TPA測試條件對豆腐質構測試結果的影響

任凱，陶康，于政鮮，陳圓洪，王水興

(1.南昌大學 食品學院，南昌 330031；2.南昌大學 資源環境與化工學院鄱陽湖環境與資源利用教育部重點實驗室，南昌 330031；3.南昌大學 中德聯合研究院，南昌 330031)

食品的質構對消費者的選購意向影響很大，目前已開發出許多測定食品結構性質的方法，其中最常用的方法可能是質地多面剖析法(texture profile analysis，TPA)[1]。TPA的測定過程是模仿人口腔咀嚼食物的過程，通過對探頭運動過程中受到的力和時間的圖譜進行分析，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)、回復性(resilience)等質構指標[2]，有助于質量控制和產品開發，以量化所需的特性，目前TPA在面制品、果蔬、肉制品、乳制品等食品中應用廣泛[3-8]。

但在進行TPA測試時，測試速度、壓縮比等測試條件的不同會明顯影響測試結果。如姜松等[9]探究了測試條件對雞肉火腿腸TPA測試值的影響，發現壓縮比顯著影響硬度、內聚性、回復性的測試值，此外，朱津津等[10]、王海鷗等[11]、郭風軍等[12]分別探究了測試條件對湯圓、面包、杏果TPA測試值的影響，均發現相似的結論。目前利用TPA測試方法來進行豆腐質構的研究已經成為普遍方法，但不同研究者選用的TPA測定條件卻各不相同[13-16]。針對豆腐TPA測試中各測試條件對測試結果的影響，并沒有專門的報道，這樣勢必會阻礙質構儀在豆腐研究領域的應用。

本研究的目的是探究豆腐TPA中，測試方向、壓縮比、測試速度和停留時間等測試條件對豆腐TPA測試值的影響，并進行測試條件的優化，最終確定最佳的測試條件，為建立豆腐質構測試標準提供一定的基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

大豆：市售；葡萄糖酸-δ-內酯：江西新黃海醫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 河北鐵獅磨漿機械有限公司；電子萬用爐 北京市永光明醫療儀器有限公司；Universal TA質構儀 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行碾磨，把生豆漿煮沸并保持5 min，隨后添加5 g葡萄糖酸-δ-內酯進行點腦，然后在80 ℃水浴鍋中保溫5 min，最后進行適量壓制成型。

1.2.2 TPA測試

用質構儀自帶的取樣器，取每塊豆腐的中心區域，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豆腐進行TPA測試，分別改變測試方向(分為垂直和平行兩個方向，其中垂直方向指測試時探頭運行的方向與豆腐制作時壓制的方向垂直，而平行方向則指與豆腐制作時壓制的方向平行)、測試速度、壓縮比和停留時間。

具體測試條件的設置：測試速度分別設定為垂直和平行兩個方向；測試前和返回速度都設定為1 mm/s，測試中速度分別設定為1，2，3，4 mm/s 4個水平；壓縮比分別設定為15%、25%、35%、45% 4個水平；間隔的時間分別設定為0，3，6，9，12 s 5個水平；觸發力為5 g；數據采集速度為200 Hz。考慮到豆腐樣品的差異性，每個工況重復5次。

1.3 數據分析

用統計軟件SPSS 22.0和Excel 2013對試驗結果進行統計分析，分析不同質構測試條件對豆腐質構測試結果的影響。

2 結果與分析

2.1 測試方向對豆腐質構的影響

豆腐在制作過程中，為了使豆腦凝膠變得緊實，一般需要進行壓制。在進行豆腐的TPA測試時，測試方向與壓制方向的關系會直接影響豆腐的質構測試結果[17]。在本研究中，把測試方向與壓制方向垂直時定義為垂直方向，把測試方向與壓制方向相同時定義為平行方向。

圖1 測試方向對豆腐質構的影響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，不同的測試方向對豆腐的所有質構指標均有顯著性(P<0.05)影響，其中對硬度、彈性和膠著性的影響最大。與此同時，對硬度、咀嚼性、膠著性和回復性的測試結果是平行方向大于垂直方向，而對彈性和凝聚性的測試結果是平行方向小于垂直方向。考慮到測試方法的普適性，豆腐樣品容易出現厚度不夠的情況，所以建議選用平行測試方向。

2.2 壓縮比和測試速度對豆腐質構測量值的影響

2.2.1 對豆腐硬度測量值的影響

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

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

2.2.2 對豆腐彈性測量值的影響

彈性指標反映了豆腐在受到壓縮后恢復到原來狀態的能力。

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

由圖3可知，不同的壓縮比和測試速度對豆腐的彈性測量值都沒有明顯的影響。

2.2.3 對豆腐咀嚼性測量值的影響

咀嚼性可以反映口腔咀嚼食物時所需要的能量。

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

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

2.2.4 對豆腐膠著性測量值的影響

膠著性被定義為硬度×凝聚性，半固體食品的一個特點就是具有低硬度、高凝聚性，因此這項指標應該用于描述半固體食品的口感。

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

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

2.2.5 對豆腐凝聚性測量值的影響

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

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

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

2.2.6 對豆腐回復性測量值的影響

隨著電機制造業產品向變頻化、直驅化發展，非工頻電機越來越多，電機試驗對試驗電源的變頻驅動能力要求也越來越高。

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

圖7 壓縮比和測試速度對豆腐回復性測量值的影響Fig.7 Effect of compression ratio and test speed on resilience of tofu

由圖7可知，當測試速度一定時，豆腐樣品的回復性隨著壓縮速度的增加而減小，且測試速度越大，這種減小的趨勢越明顯。同時當壓縮比不變時，回復性隨著測試速度的提高而顯著增加。

2.2.7 壓縮比和測試速度對豆腐質構測試數值影響的方差分析

利用方差分析可以進一步判斷測試壓縮比和測試速度對豆腐質構測量值的影響情況。

表1 豆腐質構特性參數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，壓縮比的變化對豆腐除彈性外的質構測試值的大小均有極顯著性影響，其中對硬度、咀嚼性和膠著性的影響最大。而測試速度的變化會引起豆腐質構中的咀嚼性、膠著性、凝聚性和回復性的極顯著性變化，其中對回復性的影響最大，對硬度和彈性無顯著性影響。

在進行TPA測試時，如果壓縮比太小，樣品沒有出現明顯的屈服現象，則不能很好地反映樣品兩次壓縮后結構和外觀上的變化；如果壓縮程度過大，則會導致樣品出現不可逆轉的破損，影響回復能力，也不能反映樣品真實的受壓狀態。本實驗在50%壓縮比時就開始出現樣品破裂的情況，所以綜合考慮建議選用40%的壓縮比。測試速度能影響探頭與樣品接觸的時間，一般而言，使用一個較慢的測試速度可以更好地反映樣品內部組織狀態的變化，速度太快也會導致數據穩定性變差，所以建議選用2 mm/s的測試速度。

2.3 停留時間對豆腐質構測量值的影響

圖8 停頓時間對豆腐質構測量值的影響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，停頓時間對豆腐質構測量值基本上沒有明顯性的影響，只對彈性(P<0.05)和凝聚性(P<0.05)有顯著性影響。停頓時間能對豆腐在兩次壓縮之間進行充分的回復，因此時間不宜過短，本研究建議選用2 s的停頓時間。

3 討論

本研究探索了測試方向、壓縮比、測試速度和停頓時間對豆腐TPA測試結果的影響。結果表明：測試方向、壓縮比和測試速度對測試結果有顯著性影響，其中平行方向測得的硬度、咀嚼性、膠著性和回復性高于垂直方向；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，回復性降低；隨著測試速度的增大，硬度、彈性無顯著性變化，咀嚼性、膠著性、凝聚性、回復性增大；停頓時間的變化對測試結果基本上沒有顯著性影響，只對彈性和凝聚性有影響。因此，在豆腐質構研究中，要注意測試條件的影響，結合實際合理選取測試條件，并在TPA測試結果中注明。

綜合考慮，對豆腐的測試條件進行初步優化，建議選用平行測試方向，壓縮比為40%，測試速度為2 mm/s，停頓時間為2 s。