基于质构仪的冬枣质地检测方法

基于质构仪的冬枣质地检测方法

0发酵果实主要功能特性,主要考[研究意义]果树是中国最重要的果树树种之一。据《中国果树志·枣卷》统计,中国有枣树品种700个,按其主要用途可分为制干品种、鲜食品种、蜜枣品种、兼用品种和观赏用品种5类。冬枣别名冻枣、雁过红、冰糖枣等,其果皮薄而脆,果肉浓甜微酸,细嫩多汁,是品质极上的鲜食枣品种,尤以口感酥脆、淡食无渣的质地而著称。质地是果蔬重要的品质特征之一,是影响消费者对其可接受性的最主要因子,果实的许多感官指标,如硬度、脆性、糯性、咀嚼性、汁液多少等性状与质地密切相关。长期以来,鲜食枣品种的质地常以感官评价来衡量,使用致密、疏松、酥脆、软、硬等词汇形容,缺乏科学的评判标准,关于枣果质地品质的研究尚未开展。【前人研究进展】果实质地状况的评价,主要包括感官评价和仪器测定两个方面,感官评价多凭借口感和触摸来感知,主观性较强,仪器测定则相对客观、准确。硬度是质地的重要参数,在鲜食枣的采后贮藏保鲜等研究中,硬度常作为耐贮性的一项指标,传统上多采用果实硬度计测定,然而受到探头规格、测试者用力大小及削皮厚度的影响,测得数据变异较大。目前,许多食品的硬度检测逐渐被自动化的质构仪测试所代替。质构仪质地整果穿刺法(puncturetest)能够较好地反映整个果实的流变学特征,可根据果实自身的特点选取测试探头并编辑特定的运行程序,可同时获得果皮强度、韧性、脆性、果肉硬度等多项指标,而且数据精确,避免了人为因子的干扰,克服了传统检测方法的缺点,丰富了果实质地评价的内容,使得质地评价更为客观。【本研究切入点】随着质构仪的普及,许多水果的质地评价体系已经建立,并且应用到果品的加工工艺、贮藏保鲜以及货架期预测等研究中[14,15,16,17,18,19,20]。【拟解决的关键问题】本研究以中等果型的鲜食品种冬枣为试材,采用质构仪质地整果穿刺法进行试验,拟建立一套适合鲜食枣果实的质地检测方法,以期丰富鲜食枣果实品质评价的内容、合理指导生产,为建立标准化、统一化的鲜枣果实质地评价方法提供理论依据和技术手段。1材料和方法1.1样品采集和测定试验选取不同产地、不同水分含量和不同贮藏时期的冬枣进行检测,以保证建立方法的通用性。不同产地冬枣选取山东滨州2个生产园(维果公司和冬枣研究院,编号B-1、B-2),采集时间2009年10月4—5日;河北黄骅6个生产园(辛庄、同居村、吕郭庄、李官庄、崔庄、孔店,编号H-1—H-6),采集时间为10月7—8日,每份样品均为健康、成熟、无病虫害,能够代表该园当年整体水平的果实;所有样品均用打孔塑料袋包装,装入保温冷藏箱,分两次运回北京,于0℃冷库中保存,立即进行鲜果试验测定。维果公司样品随机分成两份,分别用于鲜果测定和贮藏试验,贮藏后质地分析分别于冬枣入库后30d和60d进行。由于气候条件和栽培管理等因子,山东滨州冬枣研究院出现部分采前失水的冬枣,将其分为4个失水等级,进行不同含水量果实的质地分析,失水等级划分及外观描述如下:0:正常冬枣,果实表面光滑,无皱缩,用手轻按无弹性,果实不变形;1:轻度失水,果实表面无皱缩,用手轻按有弹性,果皮略有皱缩,果实不变形;2:中度失水,果实表面略有皱缩,用手轻按后皱缩加剧,果实轻度变形,无弹性;3:重度失水,果实表面有明显皱缩,用手轻按后果实严重变形,无弹性。1.2枣果小特性分析采用整果穿刺试验:试验使用英国StableMicroSystems公司生产TA.XTplus型质构仪,采用P/2n针状探头(直径2mm),测前速度为5mm·s-1,贯入速度1mm·s-1,测后速度5mm·s-1,最小感知力5g。穿刺深度根据枣果大小设定,应小于(枣果横径-果核横径)/2,即在最大限度地保证检测深度的同时,避免探头触到果核,本研究将穿刺深度设为5mm(冬枣),感应力变化阈值分别设1、2、4、6、8、10g6个值。穿刺试验采用完整的冬枣作为试验对象,每果取最大横径处阴阳面2个部位测定(取平均值),每份样品随机取20个果实。1.3统计学处理和统计分析根据冬枣的特征质地曲线和其它水果整果穿刺检测的报道,进行Macro程序的编辑并对所得曲线的含义进行定义。将所得数据输入Excel表格中,使用SPSS13.0软件进行各样品的统计学描述,数据进行单因子(ANOVA)方差分析,多重比较采用Duncan氏新复极差法;冬枣穿刺试验曲线图由质构仪自带软件TextureExponent32完成。2结果2.1冬枣在不同水分含量中的力值变化对不同来源的冬枣进行整果穿刺试验,得到冬枣的质地曲线如图1所示。从维果公司冬枣样品的分布曲线(图1-A)可以看到质构仪针状探头经过果皮逐渐向果肉内部伸入时受力的全过程。和其它水果一样,探头在经过果皮时力值增加,首先产生一个峰,果皮破碎,之后感应果肉穿刺的力值变化;由于水果自身的特性,冬枣和苹果、李的特征曲线不同,表现为果皮破碎前后力值较小,峰值主要分布在0.05—0.10kg,果皮破碎后力值有短暂的减小,随着探头的伸入,果肉部分的感应力值逐渐增大,最终达到0.20—0.40kg。图1-B为不同水分含量冬枣的特征曲线,与图1-A中正常冬枣的分布规律不同,失水冬枣在进行穿刺试验时,第一峰出现的时间随着失水状态的加重而推迟,果肉部分的力值也逐渐降低,上述表现可能与样品出现果皮皱缩、果肉内部失水产生空腔有关。图1-C和D为不同贮藏时间(贮藏30d和60d)后维果公司冬枣样品的特征曲线,与刚采收后检测的冬枣比,贮藏后的冬枣进行穿刺试验时,主要表现为第一峰力值的降低和出峰时间的延后,并且随着贮藏时间的延长该现象出现的比率相应增大,这可能与贮藏期间出现部分腐烂和丧失水分的冬枣有关。2.2实验数据及编辑2.1的分析只能得到简单的检测数据,样品内部和样品间的差异仅停留在肉眼观察水平,不能确切地进行比较分析。使用质构仪进行整果穿刺法检测冬枣果实质地品质方法的建立,必须根据上述特征曲线,对仪器自带的自动分析软件进行编辑,并定义程序中各个命令的具体含义,使样品的质地指标和样品间的差异实现数字化。质构仪每完成一次测试,都会根据探头的感应力自动输出测试样品的特征曲线,具体的指标数据由质构仪自带软件TextureExponent32完成,使用前需要根据试验要求和样品的特征曲线对Macro程序进行编辑。Macro程序如图2所示,具体含义为:清除之前图形结果-重新画图-向前寻找-到最小时间处-下锚-到力值峰值处-下锚-记录力值-记录运行距离-计算斜率-计算面积-向前运行0.5s-下锚-到力值最大处-记录力值-到运行距离最大处-下锚-计算平均值-设置感应力阈值-计数超过感应力阈值的峰数。所得力/时间曲线如图3所示,根据Camps等的研究和冬枣自身的特点,以曲线第一峰(锚2)的力值作为果皮破裂时的力,即果皮强度(g),第一峰的运行距离为果皮破裂深度(mm),第一峰的力值与运行距离的比值为果皮脆性(g·s-1),乘积为果皮韧性(g×s);最大峰(锚4)的力值为果肉最大硬度(g),第一峰0.5s后(锚3)与最大峰(锚4)之间的平均力值为果肉平均硬度(g)。锚3与锚4之间曲线上的箭头表示超过设置感应力阈值的峰的个数,表示果肉匀质指数。2.3检测方法的科学性如何保证对山东滨州和河北黄骅8个生产园的冬枣进行质地检测,结果列于表1中。总体上看,冬枣的果皮强度为69.28g,探头针刺后果皮的破裂深度为0.18mm,果皮的脆性为386.71g·s-1,果皮韧性为7.04g×s,果肉最大硬度为309.40g,平均硬度159.32g,各生产园冬枣的各项质地指标间存在不同程度的差异,均达到极显著水平(Sig.=0.000<0.01)。关于不同产地间冬枣的品质差异已有研究,但是不同产地间冬枣质地的差异尚处于感官评价水平。本试验检测方法的建立与应用,能够对不同生产园冬枣的质地品质进行检测,使不同产地冬枣的质地品质由感官评价提升到数字水平,并且能够科学地检测到样品间的质地差异,灵敏度较高,充分说明了该方法的合理性和科学性。果肉匀质指数指的是曲线中超过设置感应力阈值的峰的个数,反映果肉质地的均一性。本研究将冬枣果肉匀质指数的感应力阈值设为1、2、4、6、8、10g6个值,得到如图4所示的结果:随着阈值力的减小,果肉匀质指数迅速升高,这体现了冬枣果肉质地均一性的整体水平,其中,10g阈值在不同生产园中变化为0.55—3.23;8g阈值为2.25—6.20;6g阈值为7.23—13.30;4g阈值为26.03—31.60;2g阈值为83.63—112.45;1g阈值为217.83—254.93,各阈值范围内的果肉匀质指数在不同生产园间存在不同程度的差异,均达到极显著水平(Sig=0.000<0.01),但F值存在差异(表2)。目前,质构仪在此方面的研究尚未见报道,果肉匀质指数是以整数统计的,高阈值时数值太小,影响研究的精确性;而阈值设置过小,又会受到仪器本身灵敏度的限制或其它试验因子的影响。从本研究的结果看,以2g阈值时冬枣果肉匀质指数和样品间的F值均较高,适于进行果肉质地均一性的研究。2.4冬枣在不同贮藏时间下果皮硬度的变化对几种不同含水量的冬枣进行质地分析(表3),结果表明,冬枣果皮强度在不同含水量间没有显著差异;果皮破裂深度和果皮韧性规律一致,在0级和1级轻度失水时没有显著差异,随着失水状况的加剧,在2、3级时果皮韧性明显增强,穿刺时果皮出现形变,导致果皮破裂深度增加,与0、1级差异显著;果皮脆性与果肉最大硬度和平均硬度表现出相同的规律,即随着果实含水量的降低,果皮脆性和果肉硬度逐渐降低,并且各级别间差异显著。对维果公司冬枣贮藏0d、30d和60d后的穿刺质地进行方差分析(表4),结果表明,冬枣果皮强度、果肉最大硬度和平均硬度在3个时期的差异均达到显著水平,表现为随着贮藏时间的延长而逐渐降低;果皮破裂深度在贮藏30d时差异不显著,而在贮藏60d时显著增大;果皮脆性的降低在贮藏30d时差异不显著,而在贮藏60d时出现显著差异;冬枣果皮韧性的变化在3个贮藏时期差异都不显著。3进行工艺优化,提高果实理化指标本研究在熟练掌握质构仪及其自带软件操作的基础上,对不同来源的冬枣进行穿刺试验,根据供试样品自身存在的各种问题和试验中可能出现的图形变化进行Macro程序编辑,能够检测出不同生产园、不同含水量和不同贮藏期冬枣质地品质的差异,并通过对不同生产园冬枣果肉匀质性状的分析,认为冬枣在进行果实穿刺试验时,果肉部分的感应力阈值宜设置为2g。该方法能精确地检测不同产地和生产园间冬枣的质地品质差异,具有较强的针对性和可操作性,同时该方法还可应用到其它鲜食枣品种以及樱桃、李、樱桃番茄等带皮食用的小型水果的质地分析中。采用针状探头的整果穿刺试验能够较好地反映果实果皮和果肉的质地状况,但仍存在部分缺陷:首先,当果实经一定时间贮藏以后,果实局部发生腐烂,此时穿刺点的选择非常关键,病、健两个部位的检测结果差别较大,因此,在进行试验的过程中应采取统一的选择标准,尽量避免此类误差;另外,本研究在定义果肉参数时,在第一峰出现后0.5s处下锚,探头运行至最大位移处再下锚,两锚之间的力值为果肉的硬度。在第一峰出现后,也就是探头穿过果皮后0.5s处下锚,而不是在某一固定位移或时间点,可以避免失水果实果皮形变造成的位移或时间差,保证了果皮质地检测的精确性,但由于穿刺深度是一定的,失水果实出峰的延迟导致了果肉部分检测时运行距离和时间的相对减少,这对果肉质地的检测产生影响与否,有待进一步研究。目前常用的质构仪质地多面分析法(TPA),能够模拟人牙齿的咀嚼过程,被广泛应用于水果和食品的质地分析中,该方法需要切取一定体积的果肉进行下压试验,能够获得丰富的质地数据,并能直观地反映口感的各项指标,但由于冬枣果个偏小,取样困难,而且是带皮食用的水果,果皮的质地性状是冬枣品质的一项重要指标,因此,TPA在冬枣上不宜应用。借鉴TPA的思路,冬枣整果下压破碎试验正在摸索中,希望能弥补上述试验的缺憾,丰富冬枣质地品质评价的内容。4n穿刺速度和感染时间测量本研究采用完整果实作为试验对象,每果取最