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按上述定义,食品质构是食品的物理性质通过感觉而得到的感知。
食品质构有如下特点:
(1)质构是由食品的成分和组织结构决定的物理性质;
(2)质构属于机械的和流变学的物理性质;
(3)质构不是单一性质,而是属于多因素决定的复合性质;
(4)质构主要由食品与口腔、手等人体部位的接触而感觉的;
(5)质构与气味、风味等性质无关;
(6)质构的客观测定结果用力、变形和时间的函数来表示。
总之,由食品的组织结构决定的质构特性是物理特性,主要是人通过接触而感觉到的主观感知。
但为了揭示质构的本质以及更准确地描述和控制食品质构,可以通过仪器和生理学方法测定质构特性。
2研究目的
食品加工的目的是为了改变食品的质构。
比如小麦的质构硬度太大,不仅口感不好,而且其消化吸收性和嗜好性也不好。
因此人们把小麦加工成面粉,然后再制成面包等食品食用。
可以说食品加工的目的之一就是经过适当处理,使食品原料所具有的固有组织变成感官效果较好的质构,即食品加工过程就是改善原料质构的固有性和原始性,增加其实用性、商品性和感官性。
所以说食品质构的研究是食品工程不可缺少的基础理论之一。
评定食品品质有四种因素。
第一,外形,包括色彩、形状、大小、光泽等视觉感;
第二,滋味,包括气味、风味等决定的因素;
第三,质构;
第四,是食品的营养价值。
此外,食品的价格、方便性、包装也影响食品的品质。
在上述四种因素中前三种主要是直接的感觉判断,是感觉性嗜好因素。
而营养价值是感觉无法决定的非感觉性嗜好因素,主要由化学分析方法确定其营养价值。
食品的感觉性嗜好因素对选择和摄取食品起重要的作用,是由人接触食品或把食品放进嘴里咀嚼时的感觉来决定的。
总之,研究食品的质构有以下几个目的:
(1)解释食品的组织结构特性;
(2)解释食品在加工和烹饪过程中所发生的物性变化;
(3)提高食品的品质及嗜好特性;
(4)为生产功能性好的食品提供理论依据;
(5)明确食品物性的仪器测定和感官检验的关系。
5.1.2食品质构的分类及研究方法
1食品质构的分类
(1)Szczesniak分类
由表可知,机械特性的一次特性由硬度、凝聚性、勤性、弹性、勤附性组成,几何特性由粒子的大小、形状和集合状态组成,其他特性是水分含量和脂肪含量
(2)Sherman分类
Sherman认为,人对食品的感觉评价是在包括烹饪在内的一连串的摄食过程中进行的,对食品力学性质的感觉是在动态流动过程中进行的。
因此,他把人的整个摄食过程分为四个阶段,即入口之前的感觉,口中的最初感觉,咀嚼中的感觉和咀嚼后的感觉,提出了如表5-3所示的质构剖析法(所谓质构剖析法,是指用科学的方法对质构评价术语进行分类、定义,使之可以成为进行交流的客观信息)
2食品质构的研究方法
仪器测定是表现质构的重要方法之一。
例如,食用面条时的“筋道”感是对品质评价的重要指标。
然而对“筋道”这一人人皆知却难以准确表示的感官指标,在面条、粉丝等工业化生产中是很难准确控制的。
利用食品质构的研究方法,用食品流变仪或其他专用仪器对“筋道”这一嗜好性指标进行定量表达,无疑会对以上产品的开发起到关键性作用。
与此类似的还有米饭的“可口性”,饼干类的“酥脆性”,肉类的“柔嫩性”等的模糊概念。
现代化的食品工业需要对以上特性用科学的客观的方法来进行检测和控制。
食品质构的研究方法主要有感官检验和仪器测定两种方法。
食品质构的仪器测定方法分为基础力学测定法、半经验测定法和模拟测定法。
基础力学测定仪器,即测定具有明确力学定义的参数的仪器,如粘度计、基础流变仪等。
它们测出的值具有明确的物理学单位,如粘度、弹性率、强度等。
基础力学测定法有许多优点,如定义明确,数据互换性强,便于对影响这一性质的因素进行分析等。
它的缺点是很难表现对食品质构的综合力学性质,例如,面团的软硬度、肉的嫩度等,很难用某一种单纯的力学性质来表达。
因此,食品质构的仪器测定多属于半经验或模拟测定。
它与基础力学测定方法所不同的是,变形并非保持在线性变化的微小范围内,而是非线性的较大变形或破坏性测定。
虽然用这些仪器所测得的数据,不如用基础力学测定法所测得的数据具有普遍性,但是实践证明用上述仪器测定的特征量能很好地表现出相应食品的质构。
所以这类仪器己被广泛应用于食品工业中。
目前,它们的种类越来越多,测量的精度也越来越高。
食品感官检验是指通过人的感觉器官评价食品特性的方法。
在评价食品的感官特性时,首先应明确食品特性的表述语言和表示特性差异的尺度。
用语言和尺度测定物质特性的方法,称之为感官检验法〔见5.2)。
另外还应明确咀嚼和吞咽功能。
食物是通过咀嚼和吞咽送到胃中的。
通过测定咀嚼和吞咽功能来评价食品感官特性的方法称之为生理学方法〔见5.5)。
食品质构的综合评价方法如图5一3所示。
其中食品质构的仪器测定和感官检验是使用最多的评价法。
5.2食品质构的感官检验
5.2.1食品感官检验的定义和分类
1食品感官检验的定义
所谓食品感官检验,就是以心理学、生理学、统计学为基础,依靠人的感觉(视、听、触、味、嗅觉)对食品进行评价、测定或检验的方法。
主要研究方法是,从大多数食用者当中选择必要的人选(称评审员),让评审员在一定的条件下品尝食品后回答问题,对回答结果进行统计分析,给出统计结果。
2食品感官检验的分类
食品感官检验的方法分为分析型感官检验和嗜好型感官检验两种:
分析型感官检验—把人的感觉作为测定仪器,测定食品的特性或差别。
比如:
检验酒的杂味;
判断用多少人造肉代替香肠中的动物肉时人们才能识别出它们之间的差别;
评定各种食品的外观、口味、口感等特性。
嗜好型感官检验—根据消费者的嗜好程度评定食品特性的方法。
何种甜度为饮料的最佳甜度;
何种颜色为最佳电冰箱颜色等。
弄清感官检验的目的,即分清是利用人的感觉来测定物质的特性(分析型)还是通过物质来测定人们嗜好度(嗜好型)是设计感官检验的出发点。
例如,对两种冰淇淋,如果要研究二者的差别,那么可把冰淇淋溶解或用水稀释,在最容易检查出其差别的条件下进行检验,但如果要研究哪种冰淇淋最受消费者欢迎,那么通常是在能吃的状态下进行检验。
5.2.2感官检验的准备
1评审员
评审员的感觉敏感度及对各种评价项目表现的准确程度决定感官检验的精度。
评审员分为分析型评审员和嗜好型评审员。
分析型评审员主要用于识别特性的差异、特性的大小等。
因此尽量排除评审员个人所具有的情感,客观地进行评定。
检验试样的特性是目的,评审员只起到测定仪器的作用,故又称为客观型评审员。
嗜好型评审员主要通过市场调查等调查个人的爱好上,因此其判断属于情感领域,人的感觉或情感是检验的目的,故又称为主观型评审员。
选择分析型评审员时,应考虑到他们的判断能力、动机、爱好和接受训练的程度等方面的情况。
选择对食品感官检验工作有兴趣,无食品偏爱习惯且具有较好的分辨能力的人。
另外,要求评审员要有责任心,具有一定的食品学、心理学、社会学等方面的知识。
以下条件可供选择评审员时做参考
(1)年龄和性别:
一般地说,年轻人的感觉敏感度高于老年人,而老年人比年轻人富有经验。
随年龄的变化,人的嗜好也发生变化。
因此做嗜好型感官检验要特别注意不同年龄段的嗜好性。
性别的不同也会使感觉敏感度有所差别。
(2)身体健康状况:
选择食品评审员的第一条件是要选择健康的人。
患者可能会降低、失去或者改变感官感觉,甚至有时会把苦味或者甜味说成咸味,把酸味说成无味。
因此,色盲、严重鼻炎、口腔炎、胃肠炎患者及对某些食品过敏者都不能做评审员。
评审员的吸烟和试验时间的安排会影响试验结果。
对于吸烟者,要求在试验前0.5-1h停止吸烟。
对于试验时间,建议安排在饭后2-3h内进行,避免过饱或饥饿状态。
试验前要洗手、漱口,参加试验时不要擦香水等。
(3)能力:
对于分析型评审员的能力有如下要求:
(a)对食品的各类特性(感觉内容)具有分析判断的能力;
(b)对各种特性具有较高的感觉灵敏度;
(c)对于各特性之间的差别具有敏感的识别能力;
(d)对于特性量值的大小具有准确的表达能力;
(e)对于特性具有准确的语言描述能力。
根据(d)项要求,在检验过程中评审员的评价尺度不能有变化。
但是实际上,比如用分级法(10分法)评分时,能否保证10分、9分、8分……之间具有等间隔性,与此项能力关系很大。
(d)项所要求的能力显然是检验精度的保证。
(e)项与质构分类有关,要求在检验过程中必须明确术语的含义或定义。
因此需要对评审员进行训练。
只有通过严格训练达到上述要求的专家,才可成为分析型检验评审员。
检验评审员是否合格的常用方法是Spearman顺序相关系数检验法。
其方法为:
设n个样品特性强度的实际排列顺序为Xi、(i=1、2...n),某评审员的实际判断顺序为Yi,它们的差为di,如下表所示。
根据下式求Spearman相关系数rs
(5-1)
当:
rs<0时,无识别能力。
当rs>0,n<10时,查Spearman相关系数检验表:
小于表中的数值时,有判断能力。
n>10时,可用下式计算U0:
(5-2)
当U0>l.645时,对信度a=5%,有判断能力;
当U0>l.645时,对信度a=l%,有极高的判断能力。
本例中,n=8,对信度a=1%,查表得:
=12<14,所以可以判断评审员有识别能力。
分析型评审组成员一般为l0人左右。
对于嗜好型评审员,如果用于新产品开发,一般采用本单位评审员或者消费者评审员,对他们无需进行训练。
但要考虑到年龄、性别等对嗜好性的影响,以便保证试验结果的代表性和可靠性。
嗜好型评审组成员一般要求30人以上。
2试验条件的准备
(1)品尝室的设计和内部设施:
品尝室要求安静、隔音、整洁、不受外界干扰且保持恒温、恒湿和无异味,给评审员以舒适感。
品尝室的墙壁用白色或奶黄色,颜色太深会影响人的情绪。
房间大小可按现有的面积条件和品尝样品的次数而定,一般要求44m2以上。
品尝室分单间式和圆桌式两种。
单间式是为了避免评审员相互之间干扰(如交谈、面部表情等)。
把室内划分为几个小单间。
一般的感官检验室设有6-7个单间。
可用木板或塑料板隔断。
每一个单间设有品尝台和传送样品用的小门及简易通讯装置,便于评审员和组织试验人员之间进行联系。
例如:
当品尝完一个样品后评审员按一下开关,样品准备室内的信号灯就亮,研究人员来取走已经品尝完的样品,再送来待品尝的另一样品。
在品尝台上安装一个小洗漱盘和水龙头,用来冲洗品尝后吐出的样品。
圆桌式用于少数评审员边检验边交换意见。
室内灯光可采用普通日光灯,灯光强度不宜太暗,否则会影响评审员的视力。
(2)试样准备室:
试样准备室要与品尝室完全隔开,目的是不让评审员见到样品的配置过程。
样品准备室的大小与设备取决于感官检验的项目内容。
要具备最基本的厨房设备,也可添加电烤箱、微波炉、恒温箱等。
准备室应具有很好的排风系统,并且具有放置足够样品的工作台。
3试样的准备
(1)试样的数量:
待品尝的各种样品在数量上应相同,每种样品应有足够的数量,保证最少品尝三次以上,以便提高结果的可靠性。
对于要求均匀取样的样品,要做研磨或打碎处理。
(2)试样的温度:
高温食品使食感迟钝,低温食品使食感麻木。
一般认为,味觉试验的最宜温度为20-21℃,但具体要根据对食品的饮食习惯而定。
对温度的设定要注意以下几点:
(a)汤类食品一般是吃热的,一般以74℃左右为宜;
(b)设定最容易检验出其质量差别的温度;
(c)设定容易保持的温度(如常温);
(d)设定不易产生感觉疲劳的温度;
(e)设定样品不易变质的温度。
保温方法一般是利用热水浴、保温箱等。
食品的保温时间不易过长,否则会引起脱水干燥现象,其味道也可能发生变化。
(3)试样呈送法:
试样的排列顺序、品尝顺序、组合顺序对试验结果产生“顺序效应”。
例如,在3点试验法中,当试样个数为奇数时,选择放在中间的试样的概率比两边高。
因此,在做排列试验时每次试验都要进行随机排列,尽量避免因排列顺序而产生的误差。
又如,当品尝样品的顺序为由浓(浓度或强度)至稀或者是由稀至浓时,在对前者的评审中,对稀的分数也可能判得偏浓;
在对后者的评审中,对浓的分数可能判得偏稀,所以,品尝顺序应采取随机化。
(4)器皿:
器皿需满足以下四项。
(a)器皿的颜色、大小、形状、材质应该一致;
(b)器皿的材质应无味、无臭。
一般地说,纸有纸臭味,塑料和金属制品也有其特殊异味。
故最好要采用陶瓷或玻璃制品;
(c)要洗净已用过的器皿,避免污染,保证洗净后无杂味;
(d)标记器皿的号码太小时(如用1,2……9等数字)容易使人记忆,也容易引起猜测,因此应该以多位数随机编号器皿(一般用3位数)。
在试验准备过程中,还应为评审员准备一杯漱口水、一些糖果和饼干。
在一般情况下,可用25℃水洗漱掉口中样品的余味,然后再接着品尝下一样品。
如果食品的口味很浓,很辛辣,很油腻,则可用茶水漱口或咀嚼些饼干、面包片、生蔬菜片(如卷心菜)等方法来清除口腔内的余味。
4试验方法的选择及问答票
根据感官检验工作的目的和要求,可以选择适当的试验方法。
试验方法的选择主要取决于食品的性质和评审员两方面的因素。
例如,对于辣味和刺激性比较强的食品,应该选择差别试验方法比较合适,这样可以避免因为多次品尝而引起的感觉疲劳。
在试验过程中,向评审员提出什么样的提问是决定感官检验研究价值的出发点。
对于不完备的、无用的提问,无论怎样进行分析,所得的数据结果是毫无意义的。
所以在认真品尝和检验样品的基础上,科学地设计问答票是非常重要的。
问答票中的问题要明确,避免难于理解和同时有几种答案的提问,提问不应有理论上的矛盾,不应产生诱导答案,提问不要太多。
最好是在正式试验之前先拿出几个人进行预备试验,征求他们对问答票的意见。
5.2.3感官检验的方法
感官检验的方法主要有以下六种。
1差别试验(differencetest)
差别试验是对样品进行选择性的比较,一般领先于其他试验,在许多方面有广泛的用途。
例如在贮藏试验中,可以比较不同的贮藏时间对食品的味觉、口感、鲜度等质量指标的影响。
差别试验的试验方法主要有:
2点检验法、1一2点比较法、3点检验法、5中取2检验法等。
试验结果的分析常用查表法。
2闭值试验(thresholdtest)
闭值试验主要用于味觉的测定,主要测定:
刺激闭(RL)—是指能够分辨出感觉的最小刺激量;
分辨闭(DL)—是指感觉上能够分辨出刺激量的最小变化量;
主观等价值(D5E)—主观上感觉到与标准刺激有相同感觉的刺激强度。
闭值试验的试验方法主要有极限法和定常法。
3排列试验(rankingtest)
排列试验是对食品的某一质量指标按顺序进行排列,并记上1,2,3等数据。
它具有简单并且能够评判两个以上样品的特点。
其缺点是排列试验只是一个初步的分辨试验形式,它无法判断样品之间的差别大小和程度。
试验结果的分析常用查表法和方差分析法。
4分级试验(scaringtest)
分级试验是以某个级数值来描述食品的属性。
在排列试验中,两个样品之间必须存在先后顺序。
而在分级试验中,两个样品可能属于同一级数,也可能属于不同级数,而且它们之间的级数差别可大可小。
排列试验和分级试验各有特点和针对性。
级数定义的灵活性很大,没有严格规定。
例如,对食品甜度,其级数值可按右表定义。
对于食品的咸度、酸度、硬度、脆性、勃性、嗜好度或其他指标的级数值也可以类推。
当然也可以用分数,数值范围或图解来对食品进行级数描述。
对于茶叶进行综合评判的分数范围为:
外形(20分),香气与滋味(60分),水色(10分),叶底(10分),总分100分。
总分大于90分为1级茶,81.90分为2级茶,71.80分为3级茶,61-70分为4级茶。
在分级试验中,由于每组试验人员的习惯、爱好及分辨能力各不相同,使个人的试验数据可能不一样。
因此要规定标准样品的级数,使它的基线相同。
这样有利于统一所有试验人员的试验结果。
分级试验的试验方法主要有评分法、成对比较法、模糊数学法等。
试验结果的分析常用方差分析法。
5描述试验(descriptivetest)
描述试验要求试验人员对食品的质量指标用合理、清楚的文字作准确的描述。
描述试验包括颜色和外表描述、风味描述、质构描述和定量描述。
一般用3-8名评审员坐在一起描述试样的特性。
主要用于新产品的开发、品质管理和评审员的训练上。
通过感官检验能对食品的颜色、外表、风味和质构等进行比较准确的描述,并且给予合理的分数。
因为感觉器官中的任何一个器官的机能活动,不仅取决于对该器官的直接刺激,而且还受到其他感觉系统的影响,即感觉器官之间相互联系、相互作用。
所以,对食品的感官感觉是不同强度的各种感觉的总和。
不同刺激物对各器官的影响性质各不相同。
因此,在食品感官检验中,既要控制一定条件来恒定一些因素的影响,又要考虑各种因素之间的相互关联作用。
目前常用的方法主要是定量描述特性试验法(QDA)。
此法是用特性和特性强度制作QDA图(如图5一4所示),并利用该图的形态变化定量描述试样的品质变化。
6消费者试验(consumertest)
生产食品的最终目的是使食品被消费者所接受和喜爱。
消费者试验的目的是确定广大消费者对某食品的态度。
主要用于市场调查、向社会介绍新产品、进行预测等。
由于消费者一般都没有经过正规培训,各人的爱好、偏食习惯、感官敏感性等情况都不一致,故要求试验形式应尽可能简单、明了、易行,使得广大消费者乐于接受。
而且要保证有较多的人数(50-80人)参加。
5.3食品质构的仪器测定
5.3.1质构测定仪
质构仪是模拟人的触觉,分析检测触觉中的物理特征。
图5一5是食品工业中常用的质构仪(MicroStableSystemsLtd.),在计算机程序控制下,可安装不同传感器的横臂在设定速度下上下移动,当传感器与被测物体接触达到设定的触发应力(triggerfarce)或触发深度时,计算机以设定的记录速度(单位时间采集的数据信息量)开始记录,并在计算机显示器上同时绘出传感器受力与其移动时间或距离的曲线。
由于传感器是在设定的速度下匀速移动,因此,横坐标时间和距离可以自动转换,并进一步可以计算出被测物体的应力与应变关系。
由于质构仪可配置多种传感器,因此,该质构仪可以检测食品多个机械性能参数和感官评价参数,包括拉仲、压缩、剪切、扭转等作用方式,后面几小节简单介绍几种检测方法。
1稠度检测(consistencymeasurement)
图5一6(a)是稠度测量专用杯装置,杯直径50mm,三个压板直径分别为35mm、40mm和45mm。
压板的选取根据被测物体的粘度和是否含有颗粒物质而定,一般粘度低,质构细腻的物体选择大一点的压板,而粘度高,颗粒多(如果酱)应该选择小压板。
测量杯内的物体一般不超过杯容积的75%,压入深度也不要超过物体深度的75%,以免与杯底碰撞。
图5一6(b)是含水量不同的三种奶油稠度检测结果。
正的压力值表示奶油的坚实性,而围成的面积表示压入时所做的功。
负的压力值和面积表示奶油内聚力和克服内聚力所做的功。
2脆性检测(crispnessmeasarement)
图5一7是检测脆性物体的传感器,是一个底部可以方便更换的具有不同宽度长槽的底板。
试验时,脆性物体松散地放入容器内,在探头的压缩下,脆性物体破碎并从底板长槽排出。
脆性物体的检测以往采用曲线上的峰数量,它表征物体的破碎程度。
然而,近些年人们试验发现用力与变形曲线的真实长度更能反映物体的脆性。
图5一8是20℃下25g马铃薯片的脆性检测结果。
统计表明,在触发应力为20N条件下,可检测到的峰的数量为(88士7.1)个,而统计长度L为(1630.9士4.4),平均峰面积为(917.3士43.1)N·
s。
参照图5一9及式(5一3),由专用软件自动计算出统计长度。
平均峰面积表征马铃薯片整体的韧性。
式中,F(x)为纵坐标几何高度值,n(x)为横坐标几何长度值,虽然它们的单位分别是力的单位和时间单位,但是这里仅仅取其几何长度,因此,统计长度的单位无意义。
3质构分析(TPA,textureprofileanalysis)
质构分析(TPA)实际上是让仪器模拟人的两次咀嚼动作,记录并绘出力与时间的关系,并从中找出与人感官评定对应的参数。
目前能够检测到的主要有硬度、弹性、内聚性、粘附性等4个参数,还有脆性、咀嚼性和韧性等3个参数可通过检测到的参数计算出来。
虽然TPA这种试验分析方法被各国研究人员广泛采用,但是,由于语言表述和个体差异,TPA参数命名和对参数的定义还不十分完善,因此,在参照仪器提供的检测方法和参数定义基础上,根据实际情况做出修改。
TPA检测结果与试验方法有密切关系,首先,样品大小、传感器型号和移动速度都应该一致,否则,试验数据没有可比性。
例如,如果两次试验传感器端面积分别大于和小于被测样品,那么,在压缩过程中仪器检测到的力将分别是单轴压缩力和压缩力加剪切力,因此,两次试验数据不能有效反映材料的压缩性差异。
目前,人们较多使用传感器端面积大于样品的试验方法。
另外,由于TPA是模拟人的咀嚼动作,因此第一次压缩样品的应变量以及第一次与第二次压缩间的停留时间非常重要。
例如,第一次压缩是否应该使样品材料破碎或样品材料的应变量多少合适,停留时间又多少合适,这些参数的设定都直接影响第二次压缩参数,也同时影响整个质构分析结果。
目前,第一次应变量采用较多的是20%-50%,而对于凝胶
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