韧性饼干脆性评价方法的研究

姜 松，贾 瑜，石吉勇，刘瑞霞，赵杰文

(江苏大学食品与生物工程学院，江苏 镇江 212013)

韧性饼干脆性评价方法的研究

姜 松，贾 瑜，石吉勇，刘瑞霞，赵杰文

(江苏大学食品与生物工程学院，江苏 镇江 212013)

为了建立一种客观评价饼干脆性的方法，采用物性仪对饼干进行穿刺实验，优化探头，分析穿刺过程中饼干的破裂状态与空间破裂次数(Nsr)的关系，对不同含水率饼干的穿刺方法、三点弯曲方法和TPA方法进行比较。结果表明：穿刺方法优于三点弯曲和TPA方法，最优的穿刺探头是P0.25S探头；空间破裂次数的计算公式中破裂距离应为力-位移曲线上力降为零所对应的距离；其所得的空间破裂次数与含水率的相关系数(R2)为0.9763，这一指标能够表征饼干的脆性。为韧性饼干脆性评价提供了一种仪器测试方法。

饼干；穿刺实验；脆性；评价方法

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

饼干是以小麦粉为主要原料，加入或不加入糖、油脂及其他原料，经调粉或调浆、成型、烘烤或煎烤等工艺制成的食品。国家标准(GB/T 20980—2007)对大部分饼干都有松脆或酥松的要求，脆感和碎感是饼干重要的质地评价指标。对于饼干脆性的评价大都采用感官评价，然而感官评价存在主观性，评价标准不一致，评价鉴定费时费力且需要专业的评审员等缺点。虽然国内外有报道通过力学测试法对饼干质地进行测试，但其主要是对不同原料添加量对饼干品质的影响进行研究[1]，而对于饼干脆性的研究主要是通过声音测试法[2]。因此建立饼干脆性质评价的力学仪器测定方法，有着重要的现实意义。本研究采用穿刺方法评价饼干的脆性，并将其与三点弯曲和TPA方法进行比较，探索能够表征饼干脆性的指标，提供一种评价饼干脆性的仪器测试方法。

1 材料与方法

1.1 材料

实验选取正航荷兰风味鸡蛋饼干(韧性饼干)，规格为108g/袋，2009年2月17日出厂于家乐式(山东)食品有限公司，购于江苏大学万方超市。

1.2 仪器与设备

TA-XT2i物性仪 英国Stable Micro Systems公司；HB43-S快速水分测试仪 瑞士Mettler Toledo公司；0～15mm电子数显卡表(分辨力0.01mm) 桂林广陆数字测控股份有限公司；0～150mm电子数显卡尺(分辨力0.01mm) 上海量具刃具厂；PSX智能型恒温恒湿培养箱 宁波莱福科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 探头的优化

选取P0.25S球形探头，P3和P6柱形探头进行实验。每工况重复10次。

1.3.2 饼干破裂距离的优化

用优化的P0.25S探头对饼干进行穿刺实验，观察饼干的破裂状态，分析曲线上各峰值出现的原因，从而确定空间破裂次数计算公式中的最佳破裂距离。

1.3.3 不同含水率饼干的穿刺、三点弯曲和TPA实验

将饼干放在恒温恒湿培养箱中，通过控制其温度、湿度和放置时间，制备不同含水率(用快速水分测试仪测得)的饼干试样。三点弯曲实验需将饼干制成40mm×10mm×4mm的样品，TPA实验需将饼干制成10mm×10mm×4mm的样品。每工况重复10次，结果取其平均值。从所得的力-位移曲线上计算空间破裂次数Nsr(mm-1)[2-4]和弯曲应力σ(N/mm2)[5-8]，其计算公式分别为：

式中：N0为峰的总数；d为破裂距离/mm；F为最大作用力/N；L为弯曲跨度/mm；b为饼干的宽度/mm，h为饼干的厚度/mm。

穿刺和三点弯曲实验的基本参数设置为：测试模式：压缩力测试；运行方式：测前、测后速率均设为1.0mm/s，测试速率为0.5mm/s；探头下压距离为12mm；记录方式：仅记录测量行程；触发方式：自动；触发力：0.05N；数据采集速率：200pps；传感器选用5kg。

TPA实验的基本参数设置为：测试模式：TPA；运行方式：测前、测后速率均设为1.0mm/s，测试速率为0.5mm/s；压缩量为30%，停留时间为5s；记录方式：记录全程；触发方式：自动，触发力：0.05N；数据采集速率：200pps；传感器选用25kg。

2 结果与分析

2.1 探头的优化结果

图1 不同探头的穿刺实验曲线Fig.1 Puncturing test curves obtained using different probes

由图1可知，采用P0.25S探头所得曲线的峰的总数明显大于另外两种探头。这是因为采用球形探头进行实验时，随着探头作用面的增加，探头不断受到周围饼干组织的挤压，从而使饼干产生更多的破裂，其力-位移曲线上就会出现更多的峰。力-位移曲线上出现的峰越多，越能反映饼干内部组织的破裂情况，因此本实验选择P0.25S探头进行测试。

2.2 破裂距离的优化结果

图2 饼干穿刺实验的力-位移曲线Fig.2 Force versus distance curve from puncturing tests for biscuits

将饼干穿刺实验所得的曲线划分为3个阶段：第一阶段为饼干开始受力至第一次出现峰的大的降落所对应的位移(图2中直线1至直线2)；第二阶段为第一次出现峰的大的降落所对应的位移至曲线上力开始出现持续下降趋势所对应的位移(直线2至直线3)；第三阶段为力开始出现持续下降趋势所对应的位移至力降为零时所对应的位移(直线3至直线4)。

饼干在第一阶段只是上表面(即与探头先接触的面)有下凹，底面并没有变化，在力-位移曲线上出现一些峰(图2中直线1与直线2之间的峰)。饼干虽是脆性食品，但其内部是特殊的孔隙结构，当其受到探头作用力时，其内部的孔隙被压实后，组织结构中连接最弱的点先断裂，力-位移曲线上便会出现峰。

第二阶段是产生峰的密集阶段。当饼干受力超过其所能承受的最大力时，便会在底面产生裂纹(图3a)，探头的受力突然减小，产生了峰的较大降落。继续增加穿刺距离，饼干底面会沿着裂纹向外凸出(图3b)，对应图2上直线2与直线3之间会出现一些峰，这是沿着裂纹产生的裂块受到周围饼干组织的作用力，从而产生破裂所造成的。随着距离的增加，裂块凸出来的越来越明显，即力-位移曲线上的峰越来越多。

饼干在第三阶段力开始出现持续降落的趋势，这是因为饼干底面形成的裂块掉落，中间剩薄薄的一层(图3c)，当探头将穿过这层饼干组织，会使饼干底面露出孔状，但是还没有形成规则孔(图3d)(将直径同探头直径一样的孔称之为规则孔，反之称之为不规则孔)。随着距离的增加，规则孔逐渐形成(图3e)，探头受到的阻力越来越小。在这一阶段探头穿过饼干中间薄层以及与周围饼干产生剪切形成碎屑造成曲线上也会产生一些峰。

图3 饼干在3个阶段内的底面破裂状况图Fig.3 Rupturing state diagrams in the bottom of biscuits at three phases

所以饼干在穿刺过程中经历的变化过程可归结为：上表面下凹→底面产生裂纹→沿着裂纹方向形成裂块→底面露出孔状→底面孔状完全形成，对应的力-位移曲线上的变化是：出现小的峰值→第一次出现峰的较大降落→很多的小峰→力开始出现持续降落的趋势→力降为零。综合考虑饼干整个过程的破裂状态，由于饼干在力-位移曲线上的3个阶段中均有破裂的情况发生，所以以力降为零所对应的距离为公式(1)中的破裂距离计算空间破裂次数。

2.3 不同含水率饼干的穿刺、三点弯曲和TPA实验结果

图4 穿刺实验Fig.4 Puncturing test for biscuits

从图4可以看出，穿刺实验得到的空间破裂次数在减小，这是因为随着饼干含水率的增加，饼干的硬度在减小，脆性在降低，在穿刺过程中小破裂事件发生的次数就变少，峰的总数在减少，在破裂距离变化不大的情况下空间破裂次数就会减少。TPA实验中在第一次压缩过程中在达到最大载荷之前若产生屈服现象，曲线中出现一个明显的峰，将此峰值定义为脆性。

图5 TPA实验Fig.5 TPA test for biscuits

从图5可以看出，脆性值在含水率为5%之前基本没有变化，在含水率5%以后出现下降趋势。含水率为6.63%时，只有40%的曲线出现了脆性峰值，当含水率为7.28%时，所有的曲线都没有出现脆性峰值，此时的饼干已经失去了脆性。

图6 三点弯曲实验Fig.6 Three-point bending test for biscuits

从图6可以看出，三点弯曲实验得到的弯曲应力在含水率为5%之前减小趋势平缓，在含水率为5%之后，下降明显；最大力对应位移呈递增趋势。

对图4～6中各指标与含水率进行线性拟合可得空间破裂次数与含水率呈线性负相关关系，其线性回归方程为Nsr=－71.301x+5.7554，相关系数R2=0.9763，高于弯曲应力、最大力对应距离和脆性值与含水率的相关系数(0.807、0.86、0.6555)。

3种测试方法相比较可以得知，TPA和三点弯曲方法都需要将样品制成统一的形状，操作较繁琐，且所得到的弯曲应力、最大力对应距离和脆性值在含水率为5%之前变化不明显；而穿刺实验得到的空间破裂次数与含水率的线性相关系数为0.9763，明显高于其他指标，能够体现饼干这种脆性食品的小破裂事件，且不需要将饼干制成要求的形状，操作起来比较简单。所以穿刺实验方法要优于三点弯曲和TPA方法。

3 结 论

3.1 P0.25S球形探头优于P3和P6柱形探头，能更好的表征饼干的破裂情况。

3.2 根据峰的变化情况将穿刺实验所得的力-位移曲线划分为3个阶段，第一阶段为饼干开始受力到出现第一个峰的较大降落所对应的位移；第二阶段为从出现第一个峰的较大降落到曲线上力开始出现持续下降趋势所对应的位移；第三阶段为从曲线上力开始出现持续下降趋势到力降为零的位移。分析3个阶段中饼干的破裂状态与空间破裂次数的关系，得到最佳的破裂距离为力-位移曲线上力降为零所对应的距离。

3.3 穿刺方法优于三点弯曲和TPA方法，其计算所得的空间破裂次数与含水率的线性相关系数(R2)为0.9763，能够表征饼干的脆性。穿刺方法可以作为评价韧性饼干脆性的一种客观的方法。

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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

江苏省自然科学基金重点项目(BK2006707-1)

姜松(1963—)，男，教授，博士，研究方向为农产(食)品流变力学特性及其质地评价。E-mail：jszhlyy@163.com