陳 偉，陳建設

（浙江工商大學食品與生物工程學院 食品口腔加工實驗室 杭州310018）

食品質構是一類食品感官性質的總稱，是食品材料與結構性質的感官體現(xiàn)。食品的質構性質直接影響食品的口腔行為、風味釋放和感官愉悅，在消費者對食品的喜好程度上起到十分重要的作用。食品質構的研究已有半個多世紀的歷程，雖然取得了一系列的重大研究進展，但是食品質構的材料學本質與其實驗室評判仍然存在許多困惑。本文總結了食品質構研究的進展，旨在為今后的相關研究提供理論參考。

1 食品質構的定義

在食品物性學研究中[1]，質構被描述成消費者對食品的入口、接觸、咀嚼、吞咽產生的一系列綜合感受，在消費者用語中普遍稱之為口感，也稱為食品質地。質構一詞原意是指織物的編制組織、材料構成等情況[2]，最早由Matz 引入，用于食品感官質量的描述，之后便形成了一系列的定義和描述[3-7]（表1）?，F(xiàn)在普遍認為食品質構是通過視覺、觸覺和聽覺等方式對食品的分子結構、微觀結構、宏觀結構的感官認知，而最具有價值并處于主導地位的信號來自于口腔的觸覺感知[8-9]。

食品質構的本質是食品結構與材料性質的感官體現(xiàn)，受食品的組成成分、結構和狀態(tài)的影響。有研究者認為同一個質構定義并不能完全描述全部食品質構性質，對于不同類別的食品，定義可能各有不同?？偨Y上述的不同定義，食品質構有如下特點[7]：

1） 質構不是一個單一的特性，而是一組性質的總稱；

2） 質構性質在宏觀上具有力學特性，與其微結構性質直接相關；

3） 質構性質可用流變特性進行解釋；

4） 質構性質可由手、眼和口腔加工感受；

5） 質構性質可由感官評價或者儀器測量分析進行定性或定量評測；

6） 質構性質是強度性質，可用特定的物理量來表達。

簡而言之，食品質構來自其材料的物理特性，其性質特征可通過人的器官，如手的接觸、眼的觀察及口腔的加工而獲得綜合感受，可通過儀器分析和感官評價來進行數(shù)據(jù)獲取與描述，從而對食品品質進行量化評判[10-12]。

2 質構性質的分類

1963年，Szczesniak[13]將食品的感官指標描述為客觀上能夠測定的指標，并對食品的質構進行分類，將食品質構的感官指標分成機械特性、幾何特性和其它特性，見表2。

從表2中得知，硬度、內聚性、黏性、彈性和黏附性組成了機械特性的一次特性，而其相對應的二次特性（酥脆性、咀嚼性和膠黏性）則更加貼近生活的描述；粒子大小、形狀和方向組成了幾何特性，其它特性則有水分含量和脂肪含量。該表把能夠通過客觀方法測定的食品質構指標和各種食品質構的習慣性術語（更加貼近生活化的描述）進行了對比、總結和概述。硬度是指在儀器測定或者感官咀嚼固體食物時，斷裂所需最大的力，對于凝膠類食物，亦可稱之為韌性[14-15]；內聚性被認為是材料學特性，其材料學上的定義已經被認同，然而其感官和物理定義到目前還沒有統(tǒng)一的認識，仍存在爭議；黏性和彈性可統(tǒng)稱為黏彈性，可用模量表示，絕對的黏性體大多表現(xiàn)在牛頓型液體中，將形變轉換為流動，無儲能；絕對的彈性體，如胡克定律彈簧，幾乎把形變全部儲存為能量。生活中所遇到的食物幾乎都處于絕對黏性和絕對彈性之間；黏附性可指食物在測試或者感官咀嚼時，食物對測試探頭或者口腔的吸附能力[14-15]；粒子大小、形狀和方向會影響食品的視覺和微觀結構；而水分含量和脂肪含量對食品的口腔行為具有重要影響，與口腔濕潤感和油膩感直接相關。

表1 食品質構的定義Table 1 Definition of food texture

表2 參考樣表Table 2 Reference sample

3 質構對于食品的重要性

隨著消費者經濟水平和生活質量的提高，人們對食品品質的要求也越來越高，而外觀、營養(yǎng)、風味、質構是消費者時刻關注的重要品質[16]。當消費者在選購食品時，首先感知的是食品的外觀，進食后品嘗到食品的風味釋放，同時也品嘗到食品質構性質的口感，最后根據(jù)風味、質構、可接受度選擇是否吞咽。

長期以來，食品研究者對食品的風味感官進行了大量研究，而食品質構感官的重要性卻沒有被很好的重視[17-18]。其實食品在口腔加工的時候，食品質構這一特性自始至終都有強烈體現(xiàn)。食品質構特性在微觀上受食品組分以及組分間的相互作用影響，然而在宏觀上卻以物理特征為主。通過硬、軟、脆、黏、滑溜等感官，能夠大致判斷出食品的一些品質，如新鮮度、成熟度等。眾多研究結果表明，質構對于消費者判斷食品品質來說具有一定的可靠性，例如：馬鈴薯片是否具有脆性，布丁是否具有細膩度等。因此，食品廠商若想消費者在食用產品時，產生舒適感和“美感”，必須大力加強對食品質構的研究，從而提高產品的市場競爭力。除了口感和愉悅感之外，食品質構的另一重要影響是飲食的安全，尤其是一些特殊人群和弱勢群體（病人、老人、小孩、智障者等）。他們由于飲食吞咽能力下降，常出現(xiàn)嗆咳，甚至窒息的危險，適當?shù)氖称焚|構是這些弱勢人群進食安全的重要保證，是維持生活品質與健康的重要手段，同時也對食品營養(yǎng)、風味具有相輔相成的效果。

綜上所知，對于一般消費者來說，食品質構的重要性至少體現(xiàn)在4 個方面：1） 口感和飲食愉悅感；2）風味的釋放；3）食品營養(yǎng)成分的貯藏，以及在體內的釋放、消化和吸收；4）食物的口腔行為與飲食安全[19]。

4 食品質構性質的分析與測量

食品質構是一個組合性質，在感官中，對于不同的食品和文化背景，體現(xiàn)為一系列的質構性質或質構參數(shù)。因而其分析或量化評判十分復雜。在這些方法中，除了一些經驗式測量外，流變學分析是最為重要的基礎分析，而質構儀則是最為普遍使用的模擬儀器。

4.1 流變學測量

流變學是研究物質流動和變形的科學，由美國化學家賓漢（E.C.Bingham）首次提出了流變學即“Rheology”的概念[6]。流動是變形的特例，即一種連續(xù)變形狀態(tài)，只要有力的作用，并給足夠長的時間去觀察物質，它總是處于形變之中。因此，可以說流變學是研究力與形變之間的關系，研究應力和應變（應變速率）的關系。根據(jù)流體形變方式的不同，可分為剪切形變和拉伸形變，得出的就是剪切黏度和拉伸黏度。黏度和模量是最為常見的流變指標，在流體形變的表面上施加一個平行力，流體內垂直單元沿著相同的方向流動，層與層之間就會因為速度不同而產生相對位移，產生剪切形變，而剪切黏度是應力與應變速率的比值，指物質抵抗外力流動的能力，描述物質黏性的物理量，剪切黏度這一重要指標，現(xiàn)已廣泛應用于英國、美國等發(fā)達國家的食品質構等級劃分當中。拉伸形變則是在垂直的方向施加了拉長或壓縮的力，流體單元會沿著力的方向移動，能量的損耗主要由流體單元之間的摩擦造成[20]。模量是應力與應變的比值，指物質儲存形變并回復原狀的能力，是描述物質黏彈性的物理量。對于大多數(shù)食品軟物質來講，其黏彈性和屈服應力是最重要的流變表征。

通常食品內部結構組成及組分間的相互作用決定了食品物質的流變特性，而流變特性通過微觀結構影響著食品的質構特性。通過對食品流變學的研究，可以進一步了解食品的組織結構，從宏觀上可認為是食品質構。流變學對食品質構有著重要意義[21]，是食品質構最基本的材料特性，可給出食品品質客觀、定量化的評價，也為食品質構劃分，改善產品品質提供基礎依據(jù)。

4.2 質構儀的模擬法測量

質構儀主要包括機械裝置、配套軟件、矯正工具、各類探頭及相關附件。通過機械裝置對樣品進行形變作用，在配套軟件里會出現(xiàn)力對距離/時間的曲線圖，可設置專門的程序對距離/時間、作用力兩者進行結果分析。質構儀所反映的是與力學特性有關的食品質構性質，所得數(shù)據(jù)具有客觀性，并可通過配套程序運行對結果進行數(shù)量化分析處理，避免了人為的主觀揣測等因素影響[22-23]。

4.2.1 質構儀測量的主要方式 儀器法在實際食品質構測定中因其具有高可重復性，同時也可以更好的控制外界影響因素，而被普遍使用。德國科學家在1861年就構造出了世界上第一臺食品質構測定儀，當時設計出來的目的是用來測定膠狀物體的穩(wěn)固程度[8，24-26]。1963年，F(xiàn)riedman 等[15]利用了質構儀的兩次壓縮法來模擬人體牙齒的兩次咀嚼，并與計算機連接，通過特定配對軟件界面輸出質構測試曲線，從中可以分析質構特性參數(shù)，如硬度、黏附性、內聚性等，稱此方法為全質構分析（Texture profile analysis，TPA）。在顯示的質構測試曲線的基礎上，Szczesniak 等[13，27]還對模擬消費者牙齒咀嚼曲線進行了相關解析，對質構輪廓分析圖譜中的硬度、內聚性和黏附性給出量化的定義，以及對這些感官指標在圖譜上進行描述定義，正如圖1所示為在二次下壓過程中，力與時間的變化規(guī)律。在TPA 分析法測試時，必須要標明相關設置的參數(shù)，最主要的是測試速度、測試距離、觸發(fā)力等[28-29]。由于不同的參數(shù)設定，同一食品所測試的數(shù)據(jù)會存在較大差異，同時要保證每次測試樣品的面積或體積恒定，因此試驗人員一定要根據(jù)樣品類型、探頭類型等綜合考量。在使用TPA模式時，也要注意以下4 點：1）樣品具有一定的彈性（TPA 不適用于脆性食品，也不適用與流體食品）；2）測前、測中和側后的速度盡量保持一致，設置時變化幅度不能過大；3） 形變比≥75%，由于TPA 測試屬大變形破壞性測試，如果過小，樣品就可能不會出現(xiàn)屈服現(xiàn)象，不能較好地反映樣品兩次壓縮后內部結構及外觀的變化；如果壓縮過度，則會導致樣品破損，不能反映試樣的真實受壓狀態(tài)；4）探頭面積大于樣品面積，當探頭的面積大于樣品的面積時，探頭就只對樣品進行壓縮試驗，能夠避免邊角效應。應該指出的是，TPA 雖然在文獻上有大量的報道，但是該方法的科學性仍有很大的異議。

圖1 典型凝膠質構特征圖譜Fig.1 Typical gel texture map

在質構儀的模式選擇中，常用的有拉伸、壓縮、穿刺、剪切、切割、擠壓等方式[30]。拉伸試驗：主要是沿軸向方向對食品進行拉伸形變，可以測量食品的拉伸強度，比較常見的測試食品如面條[31]，通俗講不同嚼勁的面條，它們的拉伸強度不同。壓縮試驗：利用探頭對食物進行下壓的一個動作，TPA 實際上就是運用了2 次的壓縮，然后根據(jù)圖譜可以得出很多質構指標，常見的測試食品有凝膠[32]，用此法進行試驗時，要求探頭的面積要大于樣品的面積，以達到消除探頭邊角效應的目的。穿刺試驗形式簡單，一般用小直徑探頭進行試驗測試，可記錄穿刺過程中最大力，果凍[33]是常見的測試食品。剪切試驗一般是用2 片類似刀片的工具對樣品進行垂直剪切，在剪切的過程中儀器可以記錄剪切所用的力。擠壓試驗一般和注射器聯(lián)用，可以通過觀察注射器內樣品流出的狀態(tài)進行評判。彎曲折斷試驗一般是用具有一定厚度、表面光滑、類似刀片的工具垂直壓縮樣品，記錄壓縮過程中的線性位移，可測定樣品的硬度和脆性。采用質構儀測試的結果可與感官評定進行相關性分析。

4.2.2 影響質構測量的因素 在食品質構測量過程中，溫度、速度和樣品的幾何形狀和大小等各種因素都影響著質構測量的準確性[34]。眾所周知，溫度對食品的質構影響很大，Bourne[35]定義了質構-溫度系數(shù)（Texture-temperature coefficient，TTC）如公式（1）。

該公式表明溫度每變化1 ℃食品質構性質所受影響的百分比，因此在做質構測試時，一定要嚴格控制溫度，特別是一些含蛋白質、脂肪類高的食品，需要保持全程恒溫。對于速度來說，在測試中常被稱作穿刺速度或者壓縮速度，這時會出現(xiàn)2種情況：1）對速度敏感，即不同速度對測試影響很大。Shama 等[36]通過對2 種類型的奶酪用不同速度進行測試比對，壓縮速度在5 cm/min 和20 cm/min時，所測試的硬度結果截然不同，因此該類食品質構對壓縮速度敏感。2）速度對食品質構指標沒有影響。Thybo 等[37]對不同的土豆進行壓縮試驗，在20～1 000 mm/min 速度范圍內，發(fā)現(xiàn)其并不受速度影響。Hecke 等[38]在10～50 mm/min 速度范圍內，測量酥松食品的質構，其中彎曲度的檢測結果幾乎不變。對于樣品大小而言，不同尺寸的樣品的測試結果有很大差別，特別是在做TPA 試驗時，一定要規(guī)范好樣品的尺寸。影響食品質構的外界條件還包括：食品間的溶劑種類、食品內部的均一性等，都對食品質構起關鍵作用。

4.2.3 質構儀測量的質疑 質構儀所測得的質構性質缺乏嚴格的物理定義或物理意義。質構性質是強度性質，是一種材料的固有性質，它不會因食品尺寸、體積等因素變化而改變。然而，由質構儀測得的質構性質卻受樣品尺寸、體積等因素的影響，且在不同測試條件下，所給出的量化數(shù)值波動很大，這顯然不符合強度性質的本質特征。因此，在同一樣品測試時，必須給出特定的測量參數(shù)，這就給同一樣品或不同樣品的比較帶來了困擾。文獻中質構儀測量方法大都是一種模擬方法，方法定義不夠完善，缺乏科學性，條件描述也較模糊，其所測結果只是相對值，無法做不同試驗間的橫向比較。質構儀雖然廣泛應用，也受食品工業(yè)界的歡迎，其測量的科學性卻仍存在質疑，學界也一直在探索如何使用簡單的質構儀測試更具科學性的路徑。

5 改變和調整食品質構性質的方法

雖然在實際生活中，一般消費者所攝取食品的質構范圍很廣，但是根據(jù)調查發(fā)現(xiàn)，不同個體，由于不同的成長環(huán)境、地域、文化背景和經濟條件等，他們對不同類型質構食品有不一樣的喜愛。通過食品加工和食品工藝、原材料配方可改變其質構，不同原材料的組合可以改善或改變食品原來的質構，可增加其食用和商品價值。工業(yè)上，可通過壓榨、剪切、粉碎、混合和調濕等手段或者擠壓膨化、高溫變性、原材料組合反應和食品添加劑等手段，達到改變和調整食品質構的目的。生活中，消費者可通過將大塊固體食品變成細顆粒狀、高溫軟化等方法，或者將易流動性液體增稠，以便達到合適的食品質構。壓榨、剪切、粉碎、混合和調濕等都為物理方法，是通過機械外力作用在產品或者原材料中；而擠壓膨化、高溫變性、原材料組合反應和食品添加劑等多為化學方法，是通過化學作用或者本身材料的化學反應來改變食品質構。在大多數(shù)產品形成過程中，都是綜合經過了化學和物理的加工流程。最典型的例子[5]是小麥原始質構特性表現(xiàn)為硬度大、口感和消化吸收性能不好，通過加工制成面粉，面粉又可制成各種點心、面包等，完全改變了其原始質構性質，提供了更多的質構選擇，更容易受消費者所的喜愛。面粉制成的面包比起小麥，具有更高的商品價值，同樣某些水果，通過果汁、蜜餞等延伸周邊產品，也能提高其可食用性，具有更大的消費者市場。又如飲料等流體食品中加入一些增稠劑或穩(wěn)定劑，不僅可以延長貨架穩(wěn)定性，更重要的是可以顯著改善其口感，以及口腔行為和吞咽的流動速度。

6 食品質構學在食品開發(fā)特別是特膳食品設計中的應用（飲食安全）

特膳食品是指為滿足特殊的身體或生理狀況和（或）滿足某些疾病等狀態(tài)下的特殊膳食要求，專門加工或配方的食品，不具備藥品的治療功能。調整食品質構是設計特膳食品的方法之一，它可以滿足特殊人群安全吞咽的功能，因此食品質構除了可以提供飲食愉悅外，其另一重要作用是保證食品經口腔加工之后能夠順利轉移進入胃腔，保證食品在這個過程中不誤吸入肺部，不卡喉嚨，是食品質構設計最重要的任務[39]。對于一些食品的質構特別是提供給特殊人群（如老人、小孩、吞咽障礙者以及對某類質構偏愛者）的食品，可以遵循以下2 條食品質構設計原則[40]：一為增加固體食品的可咀嚼性，使得特殊人群可以經過少量咀嚼即可達到順利安全吞咽的條件；二為減緩流體食品的流動速度，使得特殊人群可以有足夠的時間協(xié)調吞咽肌肉的收縮，及時把呼吸通道封閉，食物通道開啟，以免嗆食。對于固體食品，可以通過加工手段降低其彈性或硬度，提高咀嚼性，達到降低咀嚼難度的效果；對于液體食品，可以通過添加增稠劑，增加其黏稠度，促進液體成團，達到延緩吞咽時間的效果；對于軟固體食品，一般認為是較易咀嚼吞咽，適合特殊人群食用?？傊?，通過降低固體食品的硬度、增加流體食品的黏度等一系列改變質構的方式，達到方便咀嚼，增加吞咽過程中的有效時間，可提高特殊人群品嘗食品的愉悅感，達到更好的補充水分、補充能量和營養(yǎng)物質的目的[41-43]。因此改變固體食品的質構或者調整液體食品的黏度，有利于特殊人群的飲食安全，保證充分地攝取食物和水分，避免營養(yǎng)不良。因而食品質構對于食品開發(fā)，特別是特膳食品設計有著舉足輕重的作用[12，44-45]。

7 總結

食品質構性質作為食品材料性質的感官表現(xiàn)，直接影響著消費者的飲食愉悅感和對產品的喜好。雖然食品的質構性質和口感在消費者實踐中有許多豐富的描述，但是眾多的質構描述仍無法進行科學的量化測量，其物理本質仍有待進一步研究。食品質構的口腔感知機理是另一個挑戰(zhàn)性的問題，食物在口腔中的結構變化的物理學原理及其控制過程，以及口腔生理響應機理是食品愉悅感的關鍵所在。同時，口腔的質構感知與大腦的信息處理也是未來研究的重點發(fā)展領域之一。食品的質構性質與食品的營養(yǎng)成分一樣是新食品開發(fā)的重要考慮因素，食品的質構體系是產品的外觀表象、風味釋放和營養(yǎng)效果的基礎。