響應面法分析不同測試條件對陽桃TPA質構特性參數的影響

黎欣欣 梁言 孫文佳 熊欣 汪廷彩

基金項目：廣東省市場監督管理局科技項目（2022ZS03）。

作者簡介：黎欣欣（1994—），女，廣東惠州人，本科，工程師。研究方向：食品質量與安全。

通信作者：汪廷彩（1978—），男，江西景德鎮人，碩士，高級工程師。研究方向：食品安全監管、檢驗、風險評估和風險交流等。E-mail：82626094@qq.com。

摘 要：目的：以響應面法（Response Surface Method，RSM）研究全質構測試（Texture Profile Analysis，TPA）法測試陽桃質構特性參數的最佳條件。方法：選擇測試范圍壓縮程度10%～50%，壓縮速率1～

3 mm·s-1進行響應面試驗，最終建立了壓縮程度與壓縮速率對4項質構特性參數硬度、彈性、咀嚼性以及回復性的影響模型。結果：壓縮程度對硬度、彈性、咀嚼性以及回復性4項質構特性參數皆有極顯著影響

（P＜0.01），而壓縮速率僅對彈性與回復性影響極顯著（P＜0.01），壓縮程度的二次方對彈性與回復性影響極顯著（P＜0.01），對咀嚼性影響顯著（P＜0.05），壓縮速率的二次方僅對彈性影響顯著（P＜0.05），壓縮程度與壓縮速率之間基本無交互作用。壓縮程度與硬度和咀嚼性呈正相關，與回復性呈負相關，對彈性的影響則是隨壓縮程度的增大先呈正相關，后呈負相關。壓縮速率對硬度和咀嚼性無影響，與彈性和回復性呈負相關。結論：通過聯立多元回歸方程得出最佳TPA測試條件為壓縮程度30.00%～31.00%，壓縮速率

1 mm·s-1。

關鍵詞：陽桃；質構特性；響應面法；測試條件

Effects of Test Conditions on Textural Characteristic Parameters of Carambola in Texture Profile Analysis by Response Surface Method

LI Xinxin， LIANG Yan， SUN Wenjia， XIONG Xin， WANG Tingcai*

（Guangdong Institute of Food Inspection （Guangdong Inspection Center of Wine and Spirits）， Guangzhou 510435， China）

Abstract： Objective： The response surface method （RSM） was used to study the optimal conditions for testing the texture characteristic parameters of carambola using the texture profile analysis （TPA） method. Method： The compression degree of 10%～50% and compression rate of 1～3 mm·s-1 were selected for the response surface test. The models of compression degree and compression rate on hardness， springiness， chewiness and resilience of carambola were established. Result： Compression degree had significant effects on hardness， springiness， chewiness and resilience （P＜0.01）， while the compression rate only had significant effects on springiness and resilience

（P＜0.01）. The square of compression degree had significant effects on springiness and resilience （P＜0.01）， and had effects on chewiness （P＜0.05）. The square of compression rate only had effects on springiness （P＜0.05）. There was no interaction between compression degree and compression rate. The compression degree was positively correlated with hardness and chewiness， and negatively correlated with resilience. Effects on springiness was first positively correlated with the increase of compression degree， then negatively correlated with it. Compression rate had no effect on hardness and chewiness， but had negative correlation with springiness and resilience. Conclusion： The optimal TPA test conditions were obtained by simultaneous multiple regression equations： the compression degree was 30.00%～31.00%， the compression rate was 1 mm·s-1.

Keywords： carambola; textural characteristic; response surface method; test conditions

陽桃（楊桃）又稱五星果或星形果，是一種產自中國南方的特色水果，廣泛分布于福建、廣東、廣西和海南等地[1]。陽桃因其藥食同源性而備受關注，中醫稱之為“五斂子”，可入藥，具有生津解毒等功效，可用于治療風熱咳嗽與咽痛等疾病。陽桃果皮通常呈蠟質，果肉橙黃偏綠，爽甜多汁，除風味俱佳以外，還有降血脂、血糖與膽固醇等功效[2-3]。陽桃品質受貯藏期和貨架期的影響較大[4]，市售陽桃的品質通常參差不齊，評價陽桃是否可口，是消費者非常關注的問題。對水果品質進行科學評價，一般采用的方法有感官評價法以及儀器評價法。感官評價法通過人的視覺、嗅覺、味覺及觸覺等獲取食品的色、香、味和質地等各種屬性，而后通過打分及統計學分析的方法評價水果的品質[5]。然而，感官評定程序復雜、耗時長、浪費原料、易受食品本身質地與評價員主觀因素等影響，其結果的可靠性較差，且不易標準化[6]，因此通過儀器輔助的手段對水果的品質進行評價，是更為科學且客觀的方法。目前常見的儀器輔助進行水果品質評價的方法有質構儀法[7-8]，氣相色譜-嗅聞-質譜法（Gas Chromatography-Olfactometry--Mass Spectrometry，GC-O-MS）[9]、頂空固相微萃取氣質聯用技術（Headspace Solid-Phase Microextraction/Gas Chromatography-Mass Spectrometry，HS-SPME-GC-MS）[10-11]，以及電子鼻與電子舌[12]等方法。其中涉及氣相色譜的方法常用于研究水果揮發性風味物質與水果香氣的關系，而電子鼻與電子舌則是一種近年來新興的仿生快速檢測技術。最為常見的水果質地與口感的儀器分析方法為質構儀法。質構儀（Texture Analyser）又叫物性測試儀，可對樣品的物性概念進行數據化的表述，國內外很多研究機構將其作為研究食品物性及品質的重要研究儀器，是業內公認的物性標準檢測儀器[13-16]。近年來隨著食品加工行業的不斷發展，質構儀這種客觀性強、操作簡單的儀器越來越受到食品感官評價研究人員的青睞。在質構儀的多種測試模式中，全質構測試（Texture Profile Analysis，TPA）是應用最廣泛的一種測試模式，該模式可以較為準確地模擬人口腔的咀嚼運動，進而得出樣品的硬度、彈性和咀嚼性等質構特性參數。影響TPA測試的因素通常為壓縮程度和壓縮速率[17]，不同的測試條件會對TPA測試結果造成一定的影響，選擇最佳的測試條件有利于提高測試結果的準確性。響應面法（Response Surface Method，RSM）是一種通過少量試驗，獲得數據進行評估，并有效建立回歸方程的方法，該法可以模擬不同測試條件下的TPA測試結果，不僅可以分析影響因素對測試結果的影響，分析影響因素間的交互效應[18]，還可以通過聯立回歸方程得出最佳測試條件[19]。因此本試驗通過RSM法研究不同測試條件對陽桃TPA質構特性參數的影響，并最終得出最佳TPA測試條件。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

市售陽桃，產地為福建漳州，品種為“香蜜”甜陽桃（Averrhoa carambola Linn. cv. Xiangmi），采購后挑選成熟度與大小基本一致的果實作為試驗樣品。10 ℃以下冷藏保存，測試前需將樣品恢復至室溫，并擦去表面水珠。質構儀（RApid TA+），上海騰拔。

1.2 試驗方法

1.2.1 TPA測試

（1）樣品前處理。因不同的樣品前處理方法（如不同的穿刺或壓縮部位），會對樣品質構數據產生影響[20]，因此需要一種易于統一的處理方法，來剔除前處理所造成的數據誤差。本試驗選擇將陽桃切除頭尾后取果實中間部分，橫向切片得到厚度為1 cm的果肉切片，放于儀器上直接進行TPA測試。

（2）測試條件。使用質構儀進行TPA測試，選用20 kg力量感應元，P/36R圓柱形探頭，測試條件：測試前探頭高度為20 mm，測試前速率和測試后速率均為30 mm·s-1，二次擠壓之間循環時間間隔為3 s，觸發力為6 gf，取點數為30 pt·s-1，測試結果通過儀器自帶軟件進行數據統計與分析。

（3）測試指標。測試參數包括樣品的硬度、彈性、咀嚼性和回復性。

1.2.2 RSM試驗設計

本試驗的2個影響因素：壓縮程度，記為A；壓縮速率，記為B。通過前期單因素分析可知，壓縮程度大于50%時，樣品果肉組織結構遭到破壞，進而影響質構數值。而壓縮速率大于3 mm·s-1時，樣品的彈性、咀嚼性以及回復性數據誤差較大，其數值并不穩定。綜上，最終得到的測試范圍為壓縮程度10%～50%，壓縮速率1～3 mm·s-1。中心組合試驗的因素水平設計如表1所示。

1.3 數據處理

采用Origin 9軟件對單因素試驗數據進行處理和作圖，用Design Expert 8.0.6軟件對TPA測試所得數據進行作圖和統計分析，根據F值、R2值以及失擬項得到最終擬合方程，建立RSM模型，得出最佳TPA測試條件。

2 結果與分析

2.1 試驗結果與方差分析

根據中心組合設計，以硬度（Hardness，Ha）、彈性（Springiness，Sp）、咀嚼性（Chewiness，Ch）和回復性（Resilience，Re）為響應值，以壓縮程度（A）和壓縮速率（B）為自變量進行試驗，所得結果如表2所示。

為降低失擬項對模型的影響從而使模型擬合度更高，剔除相關性極小的項后，得到表3所示的各項質構特性參數擬合方程以及模型的R2、Adj-R2和Pred-R2值。由表3可知，各質構參數的Adj-R2和Pred-R2差值皆小于0.1，表明模型合理，能充分說明測試條件對質構參數的影響。而R2均接近1.00，表明模型相關性極好，擬合度高。所有Adj-R2的值皆大于或等于0.95，表明每個模型都至少能解釋95%響應值的變化[21]。

各項質構參數受擬合因素影響的顯著性如表4所示，所有擬合方程相關性皆為極顯著，且誤差引起的失擬項皆為不顯著，說明多元線性回歸擬合效果好，模型可以對響應值進行有效預測。

2.2 響應面分析

由表4可知，壓縮程度A對硬度影響極顯著

（P＜0.01），而壓縮速率B及其二次方B2對硬度的影響均不顯著（P＞0.05），說明樣品硬度基本只受壓縮程度的影響，這與圖1（a）相吻合。壓縮程度對硬度的影響并不隨壓縮速率的變化而變化，當壓縮速率一定時，壓縮程度與硬度呈顯著的線性正相關，這與MADIETA等[22]的研究結論相吻合。

由圖1（b）可得，不同壓縮速率下，壓縮程度對樣品彈性的影響基本一致，反之不同壓縮程度下，壓縮速率對樣品彈性的影響也基本一致，這與表4結論吻合，AB因素之間無相互作用。由于壓縮程度A以及壓縮速率B皆對彈性影響極顯著（P＜0.01），因此圖1（b）中兩者對彈性皆有較明顯的影響，壓縮速率與彈性呈負相關，而壓縮程度則是隨著其增大與彈性先呈正相關，后呈負相關。由于壓縮程度的二次方A2對彈性影響極顯著（P＜0.01），壓縮速率的二次方B2對彈性影響顯著（P＜0.05），因此壓縮程度與壓縮速率對彈性的影響皆非線性，這使得圖1（b）中的模型出現較為明顯的曲面。同時從曲面的曲率可看出，壓縮程度對彈性的影響比壓縮速率更為顯著，這與宋鈺興等[23]的研究結論相一致。

由表4可知，壓縮程度A對咀嚼性影響極顯著

（P＜0.01），其二次方A2對咀嚼性影響顯著

（P＜0.05），而壓縮速率B及其二次方B2對咀嚼性的影響均不顯著（P＞0.05），AB因素之間無交互作用。結合圖1（c）可知，在壓縮程度一定時，壓縮速率僅對咀嚼性造成極小影響。當壓縮速率一定時，壓縮程度與咀嚼性呈正相關，但由于A2的顯著影響，兩者并非線性關系。這一結論與肖璐等[24]的研究有差別，肖璐等認為，壓縮速率一定時，隨著壓縮程度的增大，樣品的咀嚼性先增大后減小。產生這一差別的原因是，在本試驗所選擇的壓縮程度范圍內，陽桃果肉組織并未發生明顯的組織結構破壞，因此其咀嚼性不會降低，而是一直與壓縮程度保持正相關。由于AB間無交互作用，不同壓縮速率下壓縮程度對咀嚼性的影響趨勢基本一致。整體咀嚼性模型與硬度模型接近，這表明硬度與咀嚼性這兩個質構特性參數與壓縮程度和壓縮速率呈顯著正相關，這與ROSENTHAL[25]的研究結果一致。

由圖1（d）可知，回復性與壓縮程度和壓縮速率皆呈負相關，壓縮程度A與壓縮速率B皆對回復性影響極顯著（P＜0.01）。壓縮程度較小時，壓縮速率對回復性的影響大于壓縮程度較大時，反之，壓縮速率較小時，壓縮程度對回復性的影響也大于壓縮速率較大時，這表明壓縮程度A與壓縮速率B之間有一定的交互作用，這一結論同樣與肖璐等[26]的研究結果一致，但根據表4的結果，兩者之間的交互作用不顯著。壓縮程度的二次方A2同樣對回復性影響極顯著（P＜0.01），這說明壓縮程度與回復性并非呈線性負相關，也使得圖1（d）的模型呈現出一定的曲面。而壓縮速率的二次方B2對回復性影響不顯著（P＞0.05），因此壓縮速率與回復性呈線性負相關。

2.3 最佳TPA測試條件分析

當質構儀測試數值較大時，其產生的相對誤差較小，同時，測試值所處響應面位置的曲率較小時，其產生的系統誤差較小[27]，因此，應通過該模型盡可能選出合理的測試條件，使得4個質構特性參數的測試值盡可能大，同時其值所在的響應面位置曲率較小，則此時的測試條件為最佳TPA測試條件。使用Design Expert聯立4個質構特性參數的多元回歸方程解得壓縮程度為31.02%、壓縮速率為1 mm·s-1或壓縮程度為30.07%、壓縮速率為

1 mm·s-1時，所有質構參數可取得最大值，而從響應面模型曲率較大的圖1（b）中可知，壓縮程度為30.00%～31.00%、壓縮速率為1 mm·s-1時，滿足響應面曲率較小這一條件，因此可以得到最佳TPA測試條件為壓縮程度30.00%～31.00%，壓縮速率1 mm·s-1。

3 結論

本試驗研究了壓縮程度和壓縮速率兩種TPA測試條件對陽桃質構特性參數的影響，通過RSM法建立了測試條件對陽桃果肉4個質構特性參數硬度、彈性、咀嚼性以及回復性的影響模型，并對模型進行了方差分析。結果表明，壓縮程度對硬度、彈性、咀嚼性以及回復性4項質構特性參數皆有極顯著影響（P＜0.01），而壓縮速率僅對彈性與回復性影響極顯著（P＜0.01），壓縮程度的二次方對彈性與回復性影響極顯著（P＜0.01），對咀嚼性影響顯著

（P＜0.05），壓縮速率的二次方僅對彈性影響顯著

（P＜0.05），壓縮程度與壓縮速率之間基本無交互作用。壓縮程度與硬度和咀嚼性呈正相關，與回復性呈負相關，對彈性的影響則是隨壓縮程度的增大先呈正相關，后呈負相關。壓縮速率對硬度和咀嚼性基本無影響，而與彈性和回復性則呈負相關。此外，試驗發現硬度與咀嚼性這兩個質構特性參數呈顯著正相關。壓縮程度的F值相較于壓縮速率的F值明顯更大，因此壓縮程度對質構特性參數影響更大，是TPA質構測試中更為關鍵的因素，這一結論與劉翔等[27]的研究一致。因而在設定陽桃的TPA測試條件時，應當著重關注樣品的壓縮程度。

通過聯立4個質構特性參數多元回歸方程得知，壓縮程度為31.02%、壓縮速率為1 mm·s-1或壓縮程度為30.07%、壓縮速率為1 mm·s-1時，所有質構參數可取得最大值，且此時各質構參數值所處響應面處的曲率皆較小，因此得出最佳TPA測試條件為壓縮程度30.00%～31.00%，壓縮速率1 mm·s-1。

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