質(zhì)構(gòu)儀探頭選擇及樣品處理對(duì)草莓脯TPA測定結(jié)果的影響

胡麗麗，牛麗影，李大婧，張鐘元，肖麗霞，魯茂林*

（1.揚(yáng)州大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225000；2.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，江蘇 南京 210014）

草莓脯是以新鮮或冷凍的草莓為原料，經(jīng)硫處理、糖漬、烘干等工藝制成的半脫水型果品[1-2]。近年來，果脯蜜餞作為休閑零食的重要品類，銷量快速上漲[3]。草莓脯口感糯、韌、彈，且風(fēng)味怡人，受到廣大消費(fèi)者的喜愛，成為果脯消費(fèi)中的新興品類。

質(zhì)地剖面分析（texture profile analysis，TPA）法是一種常用的食品分析方法[4-5]，它可通過模擬人的口腔咀嚼運(yùn)動(dòng)，并根據(jù)感應(yīng)曲線計(jì)算得到硬度、黏力、彈性等表征食品質(zhì)地特征的參數(shù)[6-9]。然而質(zhì)構(gòu)儀測定的結(jié)果會(huì)因儀器測定參數(shù)、探頭選擇、測定樣品的部位和受力方向不同而出現(xiàn)顯著性差異[10-11]，從而影響樣品質(zhì)構(gòu)特性分析的準(zhǔn)確性。因此，除質(zhì)構(gòu)儀測定參數(shù)設(shè)置需優(yōu)化外[6，12-15]，探頭及測定模式也需根據(jù)樣品特性進(jìn)行針對(duì)性選擇。如在蘋果質(zhì)地的測定中，杜昕美等[11]認(rèn)為穿刺法和TPA法均可；Harker等[16-17]則綜合采取了穿刺、拉伸和剪切法幾種方法，認(rèn)為這樣才可以獲得更全面的蘋果質(zhì)地特點(diǎn)。另外，某些食品自身結(jié)構(gòu)具有不均一性，測定時(shí)取樣部位、樣品受力方向也會(huì)造成質(zhì)構(gòu)參數(shù)的顯著差異[4，18]。若在測定食品質(zhì)地時(shí)未考慮上述諸多因素，則會(huì)造成較大的方法誤差，不同產(chǎn)品比較時(shí)難以體現(xiàn)食品本身的差異。

草莓脯作為新興的果脯種類，彈、韌等質(zhì)地特色是其重要的品質(zhì)，并且草莓脯形狀、質(zhì)地與鮮果相比均發(fā)生了很大的變化，但是對(duì)于草莓脯質(zhì)地特性的研究較少。因此，為更準(zhǔn)確地進(jìn)行草莓脯質(zhì)地特征的測定，避免由測定條件帶來的誤差，本研究對(duì)不同探頭、樣品形狀及受力方向測得的草莓脯TPA參數(shù)進(jìn)行比較和離散度分析，旨為質(zhì)構(gòu)儀測定草莓脯的質(zhì)地特性提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

草莓脯：市售，均為同一生產(chǎn)批次。從中選取縱直徑為（2.0±0.2）cm、橫直徑為（1.6±0.2）cm、厚度為（0.7±0.2）cm的草莓脯，分為3組，每組20個(gè)，作為3個(gè)影響因素的測定樣品。

將草莓脯視為由果梗至果頂?shù)目v向軸為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，以其對(duì)稱軸中點(diǎn)為中心點(diǎn)，測試時(shí)將果脯中心點(diǎn)對(duì)應(yīng)質(zhì)構(gòu)儀探頭圓形截面的中心點(diǎn)。以草莓脯中心點(diǎn)為中心，切取邊長1 cm的丁塊進(jìn)行不同探頭和受力方向測試，另外將草莓脯依縱向軸對(duì)稱剖分為二，以剖分面朝下置于測試平臺(tái)進(jìn)行切分樣品測試。

1.2 儀器與設(shè)

質(zhì)構(gòu)分析儀（CT3）、探頭 TA11/1000（Cylinder 25.4 mmD，35 mmL）、探頭 TA39（Cylinder 2 mm D，20 mmL）：美國 Brookfield 公司。

1.3 果脯質(zhì)地的TPA測定

以草莓脯丁塊研究兩種不同探頭與受力方向?qū)PA參數(shù)的影響，其中受力方向以平行于果梗至果頂縱軸方向?yàn)榭v向，垂直于縱軸為橫向。測定受力方向及切分對(duì)質(zhì)構(gòu)參數(shù)影響時(shí)采用TA11探頭。測定參數(shù)設(shè)置均為1.0 mm/s，觸發(fā)力為5 g，壓縮距離為2 mm，循環(huán)次數(shù)為2次。3個(gè)因素影響下每組試驗(yàn)均以10個(gè)草莓脯作為10次重復(fù)進(jìn)行測定。

1.4 整理統(tǒng)計(jì)

采用TexturePro CT軟件采集負(fù)載值隨時(shí)間變化曲線并計(jì)算TPA參數(shù)。對(duì)10次重復(fù)值采用軟件Originpro 2016選擇最大值、最小值、中位數(shù)和兩個(gè)四分位數(shù)5個(gè)特征值進(jìn)行箱線圖繪制并標(biāo)示離群值。選取中位的4次測定值，采用JMP10.0.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行單因素方差分析（ANOVA）和主成分分析（principalcomponent analysis，PCA），其中ANOVA分析采用Tukey-Kramer LSD法進(jìn)行兩兩比較，主成分的提取基于相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同探頭測定草莓脯質(zhì)構(gòu)參數(shù)結(jié)果

兩種探頭測定的草莓脯質(zhì)構(gòu)參數(shù)箱線圖見圖1。不同探頭測定草莓脯質(zhì)地參數(shù)的變異系數(shù)見表1。

箱線圖可直觀反映數(shù)據(jù)分布的中心位置和散布范圍[19-21]。如圖1所示，探頭不同，各參數(shù)箱線圖的箱體高低寬窄均存在差別。從平均值和箱體高低標(biāo)準(zhǔn)來看，除黏力外，TA11在其他4個(gè)參數(shù)的測定值均高于TA39。這4個(gè)參數(shù)中硬度是測試過程中最大的負(fù)載值。彈力是樣品變形后去除外力回復(fù)到原來的高度或體積所需要的力。內(nèi)聚性是指物質(zhì)內(nèi)部相互的吸引力。咀嚼性是指將固體或半固體樣品咀嚼至吞咽前狀態(tài)所需要的能量。試驗(yàn)采用的兩種探頭的差別主要體現(xiàn)為直徑的大小，其中TA11直徑為25.4 mm，接觸面積取決于樣品面積，TA39直徑為2 mm，接觸面積取決于探頭面積，因此兩個(gè)探頭引起的數(shù)據(jù)大小之差可能與樣品和探頭接觸面積大小有關(guān)。

黏力是指將材料表面與待測食物表面分離時(shí)需要的力，在質(zhì)構(gòu)儀測定中指的是在第一次壓縮循環(huán)時(shí)最大的負(fù)向作用。結(jié)果顯示，雖然中值及平均值均以TA39為高，但兩種探頭測定的范圍接近，分別為6 g～26 g和8 g～28 g。這是由于TA39在壓縮至2 mm時(shí)已經(jīng)穿刺表皮，進(jìn)入果肉，而TA11因接觸面積大，仍停留在壓縮果脯表面，當(dāng)壓縮結(jié)束離開時(shí)，果脯對(duì)探頭的黏附作用不僅與接觸面積相關(guān)，還與果皮和果肉的黏附性有關(guān)。果肉的黏附性大于果皮，接觸面積小的TA39因接觸到果肉而使黏力值增加。

圖1 兩種探頭測定的草莓脯質(zhì)構(gòu)參數(shù)箱線圖Fig.1 Box plot of the dried strawberry texture parameters using two kinds of probe

表1 不同探頭測定草莓脯質(zhì)地參數(shù)的變異系數(shù)Table 1 Coefficient variations of dried strawberry texture parameters determinate with different probes

兩種探頭測得的草莓脯TPA參數(shù)除大小不同外，還表現(xiàn)出離散度不同。從圖1可以看出，TA39在黏力、彈力、咀嚼性測定中均出現(xiàn)了離群值。根據(jù)表1，TA11測得的硬度、彈力和內(nèi)聚性的變異系數(shù)小于TA39。一般來說，測定水果等食品的硬度時(shí)多采用直徑小的探頭[8，22]，為獲得較大的彈力一般采用面積較大的探頭[23]。本研究在測定中也表現(xiàn)出直徑大的TA11更適用于測定彈力和內(nèi)聚性。而咀嚼性則表現(xiàn)為TA39測得數(shù)據(jù)更為集中，即便有離群值其變異系數(shù)仍小于TA11。說明需要根據(jù)樣品的特點(diǎn)及所需要測定的質(zhì)構(gòu)特性選擇適宜的探頭。

2.2 不同方向測定草莓脯TPA結(jié)果

草莓脯兩種受力方向下質(zhì)構(gòu)參數(shù)測定值的箱線圖見圖2。不同受力方向測定草莓脯的質(zhì)構(gòu)參數(shù)的變異系數(shù)見表2。

圖2 草莓脯兩種受力方向下質(zhì)構(gòu)參數(shù)測定值的箱線圖Fig.2 Box plots of measured values of texture parameters of dried strawberry under two force

表2 不同受力方向測定草莓脯的質(zhì)構(gòu)參數(shù)的變異系數(shù)Table 2 Variation coefficient of texture parameters of dried strawberry under two force directions

食品組織具有各向異性，由此造成質(zhì)地參數(shù)值的差異[11，22]。由圖2可以看出，當(dāng)草莓脯受力方向?yàn)闄M向時(shí)，硬度和咀嚼性的數(shù)值偏高，但受力方向?yàn)榭v向時(shí)，內(nèi)聚性和彈力值較高，說明草莓脯橫向組織壓縮需要的力較縱向壓縮大，而壓縮后形變恢復(fù)需要的力小。草莓脯在加工過程中形成了橫向扁平結(jié)構(gòu)，所以推測橫向組織更為緊密，而縱向壓縮時(shí)受力方向與草莓維管束的方向一致，可能是彈力較高的原因。在此次測定中，黏力較為特殊，主要表現(xiàn)為縱向測定時(shí)數(shù)值分布范圍較廣，這可能與草莓脯丁塊切面的黏性容易發(fā)生變化有關(guān)。

另外，橫向測定的硬度、彈力、黏力、咀嚼性均出現(xiàn)了離群值，可能因形狀扁平的草莓脯切分時(shí)，橫向接觸面為草莓脯的表面，平整性難于控制，而縱向接觸面為切面，質(zhì)構(gòu)儀以觸發(fā)力判定接觸時(shí)更為準(zhǔn)確。本次測定橫向受力硬度最大值為1 548 g，最低值為98 g，二者比值達(dá)15.80，這種差別可能與草莓脯個(gè)體在加工貯運(yùn)等過程中橫向受壓程度不同有關(guān)，如果橫向已經(jīng)發(fā)生不可恢復(fù)形變，再以壓縮同樣距離測定硬度時(shí)勢必出現(xiàn)較高的測定值。由表2可以看出，5個(gè)參數(shù)的變異系數(shù)均表現(xiàn)為橫向大于縱向。綜上，草莓脯質(zhì)構(gòu)測定中受力方向會(huì)對(duì)質(zhì)構(gòu)參數(shù)造成影響。

2.3 切分對(duì)草莓脯質(zhì)構(gòu)參數(shù)測定值的影響

完整和切分草莓脯質(zhì)構(gòu)參數(shù)測定值的箱線圖見圖3，完整和切分草莓脯TPA質(zhì)構(gòu)參數(shù)的變異系數(shù)見表3。

圖3 完整和切分草莓脯質(zhì)構(gòu)參數(shù)測定值的箱線圖Fig.3 Box plot of the determination results of texture parameters of whole and cut dried

表3 完整和切分草莓脯TPA質(zhì)構(gòu)參數(shù)的變異系數(shù)Table 3 Coefficient of variation of TPA texture parameters of whole and sliced dried strawberry

樣品是否切分也會(huì)影響到TPA測定的質(zhì)構(gòu)參數(shù)，從圖3可以看出，除黏力外，完整草莓脯各參數(shù)的測定值均高于切分后樣品，可能由于草莓脯表皮較果肉更具有韌性，切面為相對(duì)柔軟的果肉，使得切分樣品在壓縮時(shí)所需力較小。通過比較各參數(shù)箱線圖箱體的寬窄，可以發(fā)現(xiàn)，未切分草莓脯的5個(gè)參數(shù)的箱體較切分后草莓脯的箱體窄，說明了未切分的草莓脯測定值更為集中。另外，雖然完整樣品的內(nèi)聚性測定值出現(xiàn)了離群值，但根據(jù)表3可以看出，其變異系數(shù)除黏力外均小于切分樣品的測定值。完整和切分草莓脯的內(nèi)聚性和咀嚼性均出現(xiàn)了離群值，去除離群值后內(nèi)聚性的變異系數(shù)分別為19%和33%，咀嚼性分別為41%和81%，仍以完整樣品較小。因此，完整樣品測定的質(zhì)構(gòu)參數(shù)具有更小的變異系數(shù)。

2.4 3種影響因素對(duì)草莓脯質(zhì)構(gòu)測定影響的綜合分析

為比較3個(gè)因素對(duì)草莓脯質(zhì)構(gòu)測定的影響程度，選取10次測定值大小居中的4個(gè)值，對(duì)6組測定的5個(gè)參數(shù)值分別進(jìn)行單因素方差分析，結(jié)果見表4。

表4 不同測定條件下測得的質(zhì)構(gòu)參數(shù)值比較Table 4 Texture parameters comparison of dried strawberry using different methods

由表4可知，完整草莓（TA11-W-H）的硬度和咀嚼性顯著高于切分草莓（TA11-Q-H）。這可能是由于丁塊相比完整果脯及切分果脯小，與探頭的接觸面積也不同。另外，不同探頭和壓縮方向測定形狀為丁塊時(shí)，仍未表現(xiàn)出顯著差異，說明草莓脯形狀對(duì)質(zhì)構(gòu)測定值的影響大于探頭及受力方向。

黏力以TA11-Q-H為最高，其次為TA11-W-H、TA39-D-H、TA11-D-Z、TA11-D-H1 與 TA11-D-H2。結(jié)合分析黏力值大小分布與測定時(shí)樣品處理方式可知，草莓脯果肉切面黏力高于表皮，并且此值與樣品和探頭或測試平臺(tái)接觸面積大小有關(guān)。黏力值最高的TA11-Q-H具有最大的切面與平臺(tái)接觸面積，黏力值次高的TA11-W-H具有最大的表皮與探頭接觸面積，數(shù)值居中的TA39-D-H與TA11-D-Z存在果肉接觸面，而黏力值偏小的TA11-D-H1與TA11-D-H2不僅接觸面積最小，而且僅為表皮接觸。這說明黏力測定時(shí)需要考慮樣品與探頭和平臺(tái)接觸面積與接觸面性質(zhì)的一致性。

除TA39-D-H外，其他5種測定探頭均為TA11，測定的彈力值呈現(xiàn)出與黏力值相反的趨勢，即黏力最高的TA11-Q-H彈力最低，黏力最低的TA11-D-H2彈力最高。經(jīng)相關(guān)性分析結(jié)果表明，二者存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系（y=-0.003 3x+0.338 1，R2=0.972 9）。說明彈力測定時(shí)要考慮黏力的負(fù)向作用。

內(nèi)聚性的測定值呈現(xiàn)3個(gè)梯度，最高的為TA11-D-H2、TA11-D-H1、TA11-D-Z，其次為 TA11-W-H，最小的為TA39-D-H和TA11-Q-H。說明內(nèi)聚力對(duì)受力方向變化不敏感，而探頭及接觸面積的變化會(huì)對(duì)其造成顯著影響。同樣選取TA11測定的5個(gè)值與黏力進(jìn)行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)參數(shù)顯著負(fù)相關(guān)（y=-0.004 7x+0.766 9，R2=0.949 9）。說明內(nèi)聚性與彈力之間存在正相關(guān)性，而與黏力呈負(fù)相關(guān)性。

研究中有兩組試驗(yàn)采用了相同的測定方式，即TA11-D-H1與TA11-D-H2，這兩組數(shù)據(jù)在硬度、黏力、彈力、內(nèi)聚力上差異均不顯著，但是TA11-D-H2硬度值的標(biāo)準(zhǔn)偏差較大，并且咀嚼性偏低。這說明測定時(shí)還需考慮草莓脯的個(gè)體差異與樣品隨時(shí)間變化的影響。

為直觀展示TPA參數(shù)與測定方法之間的關(guān)系，采用表4中的平均值進(jìn)行了主成分分析，結(jié)果圖4。

圖4 不同方法測定的5個(gè)TPA參數(shù)的主成分分析圖Fig.4 PCA profile of the TPA parameters determined using different methods

如圖4所示，主成分1的方差貢獻(xiàn)率為63.6%，主成分2的方差貢獻(xiàn)率為30.8%，二者之和達(dá)94.4%，可以很好解釋原始數(shù)據(jù)信息。由圖4可知，咀嚼性、硬度和TA11-W-H最為接近，黏力和TA11-Q-H最為接近，表征TA11-W-H在咀嚼性和硬度、TA11-Q-H在黏力上具有最高值的特點(diǎn)，另外，TA11-D-H1和TA11-D-H2的彈力和內(nèi)聚性接近，驗(yàn)證了二者的測定值接近。TA11-D-Z與TA11-D-H1和TA11-D-H2雖然空間位置接近，但位于不同的象限，體現(xiàn)了三者雖數(shù)值接近但仍存在差異的特點(diǎn)。TA39-D-H則在主成分2上得分最低，顯示了不同探頭的差別，另外相比其他4組測定，TA39-D-H的空間位置與黏力及TA11-Q-H更為接近，體現(xiàn)了在黏力上TA39-D-H較其他組更接近TA11-Q-H。

3 結(jié)論

TPA法測定草莓脯質(zhì)地的過程中，不同探頭、樣品受力方向以及樣品是否切分都會(huì)導(dǎo)致最終測定結(jié)果的不同，并且樣品形狀以及探頭/測試平臺(tái)接觸面特點(diǎn)對(duì)質(zhì)構(gòu)參數(shù)測定影響最大。小直徑探頭壓縮過程中部分樣品可能形成刺入模式，進(jìn)而形成對(duì)表皮壓縮與刺穿表皮與果肉接觸的差異，使得小直徑探頭測定值更易出現(xiàn)離群值，因此直徑較大的TA11更適用于彈力和內(nèi)聚性這種需要依據(jù)兩次壓縮過程計(jì)算的參數(shù)。在橫向和縱向測定草莓脯的質(zhì)構(gòu)參數(shù)時(shí)，數(shù)值變化范圍接近，在篩取中位數(shù)值進(jìn)行方差分析時(shí)除彈力外差異不顯著，說明草莓脯的質(zhì)構(gòu)特性在不同方向差別較小。對(duì)稱切分可形成果肉切面為受力面，從而質(zhì)地參數(shù)的測定值與完整果脯的測定值出現(xiàn)較大差異，硬度、彈力、內(nèi)聚性和咀嚼性測定值低而黏力增大。綜上所述，在草莓脯質(zhì)構(gòu)測定時(shí)，要綜合考慮探頭、測定模式、目標(biāo)參數(shù)需求，保持草莓脯形狀、大小及測定時(shí)樣品表面特征一致，才能獲得更為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。