15.2.3专门用途流变仪介绍
针对谷物及面粉的面团流变学特性专门研制有多种实验室测试仪器，用于测定谷物和面粉的品质，测试对象包括所有谷物和淀粉原料，如小麦、黑麦、玉米、大米、小米、木薯、木薯粉。许多方法已经被国际标准化组织（ISO）和机构及国家标准组织，如国际谷物化学协会（ICC）、美国谷物化学家协会（AACC）定为标准，成为全世界各国在制粉、烘焙、淀粉工业中测试谷物品质的基础仪器，包括粉质仪、拉伸仪、糊化仪、黏度仪等。我国国家标准GB/T 14614-2006《小麦粉面团的物理特性吸水量和流变学特性的测定粉质仪法》、GB/T 14615-2006《小麦粉面团的物理特性流变学特性的测定拉伸仪法》和GB/T 14490-2008《粮油检验谷物及淀粉糊化特性测定黏度仪法》采用相应的方法和仪器。随着仪器制造水平的提高和相关软件的研发，电子式粉质仪、电子式拉伸仪、电子式糊化仪和电子式黏度仪已替代了相应的机械式测定仪器，测定结果更精细、准确，信息量更大，同时仪器还可以用于研究目标的扩展。
15.2.3.1电子式粉质仪(Farinograph-E)
粉质仪作为全球通用的标准仪器已经被使用了八十多年，通过测试小麦面粉的吸水率和揉混特性(面团的形成时间、稳定性、弱化度)来检验小麦的质量，适合于小麦面粉的质量控制和实验室产品研究和开发以及质量评价。
由粉质仪记录的图谱称为粉质曲线，由粉质曲线可以得到的面粉品质参数有：
（1）吸水量：面团最大稠度达到500 FU（仪器单位）时的加水量，单位为mL/100g；
（2）面筋形成时间：从加水开始至粉质曲线达最大稠度的时间间隔，单位为min；
（3）面筋稳定时间：粉质曲线上边沿与500 FU标线两次相交的时间间隔，单位为min；
（4）面筋弱化度：粉质曲线中间值自峰值至12 min时衰减的高度，单位为仪器单位FU；
（5）质量指数：粉质曲线从加水开始至到达最大稠度后衰减30 FU处时间坐标长度，单位为mm。
15.2.3.2电子式拉伸仪(Extensograph-E)
拉伸仪测试的是面团的拉伸特性，特别是拉伸阻力、延伸性和拉伸能量，为面粉的烘焙特性提供可靠的数据。全世界的谷物贸易、科研开发中都采用拉伸仪进行面粉的拉伸实验，国际标准方法包括AACC 54-10、ICC 114/1 和ISO 5530-2。拉伸仪适合对各种小麦面粉质量的测试，对美国的强筋小麦质量和利用特定的中国小麦面粉做成的部分非常软的面团也是有效的。电子式拉伸仪甚至允许在超出1000个拉伸单位（EU）的情况下记录图谱（机械式的拉伸仪以1000 EU为限量，超出1000 EU部分只能以一条直线表现）。
面团在外力作用下发生变形，外力消除后，面团会部分恢复原来状态，表现出塑性和弹性。不同品质的面粉形成的面团变形的程度以及抗变形阻力差异不大，这种物理特性称为面团的延展特性，是面团形成后的流变学特性。硬麦面粉形成吸水率高、弹性好、抗变形阻力大的面团；相反，软麦面粉形成吸水率低、抗变形阻力小、弹性弱的面团。在面粉品质改良中，应当清楚不同食品对面团延展性的要求不同，制作面包要求有强力的面团，能保持酵母生成的二氧化碳气体，形成良好的结构和纹理，生产松软可口的面包；制作饼干要求弱力的面团，便于延压成型，保持清稀、美观的花纹、平整的外形和酥脆的口感。
测定面团的延展特性用的仪器是拉伸仪。将通过粉质仪制备好的面团（50 g）先揉球、搓条，醒发45 min后，将面条两端固定，中间钩向下拉，直到拉断为止，抗拉伸阻力以曲线的形式记录，然后把拉断的面团再揉球、搓条，重复以上操作，分别记录90 min、135 min的曲线，根据曲线分析面团品质和添加剂的影响作用。拉伸曲线给出的有关面团性能数据如下。
(1)延伸性（E）：是以面团从开始拉伸直到断裂时曲线的水平总长度，用mm或cm表示。它是面团黏性、横向延展性的标志。
(2)抗延伸阻力：曲线开始后在横坐标上到达5 cm位置曲线的高度，以仪器单位BU表示。它指的是面团弹性，是面团纵向弹性好坏的标志，即面团横向延伸时阻抗性。
(3)拉伸比值：抗拉伸阻力与延伸性比值，用BU·cm-2表示，即抗拉强度。
(4)最大抗延伸阻力：指曲线最高点的高度，以BU表示。
(5)能量：指曲线与底线所围成的面积，以cm2表示。它代表面团的强度，用求积仪测量。曲线面积亦称拉伸时所需的能量，它表示面团筋力或面粉的搭配数据，能量越大，表示面筋筋力越强，面粉烘焙品质越好。
实际上，反映面粉特性最主要的指标是拉伸比值和能量。比值越大，能量越高，说明面粉筋力越强，强度越高。拉伸图既反映麦谷蛋白赋予面团的强度和抗延伸阻力，又反映麦胶蛋白提供的易流动性和延伸所需要的黏合力。
面团比值即抗拉伸强度，它将面团延伸性和抗延伸阻力两个指标综合起来判断面粉品质。比值过小，意味着阻抗性小，延伸性大，这样的面团发酵时会迅速变软和流散，做面包或馒头会出现成品个头不起，甚至塌陷、瓤发黏现象；若比值过大，意味着抗阻过大，弹性强，延伸性小，发酵时面团膨胀会受阻，起发不好，面团过硬，成品体积小，芯干硬。故要求制作面包、馒头的面粉需能量大、比值适中，这样的成品才会体积大，形状好，芯松软而且结构均匀。
15.2.3.3电子式糊化仪（Amylograph-E）
面粉的烘焙特性主要依赖于面粉中的淀粉的糊化特性和酶活性(α-淀粉酶)。电子式糊化仪（图15-10）在全世界广泛使用，国际标准为AACC 22-10，ICC 126/1 和ISO 7973。与实验室基本成分测试作对比，在面粉和粗磨粉中测量α-淀粉酶的活性仅得到一个单一的绝对值。而一些重要的补充信息能从糊化图谱中获得。在通常的烘焙过程中模仿悬浮淀粉的糊化特性以1.5°C/min的温度速率增加。根据整个糊化曲线的描绘提供关于面粉（/淀粉）的起始糊化温度、最终糊化温度、最高糊化阻力、热稳定性和增稠能力等指标。
在制粉、烘焙工业和淀粉工业中，糊化仪、黏度仪和黏度糊化仪是最常用的仪器，在制粉、烘焙工业中用来测量面粉的糊化特性和酶活性。在淀粉工业中用来测量原淀粉，变性淀粉和含淀粉的产品的糊化过程和黏度变化过程。测试方法符合国际标准ICC 169和中华人民共和国国家标准GB /T 14490-2008、LS/T 6101-2002《谷物黏度测定-快速黏度仪法》。
快速黏度分析仪（Rapid Visco Analyzer，RVA；图15-11）是20 世纪 80 年代，澳大利亚科研人员为对发芽小麦进行快速检测而开发研制的，试样量要求少（3 g），分析时间由通常的90 min以上缩短至13 min以内。
15.3质构分析
15.3.1概述
食品的品质因素分为色、香、味、形和营养价值五大部分，其中前四者构成感官品质因素。形作为五大要素之一，又以质构特性在食品体系中表现出来。质构特性影响消费者的决策，进而影响到产品的销售情况；在一定的条件下，质构特性能很好地体现产品特性；在生产线的质量控制过程中，质构特性参数值为控制提供可靠的依据。质构测定在食品产品的开发、改良、品质检验和控制以及工艺优化方面具有重要的地位。质构特性的检测手段分为感官检验、生理学方法检验和仪器测定。质构仪的应用，为结果数据标准化和统计处理提供了方便，相关研究也更具学术性。
15.3.2质构仪
质构仪（texture analyzer，TA）又称物性仪，是通过模拟人的触觉来检测样品物理特征的一种仪器。它的主要结构包括主机、专用软件、备用探头及附件。测量部分由操作台、转速控制器、横梁、底座、直流电机和探头组成。
图
在能够使物体产生形变的机械装置上安装各种极为灵敏的传感器，在计算机程序设定的速度下，机械装置上下移动，当传感器与样品接触达到触发力(trigger force)时，计算机开始根据力学、时间和形变之间的关系绘制曲线。由于传感器是在设定的速度向样品匀速移动，因此，横坐标时间和距离可以自动转换，并可以进一步计算出被测物体的应力和应变关系。
针对不同的测试样品，测定模式的选择有以胡克定律为基础来检验样品张力的拉伸测试；针对如乳制品、酒类、浆类等一些流体、半流体物质的稠度测试；用于区别微观结构变化的测度测试，这类测试主要应用于油炸、膨化等手段加工的具有酥脆性的食品；除以上模式外，还有剪切、穿刺、挤压等测试方式。这些模式通过力、时间和距离的关系曲线体现出力学与形变的关系，进而推导出形变在物理性质中的代表意义。
根据不同的食品形态和测试要求，选择不同的测样探头，如柱形探头(直径2～50 mm)常用于测试果蔬的硬度、脆性、弹性等；锥形探头可对黄油及其他黏性食品的黏度和稠度进行测量；模拟牙齿咀嚼食物动作的检测夹钳可以测量肉制品的韧性和嫩度；利用球形探头则可以测量休闲食品(如薯片)的酥脆性。
15.3.3质构仪的应用
小麦及其制品品质的研究者主要将质构仪运用到品质控制和工艺处理过程中。在品质控制过程中，质构仪所测定的面团的流变性及面制品的硬度、黏聚性、弹性等参数指标作为主要的评价依据，对小麦及其制品进行判断。
运用质构参数控制乳制品的品质。质构仪主要被研究者应用于奶酪、冰激凌、奶油以及酸奶等乳制品品质评价中。
在肉制品的质构检测中，研究范围包括：测定不同类型火腿肠的硬度、弹性、咀嚼性、嫩度；研究罗非鱼超高压凝胶化不同的处理条件对凝胶的质构有不同的影响；了解在不同冻藏条件下养殖的大黄花鱼肉随着冷冻储藏时间的延长，鱼肉的硬度、黏附性、弹性、咀嚼性、胶黏性和回复性等水平变化；以及探讨变性淀粉对红肠的物性特性（弹性、黏聚性、硬度和咀嚼性）的影响从而确定变性淀粉的最佳添加量。
质构仪在果蔬及其制品品质评价中也有很好的应用，如硬度、脆度测定等。
仪器生产商的研发因应用的需要而扩展，质构分析仪的应用领域已覆盖肉制品、粮油食品、面制品、米制品、谷物、糖果、果蔬、凝胶等，可分析食品的嫩度、硬度、脆性、黏性、弹性、咀嚼性、拉伸强度、抗压强度、穿透强度，等等。
复习思考题
1.热分析有哪些种类？原理是什么？
2.热分析仪器的组成有哪些？
3.热分析在食品分析中可有哪些应用？
4.食品的流变学如何测定？有哪些参数可以描述模型？
5.举例说明食品流变学测量仪器的种类、原理及应用。
6.说明质构测定的方法及应用范围。
