质构仪及其在食品品质评价中的应用

质构仪及其在食品品质评价中的应用
陈秋宏
摘要：质构仪又叫物性测试仪，是用于客观评价食品品质的主要仪器，能够根据样品的物性特点做出数据化的准确表述，具有客观、易操作性等优点，近年来在食品行业中的应用逐渐广泛。

本文介绍了质构仪的测定原理、测定模式及其在谷物、乳制品、果蔬和肉制品品质评价中的应用。

关键词：质构仪，食品，品质，物性
Texture Analyzer and its Application in the
Evaluation forFood Quality
Chen Qiuhong
Abstract: Texture analyzer, also called property tester, is the main instrument for objective evaluation of food quality. It can make digital accurate description according to the property characteristics of the samples, and has the advantages of objective and operational ease, In recent years it has been used more and more widely in food industry. This paper introduces texture analyzer’s principle, measurement model and its application in cereals, dairy products, fruits, vegetables and meat quality evaluation.
Key words: texture analyzer, food, quality, property
0 引言
食品的质地，如硬度、脆性、胶黏性、弹性、回复性等是评价食品品质的重要因素，其评价方法主要有感官评价法和仪器评价法。

感官评价法一般采用暂时的评分系统，可能会被限制在一个产品或一批产品上，局限性很大，而且这种评定费时费力，受评价员的情绪、健康状况等多种因素影响，稳定性不足。

而质构仪使用统一的测试方法，可对样品的物性概念做出准确的数量表述，具有客观、易操作性等优点，因此越来越受到研究者的青睐，逐步在食品研究开发中得到重视和推广应用。

1 质构仪简介
质构仪又叫物性测试仪，是用于客观评价食品品质的主要仪器，能够根据样品的物性特点做出数据化的准确表述，由于其在食品行业的应用逐渐广泛，测定的物理性状能较好的反映食品质量的优劣，已经得到了研究者们充分的肯定。

质构仪具有专门的分析软件包，它可以对仪器进行控制，选择各种检测分析模式，并实时传输数据绘制检测过程曲线[1]。

还拥有内部计算功能，可对有效数据进行分析计算，并可将多组实验数据进行比较分析，获得有效的物性分析结果[2]。

1.1 质构仪构造
质构仪主要包括主机、专用软件、备用探头以及附件。

其基本结构一般是由一个能对样品产生变形作用的机械装置，一个盛装样品的容器和一个记录系统组成[3]。

质构仪的主机与微机相连，主机上的机械臂可以随着凹槽上下移动，探头与机械臂远端相接，与探头相对应的是主机的底座，探头和底座有十几种不同的形状和大小的设计，分别适用于各种标本。

测试围绕着作用力、时间和位移进行记录和结果分析，测试所反映的主要是与力学特性有关的食品质地特性，其结果具有较高的灵敏性与客观性，并可通过配备的专用软件对结果进行量化处理，可避免人为对食品品质评价结果的主观影响[4]。

1.2 质构仪的工作原理
质构仪是模拟人的触觉，分析检测触觉中物理特征的仪器，在其主机的机械臂和探头连接处有一个力学传感器，能感应标本对探头的反作用力，并将这种力
学信号传递给微机，并转变为数字记录和图形表示，快速直观的描述样品的受力情况。

在工作状态下，通过微机程序控制，机械臂以设定速度上下移动，当传感器与被测物体接触达到设定触发力或触发深度时，计算机以设定的记录速度始记录，并在直角坐标系中绘图表示[5]。

由于传感器是在设定速度下匀速移动，因此时间位移可以自由转换，并可以计算出被测物体的应力与应变关系。

1.3 质构仪的测定模式
1.3.1 TPA 模式
TPA全称为texture profile analysis，即质构剖面分析。

TPA 测试又称两次咀嚼性测试，主要是模拟人口腔运动，对固体或半固体进行两次压缩，描绘出力－时间的关系曲线[6]。

1.3.2 其他测试模式
在测定模式中，TPA 因其测试结果的完整性是应用最为广泛的一种模式。

然而，针对不同的测试样品，实验者还可以有针对性地选择测定模式，例如以胡克定律为基础来检验样品张力的拉伸测试[7]；针对如乳制品、酒类、浆类等一些流体、半流体物质的稠度测试;用于区别微观结构变化的测度测试，这类测试主要应用于油炸、膨化等手段加工的具有酥脆性的食品；除以上模式外，还有剪切、穿刺、挤压等测试方式。

这些模式通过力、时间和距离的关系曲线体现出力学与形变的关系，进而推导出形变在物理性质中的代表意义。

2 质构仪在食品品质评价中的应用
2.1 质构仪在谷物(大米)品质评价中的应用
大米是我国的主食之一，随着人民生活水平的提高，不仅要求大米干净卫生无杂质，而且要求大米要口感好，风味好[8]。

为了达到这样的要求，国内许多大米加工厂都努力提高大米的食用品质。

因此需要一种有效的评价大米品质的测定方法作为大米品质评定的依据[9]。

可应用先进的质构仪测定米饭质构品质，通过模拟人的口腔咀嚼功能，用具体的数据，客观地将人的触觉感受分解成硬度、黏度、黏着性、弹性等几个部分，
从而评价米饭食味优劣[10-11]。

战旭梅等通过对13种稻谷样品的蒸煮品质指标、质构品质及其相关性的研究，用质构仪测得的大米弹性、黏着性、硬度、黏度与大米的蒸煮指标之间存在显著的相关性，因此他们认为可以用质构仪测定的弹性、黏着性、硬度、黏度来代替蒸煮指标中的碘盐值、膨胀率、米汤干物质、吸水率来评价大米的食用品质[12]。

2.2 质构仪在乳制品品质评价中的应用
乳制品以其营养丰富、口感细腻、风味独特、保健功能等特点，在人们的生活中扮演越来越重要的角色。

乳制品的品质因素分为色、香、味、形和营养价值五大部分[13]。

随着仪器测定在国内快速的发展及对食品物性研究的深入，乳制品的品质逐渐被可以科学、客观、直接反映乳制品品质的质构仪分析法所取代[14－15]。

赵秀红等通过质构仪对变质前后不同产品搅拌型酸奶、凝固型酸奶、奶酪的质构测试，变质前后搅拌型酸奶、凝固型酸奶、奶酪的硬度、内聚性、粘附性、弹性各项质构指标都发生变化，并且呈现不同程度的下降趋势[16]。

屠康[17]等人通过对市场上比较常见的几种干酪进行质构分析，并且在实验中由于干酪有硬质和软质之分，所以设定的参数也不同。

最终发现硬质较低的硬质干酪其弹性、胶着性和咀嚼性都比较好[18－19]。

冰激凌作为夏季中最受欢迎的乳品之一，对于其品质的研究也就显得尤为重要。

钱镭[20]采用质构对不同种类的冰激凌品质进行了分析，最后发现冰激凌中的脂肪含量、甜味素种类和乳化剂用量都会影响其品质。

崔旭海[21]等人通过质构仪分析了自由基氧化的乳清蛋白在冰淇淋中的应用所引起的变化。

2.3 质构仪在果蔬及其制品品质评价中的应用
国外在果蔬质构测定方面对质构仪的应用比较早，Dulcineia 对通过经传统自然光晾干后的巴托罗茂梨果肉和新鲜梨硬度、破裂力、内聚性、弹性和粘着性等参数的研究得出了不同于鲜果的质地[22]。

近年来，在国内也开始了对质构仪的应用。

陈青[23]用质构仪对杨梅的质地进行了检测，并且确定了硬度与凝聚性、回复性、咀嚼性三种参数可准确描述杨
梅果实的质地变化。

潘秀娟等[24]通过对红富士和嘎啦两种苹果的脆度、粘着性、凝聚性、回复性和咀嚼性的参数比较得出了两品种苹果的采后质地的差别。

吴雯丹等通过研究猕猴桃贮藏期质构的变化建立了猕猴桃果实人工咀嚼的数学模型[25]。

说明了随着对水果参数模型的建立和完善，对人们质构仪参数测定技术的应用越来越成熟，并且开始了向果实贮藏保鲜方向发展[26]。

也表明了今后质构仪应用在果实测定方面的发展趋势。

同时，应认识到果实种类繁多，尤其是水果类。

水果在园艺上可分为仁果类、核果类、浆果类、柑橘类、热带及亚热带类等。

而且相同种类的水果之间也存在很大的差异性。

这给今后测定完善的综合评价参数和评价指标带来繁重的工作量[27]。

2.4 质构仪在肉类及其制品品质评价中的应用
肉制品是一种高脂肪、高蛋白的食品，在人们的生活中必不可少。

由于人们生活质量的提高，肉制品的质量检测急需要加强。

因此在肉制品的质构检测中，研究者们也做了大量的工作。

丁武通过穿刺实验发现，肉制品的嫩度可以由实验中的第一个峰值进行量化表示，这样使得肉制品的检测更加准确和方便。

阮征[28]等人以质构参数作为指标，优化了罗非鱼的超高压凝胶化工艺，发现不同的处理条件对凝胶的质构有不同的影响:加压压力对回复性和内聚性的影响最大;加热配合对咀嚼性的影响最大。

戴志远[29]等人研究了在不同冻藏条件下养殖大黄花鱼鱼肉的质构变化，文中通过采用质构仪对－18℃和－50℃储藏条件下的养殖大黄花鱼进行质构测定，得出随着冷冻储藏时间的延长，养殖大黄花鱼的硬度、黏附性、弹性、咀嚼性、胶粘性和回复性等水平明显下降。

郝红涛[30]等人在对肉类制品的质构特性的研究中提出了质构参数标准化的必要性，以及建议质构指标取代感官指标指导肉制品的研发工作。

李云飞[31]等用质构仪对3 种加入不同变性淀粉的红肠进行比较，发现利用变性淀粉生产红肠可明显提高红肠的弹性和黏聚性，降低硬度和咀嚼性，对红肠的物性特性有明显改善。

综合弹性、黏聚性、硬度和咀嚼4方面的因素，变性淀粉添加量以10%为最优。

由以上研究发现，肉类制品中由于不同的处理方式以及加工过程导致其最终质构特性存在明显的差异。

反之，由于质构差异的存在成为了判断肉类制品的处理方式、加工过程或者储存
环节中存在何种问题的一种手段。

3问题与展望
在国内，质构仪在应用过程中还存在着许多的不足之处。

由于是从国外引进先进设备，仪器本身是针对国外人们的食品检验需求而设计，在使用方面对中式食物的形状和结构针对性不是很强，这就需要研究者从最基本的原理出发，研发出适合中式食品的实验方案及设备。

另外，由于国内研究缺乏系统化，多数只立足于某个产品质构特性的测量与分析，或者研究者具有宏观掌握的能力，但是缺乏将整体的思想细化。

除以上缺点之外，质构研究与工业化生产相脱节，忽略了研究的目的是为了指导实践，以致不能良好的应用于生产实践中。

解决以上问题的方法有很多，首先，研究者应该从理论基础开始，加强研究内容的系统性。

质构特性的研究建立在力学、流变学等的基础之上[32]，通过仪器来测定质构性质，除了应该很好的了解食品本身的形变特性外，还需要详细的了解仪器测定的基础原理，只有掌握仪器测定的原理，才可以设计出合理的实验方案，以及准确控制实验中的操作步骤，其中包括力学基础、机械能量定理、食品流变学、物性学等，基础理论是一切知识的源头，只有更好的掌握了基础知识，才能将基础质构特性细致化、深入化的研究下去。

其次，明确研究的目的是为了指导实践生产。

长久以来理论指导实践这一论调是毋庸置疑的，但是实践生产中总会存在一些现有技术解决不了的问题，这样就促使企业工厂去探索新的方法以控制或提高产率，质构检测就是其中的一种方法。

同时研究者还可以将质构仪测定出来的特性指标与数学模型相结合，通过数学模型指导产品的品质判别。

最后，从微观角度出发研究宏观变化，再由宏观变化推导出微观内容的改变。

例如由质构仪测定出的质构特性和食物营养成分之间是否存在相关性，甚至质构与分子水平之间是否存在一丝的关系，如果经过证实存在相关性，那么研究者就可以从宏观角度发掘出食品微观成分的变化，从食品的整体质构体系出发寻求与其相关的分子，甚至是原子水平的变化，或者分解食品中的重要成分，这样就可以从宏观上判定食品的品质变化，进而简化品质检测的步骤。

我们发现，质构研究具有很大的发展空间和潜力。

随着化学实验不能适应快速、简便的检测要求，质构检测的发展就会凸显其重要的地位。

新产品的研发、
流水线产品的品质控制，市场的需求都需要质构检测这一技术作为支撑和引导。

特别是市场化将人们的要求明朗化，在传统的感官评价不能准确、客观地提供生产者所需要的结果之时，质构研究在其具有准确性、客观性、简洁性等这些前提之下，则为产品进入市场做了最充分的准备。

综上所述，食品质构的研究将会在食品工业中得到更广泛的发展。

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