質(zhì)構(gòu)參數(shù)與花生物性測定的相關(guān)性

湯鵬宇，孟繁博，黃道梅，鄭秀艷，林茂

（貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展研究所，貴州省農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，貴州貴陽 550006）

花生是我國重要的油料作物[1]，富含蛋白、脂肪及礦物元素等多種營養(yǎng)成分，又名“長生果”、“萬壽果”、“千歲子”等。目前，對花生的研究主要分兩個大方向，即采前和采后，采前主要是種植方式、環(huán)境、產(chǎn)量等的研究[2,3]；采后則集中在營養(yǎng)品質(zhì)[4]、加工品質(zhì)[5]以及出口品質(zhì)上。而對于花生的感官、物性測定還較少，且更多關(guān)注于花生榨油后的油脂風(fēng)味研究等[6,7]。風(fēng)味研究通常較為復(fù)雜[8,9]，花生除了味道之外，口感也十分重要，但這些風(fēng)味研究并不能完全替代感官感受[10]。隨著社會的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，各類花生制作的休閑零食被擺上臺面。據(jù)統(tǒng)計，僅美國國內(nèi)花生休閑食品就占據(jù)其花生產(chǎn)量的60%[11]，所以花生整體的口感品質(zhì)不容忽視。目前，花生的感官品質(zhì)多采用感官評價法[12]，主要包括花生硬度、酥脆度、細(xì)膩度、甜味、香味等。但是感官評價較為費時費力，而且存在許多外在影響因素，對于評價的客觀性、可靠性等還較為欠缺。質(zhì)構(gòu)儀是一種客觀評價樣品物性特性的儀器，近年來已經(jīng)廣泛應(yīng)用于果實品質(zhì)[13-15]、食品加工[16,17]、食品的品質(zhì)檢測[18]等方面。通過質(zhì)構(gòu)測定可以精確的反應(yīng)出食品的組織構(gòu)成特性，測定結(jié)果客觀，準(zhǔn)確。最新研究表明，食品的組織構(gòu)成對口感有著顯著影響，食物顆粒之間和食物顆粒與口腔之間的相對運動被認(rèn)為是嚴(yán)重影響感官感知的[19]，尤其對于花生這樣層次相對單一的食品而言更為顯著。

研究發(fā)現(xiàn)，不同的質(zhì)構(gòu)測試參數(shù)，對物性實驗結(jié)果造成顯著影響[20]。鑒于花生物性測試參數(shù)的研究還較為缺乏，花生物性研究不夠充足的現(xiàn)狀，本研究旨在明確花生在TPA測試、剪切力等質(zhì)構(gòu)測試中的壓縮變形比例、測試速度等具體條件，研究這些關(guān)鍵控制點對花生物性特性的影響，探討其與花生物性測定結(jié)果的相關(guān)性，從而得到花生的一個質(zhì)構(gòu)檢測模型。以期在某些指標(biāo)上取代感官評價，并通過感官評價佐證實驗準(zhǔn)確性，為花生產(chǎn)品的品控質(zhì)量檢測提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

“黔花生七號”花生（以下簡稱黑花生）、本地紅-白銅仁珍珠花生（均為入庫標(biāo)準(zhǔn)的生花生，以下簡稱紅花生），貴州省沿河縣黃土鄉(xiāng)農(nóng)特產(chǎn)品農(nóng)民專業(yè)合作社提供。

TMS-PRO型物性測定儀（配有P50圓柱探頭及P/BS剪切探頭），美國FTC公司；WD700微波爐，LG電子（天津）電器有限公司；SYF-30冠亞水分含量測定儀，深圳冠亞水分儀科技有限公司；FA2004分析天平，上海精密科學(xué)儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 花生熟化方法

熟化方法采用微波加熱法，該法受熱均勻，加熱速度快[21]，適用于堅果類食物熟化，對油脂破壞程度低，呈香化合物保留好等特點[22,23]，取樣品適量清洗干凈并瀝干水分，平鋪在烤盤上，微波高火烘烤2 min，取出翻動，隨后低火烘烤3 min，期間每分鐘翻動一次，烘烤結(jié)束自然放涼。

1.2.2 水分含量測定

取生、熟花生的花生衣、仁分別5 g，將樣品均勻放置在置物盤中，設(shè)定溫度110 ℃。

1.2.3 質(zhì)構(gòu)特性測試

樣品前處理[24]：熟化后的花生去掉花生衣，選取重量區(qū)間在±0.1 g的花生手工分開兩瓣，去掉其中種胚，盡量修整為大小一致，上機(jī)測試。

TPA測試條件：選擇1000 N量程，P50探頭，檢測壓縮形變、測試速度對TAP測定結(jié)果的影響，設(shè)置形變壓縮比為：30%～80%，每5%為一個梯度；測試速度選取20 mm/min、40 mm/min、60 mm/min，兩次壓縮間隔時間5 s。

剪切力測定設(shè)置：剪切力測試中，儀器的關(guān)鍵變量為剪切速度，分別設(shè)定剪切速度為10、20、30、40、60、80、100、150、200 mm/min進(jìn)行剪切力測定，選取P/BS剪切探頭。

1.2.4 感官評價

選取熟花生樣品若干放置于感官品評杯中，剔除其中不飽滿，有蟲斑和變色的花生，對其進(jìn)行編號，一次性送樣品評，選取食品相關(guān)專業(yè)碩士研究生10人組成品評小組，品評人員于上午10點鐘左右在品評分析室品嘗，每品嘗一個樣品后用清水漱口，相互之間不交流。感官評價標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 花生感官評價標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Sensory evaluation criteria of peanut

本次感官評價主要考察花生的口感，用以佐證物性測定儀準(zhǔn)確性，因此不對味覺方面做考量。其中，酥脆度指花生第一次在口中嚼碎的難易程度，對應(yīng)物性測定儀中的脆度；細(xì)膩度指咀嚼花生時花生殘渣細(xì)微程度，殘渣顆粒小且少說明口感細(xì)膩，反之粗而多則口感粗糲，對應(yīng)物性測定儀中的硬度；柔嫩度指咀嚼花生至可吞咽時的費力程度，對應(yīng)物性測定中的咀嚼性（固體）或膠粘性（半固體）。

1.3 數(shù)據(jù)處理

預(yù)先篩選花生重量，選取同一重量組（誤差在0.1 g）每組實驗重復(fù)測定15次并去掉異常值，數(shù)據(jù)采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行分析處理，并進(jìn)行顯著性分析；采用Origin 8.5軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 生熟花生籽實，種皮含水量結(jié)果

從圖1可以看出，在生花生狀態(tài)下，黑花生籽實（8.85±1.26）與種皮（5.54±0.58）的含水量均大于紅花生的籽實（7.92±1.13）和種皮（4.61±0.54），且存在統(tǒng)計學(xué)差異（p＜0.05）。杜瑞等[25]研究表明，黑花生無論種皮，還是籽實含水量均大于紅花生，該結(jié)論與本研究相一致。而經(jīng)過熟化處理后，兩類花生籽實與種皮含水量基本趨于一致。不同的花生品種、以及運輸和儲存過程中的氣溫變化導(dǎo)致生花生的含水量存在一定差異性，但熟化后花生含水量急劇下降。在進(jìn)行物性檢測中發(fā)現(xiàn)，含水量不同的同一樣品會造成數(shù)據(jù)顯著差異，因此，為保證結(jié)果同一性，后續(xù)質(zhì)構(gòu)檢測采用熟花生以減小實驗誤差。

圖1 黑、紅花生籽實與種皮含水量Fig.1 Water content of seeds and seed coat of raw and cooked peanuts

2.2 壓縮形變量、測試速度對花生酥脆性的影響

脆性是樣品對探頭的初始抵抗作用，在TPA測試中通常表示為第一次壓縮過程中的第一個峰值，若是只有一個峰值，則定義為硬度，無脆性值。經(jīng)過熟化、放涼回酥后的花生含水量大幅下降，均有明顯的脆性峰值。不同于生花生韌性較高，熟花生在壓縮到達(dá)一定程度時果仁會明顯破裂，壓縮形變、測試速度對花生酥脆性的影響如圖2所示。

圖2 壓縮形變量、測試速度對黑、紅花生酥脆性的影響Fig.2 Effect of compression shape variable and test speed on the crispness of black and red peanuts

圖2 顯示黑、紅花生的脆性結(jié)果呈現(xiàn)為三條波動不大的折線，說明在同一測試速度下，無論是20、40還是60 mm/min的測試速度，隨著壓縮形變量的增大，黑、紅花生的脆性值均沒有太大的變化，而測試速度對花生脆性存在影響?？傮w而言，測試速度越高，脆性值越低。根據(jù)圖2顯示的結(jié)果來看40 mm/min的測試速度使得脆性值處于一個較為平穩(wěn)的狀態(tài)。

2.3 壓縮形變量、測試速度對花生硬度的影響

硬度反應(yīng)了樣品在對應(yīng)形變比例內(nèi)對抗探頭所達(dá)到的最大的力，是TPA測試中重要的組成部分。壓縮形變越大，則硬度值越大，但高壓縮比情況下的硬度值多為力的相互作用下的無效做功，因為此時樣品已經(jīng)被完全破壞，并非反應(yīng)了樣品的真實硬度。本測試旨在考察花生樣品最適的硬度測試壓縮比，減少無效做功的影響。壓縮形變、測試速度對花生硬度的影響如圖3所示。

黑、紅花生在對硬度的檢測過程中，無論是20、40還是60 mm/min的測試速度均沒有很明顯的區(qū)別，三條線基本重合（圖3）。李春紅等[26]認(rèn)為，測試速度對于樣品的硬度以及斷裂距離無顯著影響，該結(jié)論與本實驗研究結(jié)果基本一致。因此在測量樣品硬度時，可以選擇較高的測試速度。對于壓縮形變比例而言，在壓縮形變量≤50%時候，硬度隨著壓縮形變量增大基本無變化，說明此范圍內(nèi)壓縮形變量對硬度影響小，反應(yīng)的是樣品的真實硬度情況。隨著壓縮比例逐漸增大，硬度值急劇上升，在壓縮形變量80%時，兩種花生硬度值均在250 N以上，是50%壓縮比例以下硬度均值兩倍還多，由此可見產(chǎn)生了大量的無效做功。兩種花生相比較，硬度值有一定差別，紅花生硬度較高。

圖3 壓縮形變、測試速度對黑、紅花生硬度的影響Fig.3 Effects of compression deformation and testing speed on the hardness of black and red peanuts

2.4 兩次壓縮間隔時間、壓縮形變量、測試速度對花生彈性的影響

在預(yù)實驗研究中發(fā)現(xiàn)（圖4），TPA兩次間隔壓縮的時間對樣品彈性有一定影響。在其余因素相同條件下，當(dāng)兩次壓縮間隔在2 s以內(nèi)，彈性呈現(xiàn)顯著增長趨勢；2～4 s范圍，彈性緩慢增長；4 s后基本不增長。因此TPA兩次壓縮間隔時間設(shè)定為5 s，增加彈性數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

圖4 TPA測試間隔時間對兩種花生彈性的影響Fig.4 The effect of TPA test interval time on the elasticity of two kinds of peanuts

除了TPA測試中的兩次壓縮時間間隔會影響彈性，從圖5可以看出，壓縮形變量以及測試速度均對黑、紅花生彈性產(chǎn)生影響。隨著壓縮形變量的增大，彈性總體呈現(xiàn)上升趨勢。但當(dāng)黑、紅花生處于20 mm/min和60 mm/min的測試速度時，在50%～60%壓縮形變區(qū)間，彈性出現(xiàn)大幅下降，當(dāng)大于60%壓縮形變后開始逐漸回升。40 mm/min測試速度時，彈性上升趨勢平穩(wěn)。在50%壓縮比例之前，三種測試速度沒有明顯區(qū)別，黑、紅花生彈性變化趨勢基本一致。

圖5 壓縮形變量、測試速度對黑、紅花生彈性的影響Fig.5 Effects of compression shape variable and test speed on the elasticity of black and red peanuts

2.5 壓縮形變量、測試速度對花生內(nèi)聚性的影響

內(nèi)聚性的定義為樣品經(jīng)過第一次壓縮變形后所表現(xiàn)出來的第二次壓縮的相對抵抗能力。圖6顯示，測試速度對花生的內(nèi)聚性影響較小，20、40以及60 mm/min測試速度下內(nèi)聚性變化趨勢基本一致。隨著壓縮形變量的逐漸增大內(nèi)聚性逐漸下降，當(dāng)壓縮形變量達(dá)到65%后，內(nèi)聚性基本不再變化，此時花生已被壓縮成餅粕狀態(tài)，因此相對抵抗能力基本不再變化。所以花生壓縮形變量不應(yīng)大于65%，否則內(nèi)聚性指標(biāo)產(chǎn)生無效做功。兩種花生的內(nèi)聚性總體趨勢一致，但黑花生內(nèi)聚性整體較紅花生低了約15%，說明不同品種花生存在細(xì)微差異性。

圖6 壓縮形變量、測試速度對黑、紅花生內(nèi)聚性的影響Fig.6 Influence of compression shape variable and test speed on the cohesion of black and red peanut

2.6 壓縮形變量、測試速度對花生咀嚼性的影響

咀嚼性可以解釋為咀嚼固體食物所需要的能量（咀嚼到可吞咽程度所需能量），用于固體食物的口感描述，在質(zhì)構(gòu)儀中定義為膠著性與彈性的乘積。從圖7可以看出，隨著壓縮形變量的逐漸增大，咀嚼性呈現(xiàn)先上升后下降再上升的過程，而測試速度對咀嚼性呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。在測試速度20 mm/min和40 mm/min，壓縮形變量在35%～60%時，咀嚼性變化較小。

圖7 壓縮形變量、測試速度對黑、紅花生咀嚼性的影響Fig.7 Impact of compression shape variables and test speed on mastication of black and red peanuts

兩種花生咀嚼性檢測結(jié)果趨勢基本一致，符合品種特性。但可能是品種之間存在細(xì)微差異原因，紅花生的咀嚼性程度較黑花生更高，40 mm/min測試速度，50%壓縮范圍時，紅花生咀嚼性（12.54±1.3 mJ）比黑花生（7.84±1.1 mJ）高了近60%。

2.7 壓縮形變量、測試速度對花生剪切力的影響

圖8 表示黑紅兩種花生在不同剪切速率下的剪切力。兩種不同品種的花生在60 mm/min剪切速度以內(nèi)時，紅花生剪切力顯著高于黑花生（p＜0.05），這與硬度和咀嚼性檢測結(jié)果一致；同時同種花生間剪切力基本無變化，黑花生穩(wěn)定在34.71 N左右，紅花生穩(wěn)定在43.84 N附近。從60 mm/min開始到100 mm/min，隨著剪切速率增大，兩種花生的剪切力開始逐漸下降，在100 mm/min時，黑花生剪切力為23.21±3.8 N，紅花生為29.8±6.2 N。不同的剪切速度對花生的剪切力有差異，不同花生樣品的剪切速率也不相同，這可能與不同種類的質(zhì)構(gòu)有關(guān)[27]，張廷煥等[28]在豬肉剪切力測定的過程中發(fā)現(xiàn)，剪切速度越快，阻力越小，剪切力越小，這與本研究在60 mm/min至100 mm/min段剪切速度的研究相一致。

圖8 剪切速度對紅花生剪切力的影響Fig.8 Effects of compression shape variable and test speed on the cohesion of peanut

在剪切速度達(dá)到100 mm/min之后，剪切力結(jié)果呈現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，150 mm/min剪切速度首次出現(xiàn)黑花生剪切力（77.85±12.4 N）明顯大于紅花生（55.66±9.4 N），且剪切力表現(xiàn)不穩(wěn)定，且組間差異也非常大，不具備統(tǒng)計學(xué)意義。造成這樣的原因可能是測試速度過快，而花生是一種體積較小的樣品，高測試速度和小樣品帶來的不匹配，導(dǎo)致系統(tǒng)誤差增大，因此建議剪切速度不大于60 mm/min避免系統(tǒng)檢測差異。

2.8 壓縮形變量與測試速度對物性測試參數(shù)之間的相關(guān)性分析

質(zhì)構(gòu)測試是采用質(zhì)構(gòu)儀的探頭來模擬人唇齒間的咀嚼運動，探頭所測得的特定數(shù)據(jù)來表示樣品的物性特性，這些物性特性所反映的是樣品組織結(jié)構(gòu)的特性，通過對質(zhì)構(gòu)參數(shù)的相關(guān)性分析可以發(fā)現(xiàn)哪些參數(shù)與檢測關(guān)鍵點具有相關(guān)性。

表2 描述了黑、紅花生兩種花生樣品的物性參數(shù)與儀器檢測關(guān)鍵控制點的相關(guān)性結(jié)果。其中黑、紅花生的壓縮形變量與脆性、硬度、彈性以及咀嚼性均呈正相關(guān)，并且紅花生硬度、彈性、咀嚼性與壓縮性變量呈極顯著相關(guān)性（p＜0.01）；黑花生硬度、咀嚼性與壓縮形變量呈現(xiàn)極顯著相關(guān)（p＜0.01），彈性與壓縮形變呈顯著相關(guān)（p＜0.05）；黑、紅花生的內(nèi)聚性與壓縮形變量均呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，且達(dá)到極顯著水平（p＜0.01）。測試速度方面，黑花生的脆性、彈性以及咀嚼性和測試速度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，其中脆性、咀嚼性達(dá)到顯著水平（p＜0.05），硬度與內(nèi)聚性和測試速度呈正相關(guān)，但相關(guān)性不顯著。紅花生的脆性、彈性、內(nèi)聚性、咀嚼性與測試速度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，其中脆性為極顯著水平（p＜0.01）、咀嚼性為顯著水平（p＜0.05），硬度與測試速度呈正相關(guān)但沒有統(tǒng)計學(xué)顯著水平。黑、紅花生的剪切速度與剪切力之間均沒有顯著水平的相關(guān)性。

表2 黑、紅花生樣品物性參數(shù)的相關(guān)性分析Table 2 Correlation analysis of physical parameters of black and red peanut samples

2.9 感官結(jié)果分析

由表3感官分析的結(jié)果可以看出，兩種花生間存在明顯口感差異，達(dá)到顯著水平（p＜0.05）。黑花生的口感表現(xiàn)較為優(yōu)異，酥脆性、細(xì)膩度以及柔嫩度均優(yōu)于紅花生樣品，該結(jié)果與物性的測定的脆度、硬度、咀嚼性結(jié)果相一致，表明物性測定結(jié)果確實可在一定程度上代替感官評定的指標(biāo)。

表3 黑、紅花生樣品感官品評結(jié)果Table 3 Sensory evaluation results of black and red peanut samples

3 結(jié)論

通過調(diào)節(jié)花生物性測定中的關(guān)鍵點，即壓縮形變量、測試速度、剪切速度等發(fā)現(xiàn)，同一種樣品在檢測過程中，不合適的壓縮形變量會對硬度、彈性、內(nèi)聚性、咀嚼性等物性參數(shù)造成顯著影響（p＜0.05），因此確定壓縮形變比在35%～50%范圍內(nèi)，對花生物性測定結(jié)果影響較小；而測試速度會對花生樣品脆性造成顯著影響（p＜0.05），測試速度越高，脆性值越低，就本研究而言，花生樣品在40 mm/min測試速度測試脆性時，結(jié)果較為穩(wěn)定；而在60～100 mm/min剪切速率時，速率越高，剪切力越低，同時過高的剪切速率會嚴(yán)重影響花生樣品的剪切力穩(wěn)定性，實驗結(jié)果表明應(yīng)控制剪切速率不高于60 mm/min以獲得穩(wěn)定的數(shù)據(jù)；感官品評的結(jié)果同質(zhì)構(gòu)測定結(jié)果相一致，表明在合適的測試參數(shù)下，質(zhì)構(gòu)測試的結(jié)果可部分替代感官品評，一定程度上提高了數(shù)據(jù)的客觀準(zhǔn)確性。