RSM分析测试条件对蓝莓TPA质构参数的影响

肖 璐,王志超,张振富,王美兰

(烟台大学食品科学与工程研究所,山东 烟台 264005)

质构仪作为一种有效的食品品质检测仪器,具有容易操作、重复性好、花费时间少、节约样品等优点,近年来在食品行业已被广泛应用[1]．质地剖面分析法(Texture Profile Analysis, TPA)建立于1967年左右,适用于通用的质构测试仪[2],它主要是利用力学测试的原理得到与人感官评价相对应的硬度、弹性、内聚性、回复性、咀嚼性等质构参数,这些质构参数能够在一定程度上反映出果蔬在贮运过程中的质地特性与组织结构的变化,从而间接地反映出果蔬的保鲜效果与货架期[3]．TPA法适合不易贮藏或高附加值产品的品质检测[4],近年来，国外学者也将TPA测试应用在估测食品的质构特性中[5-9].TPA的测定结果受诸多因素的影响,如样品的外形尺寸[10]、探头型号、压缩程度、压缩速率、两次压缩循环之间的时间间隔以及实验重复次数等[11]．测试条件对测定结果的影响对于大多数TPA测试人员来说了解较少，在测试过程中常常存在测试条件选择不合理的问题．因此,探究TPA测试条件对质构参数的影响具有重要应用意义．

响应面法(Response Surface Method, RSM)是利用合理的实验设计并通过实验得到一定的数据,采用多元二次回归方程来拟合因素与响应值之间的函数关系,通过回归方程的分析来寻求最优工艺参数,解决多变量问题的一种统计方法[12]．近年来,RSM已经被广泛地用于降低生产成本、优化加工条件、提高产品质量、解决生产过程中的实际问题当中．

蓝莓果实柔软多汁,质构作为衡量蓝莓果实品质变化的一个重要指标,对监控蓝莓的采后贮藏及物流期间品质的变化规律具有重要意义．本试验利用TMS-Pro型质构仪对蓝莓整果进行TPA测试,然后应用RSM探究了压缩程度与压缩速率对蓝莓各项TPA质构参数的影响．该研究方法可为其他食品的TPA测试条件的选取提供一定的参考．

1 材料与方法

1.1 材料

所用试材蓝莓的品种为“蓝丰”,于2013年7月25日采自烟台市牟平区威宇蓝莓种植基地,采后0.5 h运回烟台大学食品保鲜实验室．挑选无果柄、表面干爽、果粉完整、成熟度和大小基本一致的果实进行分组,每组25个,共13组．分组后将蓝莓放在(0.5± 0.5) ℃,湿度为90%～95%的恒温库中预冷36 h后待测．测定前将蓝莓从冷库取出，放在室温为25 ℃下回温0.5 h后依次进行TPA测试．

1.2 TPA测试

将蓝莓果实置于质构仪样品台中央位置,保持蓝莓果实果蒂向上．使用美国Food Technology Corporation公司生产的TMS-Pro型质构仪进行TPA测试,感应元量程为100 N,圆盘挤压探头P/75．测试条件:测前探头高度为20 mm;测前速率和测后速率均为30 mm/min;两次挤压循环的时间间隔为0 s;采样速率为10 Hz;最小触发力为0.3 N．每组均按表1的测试条件进行TPA测试,测试结果通过仪器自带TPA-Macro软件进行数据统计与分析．

1.3 数据处理

采用Origin 7.5软件对单因素试验数据进行处理,用Design Expert 8.0软件对TPA测试所得到的试验数据进行作图和统计分析,根据较高的F值、R2值以及失拟项得到最终的拟合方程,并建立相应的RSM模型．

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 压缩程度对蓝莓硬度1测试的影响 在一定的压缩速率(60 mm/min)下,当压缩程度在10%～50%时,硬度1随压缩程度的增大呈逐渐增大的趋势,当压缩程度超过50%时,硬度1则随压缩程度的增加逐渐减小(图1)．这可能是由于在较低的压缩程度范围(10%～50%)内,随压缩程度的增加,蓝莓果实组织抵抗挤压的作用力越发明显,使得硬度1增大;当超过一定的压缩程度,随压缩程度的增加,蓝莓果实破裂,组织结构遭到破坏变得松软致使果实抵抗力变小,使得硬度1减小．为更好地反映样品2次挤压后内部组织结构及外观的变化,呈现试样的真实受压状态[7],可选压缩程度的测试范围为15%～55%．这与冬枣[13]、樱桃番茄[14]等其他样品所选取的测试范围有所不同,这可能是浆果与核果的组织结构差异所决定的．

图1 压缩程度对蓝莓硬度1的影响

2.1.2 压缩速率对蓝莓硬度1测试的影响 在一定的压缩程度(35%)下,当压缩速率低于145 mm/min时,随压缩速率的增大,硬度1呈缓慢增加的变化趋势,当超过一定的压缩速率(145 mm/min)时,随压缩速率的增加,硬度1则逐渐减小(图2)．这可能是由于在较低的压缩速率下,果实组织结构破坏不明显,抵抗力较好,当超过一定的压缩速率,挤压变形后的果实组织结构遭到破坏,致使硬度1的减小,同时若造成果实破裂,则会影响试验结果的判定．因此,可选压缩速率的测试范围为30～150 mm/min．这与冬枣[13]及樱桃番茄[14]的压缩速率的测试范围相同，可能对于TPA测试来说, 压缩速率对质构参数测试的影响较压缩程度的影响要小．

图2 压缩速率对蓝莓硬度1的影响

2.2 响应面试验

表1为中心组合试验的因素水平设计．图3(a～f)、表2～4是应用RSM得到的试验数据及处理结果．其中,图3是测试条件对各质构参数影响的响应面图,表2是TPA质构参数的测定结果,表3是各项质构参数的拟合方程及R2值,表4为各项质构参数拟合因素的显著性分析．H1为硬度1,H2为硬度2,Co为内聚性,Sp为弹性,Ch为咀嚼性,Re为回复性．拟合方程中,压缩程度的线性影响为A,压缩速率的线性影响为B,压缩程度与压缩速率的二次方影响分别为A2和B2,压缩程度与压缩速率的交互作用影响为AB．

表1 中心组合试验的因素水平设计

图3 测试条件对蓝莓TPA各质构参数的影响

表2TPA质构参数的测定结果

Tab.2 Determination results of TPA texture parameters

组别压缩程度/%压缩速率/(mm/min)H1/NH2/NCoSp/mmCh/mJRe 10-1.4146.80(±0.26)5.25(±0.21)0.24(±0.02)1.75(±0.28)2.79(±0.24)0.089(±0.008) 2-115.15(±0.13)3.66(±0.11)0.30(±0.01)1.13(±0.13)1.70(±0.46)0.067(±0.001) 3008.20(±0.91)5.83(±0.17)0.21(±0.03)1.77(±0.18)3.05(±0.05)0.059(±0.000) 41.414016.75(±1.82)9.36(±0.59)0.15(±0.01)2.22(±0.16)5.38(±0.35)0.034(±0.002) 5007.04(±0.59)5.06(±0.62)0.23(±0.02)1.74(±0.20)2.81(±0.34)0.063(±0.003) 6007.75(±0.15)5.54(±0.93)0.22(±0.02)1.69(±0.33)2.88(±0.33)0.056(±0.003) 7-1.41403.61(±0.65)2.86(±0.42)0.40(±0.03)0.95(±0.15)1.37(±0.26)0.106(±0.005) 8-1-14.52(±1.02)3.55(±0.32)0.31(±0.02)1.67(±0.15)1.63(±0.18)0.106(±0.004) 9007.38(±0.51)5.26(±0.67)0.23(±0.04)1.63(±0.13)2.77(±0.21)0.058(±0.003) 1001.4146.88(±0.90)4.69(±0.21)0.23(±0.04)1.58(±0.21)2.45(±0.16)0.042(±0.002) 111116.05(±1.67)9.9(±0.41)0.17(±0.03)2.16(±0.20)5.84(±0.40)0.038(±0.001) 121-112.39(±1.85)8.58(±0.26)0.18(±0.02)2.10(±0.27)4.58(±0.38)0.056(±0.002) 13009.60(±1.60)6.79(±0.89)0.22(±0.01)1.79(±0.31)3.72(±0.14)0.053(±0.002)

注:括号内数值为标准偏差.

表3 各项质构参数的拟合方程及R2值

注:A为压缩程度;B为压缩速率.

表4 各项质构参数拟合因素的显著性分析

注:a为P<0.01;b为P<0.05;c为差异不显著.

由图3(a)可知,当压缩速率一定时,硬度1随压缩程度的增加逐渐增大;在一定的压缩程度下,硬度1随压缩速率的增加同样呈逐渐增大的变化趋势,且随压缩程度的增加,硬度1随压缩速率的增加而增大的越发明显．由图3(b)可知,当压缩速率一定时,硬度2随压缩程度的增加整体呈线性增大的变化趋势,与硬度1相似;在一定的压缩程度下,硬度2随压缩速率的增加变化几乎不明显．由图3(c)可知,压缩程度对内聚性影响的变化趋势是:较低的压缩程度对内聚性的影响较小;随着压缩程度的增加,压缩程度对内聚性影响逐渐增大．当压缩程度一定,随着压缩速率的增加,内聚性几乎不变．由图3(d)可知,当压缩速率一定时,随压缩程度的增加,弹性明显增大;在较低的压缩程度(20%～35%)下,弹性随压缩速率增加而有所减小,在较高的压缩程度(35%～50%)下,弹性随压缩速率的增加有所增大．由图3(e)可知,咀嚼性的变化趋势随压缩程度以及压缩速率的变化趋势与硬度1基本一致,咀嚼性仅受压缩程度的线性影响．由图3(f)可知,当压缩速率一定时,回复性随压缩程度的增加而逐渐减小;在较低的压缩程度下,随压缩速率的增加,回复性逐渐减小,且在较高的压缩程度下,回复性随压缩速率的增加变化越发不明显．

根据表3拟合方程的R2值、表4拟合方程的F值以及失拟项的显著性分析可知,各项质构参数的拟合方程的可靠性均较高．

3 讨 论

硬度是评价蓝莓品质的重要指标之一．由图3(a)、3(b)可知,硬度1与硬度2随压缩程度的增加近似呈线性增大的变化趋势,这与Madieta等[15]的研究结果相一致．Madieta等认为硬度只与压缩程度呈线性关系,而与压缩程度的二次方、压缩速率、压缩速率的二次方以及二者的交互作用影响无关,这可能是由于在一定的压缩程度范围内,随压缩程度的增加,蓝莓果实组织抵抗挤压的作用力越发明显[16],使得硬度值的线性增大．与硬度1相比,硬度2的测定值均有所降低,这可能是由于第一次挤压已经造成果实内部组织结构的破坏,第二次挤压会因组织结构的松软使得果实的抵抗力变小．在一定的压缩速率下,二者随压缩速率的增加有所增大,但不明显,这与Rosenthal等[17]的研究结果有所不同．Rosenthal等在研究TPA质构参数重要性中得出:随着压缩速率的增加,硬度1呈指数增长的变化趋势,这可能是由于试样组织结构的不同从而表现出质构上的差异．

蓝莓的内聚性、弹性、咀嚼性和回复性进一步描述了果实经挤压后组织结构的变化情况．由图3(c～e)可知,在此压缩程度范围下,内聚性随压缩程度的增加逐渐减小,而弹性和咀嚼性则随压缩程度的增加逐渐增大,三者随压缩速率增加均有所增加,但不明显．在较低的压缩程度下,果实内部结构没有受到显著破坏,表现出较强的瞬时恢复能力,呈现出较好的内聚性、弹性和回复性;随压缩程度的增加,果实内部的组织结构产生潜在性的破坏,其相应的恢复能力变差,二次挤压测试后的内聚性、弹性和回复性有所降低．该结果与姜松等[18]研究的测试条件对莴苣组织TPA质地参数的影响的结论相一致．由图3(a)和图3(c)对比可知,咀嚼性的变化趋势与硬度相似,这与Rahman等[19]研究硬度与咀嚼性呈极显著正相关的结论相一致．

用RSM分析结果表明,压缩程度对硬度1、硬度2、内聚性、弹性、咀嚼性以及回复性6项质构参数均有极显著影响(P<0.01);压缩程度的二次方仅对硬度1、硬度2、内聚性、回复性4项质构参数影响极显著(P<0.01);压缩速率仅对回复性有极显著影响(P<0.01),而对弹性有较为显著影响(P<0.05);压缩速率的二次方以及压缩程度与压缩速率的交互作用对各项质构参数均无显著影响(P>0.05)．由此可知,压缩程度的变化对质构参数的影响比压缩速率的变化对质构参数的影响要大．由拟合方程的F值、R2值可知,压缩程度与压缩速率对蓝莓各项质构参数的影响程度由大到小依次为:回复性>内聚性>硬度1>弹性>咀嚼性>硬度2．加之各质构参数的失拟项均不显著,拟合方程的可靠性极高．因此,在此试验条件范围内,各拟合方程均可用于蓝莓TPA测试中的硬度1、硬度2、内聚性、弹性、咀嚼性以及回复性的预测分析,具有统计学意义．

由本研究可知,设置不同的压缩程度和压缩速率对蓝莓的质构参数有很大的影响,因此,深入开展该方面研究,可以提高和完善TPA测试在果蔬品质监控方面的应用,对果蔬的贮藏方式与物流条件的优化以及货架期的品质预测等方面具有重要意义．

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