～2.6×109N/m2之間，與文獻[9]報道一致。

表2 20種市售掛面的彈性模量

注：同一列中不同字母差異顯著(P<0.05)，余同。

由表3和表4可知，20種市售普通掛面和花色掛面的斷裂端部軸向位移量均大于評定值，即20種市售掛面彎曲折斷率指標均合格，而不同品種的掛面在不同測試長度下最大端部位移量(斷裂位移)存在較大的差異。試樣長度為150 mm時斷裂位移最大的是7號，120 mm時最大的是2號，90 mm時最大的是8號。斷裂位移是面條斷裂時探頭下壓的距離，其數(shù)值受面條尺寸規(guī)格影響較大，所以斷裂位移值不可以作為市售掛面品質(zhì)評價的指標。

表3 20種市售掛面的斷裂位移

表4 不同長度掛面端部轉(zhuǎn)角和端部軸向位移量以及中點撓度應(yīng)力相等換算

注：“>0.9”、“≤0.9”表示掛面厚度。

由表5可知，同一種面條，斷裂應(yīng)力隨長度的增加而減小，長度為90 mm時的斷裂應(yīng)力明顯大于長度為150 mm和120 mm時的斷裂應(yīng)力。長度為150和120 mm時斷裂應(yīng)力相差不大。這與姜松等[13]的報道一致。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是，90 mm左右時試樣處于壓桿臨界屈曲向后屈曲過度階段，壓力不穩(wěn)定。試樣長度增至120和150 mm時應(yīng)力減小，后屈曲變形能力變強，后屈曲壓力在一定范圍內(nèi)趨于穩(wěn)定。試驗所測掛面中斷裂應(yīng)力最大的是8號面條，最小的為16號面條，總體而言，普通掛面的斷裂應(yīng)力大于花色掛面的斷裂應(yīng)力。

由表2～表5斷裂位移(最大端部轉(zhuǎn)角)、彈性模量和斷裂應(yīng)力比較分析可知，雖然斷裂位移評價掛面抗彎能力比較直觀，但受掛面的規(guī)格影響非常大；彈性模量有一定的區(qū)分度，但不同品種掛面的彈性模量比較相近；斷裂應(yīng)力的區(qū)分度比較大，不同品種掛面的斷裂應(yīng)力存在明顯差異。因此，斷裂應(yīng)力是比較合適的評價掛面抗彎能力的指標。

表5 20種市售掛面的斷裂應(yīng)力

不同掛面之間抗彎能力存在差異，這主要是受掛面的厚度、加工質(zhì)量、原料品質(zhì)和組分的影響，但差異性表明儀器測定方法可以精確地表征掛面質(zhì)量的差異。

表6 20種市售掛面的TPA參數(shù)

2.2 干掛面蒸煮后力學(xué)特性(TPA)分析

由表6可知，20種不同品牌市售掛面蒸煮后硬度、耐咀性、回復(fù)性和黏性差異比較大，而彈性和內(nèi)聚性差異比較小(僅8號的內(nèi)聚性比較大)；普通掛面中，硬度，耐咀性和彈性都是8號面條的最大，花色掛面中20號的各項指標較大?？傮w而言，普通掛面的TPA指標大于花色掛面的TPA指標。結(jié)果表明，可用TPA方法表征掛面蒸煮后的質(zhì)地品質(zhì)。

2.3 干掛面的力學(xué)特性與其蒸煮品質(zhì)的相關(guān)性分析

為了解干掛面的力學(xué)質(zhì)地與其蒸煮品質(zhì)之間的關(guān)系，本研究應(yīng)用SPSS v13.0軟件對干掛面的彈性模量、斷裂應(yīng)力與其蒸煮后TPA各個試驗參數(shù)之間進行皮爾遜相關(guān)系數(shù)分析。

由表7和表8可知，試驗所用的掛面(包括花色面)測得的干掛面的彈性模量和斷裂應(yīng)力，都與其蒸煮品質(zhì)有很大的關(guān)聯(lián)性，但是它們之間的具體關(guān)系不確定，也就是說，同樣的彈性模量和斷裂應(yīng)力測定值對應(yīng)的蒸煮品質(zhì)的值不一定相同，蒸煮品質(zhì)相同的試樣對應(yīng)的彈性模量的斷裂應(yīng)力也不一定相同。為了進一步探討干掛面的力學(xué)質(zhì)地與其蒸煮品質(zhì)之間的關(guān)系，以20種市售掛面彈性模量和斷裂應(yīng)力為因變量以與干掛面力學(xué)性質(zhì)相關(guān)性較高的TPA指標為自變量進行多元回歸分析。

由表9可知，試驗所用的普通掛面和花色掛面的彈性模量和斷裂應(yīng)力與其蒸煮后TPA質(zhì)地指標之間關(guān)系的回歸模型決定系數(shù)均在0.9以上，干掛面的力學(xué)特性可以綜合反映掛面蒸煮后的硬度、彈性、黏性等質(zhì)地指標。

表7 普通干掛面力學(xué)特性與蒸煮掛面各指標之間的相關(guān)性分析

注：*表示在0.05水平上有顯著影響；**表示在0.01水平上有顯著影響，下同。

表8 花色干掛面力學(xué)特性與蒸煮掛面各指標之間的相關(guān)性分析

表9 以干掛面力學(xué)特性為因變量的回歸模型

注：Y1為彈性模量E/×109N·mm-2；Y2為斷裂應(yīng)力/N·mm-2；X1為硬度/g·mm-2；X2為黏性/N·mm-1；X3為回復(fù)性；X4為內(nèi)聚性；X5為彈性；X6為耐咀性/g·mm-2。

3 結(jié)論

試驗所用20種市售掛面的彎曲折斷率指標均合格；不同品牌掛面(含花色)的最大抗彎能力、彈性模量等力學(xué)特性指標值存在明顯差異，可用壓桿后屈曲法精確表征市售掛面(含花色)的力學(xué)質(zhì)地的差異；斷裂應(yīng)力是表征掛面抗彎能力的最佳指標。干掛面(含花色)的彈性模量與其蒸煮后TPA質(zhì)地指標之間關(guān)系的回歸模型決定系數(shù)R2均在0.900以上，干掛面力學(xué)特性可綜合反映掛面蒸煮后的質(zhì)地指標，可用干掛面的力學(xué)特性預(yù)測其蒸煮后的力學(xué)質(zhì)地。

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Mechanics Characteristics and Texture Evaluation of
Commercially Available Dried Noodles Based on Compressive Bar Post-Buckling

Jiang Song Wu Juan Yu Yan

(School of Food and Biological Engineering, Jiangsu University，Zhenjiang 212013)

This study used commercially available dried noodles as raw material.Based on the compressive bar post-buckling method，different varieties of length(150，120 and 90 mm)of dried noodles，bending fracture rate，the bending capacity and，mechanical texture after cooking，and quality relativity before and after cooking were studied.The results showed that bending fracture rate indicators of 20 kinds of commercially available dried noodles used in our study were qualified.There existed a significant difference in mechanical properties such as modulus of elasticity index between commercially available dried noodles(including colors)，which could be precisely presented with the compressive bar post-buckling method.Liner elastic modulus and its cooking TPA determination coefficientR2in the quality index of the regression model were above 0.93，and noodle rupture stress and cooking TPA determination coefficientR2quality index of the regression model were above 0.91.Mechanical properties of dried cooking noodles which could comprehensively reflect the TPA mechanics quality index could be used to predict the mechanical quality of dried noodle after cooking.Thus，this study could provide the reference for mechanical property prediction and quality evaluation commercially available dried noodles.

commercial available dried noodles，mechanical properties，the compressive bar post-bucking method，TPA，correlation，regression model

鎮(zhèn)江市科技支撐計劃(社會發(fā)展)(SH2013073)

2015-12-05

姜松，男，1963年出生，教授，農(nóng)產(chǎn)品及食品力學(xué)特性

TS213.3；TS201.7

A

1003-0174(2017)06-0021-06