午餐肉罐頭質(zhì)地多面分析法的建立與優(yōu)化

耿戰(zhàn)輝，李志強(qiáng)，陳蕊君，徐騰月，石宇初，馬秀玲

（軍事科學(xué)院系統(tǒng)工程研究院軍需工程技術(shù)研究所，北京 100010）

午餐肉罐頭是一種罐裝壓縮肉糜食品，主要原料是豬肉、牛肉和淀粉等，食用方便且易于保存和攜帶[1-3]。在軍用食品體系中，午餐肉罐頭是部隊(duì)官兵在執(zhí)行任務(wù)時(shí)攝取蛋白質(zhì)、脂肪和能量的重要肉類(lèi)食品，其品質(zhì)優(yōu)劣、軟硬程度、咀嚼性能等會(huì)直接影響官兵的食用感受和接受度。在感官評(píng)價(jià)方面，常用的主觀評(píng)價(jià)方法會(huì)因個(gè)人喜好、情緒狀態(tài)、環(huán)境條件等因素而容易產(chǎn)生偏差[4-5]。

物性測(cè)試儀質(zhì)地多面分析（texture profile analysis，TPA）主要通過(guò)模擬人口腔咀嚼食物的機(jī)械過(guò)程，對(duì)試樣進(jìn)行兩次壓縮，在此過(guò)程中測(cè)試探頭對(duì)試樣產(chǎn)生的受力值及受力時(shí)間等，通過(guò)分析計(jì)算全面客觀反映食品的質(zhì)構(gòu)特性[6-10]。近年來(lái)，運(yùn)用TPA法研究食品質(zhì)構(gòu)性能多見(jiàn)于果蔬[11-14]、面制品[15-16]、谷類(lèi)[17-18]等產(chǎn)品上，而午餐肉罐頭的研究主要集中在糧食配方[19-21]、肉品種類(lèi)[22]、加熱工藝[23]、成分分析[24]等方面，對(duì)其感官質(zhì)構(gòu)性能測(cè)定方法的研究鮮有報(bào)道。本文應(yīng)用TPA法對(duì)測(cè)試條件進(jìn)行全面分析與優(yōu)化，比較不同測(cè)試條件對(duì)午餐肉罐頭硬度、彈性、內(nèi)聚性、咀嚼性等質(zhì)地參數(shù)的影響，以期建立針對(duì)性強(qiáng)、穩(wěn)定性好，能客觀反映午餐肉罐頭質(zhì)構(gòu)性能的測(cè)試方法，為午餐肉配方、工藝改進(jìn)及品質(zhì)提升提供技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

午餐肉罐頭：秦皇島海洋食品有限公司。TA.XT.PLUS物性測(cè)定儀、P/100探頭：英國(guó)Stable Micro Systems公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 操作流程

受試午餐肉為長(zhǎng)方體狀，形狀較規(guī)則，組織結(jié)構(gòu)均勻，因此將樣品尺寸確定為20 mm×20 mm×20 mm的正方體。對(duì)探頭進(jìn)行力量校正和高度校正，設(shè)定儀器測(cè)定參數(shù)，將樣品放置探頭正下方中央處，開(kāi)始測(cè)試。由TPA質(zhì)構(gòu)特征曲線得到午餐肉罐頭質(zhì)構(gòu)性能，包括硬度、彈性、內(nèi)聚性、咀嚼性[25-26]。典型的TPA質(zhì)構(gòu)特征曲線如圖1所示。

圖1 典型TPA質(zhì)構(gòu)特征曲線Fig.1 Typical texture curve of TPA

硬度：第1次下壓過(guò)程中的最大力量值。樣品在組織結(jié)構(gòu)發(fā)生斷裂變形的情況下，以第1次下壓過(guò)程中的第2個(gè)峰為處力值。硬度是最直接反映口感的指標(biāo)，在質(zhì)地剖面分析中，直接影響咀嚼性、膠著性及內(nèi)聚性。

彈性：兩次壓縮過(guò)程中下壓時(shí)間之比，即圖1中t2/t1，反映了試樣受到徹底壓縮時(shí)在一段時(shí)間內(nèi)恢復(fù)變形的能力。

內(nèi)聚性：兩次壓縮過(guò)程的曲線面積比，即圖1中面積2/面積1，反映了咀嚼時(shí)試樣抵抗受損并緊密連接使自身保持完整的性質(zhì)。

咀嚼性：反映樣品對(duì)咀嚼的持續(xù)抵抗性，即所謂“咬勁”，代表咀嚼固體食物需要的能量，是硬度、內(nèi)聚性、彈性三者的乘積[27]。

1.2.2 測(cè)試條件篩選試驗(yàn)

按照以下參數(shù)設(shè)定進(jìn)行預(yù)試驗(yàn)，分析5個(gè)測(cè)試條件與午餐肉罐頭硬度、彈性、內(nèi)聚性和咀嚼性的相關(guān)性，篩選出顯著相關(guān)的測(cè)試條件。

1.2.2.1 壓縮程度篩選試驗(yàn)

設(shè)定測(cè)試前速度1 mm/s、測(cè)試速度1 mm/s、測(cè)試后速度1 mm/s、觸發(fā)力10 g、停留時(shí)間5 s，壓縮程度分別取20%、30%、40%、50%、60%、70%進(jìn)行試驗(yàn)。

1.2.2.2 測(cè)試前速度篩選試驗(yàn)

設(shè)定測(cè)試速度1 mm/s、測(cè)試后速度1 mm/s、觸發(fā)力10 g、停留時(shí)間5 s、壓縮程度40%，測(cè)試前速度分別取 0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 mm/s進(jìn)行試驗(yàn)。

1.2.2.3 測(cè)試速度篩選試驗(yàn)

設(shè)定測(cè)試前速度1 mm/s、測(cè)試后速度1 mm/s、觸發(fā)力10 g、停留時(shí)間5 s、壓縮程度40%，測(cè)試速度分別取0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 mm/s進(jìn)行試驗(yàn)。

1.2.2.4 觸發(fā)力篩選試驗(yàn)

設(shè)定測(cè)試前速度1 mm/s、測(cè)試速度1 mm/s、測(cè)試后速度1 mm/s、停留時(shí)間5 s、壓縮程度40%、觸發(fā)力分別取 5、10、15、20、25、30 g進(jìn)行試驗(yàn)。

1.2.2.5 停留時(shí)間篩選試驗(yàn)

設(shè)定測(cè)試前速度1 mm/s、測(cè)試速度1 mm/s、測(cè)試后速度1 mm/s、觸發(fā)力10 g、停留時(shí)間5 s、壓縮程度40%，停留時(shí)間分別取 1、3、5、7、9 s進(jìn)行試驗(yàn)。

1.2.3 最優(yōu)測(cè)試條件篩選試驗(yàn)

利用Design Expert 10.0.4軟件的中心組合設(shè)計(jì)方法，選擇測(cè)試條件篩選試驗(yàn)結(jié)果中對(duì)質(zhì)構(gòu)性能表征參數(shù)有顯著影響的測(cè)試條件，分析其較優(yōu)條件范圍，作為自變量，并以硬度、彈性、內(nèi)聚性、咀嚼性測(cè)定值的變異系數(shù)（coefficient of variation，CV）為響應(yīng)值，進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)。通過(guò)軟件設(shè)計(jì)獲得的每個(gè)組配方案分別進(jìn)行10組平行試驗(yàn)，獲得平均值與標(biāo)準(zhǔn)差，標(biāo)準(zhǔn)差與平均值的比值即為變異系數(shù)，反映測(cè)定值的離散程度。對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，得到最優(yōu)測(cè)試條件。

1.3 統(tǒng)計(jì)方法

采用SPSS 24.0和Excel軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 各測(cè)試條件對(duì)質(zhì)構(gòu)性能影響的相關(guān)性分析

由設(shè)定5個(gè)測(cè)試條件的不同水平分別測(cè)定午餐肉罐頭的硬度、彈性、內(nèi)聚性和咀嚼性，所得數(shù)據(jù)用SPSS 24.0進(jìn)行威爾遜相關(guān)性分析，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 測(cè)試條件對(duì)質(zhì)構(gòu)特性影響的相關(guān)性分析Table 1 Correlation analysis of the influence of test conditions on texture properties

由表1可知，壓縮程度對(duì)硬度和彈性的影響顯著（P<0.05），對(duì)內(nèi)聚性的影響極顯著（P<0.01），而對(duì)咀嚼性的影響不顯著；測(cè)試速度對(duì)硬度、內(nèi)聚性和咀嚼性的影響顯著（P<0.05），而對(duì)彈性的影響不顯著。通過(guò)分析得出，在對(duì)午餐肉進(jìn)行TPA質(zhì)構(gòu)分析中，壓縮程度和測(cè)試速度對(duì)午餐肉的質(zhì)構(gòu)性能的相關(guān)性，對(duì)測(cè)定結(jié)果有較大影響。測(cè)試前速度、觸發(fā)力和停留時(shí)間均對(duì)硬度、彈性、內(nèi)聚性和咀嚼性無(wú)顯著影響，無(wú)相關(guān)性，因此不列入響應(yīng)面試驗(yàn)。

2.1.1 壓縮程度對(duì)質(zhì)構(gòu)性能的影響

壓縮程度對(duì)受試樣品硬度、彈性、內(nèi)聚性和咀嚼性的影響結(jié)果見(jiàn)圖2，樣品外觀形變情況見(jiàn)圖3。

圖2 壓縮程度對(duì)質(zhì)構(gòu)性能的影響Fig.2 Effect of compression degree on texture properties

圖3 壓縮程度對(duì)外觀形變的影響Fig.3 Influence of compression degree on appearance deformation

由圖2可知，隨著壓縮程度的增大，硬度總體呈上升趨勢(shì)，表明午餐肉內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得緊密，發(fā)生形變的力不斷增大；彈性隨著壓縮程度的增大呈緩慢降低趨勢(shì)，當(dāng)壓縮程度達(dá)到60%時(shí)，彈性大幅下降，表明組織結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重，恢復(fù)力驟減；內(nèi)聚性隨著壓縮程度的增大持續(xù)減小，表明隨著壓縮程度的不斷增加，內(nèi)部結(jié)構(gòu)不斷被破壞；咀嚼性隨著壓縮程度的增大呈先增大后減小的趨勢(shì)，在壓縮程度為40%時(shí)出現(xiàn)轉(zhuǎn)折。由圖3可知，當(dāng)壓縮程度為30%，有少量油脂析出，但組織結(jié)構(gòu)未發(fā)生肉眼可見(jiàn)的變化；當(dāng)壓縮程度達(dá)40%時(shí)，樣品表面出現(xiàn)肉眼可見(jiàn)的裂紋，表明內(nèi)部組織開(kāi)始出現(xiàn)破損；當(dāng)壓縮程度達(dá)50%，樣品出現(xiàn)多處裂口和嚴(yán)重堆積現(xiàn)象，表明組織結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重。綜上，當(dāng)壓縮程度大于50%時(shí)，試驗(yàn)受損嚴(yán)重，咀嚼性和內(nèi)聚性急劇降低，彈性明顯下降，已不能客觀反映試樣的質(zhì)構(gòu)特性；而當(dāng)壓縮程度小于30%時(shí)，試樣受力值小，受力時(shí)間較短，不利于體現(xiàn)其質(zhì)構(gòu)特性。因此選擇壓縮程度30%～50%進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)。

For the saturated regime, putting, the transconductance was:

2.1.2 測(cè)試速度對(duì)質(zhì)構(gòu)性能的影響

測(cè)試速度對(duì)硬度、彈性、內(nèi)聚性和咀嚼性的影響見(jiàn)圖4。

圖4 測(cè)試速度對(duì)質(zhì)構(gòu)性能的影響Fig.4 Effect of test speed on texture properties

由圖4可知，隨著測(cè)試速度的增加，硬度、內(nèi)聚性和咀嚼性總體呈增大趨勢(shì)，彈性無(wú)明顯變化。在0.5mm/s～1.5 mm/s范圍內(nèi)，數(shù)值波動(dòng)較大。因此選擇測(cè)試速度1.5 mm/s～3.0 mm/s進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)。

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)

2.2.1 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)測(cè)試條件篩選試驗(yàn)結(jié)果，采用響應(yīng)面的中心組合設(shè)計(jì)法對(duì)質(zhì)構(gòu)性能表征參數(shù)有顯著影響的測(cè)試條件進(jìn)行優(yōu)化。分別取壓縮程度（A）、測(cè)試速度（B）為自變量，以硬度、彈性、內(nèi)聚性、咀嚼性的變異系數(shù)為響應(yīng)值進(jìn)行分析。響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。各項(xiàng)質(zhì)構(gòu)性能的擬合方程及相關(guān)系數(shù)見(jiàn)表3，各項(xiàng)質(zhì)構(gòu)參數(shù)擬合因素的顯著性分析見(jiàn)表4。

表2 響應(yīng)面設(shè)計(jì)方案與試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Design scheme of response surface design and corresponding results

表3 質(zhì)構(gòu)參數(shù)的擬合方程及相關(guān)系數(shù)Table 3 The fitting equations and correlation coefficients of different texture parameters

表4 質(zhì)構(gòu)參數(shù)擬合因素的顯著性分析Table 4 Significance analysis of fitting factors of texture parameters

由表3、表4可知，A、A2、B2均對(duì)硬度變異系數(shù)影響極顯著（P<0.01），AB 影響顯著（P<0.05），而 B 影響不顯著。表明相較于測(cè)試速度，壓縮程度對(duì)硬度變異系數(shù)的影響更大，且兩者存在交互作用；同時(shí)，壓縮程度對(duì)硬度變異系數(shù)的影響有線性變化，也有二次方變化，二次方變化更為突出。B、B2、AB均對(duì)彈性變異系數(shù)影響極顯著（P<0.01），A2影響顯著（P<0.05），而A影響不顯著。表明相較于壓縮程度，測(cè)試速度對(duì)彈性變異系數(shù)的影響更大，這種影響既有線性變化，也有二次方變化；同時(shí)，兩因素之間存在顯著交互作用。A對(duì)內(nèi)聚性變異系數(shù)影響極顯著（P<0.01），A2、AB影響顯著（P<0.05），而B(niǎo)、B2影響不顯著。表明兩因素中，僅壓縮程度對(duì)內(nèi)聚性變異系數(shù)有顯著影響，這種影響既有線性變化，也有二次方變化，以線性變化更為突出。A、A2對(duì)咀嚼性變異系數(shù)影響極顯著（P<0.01），B2影響顯著（P<0.05），而B(niǎo)、AB影響不顯著。表明相較于測(cè)試速度，壓縮程度對(duì)咀嚼性變異系數(shù)的影響更大，這種影響既有線性變化，也有二次方變化，以線性變化更為突出。兩因素之間無(wú)明顯相互作用。

2.2.2 兩因素對(duì)硬度變異系數(shù)的影響

硬度變異系數(shù)的響應(yīng)面圖和等高線圖見(jiàn)圖5。

圖5 硬度變異系數(shù)的響應(yīng)面圖和等高線圖Fig.5 Contour line and response surface of the CV of hardness

由圖5可知，測(cè)試速度一定時(shí)，硬度變異系數(shù)隨壓縮程度的增加呈先減小后增大的趨勢(shì)；壓縮程度一定時(shí)，硬度的變異系數(shù)隨測(cè)試速度增加呈先減小后增大的趨勢(shì)。極小值處響應(yīng)面形成一個(gè)凹點(diǎn)，即最小離散值。各參數(shù)對(duì)硬度變異系數(shù)的擬合方程F值為22.39（P<0.01），R2為0.94，失擬項(xiàng)不顯著，回歸模型理想。

2.2.3 兩因素對(duì)彈性變異系數(shù)的影響

彈性變異系數(shù)的響應(yīng)面圖和等高線圖見(jiàn)圖6。

圖6 彈性變異系數(shù)的響應(yīng)面圖和等高線圖Fig.6 Contour line and response surface of the CV of springiness

由圖6可知，兩因素對(duì)彈性變異系數(shù)較為復(fù)雜。當(dāng)測(cè)試速度較小時(shí)，彈性變異系數(shù)隨壓縮程度增加而增大；當(dāng)測(cè)試速度較大時(shí)，彈性變異系數(shù)隨壓縮程度增大而減小；當(dāng)壓縮程度較小時(shí)，彈性變異系數(shù)隨測(cè)試速度的增加而增大；當(dāng)壓縮程度較大時(shí)，彈性的變異系數(shù)隨測(cè)試速度的增大而減小。各參數(shù)對(duì)彈性變異系數(shù)的擬合方程F 值為18.87（P<0.01），R2為 0.93，失擬項(xiàng)不顯著，回歸模型理想。

2.2.4 兩因素對(duì)內(nèi)聚性變異系數(shù)的影響

內(nèi)聚性變異系數(shù)的響應(yīng)面圖和等高線圖見(jiàn)圖7。

圖7 內(nèi)聚性變異系數(shù)的響應(yīng)面圖和等高線圖Fig.7 Contour line and response surface of the CV of cohesiveness

由圖7可知，當(dāng)測(cè)試速度一定時(shí)，內(nèi)聚性的變異系數(shù)隨壓縮程度的增大而增大；而壓縮程度一定時(shí)，內(nèi)聚性的變異系數(shù)隨測(cè)試速度變化不明顯。各參數(shù)對(duì)內(nèi)聚性變異系數(shù)的擬合方程F值為19.41（P<0.01），R2為0.93，失擬項(xiàng)不顯著，回歸模型理想。

2.2.5 兩因素對(duì)咀嚼性變異系數(shù)的影響

咀嚼性變異系數(shù)的響應(yīng)面圖和等高線圖見(jiàn)圖8。

圖8 咀嚼性變異系數(shù)的響應(yīng)面圖和等高線圖Fig.8 Contour line response surface of the CV of chewiness

由圖8可知，當(dāng)測(cè)試速度一定時(shí)，咀嚼性變異系數(shù)隨壓縮程度的增大而增大；當(dāng)壓縮程度一定時(shí)，咀嚼性變異系數(shù)隨測(cè)試速度變化不明顯。各參數(shù)對(duì)咀嚼性變異系數(shù)的擬合方程F值為32.94（P<0.01），R2為0.96，失擬項(xiàng)不顯著，回歸模型理想。

2.3 驗(yàn)證試驗(yàn)

以各項(xiàng)質(zhì)構(gòu)參數(shù)測(cè)定結(jié)果的變異系數(shù)為響應(yīng)值，利用中心組合設(shè)計(jì)方法對(duì)回歸模型進(jìn)行分析和驗(yàn)證，結(jié)合回歸方程的三維響應(yīng)面圖和等高線，獲得最優(yōu)測(cè)試條件為壓縮程度34.71%，測(cè)試速度2.21 mm/s。在此條件下進(jìn)行重復(fù)10次的平行驗(yàn)證試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 優(yōu)化條件下的驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果Table 5 Optimal conditions for simulation and experimental verification results

由表5可知，硬度實(shí)測(cè)值的變異系數(shù)低于預(yù)測(cè)值，彈性、內(nèi)聚性、咀嚼性實(shí)測(cè)值的變異系數(shù)與預(yù)測(cè)值基本一致。結(jié)果表明通過(guò)響應(yīng)面法優(yōu)化的測(cè)試條件參數(shù)基本可靠，模型較好地反映質(zhì)構(gòu)參數(shù)與測(cè)試條件之間的關(guān)系。

3 結(jié)論

通過(guò)儀器測(cè)定評(píng)價(jià)食品品質(zhì)特性，具有方法標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、結(jié)果客觀定量等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也受到食品自身性質(zhì)、外形尺寸及各種測(cè)試條件的影響。如果測(cè)定方法、條件參數(shù)的選擇和設(shè)置不合理，容易產(chǎn)生系統(tǒng)性偏差，以致不能正確反映試樣的本質(zhì)特性。針對(duì)特定屬性的食品，首先要明確能夠反映其主要質(zhì)構(gòu)特點(diǎn)的關(guān)鍵性能指標(biāo)，在此基礎(chǔ)上方可進(jìn)行方法及條件參數(shù)的篩選和優(yōu)化。

本文以硬度、彈性、內(nèi)聚性、咀嚼性等直接影響午餐肉食用口感和接受性的指標(biāo)為考察對(duì)象，用TPA法對(duì)相關(guān)測(cè)試條件進(jìn)行了篩選和優(yōu)化。分析了壓縮程度、測(cè)試前速度、測(cè)試速度、觸發(fā)力、停留時(shí)間等對(duì)受試樣品質(zhì)構(gòu)特性的影響，從中篩選出壓縮程度、測(cè)試速度對(duì)午餐肉罐頭質(zhì)構(gòu)特性具有顯著影響。利用響應(yīng)面的中心組合法進(jìn)行組配設(shè)計(jì)和相應(yīng)試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行模擬分析，獲得最佳條件參數(shù)為壓縮程度34.71%，測(cè)試速度2.21 mm/s。在此條件下，得到的各質(zhì)構(gòu)參數(shù)結(jié)果的變異系數(shù)實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值基本一致。依照本文建立優(yōu)化的測(cè)試條件，午餐肉罐頭的質(zhì)地多面性測(cè)試結(jié)果變異系數(shù)較小、結(jié)果穩(wěn)定性較好，對(duì)同類(lèi)產(chǎn)品的質(zhì)地測(cè)評(píng)具有一定借鑒意義。