2020年遼寧興城早酥梨質(zhì)構(gòu)儀TPA測試參數(shù)設(shè)置及數(shù)據(jù)集

徐 鍇 張少瑜

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹研究所，興城 125100）

數(shù)據(jù)庫（集）基本信息匯總表

1 引言

質(zhì)構(gòu)儀(Texture Analysery)，又名物性分析儀，能夠?qū)κ称返南嚓P(guān)物性特點(diǎn)提供數(shù)據(jù)化準(zhǔn)確表達(dá)[1]。質(zhì)地多面分析(TPA)是模擬人咀嚼食物的過程，通過探頭對樣品進(jìn)行兩次機(jī)械壓縮過程，用于客觀評價(jià)樣品的質(zhì)地特點(diǎn)。探頭的工作軌跡為：從起始位置開始，以測前速率（Pre-test Speed）壓向樣品，接觸到樣品表面，即觸發(fā)點(diǎn)（Trigger）時(shí)以測中速率（Test Speed）將樣品壓縮至一定比例，然后返回至觸發(fā)點(diǎn)，間隔一定時(shí)間后繼續(xù)向下壓縮同樣比例，最后以測后速率（Post-Test Speed）返回到探頭的起始位置。通過測試可以得到果肉硬度、脆性、彈性、粘聚性、膠著度、咀嚼度、回復(fù)性等指標(biāo)[2]。

1963 年，Szczesniak 定義了食品質(zhì)構(gòu)的概念，確定了描述食品物性的“質(zhì)構(gòu)曲線分析法”[3]。1967年，TPA質(zhì)構(gòu)分析方法建立，將食品質(zhì)構(gòu)的感官評價(jià)和儀器分析聯(lián)系到了一起[4]。之后英國Stable Micro System（SMS）公司、美國Food Technology Corporation（FTC）公司和Brookfield公司以及瑞典泰沃公司等制造出相應(yīng)的質(zhì)構(gòu)儀[5]。國外利用質(zhì)構(gòu)儀對奶酪、肉類、面食類和水果等開展廣泛研究。

針對水果的果實(shí)質(zhì)地評判，傳統(tǒng)上多采用硬度計(jì)測定果肉硬度，并結(jié)合感官評價(jià)。但是果實(shí)質(zhì)地特性的參數(shù)還包括脆性、彈性、粘聚性、膠著度和咀嚼度等指標(biāo)。因此，近年來，逐漸開始應(yīng)用質(zhì)構(gòu)儀對水果質(zhì)地進(jìn)行分析評價(jià)。包括楊梅、桃、琵琶、蘋果、梨和獼猴桃等，其評價(jià)的內(nèi)容更為豐富，評價(jià)參數(shù)的設(shè)定也更為客觀，克服了傳統(tǒng)檢測法的一些缺點(diǎn)[6]。隨著對水果參數(shù)模型的建立和完善，質(zhì)構(gòu)儀TPA 測定技術(shù)的應(yīng)用越來越成熟，質(zhì)構(gòu)儀將在果實(shí)質(zhì)地測定方面得到廣泛應(yīng)用[7]。

TPA測試中，儀器的硬件選擇和軟件設(shè)定都會(huì)對結(jié)果造成影響。TPA的測定需要的硬件為感應(yīng)探頭；軟件為參數(shù)設(shè)置，包括測前速度、測中速度、測后速度、壓縮比例和觸發(fā)力等。不同的軟硬件會(huì)對測試結(jié)果造成影響。前人在蘋果、梨、桃等果實(shí)TPA 測定中進(jìn)行了參數(shù)設(shè)置優(yōu)化研究[2,8-9]，但是選擇的探頭型號為P5（直徑5mm）或P6（直徑6mm），這兩種型號探頭多用于穿刺試驗(yàn)，TPA 測定多采用P35（直徑35mm）、P50（直徑50mm）或P100（直徑100mm）等平板探頭；參數(shù)設(shè)置中，之前研究中觸發(fā)力沒有設(shè)置變量，梨果實(shí)樣品壓縮比例為35%以內(nèi)，因此測定結(jié)果有可能存在一定的偏差。本研究分別對測前速度、測中速度、測后速度、壓縮比例和觸發(fā)力等參數(shù)都做了變量設(shè)置，進(jìn)行最大程度的優(yōu)化，避免了試驗(yàn)結(jié)果的偏差。

2 數(shù)據(jù)采集與處理方法

2.1 樣品采集

2020年8月，在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹研究所溫泉試驗(yàn)基地梨試驗(yàn)園內(nèi)摘取梨果實(shí)，選取品種為早酥，樹體20株，每株摘取樹冠外圍南側(cè)成熟果實(shí)10個(gè)，共計(jì)200個(gè)果實(shí)，取回實(shí)驗(yàn)室內(nèi)準(zhǔn)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

2.1 數(shù)據(jù)采集

用直徑15mm 打孔器，在果實(shí)胴體部位打孔，之后切取15mm 厚的圓柱體準(zhǔn)備進(jìn)行TPA 測試。測定儀器為英國Stable Micro Systems 公司生產(chǎn)的TA-HD plus 雙臂質(zhì)構(gòu)儀，測定參數(shù)設(shè)置界面如圖1 所示，測前速度、測中速度和測后速度分別設(shè)定為1mm/s、2mm/s 和3mm/s，目標(biāo)模式為strain（壓縮），壓縮比例設(shè)30%、40%、50%、60%、70%和80%等6 個(gè)梯度，觸發(fā)力單位為N，設(shè)0.1N、0.2N 和0.3N 等3 個(gè)梯度。感應(yīng)探頭為P100 平板探頭。圖2 為測定過程中圖片，圖3為測定完成后樣品形態(tài)。

圖1 TPA參數(shù)設(shè)置Fig.1 TPA Parameter Settings

圖2 TPA測定Fig.2 TPA Determining

圖3 TPA測定后果實(shí)形態(tài)Fig3 The Morphology of Fruit Flesh after TPA Determined

3 數(shù)據(jù)樣本描述

3.1 TPA圖譜

經(jīng)過TPA 測試后，形成TPA 曲線圖譜，如圖4所示。

圖4 TPA曲線圖Fig.4 TPA Test Curve

硬度：是第一次壓縮時(shí)的最大峰值。

脆性：壓縮過程中并不一定都產(chǎn)生破裂，在第一次壓縮過程中若是產(chǎn)生破裂現(xiàn)象，曲線中出現(xiàn)一個(gè)明顯的峰，此峰值就定義為脆性。在TPA 質(zhì)構(gòu)圖譜中的第一次壓縮曲線中若是出現(xiàn)兩個(gè)峰，則第一個(gè)峰定義為脆性，第二個(gè)定義為硬度；若是只有一個(gè)峰值，則定義為硬度，無脆性值。

彈性：樣品經(jīng)過第一次壓縮以后能夠再恢復(fù)的程度。彈性是用第二次壓縮中所檢測到的樣品恢復(fù)高度(長度2)和第一次的壓縮變形量(長度1)之比值來表示。

粘聚性：表示測試樣品經(jīng)過第一次壓縮變形后所表現(xiàn)出來的對第二次壓縮的相對抵抗能力，在曲線上表現(xiàn)為兩次壓縮所做正功之比(面積2/面積1)。

咀嚼度：膠粘性和彈性的乘積。

回復(fù)性：樣品在第一次壓縮過程中回彈的能力，是第一次壓縮循環(huán)過程中返回時(shí)樣品所釋放的彈性能與壓縮時(shí)探頭的耗能之比，在曲線上用面積5 和面積4的比值來表示。

3.2 TPA測試數(shù)據(jù)分析

如圖5 所示，不同顏色的曲線表示不同的測試速度。硬度變化，在50%壓縮比例之前，各測試速度的硬度變化較為平緩，2 mm/sec 的測試速度在60%～70%的壓縮比例時(shí)出現(xiàn)先上升后下降的情況，而1 mm/sec和3 mm/sec的測試速度在50%的壓縮比例之后出現(xiàn)明顯的上升變化。脆性變化，1 mm/sec 和3 mm/sec的測試速度在70%的壓縮比例之前表現(xiàn)為較平緩的上升變化，之后，3 mm/sec 的脆性顯著上升，1 mm/sec 的脆性略有下降，而2 mm/sec 的脆性在60%的壓縮比例時(shí)呈顯著上升，之后顯著下降的變化。彈性變化，各測試速度的曲線呈震蕩線下降變化，3 mm/sec 的變化點(diǎn)在40%壓縮比例，2 mm/sec 和3 mm/sec 的變化點(diǎn)在60%壓縮比例。粘聚性變化，各測試速度均呈下降的變化趨勢，在50%壓縮比例之后下降幅度趨緩。咀嚼度變化，1 mm/sec測試速度的咀嚼度在50%壓縮比例之前呈明顯下降變化，之后變化平緩，2 mm/sec 測試速度的咀嚼度在50%壓縮比例之前呈明顯下降變化，在60%壓縮比例呈明顯上升之后明顯下降的變化，3 mm/sec測試速度的咀嚼度與1 mm/sec 測試速度的變化基本一致，但是在80%壓縮比例出現(xiàn)明顯上升變化。回復(fù)性變化，各測試速度均呈下降的變化趨勢，在50%壓縮比例之后下降幅度趨緩。通過綜合評價(jià)，建議測試速度設(shè)定為1 mm/sec，壓縮比例設(shè)定為50%，觸發(fā)力設(shè)定為0.1N。

圖5 不同測試速度和壓縮比例的TPA數(shù)據(jù)變化Fig.5 TPA parameters of different test speed and strain ratio

4 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制與驗(yàn)證/評估

保證數(shù)據(jù)質(zhì)量和可靠性，所有樣品采集植株樹勢基本一致，管理水平一致，果實(shí)質(zhì)量相近，外觀基本一致，樣品采集部位基本一致，樣品處理和儀器測定為同一人操作，避免不同操作人員出現(xiàn)的操作誤差。樣品測定中，發(fā)現(xiàn)異常圖譜（圖6 所示）立刻進(jìn)行修正，保證測定結(jié)果可靠性。

圖6 異常曲線圖Fig.6 Abnormal Test Curve

5 數(shù)據(jù)價(jià)值與使用建議

通過細(xì)化TPA 測定參數(shù)設(shè)置，獲得表達(dá)更準(zhǔn)確的果實(shí)質(zhì)地?cái)?shù)據(jù)。使用數(shù)據(jù)集需要質(zhì)構(gòu)儀配套的軟件，根據(jù)所測定指標(biāo)的定義來校正數(shù)據(jù)，可通過建模指導(dǎo)果實(shí)的TPA測定。

數(shù)據(jù)作者分工職責(zé)

徐鍇（1980—），男，遼寧人，碩士，副研究員，從事果實(shí)品質(zhì)發(fā)育與調(diào)控研究。本研究主要工作：試驗(yàn)測定和數(shù)據(jù)整理。

張少瑜（1965—），男，遼寧人，大專，助理研究員，從事果實(shí)品質(zhì)調(diào)控研究。本研究主要工作：試材管理、樣品采集和前處理。