午餐肉罐頭質(zhì)地多面分析法的建立與優(yōu)化

耿戰(zhàn)輝，李志強，陳蕊君，徐騰月，石宇初，馬秀玲

（軍事科學院系統(tǒng)工程研究院軍需工程技術研究所，北京 100010）

午餐肉罐頭是一種罐裝壓縮肉糜食品，主要原料是豬肉、牛肉和淀粉等，食用方便且易于保存和攜帶[1-3]。在軍用食品體系中，午餐肉罐頭是部隊官兵在執(zhí)行任務時攝取蛋白質(zhì)、脂肪和能量的重要肉類食品，其品質(zhì)優(yōu)劣、軟硬程度、咀嚼性能等會直接影響官兵的食用感受和接受度。在感官評價方面，常用的主觀評價方法會因個人喜好、情緒狀態(tài)、環(huán)境條件等因素而容易產(chǎn)生偏差[4-5]。

物性測試儀質(zhì)地多面分析（texture profile analysis，TPA）主要通過模擬人口腔咀嚼食物的機械過程，對試樣進行兩次壓縮，在此過程中測試探頭對試樣產(chǎn)生的受力值及受力時間等，通過分析計算全面客觀反映食品的質(zhì)構特性[6-10]。近年來，運用TPA法研究食品質(zhì)構性能多見于果蔬[11-14]、面制品[15-16]、谷類[17-18]等產(chǎn)品上，而午餐肉罐頭的研究主要集中在糧食配方[19-21]、肉品種類[22]、加熱工藝[23]、成分分析[24]等方面，對其感官質(zhì)構性能測定方法的研究鮮有報道。本文應用TPA法對測試條件進行全面分析與優(yōu)化，比較不同測試條件對午餐肉罐頭硬度、彈性、內(nèi)聚性、咀嚼性等質(zhì)地參數(shù)的影響，以期建立針對性強、穩(wěn)定性好，能客觀反映午餐肉罐頭質(zhì)構性能的測試方法，為午餐肉配方、工藝改進及品質(zhì)提升提供技術依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

午餐肉罐頭：秦皇島海洋食品有限公司。TA.XT.PLUS物性測定儀、P/100探頭：英國Stable Micro Systems公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 操作流程

受試午餐肉為長方體狀，形狀較規(guī)則，組織結構均勻，因此將樣品尺寸確定為20 mm×20 mm×20 mm的正方體。對探頭進行力量校正和高度校正，設定儀器測定參數(shù)，將樣品放置探頭正下方中央處，開始測試。由TPA質(zhì)構特征曲線得到午餐肉罐頭質(zhì)構性能，包括硬度、彈性、內(nèi)聚性、咀嚼性[25-26]。典型的TPA質(zhì)構特征曲線如圖1所示。

圖1 典型TPA質(zhì)構特征曲線Fig.1 Typical texture curve of TPA

硬度：第1次下壓過程中的最大力量值。樣品在組織結構發(fā)生斷裂變形的情況下，以第1次下壓過程中的第2個峰為處力值。硬度是最直接反映口感的指標，在質(zhì)地剖面分析中，直接影響咀嚼性、膠著性及內(nèi)聚性。

彈性：兩次壓縮過程中下壓時間之比，即圖1中t2/t1，反映了試樣受到徹底壓縮時在一段時間內(nèi)恢復變形的能力。

內(nèi)聚性：兩次壓縮過程的曲線面積比，即圖1中面積2/面積1，反映了咀嚼時試樣抵抗受損并緊密連接使自身保持完整的性質(zhì)。

咀嚼性：反映樣品對咀嚼的持續(xù)抵抗性，即所謂“咬勁”，代表咀嚼固體食物需要的能量，是硬度、內(nèi)聚性、彈性三者的乘積[27]。

1.2.2 測試條件篩選試驗

按照以下參數(shù)設定進行預試驗，分析5個測試條件與午餐肉罐頭硬度、彈性、內(nèi)聚性和咀嚼性的相關性，篩選出顯著相關的測試條件。

1.2.2.1 壓縮程度篩選試驗

設定測試前速度1 mm/s、測試速度1 mm/s、測試后速度1 mm/s、觸發(fā)力10 g、停留時間5 s，壓縮程度分別取20%、30%、40%、50%、60%、70%進行試驗。

1.2.2.2 測試前速度篩選試驗

設定測試速度1 mm/s、測試后速度1 mm/s、觸發(fā)力10 g、停留時間5 s、壓縮程度40%，測試前速度分別取 0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 mm/s進行試驗。

1.2.2.3 測試速度篩選試驗

設定測試前速度1 mm/s、測試后速度1 mm/s、觸發(fā)力10 g、停留時間5 s、壓縮程度40%，測試速度分別取0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 mm/s進行試驗。

1.2.2.4 觸發(fā)力篩選試驗

設定測試前速度1 mm/s、測試速度1 mm/s、測試后速度1 mm/s、停留時間5 s、壓縮程度40%、觸發(fā)力分別取 5、10、15、20、25、30 g進行試驗。

1.2.2.5 停留時間篩選試驗

設定測試前速度1 mm/s、測試速度1 mm/s、測試后速度1 mm/s、觸發(fā)力10 g、停留時間5 s、壓縮程度40%，停留時間分別取 1、3、5、7、9 s進行試驗。

1.2.3 最優(yōu)測試條件篩選試驗

利用Design Expert 10.0.4軟件的中心組合設計方法，選擇測試條件篩選試驗結果中對質(zhì)構性能表征參數(shù)有顯著影響的測試條件，分析其較優(yōu)條件范圍，作為自變量，并以硬度、彈性、內(nèi)聚性、咀嚼性測定值的變異系數(shù)（coefficient of variation，CV）為響應值，進行響應面試驗。通過軟件設計獲得的每個組配方案分別進行10組平行試驗，獲得平均值與標準差，標準差與平均值的比值即為變異系數(shù)，反映測定值的離散程度。對結果進行分析統(tǒng)計，得到最優(yōu)測試條件。

1.3 統(tǒng)計方法

采用SPSS 24.0和Excel軟件對試驗數(shù)據(jù)進行分析處理。

2 結果與分析

2.1 各測試條件對質(zhì)構性能影響的相關性分析

由設定5個測試條件的不同水平分別測定午餐肉罐頭的硬度、彈性、內(nèi)聚性和咀嚼性，所得數(shù)據(jù)用SPSS 24.0進行威爾遜相關性分析，結果見表1。

表1 測試條件對質(zhì)構特性影響的相關性分析Table 1 Correlation analysis of the influence of test conditions on texture properties

由表1可知，壓縮程度對硬度和彈性的影響顯著（P<0.05），對內(nèi)聚性的影響極顯著（P<0.01），而對咀嚼性的影響不顯著；測試速度對硬度、內(nèi)聚性和咀嚼性的影響顯著（P<0.05），而對彈性的影響不顯著。通過分析得出，在對午餐肉進行TPA質(zhì)構分析中，壓縮程度和測試速度對午餐肉的質(zhì)構性能的相關性，對測定結果有較大影響。測試前速度、觸發(fā)力和停留時間均對硬度、彈性、內(nèi)聚性和咀嚼性無顯著影響，無相關性，因此不列入響應面試驗。

2.1.1 壓縮程度對質(zhì)構性能的影響

壓縮程度對受試樣品硬度、彈性、內(nèi)聚性和咀嚼性的影響結果見圖2，樣品外觀形變情況見圖3。

圖2 壓縮程度對質(zhì)構性能的影響Fig.2 Effect of compression degree on texture properties

圖3 壓縮程度對外觀形變的影響Fig.3 Influence of compression degree on appearance deformation

由圖2可知，隨著壓縮程度的增大，硬度總體呈上升趨勢，表明午餐肉內(nèi)部結構變得緊密，發(fā)生形變的力不斷增大；彈性隨著壓縮程度的增大呈緩慢降低趨勢，當壓縮程度達到60%時，彈性大幅下降，表明組織結構破壞嚴重，恢復力驟減；內(nèi)聚性隨著壓縮程度的增大持續(xù)減小，表明隨著壓縮程度的不斷增加，內(nèi)部結構不斷被破壞；咀嚼性隨著壓縮程度的增大呈先增大后減小的趨勢，在壓縮程度為40%時出現(xiàn)轉折。由圖3可知，當壓縮程度為30%，有少量油脂析出，但組織結構未發(fā)生肉眼可見的變化；當壓縮程度達40%時，樣品表面出現(xiàn)肉眼可見的裂紋，表明內(nèi)部組織開始出現(xiàn)破損；當壓縮程度達50%，樣品出現(xiàn)多處裂口和嚴重堆積現(xiàn)象，表明組織結構破壞嚴重。綜上，當壓縮程度大于50%時，試驗受損嚴重，咀嚼性和內(nèi)聚性急劇降低，彈性明顯下降，已不能客觀反映試樣的質(zhì)構特性；而當壓縮程度小于30%時，試樣受力值小，受力時間較短，不利于體現(xiàn)其質(zhì)構特性。因此選擇壓縮程度30%～50%進行響應面試驗。

For the saturated regime, putting, the transconductance was:

2.1.2 測試速度對質(zhì)構性能的影響

測試速度對硬度、彈性、內(nèi)聚性和咀嚼性的影響見圖4。

圖4 測試速度對質(zhì)構性能的影響Fig.4 Effect of test speed on texture properties

由圖4可知，隨著測試速度的增加，硬度、內(nèi)聚性和咀嚼性總體呈增大趨勢，彈性無明顯變化。在0.5mm/s～1.5 mm/s范圍內(nèi)，數(shù)值波動較大。因此選擇測試速度1.5 mm/s～3.0 mm/s進行響應面試驗。

2.2 響應面試驗

2.2.1 響應面試驗結果

根據(jù)測試條件篩選試驗結果，采用響應面的中心組合設計法對質(zhì)構性能表征參數(shù)有顯著影響的測試條件進行優(yōu)化。分別取壓縮程度（A）、測試速度（B）為自變量，以硬度、彈性、內(nèi)聚性、咀嚼性的變異系數(shù)為響應值進行分析。響應面試驗結果見表2。各項質(zhì)構性能的擬合方程及相關系數(shù)見表3，各項質(zhì)構參數(shù)擬合因素的顯著性分析見表4。

表2 響應面設計方案與試驗結果Table 2 Design scheme of response surface design and corresponding results

表3 質(zhì)構參數(shù)的擬合方程及相關系數(shù)Table 3 The fitting equations and correlation coefficients of different texture parameters

表4 質(zhì)構參數(shù)擬合因素的顯著性分析Table 4 Significance analysis of fitting factors of texture parameters

由表3、表4可知，A、A2、B2均對硬度變異系數(shù)影響極顯著（P<0.01），AB 影響顯著（P<0.05），而 B 影響不顯著。表明相較于測試速度，壓縮程度對硬度變異系數(shù)的影響更大，且兩者存在交互作用；同時，壓縮程度對硬度變異系數(shù)的影響有線性變化，也有二次方變化，二次方變化更為突出。B、B2、AB均對彈性變異系數(shù)影響極顯著（P<0.01），A2影響顯著（P<0.05），而A影響不顯著。表明相較于壓縮程度，測試速度對彈性變異系數(shù)的影響更大，這種影響既有線性變化，也有二次方變化；同時，兩因素之間存在顯著交互作用。A對內(nèi)聚性變異系數(shù)影響極顯著（P<0.01），A2、AB影響顯著（P<0.05），而B、B2影響不顯著。表明兩因素中，僅壓縮程度對內(nèi)聚性變異系數(shù)有顯著影響，這種影響既有線性變化，也有二次方變化，以線性變化更為突出。A、A2對咀嚼性變異系數(shù)影響極顯著（P<0.01），B2影響顯著（P<0.05），而B、AB影響不顯著。表明相較于測試速度，壓縮程度對咀嚼性變異系數(shù)的影響更大，這種影響既有線性變化，也有二次方變化，以線性變化更為突出。兩因素之間無明顯相互作用。

2.2.2 兩因素對硬度變異系數(shù)的影響

硬度變異系數(shù)的響應面圖和等高線圖見圖5。

圖5 硬度變異系數(shù)的響應面圖和等高線圖Fig.5 Contour line and response surface of the CV of hardness

由圖5可知，測試速度一定時，硬度變異系數(shù)隨壓縮程度的增加呈先減小后增大的趨勢；壓縮程度一定時，硬度的變異系數(shù)隨測試速度增加呈先減小后增大的趨勢。極小值處響應面形成一個凹點，即最小離散值。各參數(shù)對硬度變異系數(shù)的擬合方程F值為22.39（P<0.01），R2為0.94，失擬項不顯著，回歸模型理想。

2.2.3 兩因素對彈性變異系數(shù)的影響

彈性變異系數(shù)的響應面圖和等高線圖見圖6。

圖6 彈性變異系數(shù)的響應面圖和等高線圖Fig.6 Contour line and response surface of the CV of springiness

由圖6可知，兩因素對彈性變異系數(shù)較為復雜。當測試速度較小時，彈性變異系數(shù)隨壓縮程度增加而增大；當測試速度較大時，彈性變異系數(shù)隨壓縮程度增大而減?。划攭嚎s程度較小時，彈性變異系數(shù)隨測試速度的增加而增大；當壓縮程度較大時，彈性的變異系數(shù)隨測試速度的增大而減小。各參數(shù)對彈性變異系數(shù)的擬合方程F 值為18.87（P<0.01），R2為 0.93，失擬項不顯著，回歸模型理想。

2.2.4 兩因素對內(nèi)聚性變異系數(shù)的影響

內(nèi)聚性變異系數(shù)的響應面圖和等高線圖見圖7。

圖7 內(nèi)聚性變異系數(shù)的響應面圖和等高線圖Fig.7 Contour line and response surface of the CV of cohesiveness

由圖7可知，當測試速度一定時，內(nèi)聚性的變異系數(shù)隨壓縮程度的增大而增大；而壓縮程度一定時，內(nèi)聚性的變異系數(shù)隨測試速度變化不明顯。各參數(shù)對內(nèi)聚性變異系數(shù)的擬合方程F值為19.41（P<0.01），R2為0.93，失擬項不顯著，回歸模型理想。

2.2.5 兩因素對咀嚼性變異系數(shù)的影響

咀嚼性變異系數(shù)的響應面圖和等高線圖見圖8。

圖8 咀嚼性變異系數(shù)的響應面圖和等高線圖Fig.8 Contour line response surface of the CV of chewiness

由圖8可知，當測試速度一定時，咀嚼性變異系數(shù)隨壓縮程度的增大而增大；當壓縮程度一定時，咀嚼性變異系數(shù)隨測試速度變化不明顯。各參數(shù)對咀嚼性變異系數(shù)的擬合方程F值為32.94（P<0.01），R2為0.96，失擬項不顯著，回歸模型理想。

2.3 驗證試驗

以各項質(zhì)構參數(shù)測定結果的變異系數(shù)為響應值，利用中心組合設計方法對回歸模型進行分析和驗證，結合回歸方程的三維響應面圖和等高線，獲得最優(yōu)測試條件為壓縮程度34.71%，測試速度2.21 mm/s。在此條件下進行重復10次的平行驗證試驗，結果見表5。

表5 優(yōu)化條件下的驗證試驗結果Table 5 Optimal conditions for simulation and experimental verification results

由表5可知，硬度實測值的變異系數(shù)低于預測值，彈性、內(nèi)聚性、咀嚼性實測值的變異系數(shù)與預測值基本一致。結果表明通過響應面法優(yōu)化的測試條件參數(shù)基本可靠，模型較好地反映質(zhì)構參數(shù)與測試條件之間的關系。

3 結論

通過儀器測定評價食品品質(zhì)特性，具有方法標準規(guī)范、結果客觀定量等優(yōu)點，但同時也受到食品自身性質(zhì)、外形尺寸及各種測試條件的影響。如果測定方法、條件參數(shù)的選擇和設置不合理，容易產(chǎn)生系統(tǒng)性偏差，以致不能正確反映試樣的本質(zhì)特性。針對特定屬性的食品，首先要明確能夠反映其主要質(zhì)構特點的關鍵性能指標，在此基礎上方可進行方法及條件參數(shù)的篩選和優(yōu)化。

本文以硬度、彈性、內(nèi)聚性、咀嚼性等直接影響午餐肉食用口感和接受性的指標為考察對象，用TPA法對相關測試條件進行了篩選和優(yōu)化。分析了壓縮程度、測試前速度、測試速度、觸發(fā)力、停留時間等對受試樣品質(zhì)構特性的影響，從中篩選出壓縮程度、測試速度對午餐肉罐頭質(zhì)構特性具有顯著影響。利用響應面的中心組合法進行組配設計和相應試驗，對試驗結果進行模擬分析，獲得最佳條件參數(shù)為壓縮程度34.71%，測試速度2.21 mm/s。在此條件下，得到的各質(zhì)構參數(shù)結果的變異系數(shù)實測值與預測值基本一致。依照本文建立優(yōu)化的測試條件，午餐肉罐頭的質(zhì)地多面性測試結果變異系數(shù)較小、結果穩(wěn)定性較好，對同類產(chǎn)品的質(zhì)地測評具有一定借鑒意義。