安玥琦，趙思明，劉 茹，劉友明，尤 娟，熊善柏

?

魚糜凝膠脆性的力學(xué)性能表征與模型建立

安玥琦1,2，趙思明1，劉 茹1,2，劉友明1,2，尤 娟1,2，熊善柏1,2※

（1. 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，武漢 430070； 2. 國家大宗淡水魚加工技術(shù)研發(fā)分中心（武漢），武漢 430070）

為了用客觀準(zhǔn)確的方法評價魚糜凝膠的脆性，以求為魚糜凝膠的質(zhì)構(gòu)調(diào)控等相關(guān)研究奠定基礎(chǔ)，該研究采用感官評價和單軸壓縮、三點(diǎn)彎曲、穿刺等物性分析方法，對不同交聯(lián)度的魚糜凝膠感官脆性和力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行測定，研究魚糜凝膠感官脆性與交聯(lián)度和力學(xué)指標(biāo)的關(guān)系并建立魚糜凝膠脆性的表征模型。結(jié)果表明，不同交聯(lián)度的魚糜凝膠表現(xiàn)出不同的口感，魚糜凝膠的感官脆性評分隨著交聯(lián)度的增加而增大。當(dāng)魚糜凝膠的交聯(lián)度小于30%時，咀嚼時魚糜凝膠不具備脆性。當(dāng)交聯(lián)度超過30%后，魚糜凝膠開始出現(xiàn)脆性，且隨著交聯(lián)度的增加其脆性顯著增加。而當(dāng)交聯(lián)度超過75%時，感官脆性不再明顯增加。在交聯(lián)度30%～75.5%范圍內(nèi)，對魚糜凝膠脆性進(jìn)行力學(xué)表征并進(jìn)行多元回歸分析，建立了基于破斷力、脆裂功、斷裂應(yīng)力、初始切割系數(shù)和壓縮常數(shù)5個參數(shù)的魚糜凝膠的脆性表征方程（2=0.981 9），可較好地表征魚糜凝膠脆性。經(jīng)驗(yàn)證，該模型預(yù)測值與實(shí)測值無差異（>0.05），具有較好的準(zhǔn)確性和精確度，可客觀表征魚糜凝膠脆性，為開發(fā)不同口感魚糜制品提供理論基礎(chǔ)。

品質(zhì)控制；水產(chǎn)品；檢測；魚糜凝膠；脆性；感官評價；力學(xué)特性；回歸分析

0 引 言

魚糜中肌原纖維蛋白在轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶低溫凝膠化作用下發(fā)生共價交聯(lián)，在熱誘導(dǎo)下形成魚糜凝膠[1]。隨著魚糜凝膠交聯(lián)度增加，魚糜凝膠逐漸從彈粘體變?yōu)閺棿囿w[2]，表現(xiàn)出“脆性”，并賦予魚糜凝膠獨(dú)特口感[3-4]。脆性同硬度、彈性和黏性等一樣都是凝膠制品重要的物理特性[5-6]，但凝膠脆性并不能像硬度和彈性等一樣通過簡便的全質(zhì)構(gòu)分析（texture profile analysis,TPA）進(jìn)行表征。

感官評定是目前評價食品脆性最常用方法，但感官評定的主觀性大，易受評價員嗜好、情緒、健康狀況等因素影響，且受語言表述的限制而很難準(zhǔn)確表征食品的脆性[7-8]。因此，研究利用客觀方法代替感官評分在脆性評價中甚為重要。Primomarti等[9]通過食品破斷時的聲波強(qiáng)弱來反映谷物食品的脆性[10]，食品越脆，斷裂時的聲音就越大。孫鐘雷等[11]運(yùn)用聲級計對不同食品在人咀嚼破碎時產(chǎn)生的聲音信號進(jìn)行采集，也證明了脆裂聲音與食品脆性具有極顯著的相關(guān)性。盡管該方法可較準(zhǔn)確的反映樣品的脆性，但對試驗(yàn)環(huán)境和試驗(yàn)儀器的要求極高，難以推廣應(yīng)用。目前常用質(zhì)構(gòu)儀中三點(diǎn)彎曲、壓縮、穿刺、剪切等模式測試食品的脆性[8-9,12-13]。Valles等[14]曾將力-位移曲線經(jīng)傅里葉變換、分形分析并結(jié)合感官評價來表征谷物食品的脆性。在凝膠食品的力學(xué)特性研究中，雖然目前沒有明確提出“脆”的表述，但斷裂特性是反映凝膠食品脆性的重要指標(biāo)之一。與斷裂有關(guān)的力學(xué)特性在凝膠類食品中被研究報道。Gamonpila等[15]通過單軸壓縮、線性切割和三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)研究了淀粉凝膠的斷裂特性，而Forte等[16]研究了明膠斷裂特性對壓縮速率的依賴性，并使用多孔材料模型對單軸壓縮數(shù)值進(jìn)行了擬合建模。盡管這些研究從不同側(cè)面研究了食品斷裂特性（脆性）的表征方法，但都沒有考慮凝膠的交聯(lián)度與其脆性的關(guān)系及影響。

本試驗(yàn)通過控制轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶添加量和凝膠化時間制備出不同交聯(lián)度的魚糜凝膠，然后采用感官評價和單軸壓縮、三點(diǎn)彎曲、穿刺等物性分析方法測定其感官脆性和力學(xué)指標(biāo)，分析魚糜凝膠交聯(lián)度、感官脆性與力學(xué)特性的關(guān)系并建立了魚糜凝膠脆性的表征模型，可為魚糜凝膠的質(zhì)構(gòu)調(diào)控等相關(guān)研究奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與設(shè)備

淡水冷凍魚糜（AAA級），購于洪湖市井力水產(chǎn)食品股份有限公司。微生物轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶（3 000 U/g），購于科納提克（瑞士）有限公司。

所需設(shè)備包括：擂潰機(jī)，CA-1型，金盛號鐵工廠；數(shù)顯恒溫水浴鍋，HH-6型，國華電器有限公司；高速分散均質(zhì)機(jī)，F(xiàn)J-200型，上海標(biāo)本模型廠；質(zhì)構(gòu)儀，TA-XTPlus型，美國Stable Micro SurreyS公司；分光光度計，722型，上海精密科學(xué)儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 不同交聯(lián)度魚糜凝膠的制備

將冷凍魚糜于4℃解凍后，調(diào)整其含水率為78%，用斬拌機(jī)預(yù)斬2 min，加入2.5% NaCl和不同添加量的微生物轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶（MTGase，0～18 U/g），于45 r/min擂潰30 min，使用真空包裝機(jī)排氣后，使用灌腸機(jī)將魚糜灌入直徑22 mm的腸衣后封口，在水浴鍋中40℃低溫凝膠化一段時間（0～12 h）后，再于90℃魚糕化30 min，之后迅速冷卻獲得魚糜凝膠并在4℃貯藏備用。

1.2.2 魚糜凝膠交聯(lián)度的測定

參考Adler-Nissen等[17]的方法，用2,4,6-三硝基苯磺酸溶液（2,4,6-trinitrobenzenesulfonic acid solution，TNBS）法測定魚糜蛋白中自由氨基的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，通過酶作用前后自由氨基的減少量表征魚糜凝膠的交聯(lián)程度，即魚糜膠凝過程中形成的谷氨酸-賴氨酸交聯(lián)鍵（-(-Glu)-Lys）的鍵數(shù)[18]。取1 g魚糜凝膠，加入9 mL 10 g/L硼酸緩沖液（pH值8.2）后均質(zhì)，75℃水浴15 min，再60 ℃水浴2 h，取上清液待用，調(diào)整上清液蛋白濃度為1 mg/mL后，取0.125 mL上清液，加入1 mL 0.212 5 mol/L磷酸緩沖液（pH值8.2），1 ml 0.1%TNBS，用鋁箔避光在50 ℃水浴反應(yīng)1 h，然后加入2 mL 1mol/L HCl終止反應(yīng)，室溫冷卻30 min，于340 nm比色?？瞻撞捎?%硼酸緩沖液，標(biāo)準(zhǔn)曲線采用L-亮氨酸制作。交聯(lián)程度的計算公式如下[19]

交聯(lián)程度=(1?′/)×100% （1）

式中為生魚糜中游離氨基的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；′為制備得到的魚糜凝膠中游離氨基的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

1.2.3 魚糜凝膠脆性的感官評定

食品脆性的感官評定主要根據(jù)樣品被牙齒咀嚼發(fā)生破裂時對產(chǎn)品的主觀感受，從力、聲音和破碎性3個方面綜合評分[20]。本試驗(yàn)的感官評定在食品感官評價實(shí)驗(yàn)室完成，邀請10名受過培訓(xùn)且長期研究魚糜凝膠的試驗(yàn)員進(jìn)行感官鑒評。把魚糜凝膠樣品切成20 mm高的圓柱體，隨機(jī)編號，由專人呈送給評定員，每個人獨(dú)立進(jìn)行品評，重復(fù)3次，按照表1的標(biāo)準(zhǔn)，并且在感官評價時用“?”“+”模糊評價樣品“脆”的程度，“-”表示樣品沒有脆性，“+”表示樣品有脆性，“++”表示樣品具有明顯脆性。脆性感官評定總體評分計算公式如下

脆性=（力分值+聲音分值+破碎性分值）/3 （2）

1.2.4 單軸壓縮試試驗(yàn)

參考Gamonpilas等[15-16]研究方法。將樣品切成高20 mm的圓柱，置于質(zhì)構(gòu)儀的測試平臺，在室溫（20～24℃）下完成試驗(yàn)。測試探頭P/36R，壓縮比80%，測前速率2 mm/s，測中速率1 mm/s，測后速率2 mm/s，觸發(fā)力5 g。得到的反映凝膠樣品壓縮破斷特性的應(yīng)力-應(yīng)變曲線的上升部分可以用如下本構(gòu)模型進(jìn)行擬合

式中為壓縮應(yīng)力，kPa；為壓縮比，=exp()；為壓縮應(yīng)變，%；是壓縮常數(shù)，不同的樣品有不同的壓縮常數(shù)；為初始切割系數(shù)，與樣品特性有關(guān)。

表1 魚糜凝膠脆性的感官評定標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)應(yīng)力-應(yīng)變曲線，可以計算出每個樣品的和值。應(yīng)力-應(yīng)變曲線的初始傾斜度（符合胡克定律范圍內(nèi)，壓縮比40%之前）通過線性回歸分析，依據(jù)下述公式可以得到樣品的楊氏模量（1）。

式中和分別為壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線中的應(yīng)力與應(yīng)變。

1.2.5 三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)

三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)參考國際標(biāo)準(zhǔn)（ASTM E399-09）進(jìn)行樣品準(zhǔn)備與結(jié)果計算[21]。將凝膠樣品切成55 mm× 10 mm×10 mm的立方體，且在底部中心位置切割出1 mm的缺口，置于質(zhì)構(gòu)儀三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)裝置中央。試驗(yàn)中的下壓速率為0.5 mm/s。參考Puri等[22]的方法，對力-位移曲線中的特征參數(shù)進(jìn)行計算。脆裂距離（d，mm）為力-位移曲線中的最大值時的距離。脆裂功（W，kJ）通過TA-Plus軟件計算力-位移曲線的斷裂前的曲線下面積表示。魚糜凝膠脆裂應(yīng)力（σ，kPa）的計算參照公式（5），彈性模量（2，kPa）的計算根據(jù)公式（6）。

式中為力-位移曲線中的最大值時的負(fù)荷，N；為支點(diǎn)間跨度，40 mm；為樣品寬度，10 mm；為樣品厚度，10 mm；為樣品的撓度，即施力點(diǎn)的位移，在本試驗(yàn)中等于魚糜凝膠脆裂時的位移，mm。

1.2.6 穿刺試驗(yàn)

參考Liu等[23]的試驗(yàn)方法，樣品為20 mm高的圓柱，使用P0.25/S探頭，對樣品進(jìn)行刺壓。壓縮距離為15 mm；測前速度5 mm/s，測中速度1 mm/s，測后速度5 mm/s；觸發(fā)力為5 g；同一樣品重復(fù)測試6次。對得到的力-位移曲線的上升段和下降段進(jìn)行線性回歸擬合，測試破斷力（F，g），凹陷深度（，mm），上升斜率（1）和下降斜率（2）。

1.2.7 數(shù)據(jù)分析

每組試驗(yàn)樣品做6個平行，重復(fù)3次。采用SAS System for Windows V8和Excel軟件處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Orgin 8.6作圖。采用SAS對感觀評價結(jié)果與力學(xué)特性參數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析和多元回歸分析。顯著性分析取95%置信度（<0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 交聯(lián)程度對感官脆性的影響

通過控制MTGase添加量和低溫凝膠化時間制備魚糜凝膠樣品，并通過自由氨基的減少量表征魚糜凝膠的交聯(lián)程度，不同魚糜凝膠樣品的交聯(lián)度、脆性感官評分與脆性模糊評價結(jié)果見表2。從表2中可知，12種魚糜凝膠樣品的交聯(lián)度、脆性評分有明顯差異，其交聯(lián)度在13.71%～78.79%范圍、脆性感官評分分值在1.06～8.83之間。隨著交聯(lián)度的增加，魚糜凝膠的感官脆性評分呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，且脆性的模糊評價也呈現(xiàn)從無脆性（?）、出現(xiàn)脆性（+）到有明顯脆性（++）的變化規(guī)律。當(dāng)魚糜凝膠的交聯(lián)度低于30%時，其脆性感官評分隨交聯(lián)度增加而增加，但咀嚼時無明顯脆感；當(dāng)魚糜凝膠的交聯(lián)度超過30%、脆性感官評分超過3后，魚糜凝膠開始出現(xiàn)脆性（咀嚼時伴有嘎吱聲），且其脆性隨著交聯(lián)度升高而顯著增強(qiáng)；魚糜凝膠交聯(lián)度超過75.46%時，其脆性感官評分不再顯著變化，其值在8.78～8.83之間，維持在較高水平。

表2 不同交聯(lián)度的魚糜凝膠的感官脆性評價

注：上標(biāo)不同字母表示列組間有顯著差異（<0.05），下同。

Note: Different letters on the bar denote the significant differences (<0.05), the same below.

圖1顯示了魚糜凝膠的交聯(lián)度與感官脆性的關(guān)系。由圖1可知，當(dāng)交聯(lián)度小于30%時，魚糜凝膠的感官脆性均1分（脆性感官評價最低分）附近，近似于一條直線；而當(dāng)交聯(lián)度大于30%后，兩者關(guān)系符合指數(shù)模型，即魚糜凝膠的感官脆性評分隨著交聯(lián)度的增加首先快速增加，而當(dāng)交聯(lián)度超過60%后，感官脆性評分的增加趨勢變緩，當(dāng)交聯(lián)度超過75%后，其脆性評分達(dá)到最高值且保持穩(wěn)定。

圖1 魚糜凝膠的感官脆性與交聯(lián)程度的關(guān)系曲線

食品的脆性與食品結(jié)構(gòu)以及水分的變化（含水率或水分活度）密切相關(guān)[3,14]。在淀粉樣品中的研究發(fā)現(xiàn)，油炸后淀粉脆性與淀粉的交聯(lián)程度正相關(guān)[14]，即交聯(lián)程度改變了其結(jié)構(gòu)，從而影響了食品的脆性。Martínez等[24]在藍(lán)蟹糜中添加6 g/kg MTGase后，發(fā)現(xiàn)蟹肉凝膠的脆性顯著增加。這是因?yàn)镸TGase的加入使凝膠形成了過度緊密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)降低了凝膠持水性[5]，含水率的降低導(dǎo)致了脆性的增加[10,25]。由此可見，本試驗(yàn)中魚糜凝膠脆性的產(chǎn)生與MTGase誘導(dǎo)的交聯(lián)反應(yīng)改變了凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及束縛水分的能力有關(guān)。

2.2 魚糜凝膠脆性對其力學(xué)參數(shù)的影響

為了客觀科學(xué)地表征魚糜凝膠的脆性，在進(jìn)行了多種質(zhì)構(gòu)測試的基礎(chǔ)上，本文篩選出單軸壓縮、三點(diǎn)彎曲和穿刺這3種力學(xué)測試結(jié)果與魚糜凝膠的脆性較大的質(zhì)構(gòu)模式，對魚糜凝膠的脆性進(jìn)行表征。

2.2.1 單軸壓縮試驗(yàn)

在單軸壓縮測試中，如果壓縮過程中樣品沒有被破壞，此時應(yīng)力-應(yīng)變曲線中的峰值為樣品的硬度，但如果在壓縮循環(huán)中，樣品發(fā)生破裂，則斷裂點(diǎn)的應(yīng)力與應(yīng)變可以反映樣品的斷裂特性[17]。表3顯示了不同交聯(lián)度的魚糜凝膠在單軸壓縮試驗(yàn)得到的力學(xué)特性參數(shù)。

由表3可知，交聯(lián)度小于30%的3個樣品并沒有被壓破，表現(xiàn)出高彈性，不具有脆性，這與感官評價的結(jié)果一致。交聯(lián)度超過30%的樣品均在壓縮過程中發(fā)生破斷，隨著交聯(lián)度的增加，魚糜凝膠的斷裂應(yīng)力先升高后降低，在交聯(lián)度為68.22%（樣品9）時達(dá)到最大值。斷裂時的應(yīng)力（所受最大力）反映了樣品的硬度，由此可見，MTGase的添加提高了魚糜凝膠樣品的硬度，同時改變了其脆性。而魚糜凝膠的斷裂應(yīng)變則隨著交聯(lián)度的增大不斷降低，也就是說，交聯(lián)度越大，魚糜凝膠越容易發(fā)生斷裂。這也是交聯(lián)度超過68.22%的魚糜凝膠斷裂應(yīng)力減小的原因，此時的魚糜凝膠具有較高的脆性，使其在壓縮試驗(yàn)到達(dá)最大承受力之前發(fā)生斷裂，故應(yīng)力降低。

此外，隨著交聯(lián)度的增大，魚糜凝膠的壓縮常數(shù)（值）、初始切割系數(shù)（值）、楊氏模量（1）均逐漸增大。其中，值在交聯(lián)度超過60%后達(dá)到最大值且基本保持不變，而值和1則在交聯(lián)度為78.79%時達(dá)到最大值。值越大說明樣品的硬度越大[16]。楊氏模量是描述固體材料抵抗形變能力的物理量，反應(yīng)了彈性體的剛度。也就是說，轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶誘導(dǎo)的魚糜凝膠的交聯(lián)度的增加，魚糜凝膠的硬度和剛性增大，硬度在交聯(lián)度超過60%后基本保持不變而剛性則繼續(xù)隨著交聯(lián)度的增加而不斷增大。當(dāng)交聯(lián)度超過75%時，魚糜凝膠的剛性達(dá)到最大值。

表3 不同脆性凝膠樣品的單軸壓縮測試參數(shù)

注：“—”表示無法測定這項(xiàng)指標(biāo)。

Note: “—” means the index was not measurable.

2.2.2 三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)

三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)是評價材料脆度的常用方法。結(jié)晶固體材料的斷裂通常發(fā)生在一個明確的瞬間，而凝膠樣品的斷裂存在延遲現(xiàn)象[26]，因此凝膠樣品的力-位移曲線中的斷裂峰并不是尖峰，而存在一定的弧度，這說明魚糜凝膠樣品斷裂的過程不是一個瞬間發(fā)生的過程。經(jīng)方程擬合得到的魚糜凝膠的三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)力學(xué)參數(shù)見表4。

表4 不同脆性凝膠樣品的三點(diǎn)彎曲測試參數(shù)

從表4可知，隨著交聯(lián)度增加，魚糜凝膠的脆裂應(yīng)力和彈性模量先增加后減少，在交聯(lián)度50%左右（樣品8）時達(dá)到最大值。魚糜凝膠的脆裂距離與單軸壓縮試驗(yàn)中的斷裂應(yīng)變表現(xiàn)出類似的變化趨勢，均隨著交聯(lián)度的增加而逐漸降低。當(dāng)交聯(lián)度小于30%時，魚糜凝膠的脆裂功隨著脆性的增加而增大，而當(dāng)交聯(lián)度超過40%后，其脆裂功則隨著脆性的增加而減小。脆裂應(yīng)力可以反映樣品的斷裂韌性。斷裂韌性是物料抵抗脆性破壞的韌性參數(shù)，當(dāng)樣品表現(xiàn)出脆性后，斷裂韌性值越低，樣品的脆性越高[22]。由此可見，當(dāng)魚糜凝膠的交聯(lián)度小于30%時，魚糜凝膠因自身質(zhì)地較軟，故而不能抵抗脆性破壞；當(dāng)交聯(lián)度為30%～50%時，魚糜凝膠的脆裂應(yīng)力、脆裂功和彈性模量都是逐漸升高的，說明此時魚糜凝膠的韌性較高且彈性較大，可以抵抗較大程度的脆性破壞；而當(dāng)交聯(lián)度超過50%后，魚糜凝膠由于出現(xiàn)明顯的脆性，故降低了抵抗脆性破壞的能力，其韌性和彈性等顯著降低。

2.2.3 穿刺試驗(yàn)

穿刺試驗(yàn)是評價魚糜凝膠硬度和彈性最常用的方法[27]。由表5可以看出，隨著魚糜凝膠脆性的增加，魚糜凝膠的凹陷深度無明顯的變化規(guī)律，其破斷力隨著交聯(lián)度的增加大體呈現(xiàn)增加的趨勢，其上升斜率和下降斜率均隨著脆性的增加而顯著增大，但是在樣品表現(xiàn)出明顯脆性后變化不明顯。在穿刺試驗(yàn)中，力-位移曲線的上升斜率與單軸壓縮試驗(yàn)中的楊氏模量所代表的意義類似，均為在壓縮樣品過程中的初始傾斜度，反映了樣品抵抗彈性形變的程度[16]。趙阿丹等[28]利用物性測試儀表征了包括火腿腸在內(nèi)的20種食品的脆性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)運(yùn)用力-位移曲線中在力達(dá)到最大值后的下降峰的斜率2（即本試驗(yàn)中的下降斜率）可表征食品的脆性。而在本試驗(yàn)中，當(dāng)交聯(lián)度超過70%后，魚糜凝膠的下降斜率隨脆性不再顯著增大。

表5 不同脆性凝膠樣品的穿刺測試參數(shù)

2.3 魚糜凝膠脆性評價模型的建立與驗(yàn)證

2.3.1 魚糜凝膠脆性評價模型的建立

本試驗(yàn)中，當(dāng)交聯(lián)度小于30%時，魚糜凝膠不具有脆性，所以此階段進(jìn)行脆性表征并無意義，且根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)交聯(lián)度超過75.5%（樣品11）時，魚糜凝膠的感官脆性不再隨交聯(lián)度的增加而顯著變化，所以，以交聯(lián)度在30%～75.5%范圍內(nèi)的樣品為樣本，以脆性感官評分為因變量，以上述力學(xué)測試參數(shù)及其平方值為自變量，進(jìn)行多元逐步回歸分析，建立表征模型，結(jié)果如表6所示。從表中可知，通過單軸壓縮試驗(yàn)、三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)和穿刺試驗(yàn)得到的力學(xué)特性參數(shù)可以較好地表征魚糜凝膠脆性。依據(jù)決定系數(shù)2和值判斷回歸方程的優(yōu)劣，選擇魚糜凝膠脆性的表征方程。2越接近1，值越小，回歸方程越優(yōu)。因此，選取方程5表征魚糜凝膠脆性，即通過破斷力（F）以及脆裂功（W）、斷裂應(yīng)力（σ）、初始切割系數(shù)（）和壓縮常數(shù)（）的平方值和這5個參數(shù)表征魚糜凝膠脆性得到模型的2為0.981 9。

表6 多元逐步回歸分析統(tǒng)計表

在表征方程中，σ、和這3個指標(biāo)來自單軸壓縮試驗(yàn)。其中，和均與樣品本身的特性有關(guān)，σ反映了魚糜凝膠樣品在擠壓破斷時所承受的最大應(yīng)力，只用當(dāng)樣品出現(xiàn)脆性后才可被測出，與魚糜凝膠的脆性大小有關(guān)，是反映其脆性大小的重要指標(biāo)。與σ類似，反映魚糜凝膠樣品破斷力的F值是穿刺試驗(yàn)常見的表征凝膠類食品硬度的指標(biāo)?？梢姡喽群陀捕韧鳛槟z類食品的品質(zhì)特性，兩者之間存在一定的關(guān)聯(lián)[29]。孫鐘雷等[30]運(yùn)用三點(diǎn)彎曲的方法結(jié)合感官評定表征了榨菜的脆性，其結(jié)果表明脆裂應(yīng)力與感官評分具有極顯著的相關(guān)性，可較準(zhǔn)確地表征榨菜脆性。而在本試驗(yàn)得到的表征方程中，則包含三點(diǎn)彎曲得到的脆裂功的平方值（W2），這是因?yàn)轸~糜凝膠脆裂過程的延遲現(xiàn)象，導(dǎo)致脆裂應(yīng)力不是瞬間發(fā)生的，而反映脆裂過程的脆裂功則能更好地反映樣品的脆性。

2.3.2 魚糜凝膠脆性表征模型的驗(yàn)證

為了進(jìn)一步檢驗(yàn)上述試驗(yàn)得到的魚糜脆性的表征方程在凝膠脆性測試中的應(yīng)用效果，再次制作交聯(lián)度在30%～75.5%之間的魚糜凝膠樣品，分別按照同樣的方法對其凝膠脆性進(jìn)行感官評定和力學(xué)測定，將力學(xué)測定結(jié)果依據(jù)本試驗(yàn)的表征模型計算出預(yù)測脆性值。選用檢驗(yàn)的>值，檢驗(yàn)的>||值，和殘差均方值（root mean square，RMS）評價脆性表征方程的優(yōu)劣，結(jié)果見表7。由表7可知，通過模型預(yù)測的魚糜凝膠樣品的脆性值與感官脆性值無顯著差異。分別以感官脆性值和模型預(yù)測的脆性值為樣本，進(jìn)行檢驗(yàn)和檢驗(yàn)，結(jié)果顯示預(yù)測脆性值與感官脆性值之間無顯著性差異（>0.05），且RMS值較小、在0.037～0.109之間，該模型能較準(zhǔn)確預(yù)測出魚糜凝膠脆性，具有較好的準(zhǔn)確性和精確度，可作為表征魚糜凝膠脆性的模型。

表7 魚糜凝膠脆性表征模型的驗(yàn)證

3 結(jié) 論

不同交聯(lián)度的魚糜凝膠表現(xiàn)出不同的脆性口感，且魚糜凝膠的脆性隨著交聯(lián)度的增加而增大。當(dāng)魚糜凝膠的交聯(lián)度小于30%時，魚糜凝膠不具備脆性。當(dāng)交聯(lián)度超過30%后，魚糜凝膠開始出現(xiàn)脆性，且隨著交聯(lián)度的增加脆性顯著增加。而當(dāng)交聯(lián)度超過75%時，感官脆性不再顯著增加。在交聯(lián)度30%～75.5%范圍內(nèi)對魚糜凝膠感官脆性進(jìn)行力學(xué)表征，多元回歸分析結(jié)果顯示，采用破斷力以及脆裂功、斷裂應(yīng)力、初始切割系數(shù)和壓縮常數(shù)平方值等5個參數(shù)可以較好地表征魚糜凝膠脆性，得到其脆性表征方程且2為0.981 9。

[1] Seighalani F Z B, Bakar J, Saari N, et al. Thermal and physicochemical properties of red tilapia () surimi gel as affected by microbial transglutaminase[J]. Animal Production Science, 2017, 57(5): 993－1000.

[2] 郭秀瑾，胡楊，尤娟，等. 微生物轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶誘導(dǎo)下鰱魚糜凝膠的結(jié)構(gòu)演化規(guī)律[J]. 食品科學(xué)，2016，37(5)：6－11.

Guo Xiujin, Hu Yang, You Juan, et al. Structural evolution of MTGase-induced silver carp surimi gels[J]. Food Science, 2016, 37(5): 6－11. (in Chinese with English abstract)

[3] Castro-Briones M, Calderón G N, Velazquez G, et al. Effect of setting conditions using microbaltransgluminase during obtention of beef gels[J]. Journal of Food Process Engineering, 2009, 32(2): 221－234.

[4] Motoki M, Seguro K. Transglutaminase and its use for food processing[J]. Food Science&Technology, 1998, 9(5): 204－210.

[5] Chanarat S, Benjakul S. Comparative study on protein cross-linking and gel enhancing effect of microbial transglutaminase on surimi from differentfish[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture, 2012, 92(4): 844－852.

[6] Kaewudom P, Benjakul S, Kijroongrojana K. Properties of surimi gel as influenced by fish gelatin and microbial transglutaminase[J]. Food Bioscience, 2013, 3(1): 39－47.

[7] Dijksterhuis G, Luyten H, Wijk R D, et al. A new sensory vocabulary for crisp and crunchy dry model foods[J]. Food Quality and Preference, 2007, 18(1): 37－50.

[8] Paula V, Ana S, Adriana G, et al. Texture concepts for consumers: A better understanding of crispy-crunchy sensory perception[J]. European Food Research & Technology, 2008, 226(5): 1081－1090.

[9] Primomartín C. Cross-linking of wheat starch improves the crispness of deep-fried battered food[J]. Food Hydrocolloids, 2012, 28(1): 53－58.

[10] Paula V, Ana S, Susana F. On the assessment of fracture in brittle foods. II. Biting or chewing[J]. Food Research International, 2009, 42(10): 1468－1474.

[11] 孫鐘雷，張長平，段建禮，等. 咀嚼脆裂聲音與食品脆性的關(guān)系研究[J]. 食品科技，2017，42(6)：95－98.

Sun Zhonglei, Zhang Changping, Duan Jianli, et al. The relationship for the voice chewing embrittlement and food brittleness[J]. Food Science and Technology, 2017, 42(6): 95－98. (in Chinese with English abstract)

[12] Mohamed S, Hamid N A, Hamid M A. Food components affecting the oil absorption and crispness of fried batter[J]. Journal of the Science of Food & Agriculture, 1998, 78(1): 39－45.

[13] Hansen S, Hansen T, Aaslyng M D, et al. Sensory and instrumental analysis of longitudinal and transverse textural variation in pork longissimus dorsi[J]. Meat Science, 2004, 68(4): 611－629.

[14] Valles P B, 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(11): 1679－1685.

[15] Gamonpilas C, Charalambides M N, Williams J G. Determination of large deformation and fracture behaviour of starch gels from conventional and wire cutting experiments[J]. Journal of Materials Science, 2009, 44(18): 4976－4986.

[16] Forte A E, D'Amico F, Charalambides M N, et al. Modelling and experimental characterisation of the rate dependent fracture properties of gelatine gels[J]. Food Hydrocolloids, 2015, 46(26): 180－190.

[17] Adler-Nissen J. Determination of the degree of hydrolysis of food protein hydrolysates by trinitrobenzenesulfonic acid[J]. Journal of Agricultural & Food Chemistry, 1979, 27(6): 1256－1261.

[18] 安玥琦，熊善柏. 肌原纖維蛋白轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶交聯(lián)程度對魚糜凝膠及其風(fēng)味釋放影響的研究進(jìn)展[J]. 食品科學(xué)，2015，36(7)：235－239.

An Yueqi, Xiong Shanbai. Effect of transglutaminase- catalyzed cross-linking degree of myofibrillar protein on surimi gelation and flavor release[J]. Food Science, 2015, 36(7): 235－239. (in Chinese with English abstract)

[19] Uquillas JA, Kishore V, Akkus O. Genipin crosslinking elevates the strength of electrochemically aligned collagen to the level of tendons[J]. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical, 2012, 15: 176－189.

[20] 孫鐘雷，李宇，陳毅，等. 榨菜脆性的感官評定和儀器分析[J]. 食品科技，2014，39(8)：272－276.

Sun Zhonglei, Li Yu, Chen Yi, et al. Sensory evaluation and instrumental analysis of crispness of pickled mustard tuber[J]. Food science and technology, 2014, 39(8): 272－276. (in Chinese with English abstract)

[21] Standard test method for linear-elastic plane-strain fracture toughnessKof metallic materials. ASTM E399-90[S]. West Conshohocken PA, ASTM International, 2009.

[22] Puri G, Berzins D W, Dhuru V B, et al. Effect of phosphate group addition on the properties of denture base resins[J]. Journal of Prosthetic Dentistry, 2008, 100(4): 302－308.

[23] Liu R, Zhao S M, Xie B J, et al. Contribution of protein conformation and intermolecular bonds to fish and pork gelation properties[J]. Food Hydrocolloids, 2011, 25(5): 898－906.

[24] Martínez M A, Robledo V, Velazquez G, et al. Effect of precooking temperature and microbial transglutaminase on the gelling properties of blue crab (Callinectes sapidus) proteins[J]. Food Hydrocolloids, 2014, 35(3): 264－269.

[25] Hirte A, Hamer R J, Hoffmann L, et al. Cracks in bread crust cause longer crispness retention[J]. Journal of Cereal Science, 2013, 57(2): 215－221.

[26] Bonn D, Kellay H, Prochnow M, et al. Delayed fracture of an inhomogeneous soft solid[J]. Science, 1998, 280(5361): 265－267.

[27] Feng X, Zhu Y, Liu Q, et al. Effects of bromelain tenderisation on myofibrillar proteins, texture and flavour of fish balls prepared from golden pomfret[J]. Food and Bioprocess Technology, 2017, 10(10): 1918－1930.

[28] 趙阿丹，謝靜，張秋亮，等. 食品酥脆質(zhì)地的評定與表征[J]. 食品工業(yè)，2015，36(1)：188－192.Zhao Adan, Xie Jing, Zhang Qiuliang, et al. Assessment and characterization of food crispy texture[J]. The Food Industry, 2015, 36(1): 188－192. (in Chinese with English abstract)

[29] 郝紅濤，趙改名，柳艷霞，等. 利用硬度、脆性和黏著性對火腿腸等級的判別分析[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，43(10)：2182－2188.

Hao Hongtao, Zhao Gaiming, Liuyanxia, et al. Discriminant analysis of the grades of ham sausages based on hardness, fracturability and adhesiveness properties[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2010, 43(10): 2182－2188. (in Chinese with English abstract)

[30] 孫鐘雷，彭怡梅，張長平，等. 三點(diǎn)彎曲法測定榨菜脆性[J]. 食品科技，2014，39(12)：319－323.

Sun Zhonglei, Peng Yimei, Zhang Changping, et al. Detecting crispness of pickled mustard tuber by three point bending test[J]. Food Science and Technology, 2014, 39(12): 319－323.(in Chinese with English abstract)

Mechanical characterization and establishment of its model for crunchiness of surimi gels

An Yueqi1,2, Zhao Siming1, Liu Ru1,2, Liu Youming1,2, You Juan1,2, Xiong Shanbai1,2※

(1.430070;2.()430070,)

Surimi gels, one of the deeply processed aquatic products, have received wide attention due to their unique texture and high nutrition. Surimi gels with less MTGase show soft and elastic mechanical properties, while the textural properties of surimi gels are transferred from elastico-viscous body to elastico-crispy body if surimi was set with much MTGase at a low temperature for a long time owing to the excessive cross-links. When excessively cross-linked, surimi gels become easier to be broken and show “fracture properties”, also called “crunchiness” or “brittleness”. Sensory evaluation is the most commonly used method for evaluating food brittleness. However, sensory sensations can be affected by some instable factors such as preference, mood and health of panelists. Therefore, it is necessary to focus on the instrument measurement to evaluate the crunchiness. In this paper, frozen fresh-water surimi (AAA grade) was used as material. Surimi gels with different crunchiness were produced under different setting time and MTGase addition. Uniaxial compression test, three-point bending test and puncture test were used to realize a mechanical characterization of the sensory crunchiness of surimi gels with different cross-linking extent. It was found that surimi gels with different cross-linking extents showed different mouth feel, and the sensory score of crunchiness of surimi gels increased with the cross-linking extent. Moreover, when the cross-linking extent was less than 30%, surimi gel was not crunchy, while when the cross-linking extent was more than 30%, crunchiness appeared and increased significantly as cross-linking extent increased. When the cross-linking extent was over 75%, the sensory crunchiness did not increase significantly anymore. In uniaxial compression test, surimi gels with lower cross-linking extent (<30%) could not be broken. With the increase of cross-linking extent, the fracture stress, compression constant, initial cutting coefficient and Young’s modulus all increased. In three-point bending test, the brittle fracture stress and elasticity modulus increased first and then decreased, reaching the maximum at 50% cross-linking extent. When the cross-linking extent was less than 30%, the fracture work showed an increasing trend, while when the cross-linking extent was over 30%, the fracture work decreased with the increasing of crunchiness. In puncture test, the deformation of surimi gels did not show obvious change regulation. Additionally, the breaking force, rising slope and decreasing slope increased as cross-linking extent increased. Multiple regression analysis was applied to model the sensory crunchiness by mechanical indices of surimi gels with the cross-linking extent of 30%-75.5%. It was showed that the sensory crunchiness of surimi gels could be characterized by breaking force, fracture work, fracture stress, compression constant and initial cutting coefficient. The crunchiness characterization equation was obtained, which was proved to be accurate and precise, and there was no significant difference between the predicted and measured values of surimi gels crunchiness (>0.05). The research provides new ideas and methods for the evaluation of the surimi gel products.

quality control; aquaculture; monitoring; surimi gel; crunchiness

10.11975/j.issn.1002-6819.2018.02.040

S986.1

A

1002-6819(2018)-02-0292-07

2017-09-13

2017-12-30

國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（31671884；31371796）；國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)（大宗淡水魚）產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專項(xiàng)基金(CARS-45-27)

安玥琦，博士生，研究方向?yàn)樗a(chǎn)品加工。 Email：ayq19911111@126.com

熊善柏，教授/博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)樗a(chǎn)品加工及貯藏工程。Email：xiongsb@mail.hzau.edu.cn

安玥琦，趙思明，劉 茹，劉友明，尤 娟，熊善柏. 魚糜凝膠脆性的力學(xué)性能表征與模型建立[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2018，34(2)：292－298. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.02.040 http://www.tcsae.org

An Yueqi, Zhao Siming, Liu Ru, Liu Youming, You Juan, Xiong Shanbai. Mechanical characterization and establishment of its model for crunchiness of surimi gels[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(2): 292－298. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.02.040 http://www.tcsae.org