湯鵬宇,孟繁博,黃道梅,鄭秀艷,林茂
(貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展研究所,貴州省農(nóng)產(chǎn)品加工研究所,貴州貴陽 550006)
花生是我國重要的油料作物[1],富含蛋白、脂肪及礦物元素等多種營養(yǎng)成分,又名“長生果”、“萬壽果”、“千歲子”等。目前,對花生的研究主要分兩個大方向,即采前和采后,采前主要是種植方式、環(huán)境、產(chǎn)量等的研究[2,3];采后則集中在營養(yǎng)品質(zhì)[4]、加工品質(zhì)[5]以及出口品質(zhì)上。而對于花生的感官、物性測定還較少,且更多關(guān)注于花生榨油后的油脂風(fēng)味研究等[6,7]。風(fēng)味研究通常較為復(fù)雜[8,9],花生除了味道之外,口感也十分重要,但這些風(fēng)味研究并不能完全替代感官感受[10]。隨著社會的經(jīng)濟(jì)發(fā)展,各類花生制作的休閑零食被擺上臺面。據(jù)統(tǒng)計,僅美國國內(nèi)花生休閑食品就占據(jù)其花生產(chǎn)量的60%[11],所以花生整體的口感品質(zhì)不容忽視。目前,花生的感官品質(zhì)多采用感官評價法[12],主要包括花生硬度、酥脆度、細(xì)膩度、甜味、香味等。但是感官評價較為費時費力,而且存在許多外在影響因素,對于評價的客觀性、可靠性等還較為欠缺。質(zhì)構(gòu)儀是一種客觀評價樣品物性特性的儀器,近年來已經(jīng)廣泛應(yīng)用于果實品質(zhì)[13-15]、食品加工[16,17]、食品的品質(zhì)檢測[18]等方面。通過質(zhì)構(gòu)測定可以精確的反應(yīng)出食品的組織構(gòu)成特性,測定結(jié)果客觀,準(zhǔn)確。最新研究表明,食品的組織構(gòu)成對口感有著顯著影響,食物顆粒之間和食物顆粒與口腔之間的相對運動被認(rèn)為是嚴(yán)重影響感官感知的[19],尤其對于花生這樣層次相對單一的食品而言更為顯著。
研究發(fā)現(xiàn),不同的質(zhì)構(gòu)測試參數(shù),對物性實驗結(jié)果造成顯著影響[20]。鑒于花生物性測試參數(shù)的研究還較為缺乏,花生物性研究不夠充足的現(xiàn)狀,本研究旨在明確花生在TPA測試、剪切力等質(zhì)構(gòu)測試中的壓縮變形比例、測試速度等具體條件,研究這些關(guān)鍵控制點對花生物性特性的影響,探討其與花生物性測定結(jié)果的相關(guān)性,從而得到花生的一個質(zhì)構(gòu)檢測模型。以期在某些指標(biāo)上取代感官評價,并通過感官評價佐證實驗準(zhǔn)確性,為花生產(chǎn)品的品控質(zhì)量檢測提供指導(dǎo)。
“黔花生七號”花生(以下簡稱黑花生)、本地紅-白銅仁珍珠花生(均為入庫標(biāo)準(zhǔn)的生花生,以下簡稱紅花生),貴州省沿河縣黃土鄉(xiāng)農(nóng)特產(chǎn)品農(nóng)民專業(yè)合作社提供。
TMS-PRO型物性測定儀(配有P50圓柱探頭及P/BS剪切探頭),美國FTC公司;WD700微波爐,LG電子(天津)電器有限公司;SYF-30冠亞水分含量測定儀,深圳冠亞水分儀科技有限公司;FA2004分析天平,上海精密科學(xué)儀器有限公司。
1.2.1 花生熟化方法
熟化方法采用微波加熱法,該法受熱均勻,加熱速度快[21],適用于堅果類食物熟化,對油脂破壞程度低,呈香化合物保留好等特點[22,23],取樣品適量清洗干凈并瀝干水分,平鋪在烤盤上,微波高火烘烤2 min,取出翻動,隨后低火烘烤3 min,期間每分鐘翻動一次,烘烤結(jié)束自然放涼。
1.2.2 水分含量測定
取生、熟花生的花生衣、仁分別5 g,將樣品均勻放置在置物盤中,設(shè)定溫度110 ℃。
1.2.3 質(zhì)構(gòu)特性測試
樣品前處理[24]:熟化后的花生去掉花生衣,選取重量區(qū)間在±0.1 g的花生手工分開兩瓣,去掉其中種胚,盡量修整為大小一致,上機(jī)測試。
TPA測試條件:選擇1000 N量程,P50探頭,檢測壓縮形變、測試速度對TAP測定結(jié)果的影響,設(shè)置形變壓縮比為:30%~80%,每5%為一個梯度;測試速度選取20 mm/min、40 mm/min、60 mm/min,兩次壓縮間隔時間5 s。
剪切力測定設(shè)置:剪切力測試中,儀器的關(guān)鍵變量為剪切速度,分別設(shè)定剪切速度為10、20、30、40、60、80、100、150、200 mm/min進(jìn)行剪切力測定,選取P/BS剪切探頭。
1.2.4 感官評價
選取熟花生樣品若干放置于感官品評杯中,剔除其中不飽滿,有蟲斑和變色的花生,對其進(jìn)行編號,一次性送樣品評,選取食品相關(guān)專業(yè)碩士研究生10人組成品評小組,品評人員于上午10點鐘左右在品評分析室品嘗,每品嘗一個樣品后用清水漱口,相互之間不交流。感官評價標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。
表1 花生感官評價標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Sensory evaluation criteria of peanut
本次感官評價主要考察花生的口感,用以佐證物性測定儀準(zhǔn)確性,因此不對味覺方面做考量。其中,酥脆度指花生第一次在口中嚼碎的難易程度,對應(yīng)物性測定儀中的脆度;細(xì)膩度指咀嚼花生時花生殘渣細(xì)微程度,殘渣顆粒小且少說明口感細(xì)膩,反之粗而多則口感粗糲,對應(yīng)物性測定儀中的硬度;柔嫩度指咀嚼花生至可吞咽時的費力程度,對應(yīng)物性測定中的咀嚼性(固體)或膠粘性(半固體)。
預(yù)先篩選花生重量,選取同一重量組(誤差在0.1 g)每組實驗重復(fù)測定15次并去掉異常值,數(shù)據(jù)采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行分析處理,并進(jìn)行顯著性分析;采用Origin 8.5軟件繪圖。
從圖1可以看出,在生花生狀態(tài)下,黑花生籽實(8.85±1.26)與種皮(5.54±0.58)的含水量均大于紅花生的籽實(7.92±1.13)和種皮(4.61±0.54),且存在統(tǒng)計學(xué)差異(p<0.05)。杜瑞等[25]研究表明,黑花生無論種皮,還是籽實含水量均大于紅花生,該結(jié)論與本研究相一致。而經(jīng)過熟化處理后,兩類花生籽實與種皮含水量基本趨于一致。不同的花生品種、以及運輸和儲存過程中的氣溫變化導(dǎo)致生花生的含水量存在一定差異性,但熟化后花生含水量急劇下降。在進(jìn)行物性檢測中發(fā)現(xiàn),含水量不同的同一樣品會造成數(shù)據(jù)顯著差異,因此,為保證結(jié)果同一性,后續(xù)質(zhì)構(gòu)檢測采用熟花生以減小實驗誤差。
圖1 黑、紅花生籽實與種皮含水量Fig.1 Water content of seeds and seed coat of raw and cooked peanuts
脆性是樣品對探頭的初始抵抗作用,在TPA測試中通常表示為第一次壓縮過程中的第一個峰值,若是只有一個峰值,則定義為硬度,無脆性值。經(jīng)過熟化、放涼回酥后的花生含水量大幅下降,均有明顯的脆性峰值。不同于生花生韌性較高,熟花生在壓縮到達(dá)一定程度時果仁會明顯破裂,壓縮形變、測試速度對花生酥脆性的影響如圖2所示。
圖2 壓縮形變量、測試速度對黑、紅花生酥脆性的影響Fig.2 Effect of compression shape variable and test speed on the crispness of black and red peanuts
圖2 顯示黑、紅花生的脆性結(jié)果呈現(xiàn)為三條波動不大的折線,說明在同一測試速度下,無論是20、40還是60 mm/min的測試速度,隨著壓縮形變量的增大,黑、紅花生的脆性值均沒有太大的變化,而測試速度對花生脆性存在影響??傮w而言,測試速度越高,脆性值越低。根據(jù)圖2顯示的結(jié)果來看40 mm/min的測試速度使得脆性值處于一個較為平穩(wěn)的狀態(tài)。
硬度反應(yīng)了樣品在對應(yīng)形變比例內(nèi)對抗探頭所達(dá)到的最大的力,是TPA測試中重要的組成部分。壓縮形變越大,則硬度值越大,但高壓縮比情況下的硬度值多為力的相互作用下的無效做功,因為此時樣品已經(jīng)被完全破壞,并非反應(yīng)了樣品的真實硬度。本測試旨在考察花生樣品最適的硬度測試壓縮比,減少無效做功的影響。壓縮形變、測試速度對花生硬度的影響如圖3所示。
黑、紅花生在對硬度的檢測過程中,無論是20、40還是60 mm/min的測試速度均沒有很明顯的區(qū)別,三條線基本重合(圖3)。李春紅等[26]認(rèn)為,測試速度對于樣品的硬度以及斷裂距離無顯著影響,該結(jié)論與本實驗研究結(jié)果基本一致。因此在測量樣品硬度時,可以選擇較高的測試速度。對于壓縮形變比例而言,在壓縮形變量≤50%時候,硬度隨著壓縮形變量增大基本無變化,說明此范圍內(nèi)壓縮形變量對硬度影響小,反應(yīng)的是樣品的真實硬度情況。隨著壓縮比例逐漸增大,硬度值急劇上升,在壓縮形變量80%時,兩種花生硬度值均在250 N以上,是50%壓縮比例以下硬度均值兩倍還多,由此可見產(chǎn)生了大量的無效做功。兩種花生相比較,硬度值有一定差別,紅花生硬度較高。
圖3 壓縮形變、測試速度對黑、紅花生硬度的影響Fig.3 Effects of compression deformation and testing speed on the hardness of black and red peanuts
在預(yù)實驗研究中發(fā)現(xiàn)(圖4),TPA兩次間隔壓縮的時間對樣品彈性有一定影響。在其余因素相同條件下,當(dāng)兩次壓縮間隔在2 s以內(nèi),彈性呈現(xiàn)顯著增長趨勢;2~4 s范圍,彈性緩慢增長;4 s后基本不增長。因此TPA兩次壓縮間隔時間設(shè)定為5 s,增加彈性數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。
圖4 TPA測試間隔時間對兩種花生彈性的影響Fig.4 The effect of TPA test interval time on the elasticity of two kinds of peanuts
除了TPA測試中的兩次壓縮時間間隔會影響彈性,從圖5可以看出,壓縮形變量以及測試速度均對黑、紅花生彈性產(chǎn)生影響。隨著壓縮形變量的增大,彈性總體呈現(xiàn)上升趨勢。但當(dāng)黑、紅花生處于20 mm/min和60 mm/min的測試速度時,在50%~60%壓縮形變區(qū)間,彈性出現(xiàn)大幅下降,當(dāng)大于60%壓縮形變后開始逐漸回升。40 mm/min測試速度時,彈性上升趨勢平穩(wěn)。在50%壓縮比例之前,三種測試速度沒有明顯區(qū)別,黑、紅花生彈性變化趨勢基本一致。
圖5 壓縮形變量、測試速度對黑、紅花生彈性的影響Fig.5 Effects of compression shape variable and test speed on the elasticity of black and red peanuts
內(nèi)聚性的定義為樣品經(jīng)過第一次壓縮變形后所表現(xiàn)出來的第二次壓縮的相對抵抗能力。圖6顯示,測試速度對花生的內(nèi)聚性影響較小,20、40以及60 mm/min測試速度下內(nèi)聚性變化趨勢基本一致。隨著壓縮形變量的逐漸增大內(nèi)聚性逐漸下降,當(dāng)壓縮形變量達(dá)到65%后,內(nèi)聚性基本不再變化,此時花生已被壓縮成餅粕狀態(tài),因此相對抵抗能力基本不再變化。所以花生壓縮形變量不應(yīng)大于65%,否則內(nèi)聚性指標(biāo)產(chǎn)生無效做功。兩種花生的內(nèi)聚性總體趨勢一致,但黑花生內(nèi)聚性整體較紅花生低了約15%,說明不同品種花生存在細(xì)微差異性。
圖6 壓縮形變量、測試速度對黑、紅花生內(nèi)聚性的影響Fig.6 Influence of compression shape variable and test speed on the cohesion of black and red peanut
咀嚼性可以解釋為咀嚼固體食物所需要的能量(咀嚼到可吞咽程度所需能量),用于固體食物的口感描述,在質(zhì)構(gòu)儀中定義為膠著性與彈性的乘積。從圖7可以看出,隨著壓縮形變量的逐漸增大,咀嚼性呈現(xiàn)先上升后下降再上升的過程,而測試速度對咀嚼性呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。在測試速度20 mm/min和40 mm/min,壓縮形變量在35%~60%時,咀嚼性變化較小。
圖7 壓縮形變量、測試速度對黑、紅花生咀嚼性的影響Fig.7 Impact of compression shape variables and test speed on mastication of black and red peanuts
兩種花生咀嚼性檢測結(jié)果趨勢基本一致,符合品種特性。但可能是品種之間存在細(xì)微差異原因,紅花生的咀嚼性程度較黑花生更高,40 mm/min測試速度,50%壓縮范圍時,紅花生咀嚼性(12.54±1.3 mJ)比黑花生(7.84±1.1 mJ)高了近60%。
圖8 表示黑紅兩種花生在不同剪切速率下的剪切力。兩種不同品種的花生在60 mm/min剪切速度以內(nèi)時,紅花生剪切力顯著高于黑花生(p<0.05),這與硬度和咀嚼性檢測結(jié)果一致;同時同種花生間剪切力基本無變化,黑花生穩(wěn)定在34.71 N左右,紅花生穩(wěn)定在43.84 N附近。從60 mm/min開始到100 mm/min,隨著剪切速率增大,兩種花生的剪切力開始逐漸下降,在100 mm/min時,黑花生剪切力為23.21±3.8 N,紅花生為29.8±6.2 N。不同的剪切速度對花生的剪切力有差異,不同花生樣品的剪切速率也不相同,這可能與不同種類的質(zhì)構(gòu)有關(guān)[27],張廷煥等[28]在豬肉剪切力測定的過程中發(fā)現(xiàn),剪切速度越快,阻力越小,剪切力越小,這與本研究在60 mm/min至100 mm/min段剪切速度的研究相一致。
圖8 剪切速度對紅花生剪切力的影響Fig.8 Effects of compression shape variable and test speed on the cohesion of peanut
在剪切速度達(dá)到100 mm/min之后,剪切力結(jié)果呈現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象,150 mm/min剪切速度首次出現(xiàn)黑花生剪切力(77.85±12.4 N)明顯大于紅花生(55.66±9.4 N),且剪切力表現(xiàn)不穩(wěn)定,且組間差異也非常大,不具備統(tǒng)計學(xué)意義。造成這樣的原因可能是測試速度過快,而花生是一種體積較小的樣品,高測試速度和小樣品帶來的不匹配,導(dǎo)致系統(tǒng)誤差增大,因此建議剪切速度不大于60 mm/min避免系統(tǒng)檢測差異。
質(zhì)構(gòu)測試是采用質(zhì)構(gòu)儀的探頭來模擬人唇齒間的咀嚼運動,探頭所測得的特定數(shù)據(jù)來表示樣品的物性特性,這些物性特性所反映的是樣品組織結(jié)構(gòu)的特性,通過對質(zhì)構(gòu)參數(shù)的相關(guān)性分析可以發(fā)現(xiàn)哪些參數(shù)與檢測關(guān)鍵點具有相關(guān)性。
表2 描述了黑、紅花生兩種花生樣品的物性參數(shù)與儀器檢測關(guān)鍵控制點的相關(guān)性結(jié)果。其中黑、紅花生的壓縮形變量與脆性、硬度、彈性以及咀嚼性均呈正相關(guān),并且紅花生硬度、彈性、咀嚼性與壓縮性變量呈極顯著相關(guān)性(p<0.01);黑花生硬度、咀嚼性與壓縮形變量呈現(xiàn)極顯著相關(guān)(p<0.01),彈性與壓縮形變呈顯著相關(guān)(p<0.05);黑、紅花生的內(nèi)聚性與壓縮形變量均呈現(xiàn)負(fù)相關(guān),且達(dá)到極顯著水平(p<0.01)。測試速度方面,黑花生的脆性、彈性以及咀嚼性和測試速度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān),其中脆性、咀嚼性達(dá)到顯著水平(p<0.05),硬度與內(nèi)聚性和測試速度呈正相關(guān),但相關(guān)性不顯著。紅花生的脆性、彈性、內(nèi)聚性、咀嚼性與測試速度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān),其中脆性為極顯著水平(p<0.01)、咀嚼性為顯著水平(p<0.05),硬度與測試速度呈正相關(guān)但沒有統(tǒng)計學(xué)顯著水平。黑、紅花生的剪切速度與剪切力之間均沒有顯著水平的相關(guān)性。
表2 黑、紅花生樣品物性參數(shù)的相關(guān)性分析Table 2 Correlation analysis of physical parameters of black and red peanut samples
由表3感官分析的結(jié)果可以看出,兩種花生間存在明顯口感差異,達(dá)到顯著水平(p<0.05)。黑花生的口感表現(xiàn)較為優(yōu)異,酥脆性、細(xì)膩度以及柔嫩度均優(yōu)于紅花生樣品,該結(jié)果與物性的測定的脆度、硬度、咀嚼性結(jié)果相一致,表明物性測定結(jié)果確實可在一定程度上代替感官評定的指標(biāo)。
表3 黑、紅花生樣品感官品評結(jié)果Table 3 Sensory evaluation results of black and red peanut samples
通過調(diào)節(jié)花生物性測定中的關(guān)鍵點,即壓縮形變量、測試速度、剪切速度等發(fā)現(xiàn),同一種樣品在檢測過程中,不合適的壓縮形變量會對硬度、彈性、內(nèi)聚性、咀嚼性等物性參數(shù)造成顯著影響(p<0.05),因此確定壓縮形變比在35%~50%范圍內(nèi),對花生物性測定結(jié)果影響較小;而測試速度會對花生樣品脆性造成顯著影響(p<0.05),測試速度越高,脆性值越低,就本研究而言,花生樣品在40 mm/min測試速度測試脆性時,結(jié)果較為穩(wěn)定;而在60~100 mm/min剪切速率時,速率越高,剪切力越低,同時過高的剪切速率會嚴(yán)重影響花生樣品的剪切力穩(wěn)定性,實驗結(jié)果表明應(yīng)控制剪切速率不高于60 mm/min以獲得穩(wěn)定的數(shù)據(jù);感官品評的結(jié)果同質(zhì)構(gòu)測定結(jié)果相一致,表明在合適的測試參數(shù)下,質(zhì)構(gòu)測試的結(jié)果可部分替代感官品評,一定程度上提高了數(shù)據(jù)的客觀準(zhǔn)確性。