質構儀在我國食品品質評價中的應用綜述

賀麗霞，王 敏，*，黃忠民

(1.西北農林科技大學食品科學與工程學院，陜西楊凌712100;2.三全食品股份有限公司，河南鄭州450044)

質構儀在我國食品品質評價中的應用綜述

賀麗霞1，王 敏1，*，黃忠民2

(1.西北農林科技大學食品科學與工程學院，陜西楊凌712100;2.三全食品股份有限公司，河南鄭州450044)

介紹了質構儀的測定原理、測量模式和近年來在我國食品研究與開發中的應用情況，分析了質構儀在谷物、乳制品、肉制品以及果蔬方面的應用前景。

質構，食品，品質評價

在食品工業中，質構貫穿于整個產業鏈過程中，具有重要的地位。首先，質構特性影響消費者的決策，進而影響到該產品在市場中的銷售情況。其次，質構特性在一定的條件下，能很好的體現產品特性，而產品特性的測定又是產品研發過程的一個重要環節。再次，在生產線的質量控制過程中，質構特性參數值為其提供可靠的依據。最后，質構貫穿的以上三個環節與生產形成了一條目的鮮明、工藝優化、品質保證的高效產業鏈。因此，質構的測定在食品工業中產品的開發、改良，成本降低，品質檢驗和工藝優化方面具有重要的地位。食品的品質因素分為色、香、味、形和營養價值五大部分，其中前四者又構成了我們日常的感官品質因素。形作為五大因素之一，又以質構特性在食品體系中表現出來。質構特性的檢測手段分為感官檢驗、生理學方法檢驗和儀器測定［1－3，6］。近年來，儀器測定在國內快速的發展，特別是英國Stable Micro Systems公司生產的TA－XT系列物性分析儀擁有巨大的市場空間，因此本文主要以TA－XT系列物性分析儀為基礎，對其在食品研究中的應用進行總結。

1 質構儀的測定原理及模式

1.1 儀器的測定原理

質構儀又稱物性儀，通過模擬人的觸覺來檢測樣品物理特征的一種儀器。它的主要結構就是能夠使物體產生形變的機械裝置，在這種裝置上安裝各種極為靈敏的傳感器，在計算機程序設定的速度下，機械裝置上下移動，當傳感器與樣品接觸達到觸發力(trigger force)時，計算機開始根據力學、時間和形變之間的關系繪制曲線。由于傳感器是在設定的速度向樣品勻速移動，因此，橫坐標時間和距離可以自動轉換，并可以進一步計算出被測物體的應力和應變關系。

1.2 測定模式的選擇

1.2.1 TPA模式 TPA全稱為textureprofile analysis，即質構剖面分析。TPA測試又稱兩次咀嚼性測試，主要是模擬人口腔運動，對固體或半固體進行兩次壓縮，描繪出力－時間的關系曲線［4］。

1.2.2 其他測試模式 在測定模式中，TPA因其測試結果的完整性是應用最為廣泛的一種模式。然而，針對不同的測試樣品，實驗者還可以有針對性地選擇測定模式，例如以胡克定律為基礎來檢驗樣品張力的拉伸測試;針對如乳制品、酒類、漿類等一些流體、半流體物質的稠度測試;用于區別微觀結構變化的測度測試，這類測試主要應用于油炸、膨化等手段加工的具有酥脆性的食品;除以上模式外，還有剪切、穿刺、擠壓等測試方式。這些模式通過力、時間和距離的關系曲線體現出力學與形變的關系，進而推導出形變在物理性質中的代表意義。

2 質構儀在我國食品品質評價中的應用

質構的起源要追溯到17世紀，Robert Hooke和Isaac Newton分別闡述了固體彈性形變原理和簡單的液體流動定律，進而形成了胡克定律和牛頓力學。同時，這兩種定律也成為了質構研究的基礎，盡管當時還沒能專門應用到食品領域。但是到了1861年，德國人Lipowitz設計出世界上第一臺用于測定膠狀食品穩定程度的質構儀。隨后，世界研究學者對于質構儀開始了長達一個半世紀的探索研究。19世紀，先后有Babcock發明了用于測試牛奶和冰激凌的粘性的儀器;Hogarth發明了測試面團堅硬性的裝置獲得了專利;Wood和Parsons又發明了用于檢測黃油硬度的探針等。19世紀的研究進展為以后的發展奠定了基礎。20世紀，德國則發明了測試面團流變性的一系列測試儀。并且在這之后，研究者對于膠體的測定也逐步趨于完善，儀器設備也趨于多樣化。

質構在國內的發展比較晚，20世紀，我國才出現了《食品流變學》這門課程。主要的著作有李里特、李云飛［2］、屠康［15］三人分別編著的《食品物性學》。許多學者在物性理論的基礎上，運用質構儀分別在谷物、乳品、果蔬和肉制品品質評價上進行研究。

2.1 質構儀在谷物(小麥)及其制品品質評價中的應用

谷物是人類生存的主要能量來源，其種類繁多，其品質一直是研究者關注的話題。小麥是一種非常重要的谷類食物，產量僅次于玉米，排名世界第二，是我國北方主要糧食作物，具有極其重要的經濟地位。經過長期的發展，人們利用小麥粉制做出各種嗜好性、消化吸收性和商品價值性完全不同的食品，例如包子、餃子、面條、蛋卷、饅頭、餅干等多種食品。

近幾年來，我國小麥及其制品品質的研究者主要將質構儀運用到品質控制和工藝處理過程中。在品質控制過程中，質構儀所測定的面團的流變性及面制品的硬度、黏聚性、彈性等參數指標作為主要的評價依據，對小麥及其制品進行判斷［20－24］。例如雷激［17］等人研究了16種品質差異較大的小麥品種作為原料的面條品質，其中TPA模式檢測得出硬度和膠著性對表觀狀態和適口性都呈顯著相關，彈性和面條的粘性呈負相關。李夢琴［14］等人把質構特性作為與速凍水餃品質相關的一個因素進行了研究，發現面團流變性對速凍水餃的影響較大。姜松［25］等構建了掛面彎曲折斷率質構儀測定方法。蘭靜等人建立了餃子的標準化實驗室制作及品質評價方法。

此外，在小麥及其制品的工藝處理過程中，丁長河［18］等人用質構的方法對傳統的酵頭饅頭進行測試，與工業化生產的饅頭相比較，發現傳統工藝制作的產品咀嚼性和凝聚性比較高，但是彈性上無太大差別。王宇偉等用TA－XT2質構儀對小麥粉擠壓膨化食品進行了質構分析。通過統計計算發現，單片、兩片紋路90°交錯、兩片紋路縱向重疊三種擠壓膨化的方法中，單片測試結果相對較好。另外，楊愛華、張清、何雅薔、張立、吉武科、陳海華和李國強等人分別研究PGA添加量、VC、單寧酸、可得然膠、木聚糖酶對面團及其制品的影響。結果發現，這些面粉中的添加劑對面團的穩定時間以及制品的質構特性都具有顯著性影響。

2.2 質構儀在乳制品品質評價中的應用

近幾年來，越來越多的研究者和工業生產者運用質構參數來控制乳制品的品質。據了解如伊利、蒙牛等國內大型的乳制品企業已經建立了一套適合自身的物性檢測系統。在國內，質構儀主要被研究者應用于奶酪、冰激凌、奶油以及酸奶等乳制品品質評價中。屠康［15］等人通過對市場上比較常見的幾種干酪進行質構分析，并且在實驗中由于干酪有硬質和軟質之分，所以設定的參數也不同。最終發現硬質較低的硬質干酪其彈性、膠著性和咀嚼性都比較好［27－28］。郭媛［19］等人對六種干酪進行了 TPA 檢測，發現干酪的參數通過檢驗都存在差異，其中硬度存在顯著差異。董晶瑩［26］等人研究了不同體細胞原料乳對Mozzarella干酪特性的影響。

冰激凌作為夏季中最受歡迎的乳品之一，對于其品質的研究也就顯得尤為重要。錢鐳［16］采用質構對不同種類的冰激凌品質進行了分析，最后發現冰激凌中的脂肪含量、甜味素種類和乳化劑用量都會影響其品質。隨著脂肪含量的增加，冰激凌的凝聚性和粘附性增加，同時也隨著乳化劑用量的增加而增加;但硬度和咀嚼性隨著乳化劑的增加而降低;三種甜味劑分別對一些參數值有影響。崔旭海［29］等人通過質構儀分析了自由基氧化的乳清蛋白在冰淇淋中的應用所引起的變化。

質構儀除了應用于干酪和冰激凌中，李赟高［30］等人研究谷氨酰胺轉胺酶在改善酸奶質構特性中的作用。趙紅玲［32］等人把質構作為模糊數學綜合評價方法之中的一個指標參數，為各個指標配以權重，結合模糊數學方法對酸奶進行等級劃分。同年趙紅玲［32］等人又發表了羧甲基纖維素鈉(CMC)對攪拌型酸奶結構特性影響的初步研究一文，文中提到CMC的添加量與酸奶的表觀粘度呈正相關。此外，王琳等人通過質構分析研究了大豆蛋白和酪蛋白比例對攪打稀奶油穩定性的影響，結果表明:大豆蛋白比例的增大能增加界面膜的粘彈性，抑制脂肪球的部分聚結，提高泡沫結構的穩定性，當大豆蛋白與酪蛋白比例為4∶1時，攪打稀奶油可以獲得最佳的穩定性。綜上所述，質構儀不僅能幫助改善產品工藝，而且在品質評價中也是一種良好的判斷手段。

2.3 質構儀在肉類及其制品品質評價中的應用

肉制品是一種高脂肪、高蛋白的食品，在人們的生活中必不可少。由于人們生活質量的提高，肉制品的質量檢測急需要加強。因此在肉制品的質構檢測中，研究者們也做了大量的工作。羅飛［5］用TPA模式測定不同類型火腿腸的質構特性，文章設定的參數為:測試前速度2mm/s;測試速度10mm/s;測試后速度10mm/s;時間間隔5s;壓縮比率40%;探頭:P、50，在硬度、彈性和咀嚼性等方面得出結論。乳化性火腿腸的硬度比較小，但具有比較好的彈性，并且火腿腸的硬度和咀嚼性呈線性關系。丁武通過穿刺實驗發現，肉制品的嫩度可以由實驗中的第一個峰值進行量化表示，這樣使得肉制品的檢測更加準確和方便。阮征［11］等人以質構參數作為指標，優化了羅非魚的超高壓凝膠化工藝，發現不同的處理條件對凝膠的質構有不同的影響:加壓壓力對回復性和內聚性的影響最大;加熱配合對咀嚼性的影響最大。戴志遠［12］等人研究了在不同凍藏條件下養殖大黃花魚魚肉的質構變化，文中通過采用質構儀對－18℃和－50℃儲藏條件下的養殖大黃花魚進行質構測定，得出隨著冷凍儲藏時間的延長，養殖大黃花魚的硬度、黏附性、彈性、咀嚼性、膠粘性和回復性等水平明顯下降。郝紅濤［13］等人在對肉類制品的質構特性的研究中提出了質構參數標準化的必要性，以及建議質構指標取代感官指標指導肉制品的研發工作。李應華等用質構儀對3種加入不同變性淀粉的紅腸進行比較，發現利用變性淀粉生產紅腸可明顯提高紅腸的彈性和黏聚性，降低硬度和咀嚼性，對紅腸的物性特性有明顯改善。綜合彈性、黏聚性、硬度和咀嚼性4方面的因素，變性淀粉添加量以10%為最優。由以上研究發現，肉類制品中由于不同的處理方式以及加工過程導致其最終質構特性存在明顯的差異。反之，由于質構差異的存在成為了判斷肉類制品的處理方式、加工過程或者儲存環節中存在何種問題的一種手段。

2.4 質構儀在果蔬及其制品品質評價中的應用

季節性和儲藏期對果蔬都有著明顯的影響，而且對特殊人群，果蔬的質地特別會影響其銷量。姜松［7］等對蘋果整果進行了TPA實驗，用正交實驗分析了變形速度、壓縮變形量和間隔時間對實驗結果的影響。結果發現:變形量對硬度、彈性影響極為顯著;壓縮速率對回復性影響顯著。潘秀娟［8］用同樣的方法對采后蘋果的質地進行分析。結果表明:果肉黏著性和其他質地參數呈負相關;凝聚性和其他參數指標呈正相關;彈性與其他參數指標相關性較差;除了彈性和黏著性，回復性和其他參數指標呈較好的正相關。通過對比發現，嘎拉蘋果比紅富士蘋果更易出現軟綿的質地特征。姜松［9］用質構檢測的方法研究了水蜜桃在貯藏期間的質地變化，其測試參數設定為:測試前速度=測試后速度=測試速度=1mm/s;壓縮程度為60%;時間間隔為5s。發現儲藏溫度對TPA的各項參數影響顯著，隨著儲藏時間延長，質構參數呈下降趨勢。并且8℃比0℃下降的速率更大。徐志斌［10］等人用TPA模式測定采摘后的楊梅果實品質的變化規律。結果發現:隨著儲藏時間的延長，楊梅的硬度、凝聚性、咀嚼性和回復性都會發生明顯的下降。楊虎清等人用質構儀檢測作為六個衡量指標之一，測定了“東魁”楊梅在減壓貯藏過程中硬度的變化情況，證實了減壓貯藏對楊梅的保鮮作用。綜上所述，大部分的研究者將質構檢驗應用于觀察果蔬及其制品品質在儲藏過程中的變化檢驗。儲藏是果蔬采后的一個重要環節，然而質構的研究不僅僅局限于采后過程的變化，我國還缺乏質構特性與其他環節的聯系性的研究。例如，果蔬的生長期環境對其以后質構的影響;果蔬在處理過程中，工藝、方法對其制品質構的影響等，這些都有可能成為研究者未來的研究方向。

3 問題與展望

在國內，質構儀在應用過程中還存在著許多的不足之處。由于是從國外引進先進設備，儀器本身是針對國外人們的食品檢驗需求而設計，在使用方面對中式食物的形狀和結構針對性不是很強，這就需要研究者從最基本的原理出發，研發出適合中式食品的實驗方案及設備。另外，由于國內研究缺乏系統化，多數只立足于某個產品質構特性的測量與分析，或者研究者具有宏觀掌握的能力，但是缺乏將整體的思想細化。除以上缺點之外，質構研究與工業化生產相脫節，忽略了研究的目的是為了指導實踐，以致不能良好的應用于生產實踐中。

解決以上問題的方法有很多，首先，研究者應該從理論基礎開始，加強研究內容的系統性。質構特性的研究建立在力學、流變學等的基礎之上，通過儀器來測定質構性質，除了應該很好的了解食品本身的形變特性外，還需要詳細的了解儀器測定的基礎原理，只有掌握儀器測定的原理，才可以設計出合理的實驗方案，以及準確控制實驗中的操作步驟，其中包括力學基礎、機械能量定理、食品流變學、物性學等，基礎理論是一切知識的源頭，只有更好的掌握了基礎知識，才能將基礎質構特性細致化、深入化的研究下去。其次，明確研究的目的是為了指導實踐生產。長久以來理論指導實踐這一論調是毋庸置疑的，但是實踐生產中總會存在一些現有技術解決不了的問題，這樣就促使企業工廠去探索新的方法以控制或提高產率，質構檢測就是其中的一種方法。同時研究者還可以將質構儀測定出來的特性指標與數學模型相結合，通過數學模型指導產品的品質判別。最后，從微觀角度出發研究宏觀變化，再由宏觀變化推導出微觀內容的改變。例如由質構儀測定出的質構特性和食物營養成分之間是否存在相關性，甚至質構與分子水平之間是否存在一絲的關系，如果經過證實存在相關性，那么研究者就可以從宏觀角度發掘出食品微觀成分的變化，從食品的整體質構體系出發尋求與其相關的分子，甚至是原子水平的變化，或者分解食品中的重要成分，這樣就可以從宏觀上判定食品的品質變化，進而簡化品質檢測的步驟。

我們發現，質構研究具有很大的發展空間和潛力。隨著化學實驗不能適應快速、簡便的檢測要求，質構檢測的發展就會凸顯其重要的地位。新產品的研發、流水線產品的品質控制，市場的需求都需要質構檢測這一技術作為支撐和引導。特別是市場化將人們的要求明朗化，在傳統的感官評價不能準確、客觀地提供生產者所需要的結果之時，質構研究在其具有準確性、客觀性、簡潔性等這些前提之下，則為產品進入市場做了最充分的準備。綜上所述，食品質構的研究將會在食品工業中得到更廣泛的發展。

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The application of texture analyzer on food quality evaluation in China

HE Li－xia1，WANG Min1，*，HUANG Zhong－min2

(1.College of Food Science and Engineering，Northwest A＆F University，Yangling 712100，China;2.Zhengzhou Sanquan Foods Co.，Ltd.，Zhengzhou 450044，China)

The principles，patterns and application in food research and development domestic of texture analyzer were introduced.The application prospects of texture analyzer in cereal，dairy product and fruit and vegetables were also analyzed.

texture;food;quality evaluation

TS201.1

A

1002－0306(2011)09－0446－04

2010－09－13 *通訊聯系人

賀麗霞(1985－)，女，碩士研究生，研究方向:食品營養與安全。

陜西省小雜糧產業技術體系。