什么是食品质地?如何测量食品质地

了解食品质地分析仪、典型的试验类型和软件控制。
什么是食品质地?如何测量食品质地?

质构测试是一种用于评估原材料的机械和物理性能、食品结构和设计,以及前期和后期质量控制的成熟技术。质构测试可应用于广泛的食品种类,包括烘焙食品、谷类食品、糖果、零食、乳制品、水果、蔬菜、凝胶、肉类、家禽类、鱼类、面食,甚至是宠物食品。由于质构是一个与触觉有关的属性,可以轻易地使用力为单位以机械化方法来测定。 

在食品质构测试方面,例如压缩、拉伸和弯曲的标准测试用于测量硬度、脆度、酥性、柔软性、弹性、粘性和其他的食品性能。在比较机械化质构分析与经过培训的人类感官板的结果之后,该测定显示质构品质与有关的各种感官属性拥有很高的相关性。

从质构特性可以追溯到天然食品如水果、蔬菜、肉类和鱼类的生长或饲养方式,而对于加工食品则可使用其质构特性优化该过程。食品质构分析可以在整个供应链到生产过程中突显质量改进的机会。在研究和开发的阶段里,新建或替代性的配方可以与现有的配方进行比较。食品的质构分析被用于生产过程调节的测量和控制,例如温度、湿度和烹调时间。


质构分析仪

在 AMETEK TCI 所提供的范围内包括了不同类型的测试仪器,从手动和电动的食品硬度测试仪至完全由软件控制的质构分析仪。仪器化的测试允许标准的引入和应用,并提供测试流程中的所有文档。该 Chatillon MT150 系列(图1)是适用于确定水果和蔬菜硬度检测的手动机械式测试仪。它采用便携式的机械或数字测力计进行拉伸或压缩测量。该测试器可以由手柄或手轮驱动,而数显表或标尺可用于测量穿刺深度。

硬度检测或相关的穿刺、压缩挤出、剪切、拉伸和压缩测试都可以使用手动控制电机驱动的 Chatillon LTCM-100 系列测试仪完成。它设有手动开关或可选的脚踏开关来控制测试仪的速度和方向。 

数字测力计是用于确定将产生的峰值力,以测试样品的硬度特性。负载精确度可达满量程的 0.1%。该测试仪是非常适合 QA/QC 实验室或生产或研究环境的。

Chatillon MT150 手动食品质构测试仪
图1:Chatillon MT150 手动食品质构测试仪


该 TA1(图2)是一种高性能的食品质构分析仪,用于全自动的质构分析。已校准的质构测试仪通过运行使用基本算法的软件进行机械式质构分析,并排除在测试里所有的主观性元素。易于使用量程为 220 磅力(102 千克力,1000N)的食品质构分析仪是专为常规和精密的质构分析而设计的。它使用 NEXYGENPlus 的材料测试和控制软件。测量精度为读数值得 ±0.5% 且速度精度 <0.2%。常规初级应用的标准系统包括了主机、滴水盘、食品检测平台和1/2英寸直径的探头。闭环驱动系统使仪器在测试过程中实现精确的控制。
 

TA1 食品质构分析仪

图2:TA1 食品质构分析仪


它允许精确的样品高度测量,即把样品压缩到原有高度尺寸的一定百分比,并可以根据样品尺寸相对地调整其测试速度。该分析仪具有一个可观的工作区域,以便容纳大型样品,并可以配备多种特别设计的食品质构固定装置和探头以及适合一般应用如包装检测的多用途夹具。通过易于配置并设有一个巨大食品行业测试标准库的 NEXYGENPlus 软件可对该分析仪进行控制。 



典型测试
可使用质构分析仪测量的一些参数包括粘附性、咀嚼性、粘结性、一致性、脆性、酥性、弹性、延展性、硬度、脆度、凝胶强度、嚼劲度、弹性断裂强度、刚性、拉丝粘性、质构剖面分析(TPA)的韧性、削减功、穿刺功和剪切功。

质构分析技术通用性的关键是超过70种的探头、固定装置和夹具。它们允许单台仪器在各种食品应用中进行多元化的测试。 Volodkevitch 咬合测试工装很好地说明了仪器是如何把人类的动作转化到一个可测量。它的设计是模仿门牙切断肉类、蔬菜、水果以及松脆易碎的食品。该套工装包括了被放置在一起直至它们几乎接触的上、下部分“牙齿”(图3)。


样品被放置在下部的“牙齿”,并以咬透过该样品所需的峰值力作为测试结果。该结果与样品的嫩度、韧性和硬度有关。为了满足不同的应用,各种各样的尺寸、加工表面、类型和量程的夹具和固定装置可供使用。

Volodkevitch 咬合设置的固定装置


图3:Volodkevitch 咬合设置的固定装置


测试样品尺寸的选择取决于样品的均一性。大空隙的食品将比无空隙的食品需要更大尺寸的样品才能获得类似的重复性。固定装置的选择取决于样品;如果样品具有平坦的表面,使用比样品更大的常规压盘。对于不平坦的表面如水果和蔬菜应使用小直径的探头。 



食品测试固定装置
定期研发质构分析的夹具和固定装置能够进一步地扩展它们的应用范围。TA1 质构分析仪包括了两个测试夹具,其中一个用于分析未煮过的汉堡馅饼并客观地测定汉堡包的一致性。第二个夹具测定意大利面的粘性。汉堡包的巨大需求和其具有竞争力的价格意味着它们的成分可以有显著的区别,从 100% 的优质碎牛肉至含有高比例脂肪、膨化剂、盐和其他添加剂的劣质肉类。

汉堡包被摆放在置于 TA1 基本台面并且含有一个 27 毫米直径洞孔的支撑板,然后进行测试。一个末端直径为25 毫米直径的倒锥体形状开口的圆柱形探头可以对汉堡包加载(图4)。夹具也可用于测试再次加工的熟肉制品。

汉堡包一致性测试的夹具

图4:汉堡包一致性测试的夹具 


煮熟的面饼如千层面的粘性是与面饼的淀粉含量有关的,而同一时间这也是与烹调温度和时间有关的。这些参数可以通过测量面食粘性进行优化。煮熟的面饼被放置在 TA1 基本台面和含有矩形洞孔的矩形板之间。使用匹配的矩形探针在面饼上通过洞孔(图5)施加均匀的压缩负载。之后就测量撤回该探头所需的力度。如果需要的话,探头可以在撤出之前与面饼在一段预设的时间内保持接触。

千层面粘性测试的夹具

图5:千层面粘性测试的夹具


虽然夹具是为特定的应用而设计的,更多常规应用的新颖夹具同样吸引人的眼球。Kramer型剪切刀具的五刀片形式能够替代传统的 10 刀片配置(图6),并设计用于测量肉类、水果和谷类食品的整体剪切和挤出力,特别是具有不规则形状和大小的样品,以及当对于传统的 10 刀片版本来说可能负载过高时。Kramer型剪切刀具由五个平行的钢刀片组成。它们通过导槽被压低至长方形容器底部相应的插槽。

10 刀片Kramer型剪切刀具

图6:10 刀片Kramer型剪切刀具


样品通过底部的开口被剪切、压缩和挤出。由于刀片的安装间距比 10 刀片的版本更大,所以有许多颗粒的样品或非均匀质构的食品测试时会减小其整体剪切或压缩负载。该附件可操作在环境温度高达 100℃ 之内,并有可以与 10 刀片版使用的适配装置。



软件控制
在机械夹具和固定装置允许测试选项范围扩大的同时,质构分析仪的软件控制允许操作者控制和监视系统的各个方面,并自行设置测试。TA1 质构分析仪的 NEXYGENPlus 质构分析软件涵盖了食品、化妆品、包装测试的 AACC、ASTM、DIN、EN、ISO 等标准的行业标准的测试方法库。该软件还提供用户自定义测试的创建、数据收集、测试数据的报告和导出、视频和静止图像的捕捉、测试数据的保安和审计跟踪以及自动化和定制测试的功能。标准的用户自定义测试可以用来建立专门的多步骤测试尤其是针对质构剖面分析(TPA),该分析是在样品上模拟两次咬合的效果。该软件在测试期间采集负载、位移和时间,并计算如粘附力、粘附性、咀嚼性、粘结性、硬度、脆度、嚼劲度、硬度模量、回弹性、弹性以及拉丝粘性等参数。

除了强大的测量设备,该软件具有大幅提高检测结果的表述和理解的功能。例如,整个测试的视频图像可被记录并且与应力/应变数据同步并重放进行详细测试后分析。另外,在测试时在某特定点可以捕捉静止图像。这些静止图像被记录在图形上 使分析更为简便。


此外,外部的即插即用设备如温度和湿度探针可以被连接到系统,以使这些参数在测试期间被监视并针对负载、位移和时间在软件里进行报告。测试的开始和停止条件也可以由这些外部设备控制。安全和审计跟踪模块使主管可以管理用户访问权限和数据的可追溯性。内置的审计追踪涵盖了操作者使用情况和试验结果,确保所有测试程序的变化以一个简单的可再现的格式记录。


自定义应用
除了使用上述装置的许多标准测试,更多的研究人员选择开发自己的测试。软件控制提供了多功能性的创建和运行相应的测试; 所需要的只是一种特殊的夹具或固定装置,以便固定该特定的测试样品。制造商提供设计和加工定制夹具的服务。许多食品产品被包装在必需进行拉伸强度、耐穿刺性、热粘合剥离强度、撕裂强度和摩擦系数测试的柔性包装中。该 TA1 可以通过改变固定装置很容易地配置为质构分析和包装检测的双功能系统,进而提供更大的灵活性。