TPA測(cè)試條件對(duì)豆腐質(zhì)構(gòu)測(cè)試結(jié)果的影響

任凱，陶康，于政鮮，陳圓洪，王水興

(1.南昌大學(xué) 食品學(xué)院，南昌 330031；2.南昌大學(xué) 資源環(huán)境與化工學(xué)院鄱陽湖環(huán)境與資源利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南昌 330031；3.南昌大學(xué) 中德聯(lián)合研究院，南昌 330031)

食品的質(zhì)構(gòu)對(duì)消費(fèi)者的選購(gòu)意向影響很大，目前已開發(fā)出許多測(cè)定食品結(jié)構(gòu)性質(zhì)的方法，其中最常用的方法可能是質(zhì)地多面剖析法(texture profile analysis，TPA)[1]。TPA的測(cè)定過程是模仿人口腔咀嚼食物的過程，通過對(duì)探頭運(yùn)動(dòng)過程中受到的力和時(shí)間的圖譜進(jìn)行分析，可以得到包括硬度(hardness)、彈性(springiness)、脆度(fracturability)、咀嚼性(chewiness)、膠著性(gumminess)、凝聚性(cohesiveness)、回復(fù)性(resilience)等質(zhì)構(gòu)指標(biāo)[2]，有助于質(zhì)量控制和產(chǎn)品開發(fā)，以量化所需的特性，目前TPA在面制品、果蔬、肉制品、乳制品等食品中應(yīng)用廣泛[3-8]。

但在進(jìn)行TPA測(cè)試時(shí)，測(cè)試速度、壓縮比等測(cè)試條件的不同會(huì)明顯影響測(cè)試結(jié)果。如姜松等[9]探究了測(cè)試條件對(duì)雞肉火腿腸TPA測(cè)試值的影響，發(fā)現(xiàn)壓縮比顯著影響硬度、內(nèi)聚性、回復(fù)性的測(cè)試值，此外，朱津津等[10]、王海鷗等[11]、郭風(fēng)軍等[12]分別探究了測(cè)試條件對(duì)湯圓、面包、杏果TPA測(cè)試值的影響，均發(fā)現(xiàn)相似的結(jié)論。目前利用TPA測(cè)試方法來進(jìn)行豆腐質(zhì)構(gòu)的研究已經(jīng)成為普遍方法，但不同研究者選用的TPA測(cè)定條件卻各不相同[13-16]。針對(duì)豆腐TPA測(cè)試中各測(cè)試條件對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，并沒有專門的報(bào)道，這樣勢(shì)必會(huì)阻礙質(zhì)構(gòu)儀在豆腐研究領(lǐng)域的應(yīng)用。

本研究的目的是探究豆腐TPA中，測(cè)試方向、壓縮比、測(cè)試速度和停留時(shí)間等測(cè)試條件對(duì)豆腐TPA測(cè)試值的影響，并進(jìn)行測(cè)試條件的優(yōu)化，最終確定最佳的測(cè)試條件，為建立豆腐質(zhì)構(gòu)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)提供一定的基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

大豆：市售；葡萄糖酸-δ-內(nèi)酯：江西新黃海醫(yī)藥食品化工有限公司；消泡劑：河南省鶴壁宇康食品添加劑有限公司。

DM-Z80自分渣磨漿機(jī) 河北鐵獅磨漿機(jī)械有限公司；電子萬用爐 北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司；Universal TA質(zhì)構(gòu)儀 上海騰拔儀器科技有限公司。

1.2 方法

1.2.1 豆腐的制作

稱取大豆250 g，在4 ℃的溫度下浸泡12 h。然后稱取2167 g的水與瀝干后的大豆混合進(jìn)行碾磨，把生豆?jié){煮沸并保持5 min，隨后添加5 g葡萄糖酸-δ-內(nèi)酯進(jìn)行點(diǎn)腦，然后在80 ℃水浴鍋中保溫5 min，最后進(jìn)行適量壓制成型。

1.2.2 TPA測(cè)試

用質(zhì)構(gòu)儀自帶的取樣器，取每塊豆腐的中心區(qū)域，制作成高10 mm、直徑40 mm的圓柱形豆腐樣品。探頭采用直徑50 mm的柱形探頭P50。

采用控制變量的方法對(duì)豆腐進(jìn)行TPA測(cè)試，分別改變測(cè)試方向(分為垂直和平行兩個(gè)方向，其中垂直方向指測(cè)試時(shí)探頭運(yùn)行的方向與豆腐制作時(shí)壓制的方向垂直，而平行方向則指與豆腐制作時(shí)壓制的方向平行)、測(cè)試速度、壓縮比和停留時(shí)間。

具體測(cè)試條件的設(shè)置：測(cè)試速度分別設(shè)定為垂直和平行兩個(gè)方向；測(cè)試前和返回速度都設(shè)定為1 mm/s，測(cè)試中速度分別設(shè)定為1，2，3，4 mm/s 4個(gè)水平；壓縮比分別設(shè)定為15%、25%、35%、45% 4個(gè)水平；間隔的時(shí)間分別設(shè)定為0，3，6，9，12 s 5個(gè)水平；觸發(fā)力為5 g；數(shù)據(jù)采集速度為200 Hz?？紤]到豆腐樣品的差異性，每個(gè)工況重復(fù)5次。

1.3 數(shù)據(jù)分析

用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS 22.0和Excel 2013對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，分析不同質(zhì)構(gòu)測(cè)試條件對(duì)豆腐質(zhì)構(gòu)測(cè)試結(jié)果的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 測(cè)試方向?qū)Χ垢|(zhì)構(gòu)的影響

豆腐在制作過程中，為了使豆腦凝膠變得緊實(shí)，一般需要進(jìn)行壓制。在進(jìn)行豆腐的TPA測(cè)試時(shí)，測(cè)試方向與壓制方向的關(guān)系會(huì)直接影響豆腐的質(zhì)構(gòu)測(cè)試結(jié)果[17]。在本研究中，把測(cè)試方向與壓制方向垂直時(shí)定義為垂直方向，把測(cè)試方向與壓制方向相同時(shí)定義為平行方向。

圖1 測(cè)試方向?qū)Χ垢|(zhì)構(gòu)的影響Fig.1 The effect of test direction on the texture of tofu

注：字母相同表示沒有顯著性差異，字母不同表示有顯著性差異。

由圖1可知，不同的測(cè)試方向?qū)Χ垢乃匈|(zhì)構(gòu)指標(biāo)均有顯著性(P<0.05)影響，其中對(duì)硬度、彈性和膠著性的影響最大。與此同時(shí)，對(duì)硬度、咀嚼性、膠著性和回復(fù)性的測(cè)試結(jié)果是平行方向大于垂直方向，而對(duì)彈性和凝聚性的測(cè)試結(jié)果是平行方向小于垂直方向。考慮到測(cè)試方法的普適性，豆腐樣品容易出現(xiàn)厚度不夠的情況，所以建議選用平行測(cè)試方向。

2.2 壓縮比和測(cè)試速度對(duì)豆腐質(zhì)構(gòu)測(cè)量值的影響

2.2.1 對(duì)豆腐硬度測(cè)量值的影響

由圖2可知，在測(cè)試速度一定時(shí)，豆腐硬度的測(cè)試值隨著壓縮比的增大而顯著增大，且在不同的測(cè)試速度下，這一變化趨勢(shì)是相同的。與此同時(shí)，測(cè)試速度對(duì)硬度的影響很小，4種測(cè)試速度下豆腐硬度的測(cè)試值沒有顯著性的差異，這是由于隨著壓縮比的增大，豆腐樣品對(duì)測(cè)試探頭的力學(xué)阻力也逐漸增大，從而在質(zhì)構(gòu)測(cè)試結(jié)果上表現(xiàn)為硬度增大；而測(cè)試速度的增加卻不能增加豆腐的力學(xué)阻力，因此測(cè)試速度對(duì)豆腐的硬度無顯著性影響。

圖2 壓縮比和測(cè)試速度對(duì)豆腐硬度測(cè)量值的影響Fig.2 Effect of compression ratio and test speed on hardness of tofu

2.2.2 對(duì)豆腐彈性測(cè)量值的影響

彈性指標(biāo)反映了豆腐在受到壓縮后恢復(fù)到原來狀態(tài)的能力。

圖3 壓縮比和測(cè)試速度對(duì)豆腐彈性測(cè)量值的影響Fig.3 Effect of compression ratio and test speed on springiness of tofu

由圖3可知，不同的壓縮比和測(cè)試速度對(duì)豆腐的彈性測(cè)量值都沒有明顯的影響。

2.2.3 對(duì)豆腐咀嚼性測(cè)量值的影響

咀嚼性可以反映口腔咀嚼食物時(shí)所需要的能量。

圖4 壓縮比和測(cè)試速度對(duì)豆腐咀嚼性測(cè)量值的影響Fig.4 Effect of compression ratio and test speed on chewiness of tofu

由圖4可知，豆腐咀嚼性的測(cè)量值受測(cè)試壓縮比的影響較大，隨著壓縮比的增大，咀嚼性的測(cè)量值也明顯增大，壓縮比從15%增加到45%，咀嚼性的測(cè)量值增大了5倍左右，這也符合咀嚼越徹底，所需能量越多的實(shí)際情況。同時(shí)不同的測(cè)試速度對(duì)咀嚼性的測(cè)量值也有影響，總體表現(xiàn)為測(cè)試速度越大，咀嚼性的測(cè)量值也越大，但影響程度不大。

2.2.4 對(duì)豆腐膠著性測(cè)量值的影響

膠著性被定義為硬度×凝聚性，半固體食品的一個(gè)特點(diǎn)就是具有低硬度、高凝聚性，因此這項(xiàng)指標(biāo)應(yīng)該用于描述半固體食品的口感。

圖5 壓縮比和測(cè)試速度對(duì)豆腐膠著性測(cè)量值的影響Fig.5 Effect of compression ratio and test speed on gumminess of tofu

由圖5可知，豆腐膠著性的測(cè)量值同時(shí)受測(cè)試壓縮比和測(cè)試速度的影響。隨著壓縮比的增加，膠著性的測(cè)量值顯著增加，增幅達(dá)6倍左右；隨著測(cè)試速度的提高，膠著性測(cè)量值也顯著增大，增幅達(dá)2倍左右。

2.2.5 對(duì)豆腐凝聚性測(cè)量值的影響

凝聚性可以反映豆腐樣品內(nèi)部分子之間的結(jié)合力大小，受液體粘結(jié)、毛細(xì)管引力及豆腐本身粘結(jié)性的影響，凝聚性較佳的樣品，顯示探頭也比較容易干凈。

圖6 壓縮比和測(cè)試速度對(duì)豆腐凝聚性測(cè)量值的影響Fig.6 Effect of compression ratio and test speed on cohesiveness of tofu

由圖6可知，當(dāng)測(cè)試速度一定時(shí)，壓縮比對(duì)豆腐樣品凝聚性測(cè)量值的影響作用不明顯，在15%～25%壓縮比變化區(qū)間內(nèi)，豆腐的凝聚性測(cè)量值有少量的增加，隨后基本保持不變。而當(dāng)壓縮程度不變時(shí)，隨著壓縮速度的增大，凝聚性有顯著性的增加。

2.2.6 對(duì)豆腐回復(fù)性測(cè)量值的影響

隨著電機(jī)制造業(yè)產(chǎn)品向變頻化、直驅(qū)化發(fā)展，非工頻電機(jī)越來越多，電機(jī)試驗(yàn)對(duì)試驗(yàn)電源的變頻驅(qū)動(dòng)能力要求也越來越高。

食品的回復(fù)性定義為第一次下壓時(shí)回彈的能力，是壓縮時(shí)所需能量與返回時(shí)樣品釋放的彈性勢(shì)能的比值，反映了食品能以彈性形變保存的能量。

圖7 壓縮比和測(cè)試速度對(duì)豆腐回復(fù)性測(cè)量值的影響Fig.7 Effect of compression ratio and test speed on resilience of tofu

由圖7可知，當(dāng)測(cè)試速度一定時(shí)，豆腐樣品的回復(fù)性隨著壓縮速度的增加而減小，且測(cè)試速度越大，這種減小的趨勢(shì)越明顯。同時(shí)當(dāng)壓縮比不變時(shí)，回復(fù)性隨著測(cè)試速度的提高而顯著增加。

2.2.7 壓縮比和測(cè)試速度對(duì)豆腐質(zhì)構(gòu)測(cè)試數(shù)值影響的方差分析

利用方差分析可以進(jìn)一步判斷測(cè)試壓縮比和測(cè)試速度對(duì)豆腐質(zhì)構(gòu)測(cè)量值的影響情況。

表1 豆腐質(zhì)構(gòu)特性參數(shù)F值的方差分析Table 1 ANOVA of tofu textural parameter F value

注：“**”表示影響極顯著(P<0.01)。

由表1可知，壓縮比的變化對(duì)豆腐除彈性外的質(zhì)構(gòu)測(cè)試值的大小均有極顯著性影響，其中對(duì)硬度、咀嚼性和膠著性的影響最大。而測(cè)試速度的變化會(huì)引起豆腐質(zhì)構(gòu)中的咀嚼性、膠著性、凝聚性和回復(fù)性的極顯著性變化，其中對(duì)回復(fù)性的影響最大，對(duì)硬度和彈性無顯著性影響。

在進(jìn)行TPA測(cè)試時(shí)，如果壓縮比太小，樣品沒有出現(xiàn)明顯的屈服現(xiàn)象，則不能很好地反映樣品兩次壓縮后結(jié)構(gòu)和外觀上的變化；如果壓縮程度過大，則會(huì)導(dǎo)致樣品出現(xiàn)不可逆轉(zhuǎn)的破損，影響回復(fù)能力，也不能反映樣品真實(shí)的受壓狀態(tài)。本實(shí)驗(yàn)在50%壓縮比時(shí)就開始出現(xiàn)樣品破裂的情況，所以綜合考慮建議選用40%的壓縮比。測(cè)試速度能影響探頭與樣品接觸的時(shí)間，一般而言，使用一個(gè)較慢的測(cè)試速度可以更好地反映樣品內(nèi)部組織狀態(tài)的變化，速度太快也會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)穩(wěn)定性變差，所以建議選用2 mm/s的測(cè)試速度。

2.3 停留時(shí)間對(duì)豆腐質(zhì)構(gòu)測(cè)量值的影響

圖8 停頓時(shí)間對(duì)豆腐質(zhì)構(gòu)測(cè)量值的影響Fig.8 Effect of pause time on the texture of tofu

注：字母相同表示沒有顯著性差異，字母不同表示有顯著性差異。

由圖8可知，停頓時(shí)間對(duì)豆腐質(zhì)構(gòu)測(cè)量值基本上沒有明顯性的影響，只對(duì)彈性(P<0.05)和凝聚性(P<0.05)有顯著性影響。停頓時(shí)間能對(duì)豆腐在兩次壓縮之間進(jìn)行充分的回復(fù)，因此時(shí)間不宜過短，本研究建議選用2 s的停頓時(shí)間。

3 討論

本研究探索了測(cè)試方向、壓縮比、測(cè)試速度和停頓時(shí)間對(duì)豆腐TPA測(cè)試結(jié)果的影響。結(jié)果表明：測(cè)試方向、壓縮比和測(cè)試速度對(duì)測(cè)試結(jié)果有顯著性影響，其中平行方向測(cè)得的硬度、咀嚼性、膠著性和回復(fù)性高于垂直方向；隨著壓縮比增大，硬度、咀嚼性、膠著性增大，彈性、凝聚性變化不顯著，回復(fù)性降低；隨著測(cè)試速度的增大，硬度、彈性無顯著性變化，咀嚼性、膠著性、凝聚性、回復(fù)性增大；停頓時(shí)間的變化對(duì)測(cè)試結(jié)果基本上沒有顯著性影響，只對(duì)彈性和凝聚性有影響。因此，在豆腐質(zhì)構(gòu)研究中，要注意測(cè)試條件的影響，結(jié)合實(shí)際合理選取測(cè)試條件，并在TPA測(cè)試結(jié)果中注明。

綜合考慮，對(duì)豆腐的測(cè)試條件進(jìn)行初步優(yōu)化，建議選用平行測(cè)試方向，壓縮比為40%，測(cè)試速度為2 mm/s，停頓時(shí)間為2 s。