仿咀嚼食品质地评价及咀嚼效能研究pptx.pptx

仿咀嚼食品质地评价及咀嚼效能研究食品质地是评价食品品质的主要指标,其评价方法主要有感官评价法和仪器测量法。感官评价法通过咀嚼前期、后期得到质地特性,其依附于人类的生理感知,评价结果易受主观因素影响,缺乏精确性且不稳定。
仪器测量法多通过食品质构仪测定,采用圆柱形或锲形压头对食品挤压得到应力应变曲线进行质地评价,这与人类牙齿形态特征相差较远,并且质构仪很难实现多次咀嚼得到质地特性,如咀嚼性。另外,人类通过多次咀嚼得到的产物是质地多样的食物团,而咀嚼效能反映了人类破碎食物的能力,可应用于食物团性质的分析,但是目前关于评价咀嚼效能的方法不能有效地对多种质地食物团进行分析。
因此,找到合理评价食品质地和咀嚼效能的方法,不仅能为食品质地评价提供新思路,而且也为具有咀嚼及吞咽障碍群体设计适合结构的食品,以提高他们的咀嚼效能和吞咽安全性。针对食品质地评价和咀嚼效能评价方法中存在的不足,本文优化咀嚼效能评价方法用以分析食物团性质,研究人类咀嚼肌的肌电信号与食品质地的关系,设计双齿压头应用于质地评价,并用有限元法仿真模拟压头破碎食物块过程,建立模拟咀嚼系统,利用人类感官评价和咀嚼效能结果对仿咀嚼机的精确性进行客观地验证,试图研制出既能对食品质地评价,又能与人类咀嚼效能接近的仿咀嚼机。
本文主要研究内容和结论如下:(1)确定了两种质地食物团的咀嚼效能评价方法,并研究食物团的颗粒特性和图像纹理特征。对于咀嚼后由独立颗粒和唾液混合的食物团,确定筛分称重法的中径值d50作为评价食物团颗粒特征的参数。
选取花生、胡萝卜、苹果、榨菜、豆干、香肠为试验材料,用筛分称重法处理六种食物在咀嚼5次、10次和达到吞咽次数时的食物团,结果表明吞咽次数下食物团的回收率低于咀嚼5次和10次的回收率,不同咀嚼次数和不同食物样品的d50值差异显著(p<0.05)。以面包为例,由于咀嚼后食物团是由颗粒与唾液的混合体,不易分离,所以采用图像处理法来评价其咀嚼效能,应用灰度-梯度共生矩阵法(GGCM)和灰度共生矩阵法(GLCM)提取纹理特征值。
由判别分析可知,GGCM和GLCM的纹理特征正确判别于不同咀嚼次数的平均概率分别是75.30%和71.95%;利用主成分分析将逆差矩(IDM)作为评价食物团的纹理特征,将GGCM和GLCM两种方法的IDM分别与食物团增重和质地特性进行Pearson相关性分析,结果表明GGCM的逆差矩(IDMGGCM)与食物团增重和质地特性的相关系数高于GLCM的逆差矩(IDMGLCM),说明GGCM可以推广作为提取食物团纹理特征的方法,IDMGGCM能有效地表征食物团图像的纹理特征。(2)研究了咀嚼过程中的肌电信号与食品质地的相关性。
利用肌电图采集分析受测者咀嚼七种不同质地食物的肌电信号;利用感官评价法和通用食品质构仪对多种食物进行质地测定。结果表明:咀嚼多种食品的肌电信号有显著差异,前三咬的每次活动量差异显著,中间三咬和后三咬的每次活动量在多种食物之间差异不显著;由Pearson相关性分析可知,感官评价法和通用食品质构仪测定的硬度值与前三咬的每次活动量均成正相关(相关系数分别为0.924和0.872,p<0.01),与中间三咬、后三咬的每次活动量无相关性;感官评价结果和肌电信号参数相关性良好,两者的相关系数值高于通用食品质构仪质地结果与肌电信号参数的相关系数,说明通用质构仪相比感官评价结果一致性较差。
(3)设计研制仿生压头用于食品质地评价及破碎效果研究。利用仿生技术、精准加工等技术研制双齿压头、单齿压头、柱形压头和波形压头。
将四种压头分别装配于通用质构仪上,进行食品质地评价、物料破碎效果以及与肌电信号的相关性研究。结果表明:由双齿压头测定的质构特性、与肌电信号的关系,其结果与感官评价结果相关系数最高;由双齿压头对食物进行破碎,在形变量为90%时,得到食物团的颗粒性质d50(r=0.921,p<0.01)和图像纹理特征IDMGGCM(r=0.851,p<0.01)均与人类咀嚼得到食物团性质的相关系数高,单齿压头、柱形压头、波形压头需要更多压缩次数,得到的食物团才与人类咀嚼得到的食物团性质接近,说明双齿压头在食品质地评价及破碎效果方面均优于其他压头。
(4)基于有限元法研究仿生压头破坏效果。利用逆向工程技术获取双齿压头、单齿压头、柱形压头和波形压头的三维模型,将磨牙的咀嚼运动简化为杵压运动和研磨运动,以线弹性和超弹性物料为例,用有限元法构建四种压头的两种运动模式和两种质地材料的咀嚼模型,引入联合强度理论,分析物料表面的应力分布。
结果表明:四种压头对线弹性物料的应力值均高于超弹性物料的应力值,在杵压运动和研磨运动中双齿压头产生的剪切应力、密赛斯应力和最大主应力均高于单齿压头、柱形压头和波形压头。(5)在多次咀嚼模式下,仿咀嚼机的