午餐肉罐头质地多面分析法的建立与优化

耿战辉，李志强，陈蕊君，徐腾月，石宇初，马秀玲

（军事科学院系统工程研究院军需工程技术研究所，北京 100010）

午餐肉罐头是一种罐装压缩肉糜食品，主要原料是猪肉、牛肉和淀粉等，食用方便且易于保存和携带[1-3]。在军用食品体系中，午餐肉罐头是部队官兵在执行任务时摄取蛋白质、脂肪和能量的重要肉类食品，其品质优劣、软硬程度、咀嚼性能等会直接影响官兵的食用感受和接受度。在感官评价方面，常用的主观评价方法会因个人喜好、情绪状态、环境条件等因素而容易产生偏差[4-5]。

物性测试仪质地多面分析（texture profile analysis，TPA）主要通过模拟人口腔咀嚼食物的机械过程，对试样进行两次压缩，在此过程中测试探头对试样产生的受力值及受力时间等，通过分析计算全面客观反映食品的质构特性[6-10]。近年来，运用TPA法研究食品质构性能多见于果蔬[11-14]、面制品[15-16]、谷类[17-18]等产品上，而午餐肉罐头的研究主要集中在粮食配方[19-21]、肉品种类[22]、加热工艺[23]、成分分析[24]等方面，对其感官质构性能测定方法的研究鲜有报道。本文应用TPA法对测试条件进行全面分析与优化，比较不同测试条件对午餐肉罐头硬度、弹性、内聚性、咀嚼性等质地参数的影响，以期建立针对性强、稳定性好，能客观反映午餐肉罐头质构性能的测试方法，为午餐肉配方、工艺改进及品质提升提供技术依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

午餐肉罐头：秦皇岛海洋食品有限公司。TA.XT.PLUS物性测定仪、P/100探头：英国Stable Micro Systems公司。

1.2 试验方法

1.2.1 操作流程

受试午餐肉为长方体状，形状较规则，组织结构均匀，因此将样品尺寸确定为20 mm×20 mm×20 mm的正方体。对探头进行力量校正和高度校正，设定仪器测定参数，将样品放置探头正下方中央处，开始测试。由TPA质构特征曲线得到午餐肉罐头质构性能，包括硬度、弹性、内聚性、咀嚼性[25-26]。典型的TPA质构特征曲线如图1所示。

图1 典型TPA质构特征曲线Fig.1 Typical texture curve of TPA

硬度：第1次下压过程中的最大力量值。样品在组织结构发生断裂变形的情况下，以第1次下压过程中的第2个峰为处力值。硬度是最直接反映口感的指标，在质地剖面分析中，直接影响咀嚼性、胶着性及内聚性。

弹性：两次压缩过程中下压时间之比，即图1中t2/t1，反映了试样受到彻底压缩时在一段时间内恢复变形的能力。

内聚性：两次压缩过程的曲线面积比，即图1中面积2/面积1，反映了咀嚼时试样抵抗受损并紧密连接使自身保持完整的性质。

咀嚼性：反映样品对咀嚼的持续抵抗性，即所谓“咬劲”，代表咀嚼固体食物需要的能量，是硬度、内聚性、弹性三者的乘积[27]。

1.2.2 测试条件筛选试验

按照以下参数设定进行预试验，分析5个测试条件与午餐肉罐头硬度、弹性、内聚性和咀嚼性的相关性，筛选出显著相关的测试条件。

1.2.2.1 压缩程度筛选试验

设定测试前速度1 mm/s、测试速度1 mm/s、测试后速度1 mm/s、触发力10 g、停留时间5 s，压缩程度分别取20%、30%、40%、50%、60%、70%进行试验。

1.2.2.2 测试前速度筛选试验

设定测试速度1 mm/s、测试后速度1 mm/s、触发力10 g、停留时间5 s、压缩程度40%，测试前速度分别取 0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 mm/s进行试验。

1.2.2.3 测试速度筛选试验

设定测试前速度1 mm/s、测试后速度1 mm/s、触发力10 g、停留时间5 s、压缩程度40%，测试速度分别取0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 mm/s进行试验。

1.2.2.4 触发力筛选试验

设定测试前速度1 mm/s、测试速度1 mm/s、测试后速度1 mm/s、停留时间5 s、压缩程度40%、触发力分别取 5、10、15、20、25、30 g进行试验。

1.2.2.5 停留时间筛选试验

设定测试前速度1 mm/s、测试速度1 mm/s、测试后速度1 mm/s、触发力10 g、停留时间5 s、压缩程度40%，停留时间分别取 1、3、5、7、9 s进行试验。

1.2.3 最优测试条件筛选试验

利用Design Expert 10.0.4软件的中心组合设计方法，选择测试条件筛选试验结果中对质构性能表征参数有显著影响的测试条件，分析其较优条件范围，作为自变量，并以硬度、弹性、内聚性、咀嚼性测定值的变异系数（coefficient of variation，CV）为响应值，进行响应面试验。通过软件设计获得的每个组配方案分别进行10组平行试验，获得平均值与标准差，标准差与平均值的比值即为变异系数，反映测定值的离散程度。对结果进行分析统计，得到最优测试条件。

1.3 统计方法

采用SPSS 24.0和Excel软件对试验数据进行分析处理。

2 结果与分析

2.1 各测试条件对质构性能影响的相关性分析

由设定5个测试条件的不同水平分别测定午餐肉罐头的硬度、弹性、内聚性和咀嚼性，所得数据用SPSS 24.0进行威尔逊相关性分析，结果见表1。

表1 测试条件对质构特性影响的相关性分析Table 1 Correlation analysis of the influence of test conditions on texture properties

由表1可知，压缩程度对硬度和弹性的影响显著（P<0.05），对内聚性的影响极显著（P<0.01），而对咀嚼性的影响不显著；测试速度对硬度、内聚性和咀嚼性的影响显著（P<0.05），而对弹性的影响不显著。通过分析得出，在对午餐肉进行TPA质构分析中，压缩程度和测试速度对午餐肉的质构性能的相关性，对测定结果有较大影响。测试前速度、触发力和停留时间均对硬度、弹性、内聚性和咀嚼性无显著影响，无相关性，因此不列入响应面试验。

2.1.1 压缩程度对质构性能的影响

压缩程度对受试样品硬度、弹性、内聚性和咀嚼性的影响结果见图2，样品外观形变情况见图3。

图2 压缩程度对质构性能的影响Fig.2 Effect of compression degree on texture properties

图3 压缩程度对外观形变的影响Fig.3 Influence of compression degree on appearance deformation

由图2可知，随着压缩程度的增大，硬度总体呈上升趋势，表明午餐肉内部结构变得紧密，发生形变的力不断增大；弹性随着压缩程度的增大呈缓慢降低趋势，当压缩程度达到60%时，弹性大幅下降，表明组织结构破坏严重，恢复力骤减；内聚性随着压缩程度的增大持续减小，表明随着压缩程度的不断增加，内部结构不断被破坏；咀嚼性随着压缩程度的增大呈先增大后减小的趋势，在压缩程度为40%时出现转折。由图3可知，当压缩程度为30%，有少量油脂析出，但组织结构未发生肉眼可见的变化；当压缩程度达40%时，样品表面出现肉眼可见的裂纹，表明内部组织开始出现破损；当压缩程度达50%，样品出现多处裂口和严重堆积现象，表明组织结构破坏严重。综上，当压缩程度大于50%时，试验受损严重，咀嚼性和内聚性急剧降低，弹性明显下降，已不能客观反映试样的质构特性；而当压缩程度小于30%时，试样受力值小，受力时间较短，不利于体现其质构特性。因此选择压缩程度30%～50%进行响应面试验。

For the saturated regime, putting, the transconductance was:

2.1.2 测试速度对质构性能的影响

测试速度对硬度、弹性、内聚性和咀嚼性的影响见图4。

图4 测试速度对质构性能的影响Fig.4 Effect of test speed on texture properties

由图4可知，随着测试速度的增加，硬度、内聚性和咀嚼性总体呈增大趋势，弹性无明显变化。在0.5mm/s～1.5 mm/s范围内，数值波动较大。因此选择测试速度1.5 mm/s～3.0 mm/s进行响应面试验。

2.2 响应面试验

2.2.1 响应面试验结果

根据测试条件筛选试验结果，采用响应面的中心组合设计法对质构性能表征参数有显著影响的测试条件进行优化。分别取压缩程度（A）、测试速度（B）为自变量，以硬度、弹性、内聚性、咀嚼性的变异系数为响应值进行分析。响应面试验结果见表2。各项质构性能的拟合方程及相关系数见表3，各项质构参数拟合因素的显著性分析见表4。

表2 响应面设计方案与试验结果Table 2 Design scheme of response surface design and corresponding results

表3 质构参数的拟合方程及相关系数Table 3 The fitting equations and correlation coefficients of different texture parameters

表4 质构参数拟合因素的显著性分析Table 4 Significance analysis of fitting factors of texture parameters

由表3、表4可知，A、A2、B2均对硬度变异系数影响极显著（P<0.01），AB 影响显著（P<0.05），而 B 影响不显著。表明相较于测试速度，压缩程度对硬度变异系数的影响更大，且两者存在交互作用；同时，压缩程度对硬度变异系数的影响有线性变化，也有二次方变化，二次方变化更为突出。B、B2、AB均对弹性变异系数影响极显著（P<0.01），A2影响显著（P<0.05），而A影响不显著。表明相较于压缩程度，测试速度对弹性变异系数的影响更大，这种影响既有线性变化，也有二次方变化；同时，两因素之间存在显著交互作用。A对内聚性变异系数影响极显著（P<0.01），A2、AB影响显著（P<0.05），而B、B2影响不显著。表明两因素中，仅压缩程度对内聚性变异系数有显著影响，这种影响既有线性变化，也有二次方变化，以线性变化更为突出。A、A2对咀嚼性变异系数影响极显著（P<0.01），B2影响显著（P<0.05），而B、AB影响不显著。表明相较于测试速度，压缩程度对咀嚼性变异系数的影响更大，这种影响既有线性变化，也有二次方变化，以线性变化更为突出。两因素之间无明显相互作用。

2.2.2 两因素对硬度变异系数的影响

硬度变异系数的响应面图和等高线图见图5。

图5 硬度变异系数的响应面图和等高线图Fig.5 Contour line and response surface of the CV of hardness

由图5可知，测试速度一定时，硬度变异系数随压缩程度的增加呈先减小后增大的趋势；压缩程度一定时，硬度的变异系数随测试速度增加呈先减小后增大的趋势。极小值处响应面形成一个凹点，即最小离散值。各参数对硬度变异系数的拟合方程F值为22.39（P<0.01），R2为0.94，失拟项不显著，回归模型理想。

2.2.3 两因素对弹性变异系数的影响

弹性变异系数的响应面图和等高线图见图6。

图6 弹性变异系数的响应面图和等高线图Fig.6 Contour line and response surface of the CV of springiness

由图6可知，两因素对弹性变异系数较为复杂。当测试速度较小时，弹性变异系数随压缩程度增加而增大；当测试速度较大时，弹性变异系数随压缩程度增大而减小；当压缩程度较小时，弹性变异系数随测试速度的增加而增大；当压缩程度较大时，弹性的变异系数随测试速度的增大而减小。各参数对弹性变异系数的拟合方程F 值为18.87（P<0.01），R2为 0.93，失拟项不显著，回归模型理想。

2.2.4 两因素对内聚性变异系数的影响

内聚性变异系数的响应面图和等高线图见图7。

图7 内聚性变异系数的响应面图和等高线图Fig.7 Contour line and response surface of the CV of cohesiveness

由图7可知，当测试速度一定时，内聚性的变异系数随压缩程度的增大而增大；而压缩程度一定时，内聚性的变异系数随测试速度变化不明显。各参数对内聚性变异系数的拟合方程F值为19.41（P<0.01），R2为0.93，失拟项不显著，回归模型理想。

2.2.5 两因素对咀嚼性变异系数的影响

咀嚼性变异系数的响应面图和等高线图见图8。

图8 咀嚼性变异系数的响应面图和等高线图Fig.8 Contour line response surface of the CV of chewiness

由图8可知，当测试速度一定时，咀嚼性变异系数随压缩程度的增大而增大；当压缩程度一定时，咀嚼性变异系数随测试速度变化不明显。各参数对咀嚼性变异系数的拟合方程F值为32.94（P<0.01），R2为0.96，失拟项不显著，回归模型理想。

2.3 验证试验

以各项质构参数测定结果的变异系数为响应值，利用中心组合设计方法对回归模型进行分析和验证，结合回归方程的三维响应面图和等高线，获得最优测试条件为压缩程度34.71%，测试速度2.21 mm/s。在此条件下进行重复10次的平行验证试验，结果见表5。

表5 优化条件下的验证试验结果Table 5 Optimal conditions for simulation and experimental verification results

由表5可知，硬度实测值的变异系数低于预测值，弹性、内聚性、咀嚼性实测值的变异系数与预测值基本一致。结果表明通过响应面法优化的测试条件参数基本可靠，模型较好地反映质构参数与测试条件之间的关系。

3 结论

通过仪器测定评价食品品质特性，具有方法标准规范、结果客观定量等优点，但同时也受到食品自身性质、外形尺寸及各种测试条件的影响。如果测定方法、条件参数的选择和设置不合理，容易产生系统性偏差，以致不能正确反映试样的本质特性。针对特定属性的食品，首先要明确能够反映其主要质构特点的关键性能指标，在此基础上方可进行方法及条件参数的筛选和优化。

本文以硬度、弹性、内聚性、咀嚼性等直接影响午餐肉食用口感和接受性的指标为考察对象，用TPA法对相关测试条件进行了筛选和优化。分析了压缩程度、测试前速度、测试速度、触发力、停留时间等对受试样品质构特性的影响，从中筛选出压缩程度、测试速度对午餐肉罐头质构特性具有显著影响。利用响应面的中心组合法进行组配设计和相应试验，对试验结果进行模拟分析，获得最佳条件参数为压缩程度34.71%，测试速度2.21 mm/s。在此条件下，得到的各质构参数结果的变异系数实测值与预测值基本一致。依照本文建立优化的测试条件，午餐肉罐头的质地多面性测试结果变异系数较小、结果稳定性较好，对同类产品的质地测评具有一定借鉴意义。