SMS质构仪应用教学

《SMS质构仪在食品物性学中的应用》

目录

《SMS质构仪在食品物性学中的应用》教学方案企划书简介 (1)

一、食品物性学与质构仪 (2)

1.1食品物性学的定义及研究内容 (2)

1.1.1食品物性学定义 (2)

1.1.2食品物性学的研究内容： (2)

1.1.2.1食品的力学性质 (2)

1.1.2.2食品的热学性质 (2)

1.1.2.3食品的电学性质 (2)

1.1.2.4食品的光学性质 (3)

1.2.食品物性学的研究目的和方法 (3)

1.2.1食品物性学的研究目的 (3)

1.2.2食品物性学研究方法 (3)

1.2.3主客观感官评价的比较 (3)

1.2.3.1主观方法 (3)

1.2.3.2客观方法 (3)

1.3.SMS质构仪 (4)

1.3.1SMS质构仪（Texture Analyzer）简介 (4)

1.3.2 TA实验方法已经得到国际权威机构认证 (4)

1.3.3通过TA我们可以得到 (4)

1.3.3.1测试图形 (4)

1.3.3.2质构结果 (5)

1.3.3.3实验报告 (5)

二、TA的实验原理、方法及其应用 (6)

2.1 TA的实验原理 (6)

2.1.1物性测定原理 (6)

2.1.2.2方式 (7)

2.1.2.3参数 (7)

2.2TA实验方法 (7)

2.2.1全质构测试 (7)

2.2.1.1测试过程分析 (7)

2.2.1.2可获得的物性 (8)

2.2.1.3应用 (8)

2.2.1.4图形解析 (8)

2.2.2压缩实验 (9)

2.2.2.1测试过程分析 (9)

2.2.2.2应用 (9)

2.2.2.3图形分析 (9)

2.2.3穿刺实验 (10)

2.2.3.1测试过程分析 (10)

2.2.3.2应用 (10)

2.2.3.3图形分析 (10)

2.2.4剪切实验 (10)

2.2.4.1测试过程分析 (10)

2.2.4.2应用 (11)

2.2.4.3图形分析 (11)

2.2.5弯曲实验 (11)

2.2.5.1测试过程分析 (11)

2.2.5.2应用 (12)

2.2.5.3图形分析 (12)

2.2.6拉伸实验 (12)

2.2.6.1测试过程分析 (12)

2.2.6.2应用 (13)

2.2.6.3图形分析 (13)

2.3TA的应用领域 (13)

2.3.1.2压缩实验模式 (14)

2.3.1.3穿刺实验模式 (14)

2.3.1.4剪切实验模式 (15)

2.3.1.5弯曲实验模式 (16)

2.3.1.6拉伸实验模式 (16)

2.3.2谷物类产品 (17)

2.3.2.1压缩实验模式 (17)

2.3.2.2剪切实验模式 (18)

2.3.3糖果类产品 (18)

2.3.3.1压缩实验模式 (18)

2.3.3.2穿刺实验模式 (19)

2.3.3.3剪切实验模式 (19)

2.3.3.4弯曲实验模式 (20)

2.3.3.5拉伸实验模式 (20)

2.3.4乳制品 (21)

2.3.4.1压缩实验模式 (21)

2.3.4.2穿刺实验模式 (22)

2.3.4.3剪切实验模式 (23)

2.3.4.4拉伸实验模式 (24)

2.3.5果蔬类产品 (25)

2.3.5.1压缩实验模式 (25)

2.3.5.2穿刺实验模式 (26)

2.3.5.3剪切实验模式 (28)

2.3.5.4弯曲实验模式 (29)

2.3.6胶体物质 (30)

2.3.6.1压缩实验模式 (30)

2.3.6.2穿刺实验模式 (30)

2.3.7肉类制品 (31)

2.3.7.1TPA实验模式 (31)

2.3.7.4剪切实验模式 (32)

2.3.8米面制品 (33)

2.3.8.1压缩实验模式 (33)

2.3.8.2剪切实验模式 (34)

2.3.8.3弯曲实验模式 (35)

2.3.8.4拉伸实验模式 (35)

2.3.9点心小吃 (36)

2.3.9.1压缩实验模式 (36)

2.3.9.2穿刺实验模式 (36)

2.3.9.3剪切实验模式 (37)

2.3.9.4弯曲实验模式 (38)

《SMS质构仪在食品物性学中的应用》

教学方案企划书简介

食品物性学的研究目的就是为了建立健全食品品质客观评价方法，为改善食品品质提供科学依据，现代化精密仪器的出现和发展，推动了这一研究的发展，利用精密仪器客观的评价食品质构特性已成为一种趋势。

本文旨在介绍精密仪器SMS质构仪的实验原理，实验方法及其在食品物性研究中的应用，SMS质构仪的实验方法有六种：二次咀嚼实验（TPA），五种最基本的实验模式：压缩、穿刺、剪切、弯曲、拉伸。以及这六种实验模式在食品质构测定中的应用领域，包括：烘焙类产品、谷物类产品、糖果类产品、乳制品、果蔬类产品、胶体、肉制品、米面制品、点心小吃十个方面。

通过学习使大家对SMS质构仪的实验原理、方法和应用有一些认识，从而给大家的物性研究中过程提供便利。

一、食品物性学与质构仪

1.1食品物性学的定义及研究内容

1.1.1食品物性学定义

食品物性学在日本也被称为食品物理学，它与食品化学相对应食品物性学是以食品（包括食品原料）为研究对象，研究其物理性质的一门科学。由于食品本身的复杂性及物理性质在人们对食品感官评价中的特殊位置，食品物性学包含了比物理学本身更广泛的学科领域，即食品物性学不仅包括对食品本身理化性质的分析研究，而且包括食品物性对人的感官产生的所谓感觉性质的研究。

1.1.2食品物性学的研究内容：

食品物性学研究的对象非常广泛，包括：

①初级产品，如收获后的粮食谷物类；

②一次加工的食品材料，如各种食用油、糖、奶粉、蛋粉等；

③半成品和成品食品，如面团、面包、果汁细胞结构的生物体

食品物性学涉及的领域虽然相当广泛，但主要以食品的物理学性质为基本内容，这些物理学性质有:食品的力学性质、光学性质、热学性质和电学性质。

1.1.

2.1食品的力学性质

食品在力的作用下产生变形、振动、流动、破断等的规律，以及其与感官评价的关系。

①食品的力学性质是感官评价的重要内容，是决定品种好坏的主要指标。

②食品的力学性质与食品的生化变化、变质情况有着密切的联系，通过力学性质的测定可以把握食品以上品质的变化情况。

③食品的力学性质与食品的加工关系密切，许多操作都与力学性质相关，如混合、搅拌、压榨、过滤、分离、粉碎、膨化、喷雾等。

1.1.

2.2食品的热学性质

常见的热学性质指标和研究内容有：比热容、潜热、相变规律、传热规律及与温度有关的热膨胀规律等。在一些食品加工的单元操作中，如杀菌、干燥、冷冻、熟化、烘烤等方面，热物性有十分重要的作用，在改善食品的风味方面，热物性也成为引人注目的研究新领域。

1.1.

2.3食品的电学性质

主要是指食品及其原料的导电特性、介电特性以及其他的电磁物理特性。

1.1.

2.4食品的光学性质

是指食品物质对光的吸收、反射及其对感官反应的性质。

1.2食品物性学的研究目的和方法

1.2.1食品物性学的研究目的

①了解食品与加工、烹饪有关的物理特性；

②建立食品品质客观评价的方法

旨在为改善食品品质提供科学依据。

1.2.2食品物性学研究方法

通过对物性试验研究食品的组织结构和生化变化：

①主观的感官分析

②客观的仪器测定，如质构仪，这是一种研究趋势。

1.2.3主客观感官评价的比较

1.2.3.1主观方法

需要经过培训的专业人员，所需人数多；主观影响大，不精确；组成及形状复杂的样品，测定困难；只依靠经验和品评，不易找出最适化条件；费时且数据重现性差；没有统一的量化指标。

1.2.3.2客观方法

仪器测量、不需专业人员，一个人即可；仪器测量，客观精确；适合复杂或多样化之样品组成和形状；数据量化，节省新产品开发时间与成本；快速且数据重现性好；有国际权威机构认证。

1.3SMS质构仪

1.3.1SMS质构仪（Texture Analyzer）简介

图1 SMS质构仪

SMS质构仪主要包括主机、专用软件、备用探头及附件。其基本结构一般是由一个能对样品产生变形作用的机械装置,一个用于盛装样品的容器和一个对力、时间和变形率进行记录的记录系统组成。其测试围绕着距离、时间、作用力三者进行测试和结果分析,也就是说,SMS质构仪所反映的主要是与力学特性有关的食品质地特性[1],其结果具有较高的灵敏性与客观性,并可对结果进行准确的数量化处理,以量化的指标来客观全面地评价成品,从而避免了人为因素对食品品质评价结果的主观影响。SMS质构仪有许多配套探头,如破裂测试探头HDP/TPB、粘着性探头A/DS、轻型刀片A/LKB、坚实度粘性测试探头HDP/PFS、抗拉测试探头A/SPR、柱型探头P/35等。在用SMS质构仪评价食品品质时,首先要根据测试样品选择探头的形状、规格,然后再根据探头来选择操作模式如压缩模式或拉伸模式。通过不同种类的压缩、切割、挤压和拉伸模具进行测试,得出能够表示一些质构特性及相关关系的一个曲线图[2、3]。

1.3.2 TA实验方法已经得到国际权威机构认证

AACC(美国谷物化学家协会)、AIB(美国焙烤协会)、AOAC(分析化学家协会)、BS(英国国家标准)、ISO(国际标准化组织)、ASTM(美国标准测试方法)、GMIA(美国明胶生产协会)、AFERA (欧洲胶带生产组织)

1.3.3通过TA我们可以得到

1.3.3.1测试图形

TA通过图形直观清晰的把食品的质构特性展示出来，如图2。对图形做一系列的的运算就可以得到我们想要的结果。

图2 质构图形

1.3.3.2质构结果

通过Macro或者Quick Calculations对图形进行面积、斜率、平均值、时间差等运算，如图3。就可得到相应的质构结果：硬度、脆性、弹性、咀嚼性、延展性、内聚性、回复性……，在运算结果时，我们可以选择批次运算，来对同批次产品进行统计学分析：均值、方差、变异系数等。如图4。

图3 计算工具

图4 质构分析结果

1.3.3.3实验报告

同时我们可以得到集参数设定、注释、图形和结果为一体的标准报告。如图5。

图5 实验报告

二、TA的实验原理、方法及其应用

2.1 TA的实验原理

2.1.1物性测定原理

所谓物性测定原理是指测定物质受静态或者动态外力时所产生之行为，以及记录和分析在此过程中应力、应变和时间3种变量之间的关系。其中：

Stable Micro Systems

试和结果分析，也就是说，物性分析仪所反映的主要是与力学特性有关的食品质地特性，其结果具有较高的灵敏性与客观性，并可通过配备的专用软件对结果进行准确的数量化处理，以量化的指标来客观全面地评价食品，从而避免了人为因素对食品品质评价结果的主观影响。

2.1.2.1仪器设计目的

测量样品受力时，随伴产生之应力或形变之变化

2.1.2.2方式

①借由力臂上下移动，测量应力变化

②施予一固定力量，测量其形变变化

2.1.2.3参数

应力stress、位移distance、应变strain、时间的函数function of time、温度、pH….. 2.2TA实验方法

TA的实验方法包括全质构测试（TPA）,和五种基本模式：压缩实验、穿刺实验、剪切实验、弯曲实验、拉伸实验。

2.2.1全质构测试

全质构测试（Texture Profile Analysis，简写TPA）,又称二次咀嚼实验，是由Szczeniak等人于1963年确定的综合描述食品物性的质构分析法。

2.2.1.1测试过程分析

TPA测试时探头的运行轨迹如图7：探头从起始位置开始，先以一速率压向测试样品，接触到样品的表面后再以测试速率对样品进行压缩一定的距离，而后返回到压缩的触发点，停留一段时间后继续向下压缩同样的距离，而后以测后速率返回到探头测前的位置。其中测中速率和测后速率保持一致。

图7 TPA测试过程图

可获得的物性

、脆性（fracturability）、粘连性（stringiness）、粘性（）、

、

图8 TPA测试典型图

从图8中我们可以得到硬度（hardness）、脆性（fracturability）、粘连性（stringiness）、粘性（adhesiveness）、弹性（springiness）、内聚性（cohesiveness）、回复性（resilience）、胶粘性（gumminess）、咀嚼性（chewiness）。其中：

Cohesiveness = Area 2 / Area 1；

Gumminess = Hardness ×Cohesiveness；

Chewiness = Gumminess ×Springiness

图10 压缩实验典型图形

从图10中可以得到硬度、脆度、回复力、粘性等。其中：回复力Resilience=Area2 / Area1 2.2.3穿刺实验

2.2.

3.1测试过程分析

穿刺实验就是探头穿过样品表面，继续穿刺到样品内部，达到设定的目标位置后返回。其测试过程图如图11所示：

接触样品前穿刺过程中达到目标位置，返回

从图12中我们可以得到表皮硬度、内部组织硬度、粘性等。

2.2.4剪切实验

2.2.4.1测试过程分析

剪切实验就是刀具对样品进行剪切，到目标位置后返回。其测试过程图如图13。

接触样品前

剪切过程中

达到目标位置，返回

图13 剪切实验过程图

图15 弯曲实验测试过程图

主要应用于硬质面包、饼干、巧克力棒等烘焙产品的断裂强度、脆度等质构的测定；黄瓜等蔬菜的新鲜度测定；糖果的硬度测定等。

2.2.5.3图形分析

弯曲实验的典型图形如图16所示。从图16中可以得到样品的酥脆性、硬度、坚实度、回复力、粘性等质构特征。其中：

）

图17 拉伸实验测试过程图

拉伸实验模式主要应用于面条的弹性模数、抗张强度以及伸展性测试；面团的拉伸阻力和拉伸距离的测定。

2.2.6.3图形分析

拉伸实验所得到的典型测试图形如图18所示：

图19 烘焙产品全质构测试图

探头：P/100、75、50-圆柱型平底探头：该装置可用于测量面包、蛋糕的全质构特性：硬度、粘连性、粘性、弹性、内聚性、回复性、咀嚼性等。其测试图如图19所示。

2.3.1.2压缩实验模式

（1）面包、蛋糕的硬度、回复力测定：AACC74-09标准测试方法

探头：P/36R-圆柱型平底探头：探头圆周设计成斜角，可避免锐角造成边缘切割与剪切作用；适用于测试海绵蛋糕、吐司面包等的质地之硬度（Hardness）、弹性（Springiness）、

20 面包蛋糕硬度测试图

型面包挤压装置头：模拟普通测试绵薄啊柔软性的方法，用拇指和食

、

图21 面包售卖时效测试图

2.3.1.3穿刺实验模式

薯片、饼干等的脆性强度测定

探头：HDP/CFS-脆性强度测试装置：以球形探头的穿刺测试薯片、饼干或膨化食品等食品之酥脆性（Fracturability）进行测试。其测试图如图22所示：

图22 烘焙食品的酥脆性测定

（1

图23烘焙产品的表面硬度、内部馅料质地变化测试图（2

延展刀具装置：该装置为可更换式刀片、厚0.9mm 锁架上。适合测试厚而宽的样品，例如酥皮或派的酥脆性（crispness）

所示：

图24 烘焙产品酥脆性测试图

（3）烘焙产品韧性测试