RSM分析測試條件對藍莓TPA質(zhì)構(gòu)參數(shù)的影響

肖 璐,王志超,張振富,王美蘭

(煙臺大學食品科學與工程研究所,山東 煙臺 264005)

質(zhì)構(gòu)儀作為一種有效的食品品質(zhì)檢測儀器,具有容易操作、重復性好、花費時間少、節(jié)約樣品等優(yōu)點,近年來在食品行業(yè)已被廣泛應用[1]．質(zhì)地剖面分析法(Texture Profile Analysis, TPA)建立于1967年左右,適用于通用的質(zhì)構(gòu)測試儀[2],它主要是利用力學測試的原理得到與人感官評價相對應的硬度、彈性、內(nèi)聚性、回復性、咀嚼性等質(zhì)構(gòu)參數(shù),這些質(zhì)構(gòu)參數(shù)能夠在一定程度上反映出果蔬在貯運過程中的質(zhì)地特性與組織結(jié)構(gòu)的變化,從而間接地反映出果蔬的保鮮效果與貨架期[3]．TPA法適合不易貯藏或高附加值產(chǎn)品的品質(zhì)檢測[4],近年來，國外學者也將TPA測試應用在估測食品的質(zhì)構(gòu)特性中[5-9].TPA的測定結(jié)果受諸多因素的影響,如樣品的外形尺寸[10]、探頭型號、壓縮程度、壓縮速率、兩次壓縮循環(huán)之間的時間間隔以及實驗重復次數(shù)等[11]．測試條件對測定結(jié)果的影響對于大多數(shù)TPA測試人員來說了解較少，在測試過程中常常存在測試條件選擇不合理的問題．因此,探究TPA測試條件對質(zhì)構(gòu)參數(shù)的影響具有重要應用意義．

響應面法(Response Surface Method, RSM)是利用合理的實驗設(shè)計并通過實驗得到一定的數(shù)據(jù),采用多元二次回歸方程來擬合因素與響應值之間的函數(shù)關(guān)系,通過回歸方程的分析來尋求最優(yōu)工藝參數(shù),解決多變量問題的一種統(tǒng)計方法[12]．近年來,RSM已經(jīng)被廣泛地用于降低生產(chǎn)成本、優(yōu)化加工條件、提高產(chǎn)品質(zhì)量、解決生產(chǎn)過程中的實際問題當中．

藍莓果實柔軟多汁,質(zhì)構(gòu)作為衡量藍莓果實品質(zhì)變化的一個重要指標,對監(jiān)控藍莓的采后貯藏及物流期間品質(zhì)的變化規(guī)律具有重要意義．本試驗利用TMS-Pro型質(zhì)構(gòu)儀對藍莓整果進行TPA測試,然后應用RSM探究了壓縮程度與壓縮速率對藍莓各項TPA質(zhì)構(gòu)參數(shù)的影響．該研究方法可為其他食品的TPA測試條件的選取提供一定的參考．

1 材料與方法

1.1 材料

所用試材藍莓的品種為“藍豐”,于2013年7月25日采自煙臺市牟平區(qū)威宇藍莓種植基地,采后0.5 h運回煙臺大學食品保鮮實驗室．挑選無果柄、表面干爽、果粉完整、成熟度和大小基本一致的果實進行分組,每組25個,共13組．分組后將藍莓放在(0.5± 0.5) ℃,濕度為90%～95%的恒溫庫中預冷36 h后待測．測定前將藍莓從冷庫取出，放在室溫為25 ℃下回溫0.5 h后依次進行TPA測試．

1.2 TPA測試

將藍莓果實置于質(zhì)構(gòu)儀樣品臺中央位置,保持藍莓果實果蒂向上．使用美國Food Technology Corporation公司生產(chǎn)的TMS-Pro型質(zhì)構(gòu)儀進行TPA測試,感應元量程為100 N,圓盤擠壓探頭P/75．測試條件:測前探頭高度為20 mm;測前速率和測后速率均為30 mm/min;兩次擠壓循環(huán)的時間間隔為0 s;采樣速率為10 Hz;最小觸發(fā)力為0.3 N．每組均按表1的測試條件進行TPA測試,測試結(jié)果通過儀器自帶TPA-Macro軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析．

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Origin 7.5軟件對單因素試驗數(shù)據(jù)進行處理,用Design Expert 8.0軟件對TPA測試所得到的試驗數(shù)據(jù)進行作圖和統(tǒng)計分析,根據(jù)較高的F值、R2值以及失擬項得到最終的擬合方程,并建立相應的RSM模型．

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 壓縮程度對藍莓硬度1測試的影響 在一定的壓縮速率(60 mm/min)下,當壓縮程度在10%～50%時,硬度1隨壓縮程度的增大呈逐漸增大的趨勢,當壓縮程度超過50%時,硬度1則隨壓縮程度的增加逐漸減小(圖1)．這可能是由于在較低的壓縮程度范圍(10%～50%)內(nèi),隨壓縮程度的增加,藍莓果實組織抵抗擠壓的作用力越發(fā)明顯,使得硬度1增大;當超過一定的壓縮程度,隨壓縮程度的增加,藍莓果實破裂,組織結(jié)構(gòu)遭到破壞變得松軟致使果實抵抗力變小,使得硬度1減?。疄楦玫胤从硺悠?次擠壓后內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)及外觀的變化,呈現(xiàn)試樣的真實受壓狀態(tài)[7],可選壓縮程度的測試范圍為15%～55%．這與冬棗[13]、櫻桃番茄[14]等其他樣品所選取的測試范圍有所不同,這可能是漿果與核果的組織結(jié)構(gòu)差異所決定的．

圖1 壓縮程度對藍莓硬度1的影響

2.1.2 壓縮速率對藍莓硬度1測試的影響 在一定的壓縮程度(35%)下,當壓縮速率低于145 mm/min時,隨壓縮速率的增大,硬度1呈緩慢增加的變化趨勢,當超過一定的壓縮速率(145 mm/min)時,隨壓縮速率的增加,硬度1則逐漸減小(圖2)．這可能是由于在較低的壓縮速率下,果實組織結(jié)構(gòu)破壞不明顯,抵抗力較好,當超過一定的壓縮速率,擠壓變形后的果實組織結(jié)構(gòu)遭到破壞,致使硬度1的減小,同時若造成果實破裂,則會影響試驗結(jié)果的判定．因此,可選壓縮速率的測試范圍為30～150 mm/min．這與冬棗[13]及櫻桃番茄[14]的壓縮速率的測試范圍相同，可能對于TPA測試來說, 壓縮速率對質(zhì)構(gòu)參數(shù)測試的影響較壓縮程度的影響要?。?/p>

圖2 壓縮速率對藍莓硬度1的影響

2.2 響應面試驗

表1為中心組合試驗的因素水平設(shè)計．圖3(a～f)、表2～4是應用RSM得到的試驗數(shù)據(jù)及處理結(jié)果．其中,圖3是測試條件對各質(zhì)構(gòu)參數(shù)影響的響應面圖,表2是TPA質(zhì)構(gòu)參數(shù)的測定結(jié)果,表3是各項質(zhì)構(gòu)參數(shù)的擬合方程及R2值,表4為各項質(zhì)構(gòu)參數(shù)擬合因素的顯著性分析．H1為硬度1,H2為硬度2,Co為內(nèi)聚性,Sp為彈性,Ch為咀嚼性,Re為回復性．擬合方程中,壓縮程度的線性影響為A,壓縮速率的線性影響為B,壓縮程度與壓縮速率的二次方影響分別為A2和B2,壓縮程度與壓縮速率的交互作用影響為AB．

表1 中心組合試驗的因素水平設(shè)計

圖3 測試條件對藍莓TPA各質(zhì)構(gòu)參數(shù)的影響

表2TPA質(zhì)構(gòu)參數(shù)的測定結(jié)果

Tab.2 Determination results of TPA texture parameters

組別壓縮程度/%壓縮速率/(mm/min)H1/NH2/NCoSp/mmCh/mJRe 10-1.4146.80(±0.26)5.25(±0.21)0.24(±0.02)1.75(±0.28)2.79(±0.24)0.089(±0.008) 2-115.15(±0.13)3.66(±0.11)0.30(±0.01)1.13(±0.13)1.70(±0.46)0.067(±0.001) 3008.20(±0.91)5.83(±0.17)0.21(±0.03)1.77(±0.18)3.05(±0.05)0.059(±0.000) 41.414016.75(±1.82)9.36(±0.59)0.15(±0.01)2.22(±0.16)5.38(±0.35)0.034(±0.002) 5007.04(±0.59)5.06(±0.62)0.23(±0.02)1.74(±0.20)2.81(±0.34)0.063(±0.003) 6007.75(±0.15)5.54(±0.93)0.22(±0.02)1.69(±0.33)2.88(±0.33)0.056(±0.003) 7-1.41403.61(±0.65)2.86(±0.42)0.40(±0.03)0.95(±0.15)1.37(±0.26)0.106(±0.005) 8-1-14.52(±1.02)3.55(±0.32)0.31(±0.02)1.67(±0.15)1.63(±0.18)0.106(±0.004) 9007.38(±0.51)5.26(±0.67)0.23(±0.04)1.63(±0.13)2.77(±0.21)0.058(±0.003) 1001.4146.88(±0.90)4.69(±0.21)0.23(±0.04)1.58(±0.21)2.45(±0.16)0.042(±0.002) 111116.05(±1.67)9.9(±0.41)0.17(±0.03)2.16(±0.20)5.84(±0.40)0.038(±0.001) 121-112.39(±1.85)8.58(±0.26)0.18(±0.02)2.10(±0.27)4.58(±0.38)0.056(±0.002) 13009.60(±1.60)6.79(±0.89)0.22(±0.01)1.79(±0.31)3.72(±0.14)0.053(±0.002)

注:括號內(nèi)數(shù)值為標準偏差.

表3 各項質(zhì)構(gòu)參數(shù)的擬合方程及R2值

注:A為壓縮程度;B為壓縮速率.

表4 各項質(zhì)構(gòu)參數(shù)擬合因素的顯著性分析

注:a為P<0.01;b為P<0.05;c為差異不顯著.

由圖3(a)可知,當壓縮速率一定時,硬度1隨壓縮程度的增加逐漸增大;在一定的壓縮程度下,硬度1隨壓縮速率的增加同樣呈逐漸增大的變化趨勢,且隨壓縮程度的增加,硬度1隨壓縮速率的增加而增大的越發(fā)明顯．由圖3(b)可知,當壓縮速率一定時,硬度2隨壓縮程度的增加整體呈線性增大的變化趨勢,與硬度1相似;在一定的壓縮程度下,硬度2隨壓縮速率的增加變化幾乎不明顯．由圖3(c)可知,壓縮程度對內(nèi)聚性影響的變化趨勢是:較低的壓縮程度對內(nèi)聚性的影響較小;隨著壓縮程度的增加,壓縮程度對內(nèi)聚性影響逐漸增大．當壓縮程度一定,隨著壓縮速率的增加,內(nèi)聚性幾乎不變．由圖3(d)可知,當壓縮速率一定時,隨壓縮程度的增加,彈性明顯增大;在較低的壓縮程度(20%～35%)下,彈性隨壓縮速率增加而有所減小,在較高的壓縮程度(35%～50%)下,彈性隨壓縮速率的增加有所增大．由圖3(e)可知,咀嚼性的變化趨勢隨壓縮程度以及壓縮速率的變化趨勢與硬度1基本一致,咀嚼性僅受壓縮程度的線性影響．由圖3(f)可知,當壓縮速率一定時,回復性隨壓縮程度的增加而逐漸減小;在較低的壓縮程度下,隨壓縮速率的增加,回復性逐漸減小,且在較高的壓縮程度下,回復性隨壓縮速率的增加變化越發(fā)不明顯．

根據(jù)表3擬合方程的R2值、表4擬合方程的F值以及失擬項的顯著性分析可知,各項質(zhì)構(gòu)參數(shù)的擬合方程的可靠性均較高．

3 討 論

硬度是評價藍莓品質(zhì)的重要指標之一．由圖3(a)、3(b)可知,硬度1與硬度2隨壓縮程度的增加近似呈線性增大的變化趨勢,這與Madieta等[15]的研究結(jié)果相一致．Madieta等認為硬度只與壓縮程度呈線性關(guān)系,而與壓縮程度的二次方、壓縮速率、壓縮速率的二次方以及二者的交互作用影響無關(guān),這可能是由于在一定的壓縮程度范圍內(nèi),隨壓縮程度的增加,藍莓果實組織抵抗擠壓的作用力越發(fā)明顯[16],使得硬度值的線性增大．與硬度1相比,硬度2的測定值均有所降低,這可能是由于第一次擠壓已經(jīng)造成果實內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)的破壞,第二次擠壓會因組織結(jié)構(gòu)的松軟使得果實的抵抗力變小．在一定的壓縮速率下,二者隨壓縮速率的增加有所增大,但不明顯,這與Rosenthal等[17]的研究結(jié)果有所不同．Rosenthal等在研究TPA質(zhì)構(gòu)參數(shù)重要性中得出:隨著壓縮速率的增加,硬度1呈指數(shù)增長的變化趨勢,這可能是由于試樣組織結(jié)構(gòu)的不同從而表現(xiàn)出質(zhì)構(gòu)上的差異．

藍莓的內(nèi)聚性、彈性、咀嚼性和回復性進一步描述了果實經(jīng)擠壓后組織結(jié)構(gòu)的變化情況．由圖3(c～e)可知,在此壓縮程度范圍下,內(nèi)聚性隨壓縮程度的增加逐漸減小,而彈性和咀嚼性則隨壓縮程度的增加逐漸增大,三者隨壓縮速率增加均有所增加,但不明顯．在較低的壓縮程度下,果實內(nèi)部結(jié)構(gòu)沒有受到顯著破壞,表現(xiàn)出較強的瞬時恢復能力,呈現(xiàn)出較好的內(nèi)聚性、彈性和回復性;隨壓縮程度的增加,果實內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)產(chǎn)生潛在性的破壞,其相應的恢復能力變差,二次擠壓測試后的內(nèi)聚性、彈性和回復性有所降低．該結(jié)果與姜松等[18]研究的測試條件對萵苣組織TPA質(zhì)地參數(shù)的影響的結(jié)論相一致．由圖3(a)和圖3(c)對比可知,咀嚼性的變化趨勢與硬度相似,這與Rahman等[19]研究硬度與咀嚼性呈極顯著正相關(guān)的結(jié)論相一致．

用RSM分析結(jié)果表明,壓縮程度對硬度1、硬度2、內(nèi)聚性、彈性、咀嚼性以及回復性6項質(zhì)構(gòu)參數(shù)均有極顯著影響(P<0.01);壓縮程度的二次方僅對硬度1、硬度2、內(nèi)聚性、回復性4項質(zhì)構(gòu)參數(shù)影響極顯著(P<0.01);壓縮速率僅對回復性有極顯著影響(P<0.01),而對彈性有較為顯著影響(P<0.05);壓縮速率的二次方以及壓縮程度與壓縮速率的交互作用對各項質(zhì)構(gòu)參數(shù)均無顯著影響(P>0.05)．由此可知,壓縮程度的變化對質(zhì)構(gòu)參數(shù)的影響比壓縮速率的變化對質(zhì)構(gòu)參數(shù)的影響要大．由擬合方程的F值、R2值可知,壓縮程度與壓縮速率對藍莓各項質(zhì)構(gòu)參數(shù)的影響程度由大到小依次為:回復性>內(nèi)聚性>硬度1>彈性>咀嚼性>硬度2．加之各質(zhì)構(gòu)參數(shù)的失擬項均不顯著,擬合方程的可靠性極高．因此,在此試驗條件范圍內(nèi),各擬合方程均可用于藍莓TPA測試中的硬度1、硬度2、內(nèi)聚性、彈性、咀嚼性以及回復性的預測分析,具有統(tǒng)計學意義．

由本研究可知,設(shè)置不同的壓縮程度和壓縮速率對藍莓的質(zhì)構(gòu)參數(shù)有很大的影響,因此,深入開展該方面研究,可以提高和完善TPA測試在果蔬品質(zhì)監(jiān)控方面的應用,對果蔬的貯藏方式與物流條件的優(yōu)化以及貨架期的品質(zhì)預測等方面具有重要意義．

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