基于压杆后屈曲的市售挂面力学特性及质地评价的研究

姜 松 伍 娟 俞 艳

(江苏大学食品与生物工程学院，镇江 212013)

基于压杆后屈曲的市售挂面力学特性及质地评价的研究

姜 松 伍 娟 俞 艳

(江苏大学食品与生物工程学院，镇江 212013)

本研究以市售挂面为原料，应用压杆后屈曲法对不同品种不同长度(150、120、90 mm)的市售挂面的弯曲折断率、抗弯能力和蒸煮后力学特性(TPA)，以及蒸煮前后品质的相关性进行研究。结果表明，试验所用20种市售挂面的弯曲折断率指标均合格；市售挂面(含花色)的抗弯能力、弹性模量等力学特性指标值存在明显差异，可用压杆后屈曲法精确表征市售挂面的力学质地品质；挂面的弹性模量与其蒸煮TPA指标的回归模型决定系数的R2在0.93以上。挂面的断裂应力与其蒸煮TPA指标的回归模型决定系数R2在0.91以上，干挂面力学特性可综合反映蒸煮挂面的TPA力学质地指标，可用干挂面的力学特性预测其蒸煮后的力学质地。

市售挂面 力学特性 压杆后屈曲法 TPA 相关性 回归模型

面条是我国的主要传统面食，在我国已经有2 000多年的历史，我国每年用来加工面条的小麦粉占其总产量的40%左右[1]。目前对于市售挂面质量的评价方法主要有主观评价(感官评价)和客观评价2种。主观评价通过干挂面的色泽、表观状态、抗弯强度、整齐度和蒸煮挂面的适口性、韧性、黏性、光滑性等指标来评价挂面的品质[2]。它虽然在一定程度上可以较真实地反映出不同挂面的品质差异，但其受个人主观因素的影响较大[3-4]。客观评价主要是利用仪器测定法或化学分析法来评价挂面的品质特性。客观评价法重复性好，易于标准化。但客观评价法大多针对挂面蒸煮后的品质，对于干挂面品质评价的研究报道较少。干挂面的力学质地参数是反映挂面组分、加工工艺的一个综合指标[5]。目前，在干挂面力学特性检测方法方面，刘锐等[6]用最大弯曲度来评价市售挂面的抗弯强度，姜松等[7]建立了压杆后屈曲法测定干挂面弯曲折断率、最大抗弯能力(断裂时最大端部位移和应力)和弹性模量的方法。在压杆后屈曲法的应用方面，基于压杆后屈曲法对不同添加组分、加工工艺、添加剂的自制挂面和意大利通心面的力学特性进行了研究[8-11]，但对市售挂面力学特性方面的研究鲜有报道。本试验对市售挂面(含花色)进行力学特性分析，优化评价指标，并对干挂面的力学特性与蒸煮后的质地指标进行相关性分析，为市售挂面的品质评价提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

试验材料见表1。分段TA-XT.Plus质地分析仪：英国Stable Micro System 公司；315-15型数显测厚仪(压力式，分辨率0.01 mm)：上海川陆量具有限公司生产；不锈钢直尺(最小刻度0.1 mm)：市售；SK2105可调式美的电磁炉：南京安尔特厨房设备有限公司。

表1 20种市售挂面的规格

1.2 试验方法1.2.1 压杆后屈曲法测定干挂面力学特性

挑选粗细均匀、平直的挂面作为试样，将其分别截成150、120、90 mm 3种长度。用双面胶将样品挂面垂直固定在质地分析仪的探头和载物平台之间进行测试。探头向下移动，使其发生后屈曲直至断裂。质地分析仪基本参数设置：探头P100；测试模式：Measure Force in Compression；运行程序：Return to Star；触发类型：Auto；触发值：0.005 N；曲线记录方式：Final；数据采集率：100 pps；传感器：5 kg；测前速率：0.1 mm/s，测试速率：0.1 mm/s，测后速率：1.0 mm/s。每次测试1根，每种长度重复10次。从试验所得的压力与位移关系曲线中提取挂面断裂时探头下压的距离(断裂位移)以及端部转角为20°时对应的后屈曲压力。计算断裂时中点应力(断裂应力)和端部转角为20°时对应的弹性模量，结果取平均值[11]，计算公式参见文献[11]。

1.2.2 干挂面蒸煮后力学特性(TPA)测定

1.2.2.1 挂面蒸煮方法

用可调式电炉加热盛有样品质量50倍沸水的1 000 mL锅，保持水的微沸状态。取5～10根挂面样品放入沸水中，从2 min开始取样，然后每隔30 s取1次，用2块玻璃板压扁，观察挂面内部白硬心线，白硬心线消失即将样品取出，用冷水冲洗10 s，沥干备用[12]。

1.2.2.2 TPA测试方法

将沥干备用的挂面分别截成20 mm长度，分别横放于质地分析仪载物平台上进行测试。质地分析仪基本参数设置：探头P50；测试模式：Measure Force in Compression；运行程序：TPA；触发类型：Auto；触发值：0.05 N；曲线记录方式：Final；数据采集率：100 pps；传感器：5 kg；测前速率：0.2 mm/s；测试速率：0.2 mm/s，测后速率：2.0 mm/s；压缩率：70%；2次压缩间隔时间：15 s。每次测试1根，每种长度重复10次。应用质地分析仪软件中的TPA分析宏解析所得的试验曲线，提取硬度、黏附性、回复性、耐咀性、弹性和内聚性等6个指标，结果取平均值[13]。

2 结果与分析

2.1 干挂面力学特性的分析

由表2可知，同一种挂面在不同长度时弹性模量基本相同，这是由于弹性模量是面条的固有属性，它不因测试条件的改变而改变。试验所用20种市售挂面的弹性模量存在明显差异。普通挂面的弹性模量大于花色挂面，这是因为花色挂面中添加的成分改变了小麦粉中的面筋网络结构，减少了挂面中面筋所占比例。普通挂面中8号的弹性模量最大，7号的次之，1号的弹性模量最小。花色面中13号的弹性模量最大，16号的弹性模量最小。总体上，试验所用挂面的弹性模量在2.0～2.6×109N/m2之间，与文献[9]报道一致。

表2 20种市售挂面的弹性模量

注：同一列中不同字母差异显著(P<0.05)，余同。

由表3和表4可知，20种市售普通挂面和花色挂面的断裂端部轴向位移量均大于评定值，即20种市售挂面弯曲折断率指标均合格，而不同品种的挂面在不同测试长度下最大端部位移量(断裂位移)存在较大的差异。试样长度为150 mm时断裂位移最大的是7号，120 mm时最大的是2号，90 mm时最大的是8号。断裂位移是面条断裂时探头下压的距离，其数值受面条尺寸规格影响较大，所以断裂位移值不可以作为市售挂面品质评价的指标。

表3 20种市售挂面的断裂位移

表4 不同长度挂面端部转角和端部轴向位移量以及中点挠度应力相等换算

注：“>0.9”、“≤0.9”表示挂面厚度。

由表5可知，同一种面条，断裂应力随长度的增加而减小，长度为90 mm时的断裂应力明显大于长度为150 mm和120 mm时的断裂应力。长度为150和120 mm时断裂应力相差不大。这与姜松等[13]的报道一致。出现这种现象的原因是，90 mm左右时试样处于压杆临界屈曲向后屈曲过度阶段，压力不稳定。试样长度增至120和150 mm时应力减小，后屈曲变形能力变强，后屈曲压力在一定范围内趋于稳定。试验所测挂面中断裂应力最大的是8号面条，最小的为16号面条，总体而言，普通挂面的断裂应力大于花色挂面的断裂应力。

由表2～表5断裂位移(最大端部转角)、弹性模量和断裂应力比较分析可知，虽然断裂位移评价挂面抗弯能力比较直观，但受挂面的规格影响非常大；弹性模量有一定的区分度，但不同品种挂面的弹性模量比较相近；断裂应力的区分度比较大，不同品种挂面的断裂应力存在明显差异。因此，断裂应力是比较合适的评价挂面抗弯能力的指标。

表5 20种市售挂面的断裂应力

不同挂面之间抗弯能力存在差异，这主要是受挂面的厚度、加工质量、原料品质和组分的影响，但差异性表明仪器测定方法可以精确地表征挂面质量的差异。

表6 20种市售挂面的TPA参数

2.2 干挂面蒸煮后力学特性(TPA)分析

由表6可知，20种不同品牌市售挂面蒸煮后硬度、耐咀性、回复性和黏性差异比较大，而弹性和内聚性差异比较小(仅8号的内聚性比较大)；普通挂面中，硬度，耐咀性和弹性都是8号面条的最大，花色挂面中20号的各项指标较大。总体而言，普通挂面的TPA指标大于花色挂面的TPA指标。结果表明，可用TPA方法表征挂面蒸煮后的质地品质。

2.3 干挂面的力学特性与其蒸煮品质的相关性分析

为了解干挂面的力学质地与其蒸煮品质之间的关系，本研究应用SPSS v13.0软件对干挂面的弹性模量、断裂应力与其蒸煮后TPA各个试验参数之间进行皮尔逊相关系数分析。

由表7和表8可知，试验所用的挂面(包括花色面)测得的干挂面的弹性模量和断裂应力，都与其蒸煮品质有很大的关联性，但是它们之间的具体关系不确定，也就是说，同样的弹性模量和断裂应力测定值对应的蒸煮品质的值不一定相同，蒸煮品质相同的试样对应的弹性模量的断裂应力也不一定相同。为了进一步探讨干挂面的力学质地与其蒸煮品质之间的关系，以20种市售挂面弹性模量和断裂应力为因变量以与干挂面力学性质相关性较高的TPA指标为自变量进行多元回归分析。

由表9可知，试验所用的普通挂面和花色挂面的弹性模量和断裂应力与其蒸煮后TPA质地指标之间关系的回归模型决定系数均在0.9以上，干挂面的力学特性可以综合反映挂面蒸煮后的硬度、弹性、黏性等质地指标。

表7 普通干挂面力学特性与蒸煮挂面各指标之间的相关性分析

注：*表示在0.05水平上有显著影响；**表示在0.01水平上有显著影响，下同。

表8 花色干挂面力学特性与蒸煮挂面各指标之间的相关性分析

表9 以干挂面力学特性为因变量的回归模型

注：Y1为弹性模量E/×109N·mm-2；Y2为断裂应力/N·mm-2；X1为硬度/g·mm-2；X2为黏性/N·mm-1；X3为回复性；X4为内聚性；X5为弹性；X6为耐咀性/g·mm-2。

3 结论

试验所用20种市售挂面的弯曲折断率指标均合格；不同品牌挂面(含花色)的最大抗弯能力、弹性模量等力学特性指标值存在明显差异，可用压杆后屈曲法精确表征市售挂面(含花色)的力学质地的差异；断裂应力是表征挂面抗弯能力的最佳指标。干挂面(含花色)的弹性模量与其蒸煮后TPA质地指标之间关系的回归模型决定系数R2均在0.900以上，干挂面力学特性可综合反映挂面蒸煮后的质地指标，可用干挂面的力学特性预测其蒸煮后的力学质地。

[1]王震.我国挂面行业分析及中粮集团挂面业务发展概要[J].粮食与食品工业，2009，16(3)：3-6 Wang Z.The analysis of Chinese dry noodles industry and summary of dry noodles business development of COFCO[J].Cereal and Food Industry，2009，16(3)：3-6

[2]张艳，阎俊.中国面条的标准化实验室制作与评价方法研究[J].麦类作物学报，2007，27(1)：158-165 Zhang Y，Yan J.Standardization of laboratory processing of Chinese white salted noodle and its sensory evaluation system[J].Journal of Triticeae Crops，2007，27(1)：158-165

[3]杨铭铎，于亚莉，高峰，等.国内外面条生产方式与面条品质[J].哈尔滨商业大学学报：自然科学版，2002，18(6)：657-660 Yang M D，Yu Y L，Gao F，et al.Study on mode of noodle production and noodle characteristics[J].Journal of Harbin University of Commerce Natural Sciences Edition，2002，18(6)：657-660

[4]魏益民.谷物品质与食品加工[M].西安：陕西人民出版社，2002 Wei Y M.Grain quality and food processing[M].Xi'an：Shanxi People’s Publishing House，2002

[5]姜松，管国强，刘瑞霞，等.基于压弯轴向位移值的挂面弯曲折断率测定仪的研制[J].中国粮油学报，2010，25(9)：115-118 Jiang S，Guan G Q，Liu R X，et al.Instrument development for detection of bending fracture rate ofdry noodles based on compression bending axialdisplacementvalues[J].Journal of the Chinese Cereals and Oils Association，2010，25(9)：115-118[6]刘锐，邢亚楠，张影全，等.挂面的理化特性和感官质量研究[J].中国粮油学报，2015，30(8)：13-18 Liu R，Xin Y N，Zhang Y Q，et al.Physic-chemical properties and sensory quality of commercial dried Chinese noodles[J].Journal of the Chinese Cereals and Oils Association，2015，30(8)：13-18

[7]姜松.基于压杆大挠度理论的挂面弯曲折断分析及测定仪的研制[D].镇江：江苏大学，2009 Jiang S.Bending fracture analysis and instrument development for detection ofdry noodles based on large deflection theory of compressive rod buckling[D].Zhenjiang：Jiangsu University，2009

[8]姜松，程红霞，朱美如，等.添加淀粉和蛋白质对挂面力学特性的影响[J].中国粮油学报，2011，26(12)：20-23 Jiang S，Cheng H X，Zhu M R，et al.Influence of different starch and protein to mechanical quality of noodles[J].Journal of the Chinese Cereals and Oils Association，2011，26(12)：20-23

[9]Jiang S，Yao D D，Sun K，et al.Effects of different processing conditions on the mechanical properties of dry noodles[J].Journal of Texture Studies，2014，45(5)：387-395

[10]Jiang S，Zeng X X，Zhu M R，et al.Analysis of deformation behavior and bending resistance of dry rice vermicelli based on compressive rod post-buckling[J].Journal of Texture Studies.2012，43(6)：477-483

[11]姜松，朱美如，曾昕鑫，等.基于压杆后屈曲的直条型通心面力学质地[J].食品科学，2012，33(23)：83-87 Jiang S，Zhu M R，Zeng X X，et al.Analysis of mechanical texture of straight thread-like pasta based on compressive rod post-buckling[J].Food Science，2012，33(23)：83-87[12]国家粮食局.LS/T 3212-2014挂面[S].北京：中国标准出版社，2014 State Administration of Grain.LS/T 3212-2014 Dried noodle[S].Beijing：Standards Press of China，2014

[13]姚丹丹，施小燕，姜松.稠剂对挂面力学特性的影响[J].食品工业科技，2014，35(21)：102-106 Yao D D，Shi X Y，Jiang S.Effect of thickeners on the mechanical properties of dried noodles[J].Science and Technology of Food Industry，2014，35(21)：102-106.

Mechanics Characteristics and Texture Evaluation of
Commercially Available Dried Noodles Based on Compressive Bar Post-Buckling

Jiang Song Wu Juan Yu Yan

(School of Food and Biological Engineering, Jiangsu University，Zhenjiang 212013)

This study used commercially available dried noodles as raw material.Based on the compressive bar post-buckling method，different varieties of length(150，120 and 90 mm)of dried noodles，bending fracture rate，the bending capacity and，mechanical texture after cooking，and quality relativity before and after cooking were studied.The results showed that bending fracture rate indicators of 20 kinds of commercially available dried noodles used in our study were qualified.There existed a significant difference in mechanical properties such as modulus of elasticity index between commercially available dried noodles(including colors)，which could be precisely presented with the compressive bar post-buckling method.Liner elastic modulus and its cooking TPA determination coefficientR2in the quality index of the regression model were above 0.93，and noodle rupture stress and cooking TPA determination coefficientR2quality index of the regression model were above 0.91.Mechanical properties of dried cooking noodles which could comprehensively reflect the TPA mechanics quality index could be used to predict the mechanical quality of dried noodle after cooking.Thus，this study could provide the reference for mechanical property prediction and quality evaluation commercially available dried noodles.

commercial available dried noodles，mechanical properties，the compressive bar post-bucking method，TPA，correlation，regression model

镇江市科技支撑计划(社会发展)(SH2013073)

2015-12-05

姜松，男，1963年出生，教授，农产品及食品力学特性

TS213.3；TS201.7

A

1003-0174(2017)06-0021-06