質構儀是與替代蛋白質產品相關的研究和開發的寶貴工具。以肉類類似物為例,模仿肉類產品的產品必須具有與原始產品相同的質地。對不同的配方進行質地分析,以確定最佳的微觀結構和成分配置,以獲得良好的質地特性。ImpossibleFoodsInc.是開發肉類產品植物替代品的領先公司之一。公司從分子層面研究動物產品,然後從植物中選擇特定的蛋白質和營養物質,重現特定肉製品的體驗和營養。
在這裡,我們提供一些示例,說明質構儀如何實際應用於測量該領域的質地。
切割測試
考慮排成一排的前牙——它們的動作可以通過使用質構儀上的刀片來模仿。切割測量經常用於肉類樣品的測量。它們使研究人員能夠快速、乾淨地測量樣品的硬度和韌性。如果消費者對肉質特徵的第一次評估是切割或咬穿纖維,那麼合乎邏輯的測試方法是測量切割或破壞纖維的力,以提供消費者可能感知到的感覺。
咬合動作被用作許多設備的基礎,這些設備旨在提供與人類評估密切相關的措施。“咬合力”特性可以用標準刀片來評估。將固定高度和寬度(或比刀片更寬)的樣品放置在測試平臺上,並獲得曲線正區域下方的最大力和面積作為硬度或“咬合特性”的測量值。對於圓形樣品的測試,推薦使用Warner-Bratzler刀片,因為它在測試開始時通過刀片中間的三角形缺口在產品周圍提供更大的切割表面。使用開槽底座插入件,刀具能夠切割整個香腸,提供了一種粗略的方法,幾乎不需要樣品製備,非常適合快速確定品質。它是用於評估肉類和肉製品的最常見的咬合或剪切系統。該夾具是大約70年前開發的一種經驗技術,並被品質控制/保證人員和肉類研究人員採用。它仍然是提供肉類質地品質測量的最廣泛使用的設備之一。
評估質地的經驗方法經常受到樣品缺乏均勻性或均勻性的挑戰。有時,待分析的樣品可能具有不同的配置或結構。這一挑戰需要一組測試來處理樣本異質性的妥協。在某些情況下,可以採用優選的測試方法(例如壓縮、穿透或剪切)來提高獲得可重複結果的機會。
所有這些方法的共同點是,通過測試更多數量的工件或具有更多測試表面的更寬表面積,從而產生平均效果,這是一組具有代表性的工件或表面的結果。
克萊默剪切單元就是這樣一個例子,其中剪切選定數量/重量的工件的最大力和曲線下的面積通常被記錄下來,並作為體積堅固性的指標。曲線下的面積通常稱為“剪切功”——值越大表明樣品越牢固。
穿刺測試
穿刺測試可以被認為是所有用於評估硬度的測試中最簡單的。由於探頭表面積的大小是恒定的,這通常意味著不需要仔細控制樣本大小,這與壓縮測試不同。
儘管穿刺測試很簡單,但在面對非均質產品時,穿刺會受到很大影響,因為較小的測量表面積也對樣品結構的變化和低重現性更敏感,並且會獲得誤導性資料。結果可能會顯示最大和最小力之間的很大差異,具體取決於探頭是否遇到例如通常存在於肉製品中的內部結構變化。使用在多個區域穿透樣品的多穿刺探針可產生平均效果,因此通常更具可重複性。使用連接到構分析儀製造商可以測試包含不同尺寸、形狀、結構和硬度水準的顆粒的不均勻產品,以提供可重複的結果。
下圖顯示了使用多刺探針測試時大豆丸和牛肉丸的比較。與大豆丸相比,牛肉丸被證明需要更高的力和功才能穿透(消費者會認為這是“更堅固/更堅硬的咬合力”)。然而,大豆球產生的結果具有更高的可變性,反映了它們不一致的質地品質。
壓縮測試
壓縮測試可用於測量小型自支撐樣品。 它是一種設置和執行的快速簡便的測量方法,並且可以模擬咀嚼過程中在口腔中感受到的力。 因此,它是食品工業中最常用的測量方法之一。
擠壓測試
3D印表機按照非常精確的規格逐層構建物件。在3D列印肉的情況下,列印材料是在實驗室中生長的植物或動物細胞。3D列印可以完美定制肉的結構,對其進行微調以匹配真實肉的口感和質地參數。
質構儀對於這一研究過程至關重要,擠出測量可用於測量粘性液體特性。它們涉及將樣品擠出已知尺寸的容器內。在此過程中測量力以指示樣品在所用測試溫度和速度下的稠度。這些測量在3D列印材料的研究中至關重要,因為許多3D列印技術都涉及液體的擠壓。
張力測試
拉伸試驗用於測量材料的拉伸性能。肉片或肉類替代品如何結合在一起是消費者的重要質地期望。切片產品的粘合特性會受到其配方和加工的極大影響,從而影響其拉伸強度。
雖然拉伸夾具或氣動夾具是拉伸測試的傳統選擇,但對於軟而薄的產品,如肉片,還有其他選擇。薄膜支撐裝置旨在將少量薄膜或薄膜狀材料固定在鼓形結構中,以便使用穿刺測試來測量薄膜的雙向拉伸特性。在測試過程中,通常會記錄使產品斷裂的最大力和斷裂發生的距離——更大的力和距離表明產品在拉伸時具有更大的拉伸強度和彈性。
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