质构分析(TPA)及测试条件对面包品质的影响
食品质构的仪器测定一直是食品工作者的难点,备受关注。近几十年来人们作了大量的力学测试的开发,尽量模仿食品质构的感观评价,在这些工作中,TPA已经广泛应用于许多食品的质构测定,给质构研究人员带来了极大的方便TPA的起源是Szczesniak对食品质构的定义,主要作用是作为食品质构的感观评价和仪器分析间的桥梁。TPA质构分析方法建立于1967年左右,适用于通用的质构测定仪〔2〕,英国SMS公司生产的质构分析仪系列和美国Instron公司的质构测定仪都可以对样品进行TPA测试。TPA质构测试又被称为两次咀嚼测试(Two Bite Test)主要是通过模拟人口腔的咀嚼运动,对样品进行两次压缩,测试与微机连接,通过界面输出质构测试曲线,从中可以分析质构特性参数:硬度、脆性、粘性、内聚性、弹性、胶粘性、耐咀性、回复性〔3~4〕。
然而TPA操作者们通常不了解质构特性参数的正确含义,且不能选择合适的实验条件。TPA测试的质构参数和样品的外形尺寸、压缩探头与样品尺寸的比值、压缩的程度、变形速率、压缩次数、两次压缩之间的停留间隔以及试验重复的次数都有关系,所以所有的TPA测试结果里都必须注明测试条件〔3〕。各项实验条件的设定对各TPA参数的具体影响并不被人们所熟知,与此相关研究也较少,而此研究对从事质构分析的科学工作者很重要,有利于
实现TPA仪器在质构分析中的应用。
本文目的在于阐述TPA测试的特性参数具体含义,并用TA-XT2i测定仪对面包制品进行TPA测试,探索压缩程度和压缩速率对各TPA质构参数的影响,为质构仪对面制品质地测定中的实际应用提供指导。
1 TPA图谱的解析
如上所述,从TPA曲线中我们可以得到与人的感观评价相关的质构特性参数。典型的TPA质构曲线如图1所示,TPA测试时探头的运动轨迹是:探头从起始位置开始,先以一速率压向测试样品,接触到样品的表面后再以测试速率对样品进行压缩一定的距离,而后返回到压缩的触发点,停留一段时间后继续向下压缩同样的距离,而后以测后速率返回到探头测前的位置〔3〕。美国食品质构资深研究者Mal-colm Bourne博士在其所著作的《食品质构和黏性》(Food Texture and Viscosity)一书中及相关论文中对TPA质构特性参数进行了明确定义〔5~7〕。
硬度:是第一次压缩时的最大峰值,多数食品的硬度值出现在最大变形处,有些食品压缩到最大变形处并不出现应力峰。
脆性:压缩过程中并不一定都产生破裂,在第一次压缩过程中若是产生破裂现象,曲线中出现一个明显的峰,此峰值就定义为脆性。在TPA质构图谱中的第一次压缩曲线中若是出现两个峰,则第一个峰定义为脆性,第二个定义为硬度;若是只有一个峰值,则定义为硬度,无脆性值。F1:第二次压缩过程中出现的最大应力值。
粘性:第一次压缩曲线达到零点到第二次压缩曲线开始之间的曲线的负面积(图1中的面积3),反映的是探头由于测试样品的粘着作用所消耗的功。
内聚性:表示测试样品经过第一次压缩变形后所表现出来的对第二次压缩的相对抵抗能力,在曲线上表现为两次压缩所做正功之比(面积2/面积1)。
弹性:样品经过第一次压缩以后能够再恢复的程度。两次压缩测试之间的停隔时间对弹性的测定很重要,停隔时间越长,恢复的高度越大。弹性是用第二次压缩中所检测到的样品恢复高度(长度2)和第一次的压缩变形量(长度1)之比值来表示。
胶粘性:只用于描述半固态测试样品的黏性特性,数值上用硬度和内聚性的乘积表示。
耐咀性:只用于描述固态测试样品,数值上用胶粘性和弹性的乘积表示。测试样品不可能既是固态又是半固态,所以不能同时用耐咀性和胶粘性来描述某一测试样品的质构特性。
回复性:表示样品在第一次压缩过程中回弹的能力,是第一次压缩循环过程中返回样品所释放的弹性能与压缩时探头的耗能之比,在曲线上用面积5和面积4的比值来表示。
用TPA分析方法对样品分析时,并不是对以上的每个特性参数都要分析,要根据测试的条件的设定、质构图谱的表现形式、以及样品自身特性和分析者的实际需要来进行选定。比如,如果压缩程度很小,测试样品没有出现明显的破裂,则不能够从图谱中测定脆性值;如果压缩过度,导致测试样品严重破损,恢复的能力大大降低,再对内聚性和弹性进行分析就失去了实际意义;而且耐咀性和胶粘性不能够同时出现在同一次分析结果中等。
2 测试条件对TPA参数的影响
2.1 材料和试验方法
2.1.1 样品准备和处理 广玉兰精制吐司切片,从超市购买。测试前去除切片周边的面包壳,而后切成3cm×3cm×1mm的块状测试样品。
2.1.2 TPA测试 用英国SMS公司的TA-XT2i质构仪对样品进行质构测定,采用直径50mm的平底柱形探头P/50。测试条件确定如下:测前速率:2mm/s;测试速率分别为1mm/s、2mm/s、4mm/s三个水平;测后速率与测试速率一致;压缩程度分别为10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%和80%八个水平;停留间隔:5s;数据采集速率:400pps;触发值:5g。每项测试重复5次。
2.1.3 数据的分析 用统计软件SPSS11.0对试验结果进行统计分析,分析压缩速率和压缩程度对测试结果的影响。
2.2 结果与分析
试验过程中分别记录了3种压缩速率和8种压缩程度下的TPA图谱和特性参数,压缩速率为4mm/s的质构图谱如图2、3所示。从图中可以看出,面包切片在8种压缩速率下的第一次压缩过程中都未出现破裂现象,只出现一个最大峰值,所以测试结果只记录硬度值,无脆性值。随着压缩程度的增加硬度值增大,且曲线的对称性逐渐降低。从图中可见压缩程度<30%时TPA曲线具有较好的对称性,压缩和返回过程中的应力一时间曲线近似直线,说明压缩后弹性和恢复性能好。超过40%时两次的压缩曲线匀称性较差,说明压缩后面包的组织结构破坏,弹性和恢复性能降低。
根据试验记录的结果,从中筛选出结果较稳定的五个特性参数作为考察对象:硬度,弹性,内聚性,耐咀性,回复性。压缩程度和压缩速率对五个参数的影响如图4~8,从中可见随着压缩程度的增大,测试的硬度值增大,弹性、内聚性、回复性逐渐降低。同时可以看出弹性、内聚性总体上随压缩速率的增加而增加。
通过对试验数据的方差分析可以进一步明确五个TPA质地参数受压缩程度和压缩速率的影响,影响极显著,标记为**,影响显著,标记为*〔8~9〕。最后结果如表1所示:压缩速率对弹性和内聚性的影响显著。对硬度、耐咀性、回复性影响不显著;而压缩程度对硬度影响显著,对弹性、内聚性、回复性影响极显著。
3 结论
本文阐述了TPA特性参数的具体含义,并对面包切片进行TPA测试,探索了压缩速率和压缩程度对硬度、弹性、内聚性、耐咀性、回复性的影响。结果表明压缩速率对弹性和内聚性的影响显著,而压缩程度对五个参数有显著和极显著影响。其它测试条件如停留间隔、样品和探头尺寸等对面包TPA测试参数的影响还需进一步分析研究,以便完善面制品的TPA方法,为实际测试提供指导。
