姜 松，賈 瑜，石吉勇，劉瑞霞，趙杰文

(江蘇大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013)

韌性餅干脆性評價方法的研究

姜 松，賈 瑜，石吉勇，劉瑞霞，趙杰文

(江蘇大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013)

為了建立一種客觀評價餅干脆性的方法，采用物性儀對餅干進(jìn)行穿刺實驗，優(yōu)化探頭，分析穿刺過程中餅干的破裂狀態(tài)與空間破裂次數(shù)(Nsr)的關(guān)系，對不同含水率餅干的穿刺方法、三點彎曲方法和TPA方法進(jìn)行比較。結(jié)果表明：穿刺方法優(yōu)于三點彎曲和TPA方法，最優(yōu)的穿刺探頭是P0.25S探頭；空間破裂次數(shù)的計算公式中破裂距離應(yīng)為力-位移曲線上力降為零所對應(yīng)的距離；其所得的空間破裂次數(shù)與含水率的相關(guān)系數(shù)(R2)為0.9763，這一指標(biāo)能夠表征餅干的脆性。為韌性餅干脆性評價提供了一種儀器測試方法。

餅干；穿刺實驗；脆性；評價方法

Abstract：The aim of this work was to establish a method for the evaluation of biscuit crispy. A texturometer (TA.XT2i, SMS,UK) was used to carry out puncturing tests and an optimum probe was screened out of P0.25S ball-shaped probe as well as P3 and P6 column-shaped probes. The relationship between the rupturing state and the number of spatial rupture (Nsr) of biscuits was analyzed. Meanwhile, comparison among puncturing, TPA and three-point bending tests used to measure biscuits with varying moisture contents was made. The optimal puncturing probe was found to be P0.25S; the rupturing distance in the formula for calculating Nsr was the distance in the force versus distance curve at the force of zero; the correlation coefficient (R2) between Nsrand moisture content was 0.9763. Therefore, puncturing method is superior to other two methods and Nsr can used to characterize the crispy of biscuits.

Key words：biscuits；puncturing test；crispy；evaluation method

餅干是以小麥粉為主要原料，加入或不加入糖、油脂及其他原料，經(jīng)調(diào)粉或調(diào)漿、成型、烘烤或煎烤等工藝制成的食品。國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 20980—2007)對大部分餅干都有松脆或酥松的要求，脆感和碎感是餅干重要的質(zhì)地評價指標(biāo)。對于餅干脆性的評價大都采用感官評價，然而感官評價存在主觀性，評價標(biāo)準(zhǔn)不一致，評價鑒定費時費力且需要專業(yè)的評審員等缺點。雖然國內(nèi)外有報道通過力學(xué)測試法對餅干質(zhì)地進(jìn)行測試，但其主要是對不同原料添加量對餅干品質(zhì)的影響進(jìn)行研究[1]，而對于餅干脆性的研究主要是通過聲音測試法[2]。因此建立餅干脆性質(zhì)評價的力學(xué)儀器測定方法，有著重要的現(xiàn)實意義。本研究采用穿刺方法評價餅干的脆性，并將其與三點彎曲和TPA方法進(jìn)行比較，探索能夠表征餅干脆性的指標(biāo)，提供一種評價餅干脆性的儀器測試方法。

1 材料與方法

1.1 材料

實驗選取正航荷蘭風(fēng)味雞蛋餅干(韌性餅干)，規(guī)格為108g/袋，2009年2月17日出廠于家樂式(山東)食品有限公司，購于江蘇大學(xué)萬方超市。

1.2 儀器與設(shè)備

TA-XT2i物性儀 英國Stable Micro Systems公司；HB43-S快速水分測試儀 瑞士Mettler Toledo公司；0～15mm電子數(shù)顯卡表(分辨力0.01mm) 桂林廣陸數(shù)字測控股份有限公司；0～150mm電子數(shù)顯卡尺(分辨力0.01mm) 上海量具刃具廠；PSX智能型恒溫恒濕培養(yǎng)箱 寧波萊?？萍加邢薰?。

1.3 方法

1.3.1 探頭的優(yōu)化

選取P0.25S球形探頭，P3和P6柱形探頭進(jìn)行實驗。每工況重復(fù)10次。

1.3.2 餅干破裂距離的優(yōu)化

用優(yōu)化的P0.25S探頭對餅干進(jìn)行穿刺實驗，觀察餅干的破裂狀態(tài)，分析曲線上各峰值出現(xiàn)的原因，從而確定空間破裂次數(shù)計算公式中的最佳破裂距離。

1.3.3 不同含水率餅干的穿刺、三點彎曲和TPA實驗

將餅干放在恒溫恒濕培養(yǎng)箱中，通過控制其溫度、濕度和放置時間，制備不同含水率(用快速水分測試儀測得)的餅干試樣。三點彎曲實驗需將餅干制成40mm×10mm×4mm的樣品，TPA實驗需將餅干制成10mm×10mm×4mm的樣品。每工況重復(fù)10次，結(jié)果取其平均值。從所得的力-位移曲線上計算空間破裂次數(shù)Nsr(mm-1)[2-4]和彎曲應(yīng)力σ(N/mm2)[5-8]，其計算公式分別為：

式中：N0為峰的總數(shù)；d為破裂距離/mm；F為最大作用力/N；L為彎曲跨度/mm；b為餅干的寬度/mm，h為餅干的厚度/mm。

穿刺和三點彎曲實驗的基本參數(shù)設(shè)置為：測試模式：壓縮力測試；運行方式：測前、測后速率均設(shè)為1.0mm/s，測試速率為0.5mm/s；探頭下壓距離為12mm；記錄方式：僅記錄測量行程；觸發(fā)方式：自動；觸發(fā)力：0.05N；數(shù)據(jù)采集速率：200pps；傳感器選用5kg。

TPA實驗的基本參數(shù)設(shè)置為：測試模式：TPA；運行方式：測前、測后速率均設(shè)為1.0mm/s，測試速率為0.5mm/s；壓縮量為30%，停留時間為5s；記錄方式：記錄全程；觸發(fā)方式：自動，觸發(fā)力：0.05N；數(shù)據(jù)采集速率：200pps；傳感器選用25kg。

2 結(jié)果與分析

2.1 探頭的優(yōu)化結(jié)果

圖1 不同探頭的穿刺實驗曲線Fig.1 Puncturing test curves obtained using different probes

由圖1可知，采用P0.25S探頭所得曲線的峰的總數(shù)明顯大于另外兩種探頭。這是因為采用球形探頭進(jìn)行實驗時，隨著探頭作用面的增加，探頭不斷受到周圍餅干組織的擠壓，從而使餅干產(chǎn)生更多的破裂，其力-位移曲線上就會出現(xiàn)更多的峰。力-位移曲線上出現(xiàn)的峰越多，越能反映餅干內(nèi)部組織的破裂情況，因此本實驗選擇P0.25S探頭進(jìn)行測試。

2.2 破裂距離的優(yōu)化結(jié)果

圖2 餅干穿刺實驗的力-位移曲線Fig.2 Force versus distance curve from puncturing tests for biscuits

將餅干穿刺實驗所得的曲線劃分為3個階段：第一階段為餅干開始受力至第一次出現(xiàn)峰的大的降落所對應(yīng)的位移(圖2中直線1至直線2)；第二階段為第一次出現(xiàn)峰的大的降落所對應(yīng)的位移至曲線上力開始出現(xiàn)持續(xù)下降趨勢所對應(yīng)的位移(直線2至直線3)；第三階段為力開始出現(xiàn)持續(xù)下降趨勢所對應(yīng)的位移至力降為零時所對應(yīng)的位移(直線3至直線4)。

餅干在第一階段只是上表面(即與探頭先接觸的面)有下凹，底面并沒有變化，在力-位移曲線上出現(xiàn)一些峰(圖2中直線1與直線2之間的峰)。餅干雖是脆性食品，但其內(nèi)部是特殊的孔隙結(jié)構(gòu)，當(dāng)其受到探頭作用力時，其內(nèi)部的孔隙被壓實后，組織結(jié)構(gòu)中連接最弱的點先斷裂，力-位移曲線上便會出現(xiàn)峰。

第二階段是產(chǎn)生峰的密集階段。當(dāng)餅干受力超過其所能承受的最大力時，便會在底面產(chǎn)生裂紋(圖3a)，探頭的受力突然減小，產(chǎn)生了峰的較大降落。繼續(xù)增加穿刺距離，餅干底面會沿著裂紋向外凸出(圖3b)，對應(yīng)圖2上直線2與直線3之間會出現(xiàn)一些峰，這是沿著裂紋產(chǎn)生的裂塊受到周圍餅干組織的作用力，從而產(chǎn)生破裂所造成的。隨著距離的增加，裂塊凸出來的越來越明顯，即力-位移曲線上的峰越來越多。

餅干在第三階段力開始出現(xiàn)持續(xù)降落的趨勢，這是因為餅干底面形成的裂塊掉落，中間剩薄薄的一層(圖3c)，當(dāng)探頭將穿過這層餅干組織，會使餅干底面露出孔狀，但是還沒有形成規(guī)則孔(圖3d)(將直徑同探頭直徑一樣的孔稱之為規(guī)則孔，反之稱之為不規(guī)則孔)。隨著距離的增加，規(guī)則孔逐漸形成(圖3e)，探頭受到的阻力越來越小。在這一階段探頭穿過餅干中間薄層以及與周圍餅干產(chǎn)生剪切形成碎屑造成曲線上也會產(chǎn)生一些峰。

圖3 餅干在3個階段內(nèi)的底面破裂狀況圖Fig.3 Rupturing state diagrams in the bottom of biscuits at three phases

所以餅干在穿刺過程中經(jīng)歷的變化過程可歸結(jié)為：上表面下凹→底面產(chǎn)生裂紋→沿著裂紋方向形成裂塊→底面露出孔狀→底面孔狀完全形成，對應(yīng)的力-位移曲線上的變化是：出現(xiàn)小的峰值→第一次出現(xiàn)峰的較大降落→很多的小峰→力開始出現(xiàn)持續(xù)降落的趨勢→力降為零。綜合考慮餅干整個過程的破裂狀態(tài)，由于餅干在力-位移曲線上的3個階段中均有破裂的情況發(fā)生，所以以力降為零所對應(yīng)的距離為公式(1)中的破裂距離計算空間破裂次數(shù)。

2.3 不同含水率餅干的穿刺、三點彎曲和TPA實驗結(jié)果

圖4 穿刺實驗Fig.4 Puncturing test for biscuits

從圖4可以看出，穿刺實驗得到的空間破裂次數(shù)在減小，這是因為隨著餅干含水率的增加，餅干的硬度在減小，脆性在降低，在穿刺過程中小破裂事件發(fā)生的次數(shù)就變少，峰的總數(shù)在減少，在破裂距離變化不大的情況下空間破裂次數(shù)就會減少。TPA實驗中在第一次壓縮過程中在達(dá)到最大載荷之前若產(chǎn)生屈服現(xiàn)象，曲線中出現(xiàn)一個明顯的峰，將此峰值定義為脆性。

圖5 TPA實驗Fig.5 TPA test for biscuits

從圖5可以看出，脆性值在含水率為5%之前基本沒有變化，在含水率5%以后出現(xiàn)下降趨勢。含水率為6.63%時，只有40%的曲線出現(xiàn)了脆性峰值，當(dāng)含水率為7.28%時，所有的曲線都沒有出現(xiàn)脆性峰值，此時的餅干已經(jīng)失去了脆性。

圖6 三點彎曲實驗Fig.6 Three-point bending test for biscuits

從圖6可以看出，三點彎曲實驗得到的彎曲應(yīng)力在含水率為5%之前減小趨勢平緩，在含水率為5%之后，下降明顯；最大力對應(yīng)位移呈遞增趨勢。

對圖4～6中各指標(biāo)與含水率進(jìn)行線性擬合可得空間破裂次數(shù)與含水率呈線性負(fù)相關(guān)關(guān)系，其線性回歸方程為Nsr=－71.301x+5.7554，相關(guān)系數(shù)R2=0.9763，高于彎曲應(yīng)力、最大力對應(yīng)距離和脆性值與含水率的相關(guān)系數(shù)(0.807、0.86、0.6555)。

3種測試方法相比較可以得知，TPA和三點彎曲方法都需要將樣品制成統(tǒng)一的形狀，操作較繁瑣，且所得到的彎曲應(yīng)力、最大力對應(yīng)距離和脆性值在含水率為5%之前變化不明顯；而穿刺實驗得到的空間破裂次數(shù)與含水率的線性相關(guān)系數(shù)為0.9763，明顯高于其他指標(biāo)，能夠體現(xiàn)餅干這種脆性食品的小破裂事件，且不需要將餅干制成要求的形狀，操作起來比較簡單。所以穿刺實驗方法要優(yōu)于三點彎曲和TPA方法。

3 結(jié) 論

3.1 P0.25S球形探頭優(yōu)于P3和P6柱形探頭，能更好的表征餅干的破裂情況。

3.2 根據(jù)峰的變化情況將穿刺實驗所得的力-位移曲線劃分為3個階段，第一階段為餅干開始受力到出現(xiàn)第一個峰的較大降落所對應(yīng)的位移；第二階段為從出現(xiàn)第一個峰的較大降落到曲線上力開始出現(xiàn)持續(xù)下降趨勢所對應(yīng)的位移；第三階段為從曲線上力開始出現(xiàn)持續(xù)下降趨勢到力降為零的位移。分析3個階段中餅干的破裂狀態(tài)與空間破裂次數(shù)的關(guān)系，得到最佳的破裂距離為力-位移曲線上力降為零所對應(yīng)的距離。

3.3 穿刺方法優(yōu)于三點彎曲和TPA方法，其計算所得的空間破裂次數(shù)與含水率的線性相關(guān)系數(shù)(R2)為0.9763，能夠表征餅干的脆性。穿刺方法可以作為評價韌性餅干脆性的一種客觀的方法。

[1] 林楠, 夏楊毅, 魯言文. 餅干品質(zhì)評價的研究進(jìn)展[J]. 糧油加工, 2009,33(3): 102-105.

[2] 于泓鵬, 曾慶孝. 脆度的研究方法及其控制參數(shù)[J]. 食品與發(fā)酵工業(yè), 2004, 30(3): 85-89.

[3] PAMIES B V, ROUDAUT G, DACREMONT C, et al. Understanding the texture of low moisture cereal products:mechanical and sensory measurements of crispness[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture, 2000, 80: 1679-1685.

[4] NORTON C R T, MITCHELL J R, BLANSHARD J M V. Fractal determination of crisp or crackly textures[J]. Journal of Texture Studies,1998, 29(3): 239-253.

[5] 金萬浩. 食品物性學(xué)[M]. 北京: 中國科學(xué)技術(shù)出版社, 1991.

[6] GAINES C S, KASSUBA A, FINNEY P L. Instrumental measurement of cookie hardness.I.Assessment of methods[J]. Cereal Chemistry, 1992,69(2): 115-119.

[7] SALEEN Q, WILDMAN R D, HUNTLEY J M, et al. Material properties of semi-sweet for finite element modeling of biscuit cracking[J].Journal of Food Engineering, 2005, 68(1): 19-32.

[8] LUCAS P W, PRINA J F, AGRAWAL K R, et al. Food physics and oral physiology[J]. Food Quality and Preference, 2002, 13(4): 203-213.

Methods for the Evaluation of Biscuit Crispy

JIANG Song，JIA Yu，SHI Ji-yong，LIU Rui-xia，ZHAO Jie-wen
(School of Food and Biological Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, China)

TS213.2；TS201.7

A

1002-6630(2010)15-0060-04

2009-12-15

江蘇省自然科學(xué)基金重點項目(BK2006707-1)

姜松(1963—)，男，教授，博士，研究方向為農(nóng)產(chǎn)(食)品流變力學(xué)特性及其質(zhì)地評價。E-mail：jszhlyy@163.com