高水分?jǐn)D壓組織化蛋白纖維取向度光學(xué)評(píng)價(jià)方法研究

1、2014年1月第29卷第1期中國(guó)糧油學(xué)報(bào)JournaloftheChineseCerealsOilsAssociationVol29，No1Jan.2014高水分?jǐn)D壓組織化蛋白纖維取向度光學(xué)評(píng)價(jià)方法研究陳鋒亮1魏益民2姚剛3張波2趙曉燕1王憲昌1(山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品研究所1，濟(jì)南250100)(中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所2，北京100193)(美國(guó)密蘇里大學(xué)生物工程系3，美國(guó)哥倫比亞999076)摘要高水分?jǐn)D壓組織化蛋白是傳統(tǒng)膨

2、化型組織化蛋白的升級(jí)替代產(chǎn)品，纖維取向度是衡量其類(lèi)肉程度的重要指標(biāo)之一。蛋白原料經(jīng)高水分?jǐn)D壓得到組織化蛋白，然后通過(guò)數(shù)碼相機(jī)采集激光反射圖像、自編Matlab程序?qū)D像進(jìn)行定量分析，考察了圖像獲取參數(shù)(曝光時(shí)間、光源入射角、拍攝背景)、樣品參數(shù)(樣品厚度、樣品含水率)和圖像處理參數(shù)(擬合橢圓位置)對(duì)纖維取向度分析結(jié)果的影響。結(jié)果表明:當(dāng)相機(jī)曝光時(shí)間150s、光源入射角75、樣品厚度2mm、樣品擠出到圖像采集的時(shí)間間隔0h、黑色拍攝背景、

3、擬合橢圓的選擇位置位于橢圓短軸長(zhǎng)度大于400像素的范圍時(shí)，擠壓組織化蛋白纖維取向度的分析結(jié)果比較理想。驗(yàn)證試驗(yàn)證明，所建立的光學(xué)評(píng)價(jià)方法可以完全區(qū)分纖維取向度不同的擠壓組織化蛋白產(chǎn)品。關(guān)鍵詞高水分?jǐn)D壓組織化蛋白纖維取向度激光光學(xué)方法參數(shù)優(yōu)化中圖分類(lèi)號(hào):TS207，TN249文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1003－0174(2014)01－0066－06項(xiàng)目基金:國(guó)家自然科學(xué)基金(31101389)，948重點(diǎn)項(xiàng)目(2011－G8)，山東省科技

4、發(fā)展計(jì)劃(2011GGC02044)收稿日期:2013－04－17作者簡(jiǎn)介:陳鋒亮，男，1981年出生，博士，植物蛋白高效利用與食品擠壓技術(shù)通訊作者:趙曉燕，女，1975年出生，副研究員，食品理論與加工應(yīng)用及生物粉體技術(shù)高水分?jǐn)D壓組織化蛋白是以植物蛋白為原料，采用帶冷卻模頭的雙螺桿擠壓機(jī)加工而成的具有類(lèi)似動(dòng)物肉纖維狀結(jié)構(gòu)和口感的健康食品，是傳統(tǒng)膨化型組織化蛋白的升級(jí)換代產(chǎn)品［1－2］，可部分或完全替代動(dòng)物肉，既能滿(mǎn)足人們食肉的欲望，又不

5、會(huì)帶來(lái)患高血壓、肥胖及心腦血管等“現(xiàn)代文明病”的風(fēng)險(xiǎn)，所以深受?chē)?guó)內(nèi)外消費(fèi)者青睞。高水分?jǐn)D壓組織化蛋白產(chǎn)品主要定位于開(kāi)發(fā)高品質(zhì)即食性仿肉制品，外觀和質(zhì)構(gòu)特性是影響消費(fèi)者能否接受組織化植物蛋白的2大重要因素［3］，所以常采用顏色、質(zhì)地剖面分析(Textureprofileanalysis，TPA)(包括硬度、彈性、黏著性、內(nèi)聚性、咀嚼度等)、機(jī)械特性(剪切力、抗拉伸力等)、纖維取向度等指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)［4－10］，其中，纖維取向度(Degreeo

6、ffiberientation)是公認(rèn)的評(píng)價(jià)高水分組織化植物蛋白產(chǎn)品纖維化度的一項(xiàng)重要指標(biāo)，在這方面前人已經(jīng)做了大量的研究工作。目前，文獻(xiàn)報(bào)道和實(shí)際應(yīng)用中常用的評(píng)價(jià)高水分?jǐn)D壓組織化蛋白產(chǎn)品中纖維取向度的方法有直觀觀察法、電子顯微鏡觀察法、縱向與橫向拉伸力［5－6］或剪切力［7，9］比值表示的質(zhì)構(gòu)法、X－射線衍射法［10］等，然而，這些評(píng)價(jià)方法存在測(cè)試前樣品需要破壞性預(yù)處理、易受主觀和樣品含水率影響、分析時(shí)間長(zhǎng)以及分析過(guò)程繁瑣等弊端，因此

7、，熒光偏振光技術(shù)［11］、光子遷移法［3，12－13］等無(wú)損、快速分析方法也相繼被用于研究高水分?jǐn)D壓蛋白產(chǎn)品的纖維取向度，但是，國(guó)內(nèi)尚未見(jiàn)這方面的相關(guān)報(bào)道。組織光學(xué)是光學(xué)與生命科學(xué)相互交叉相互滲透的新興研究領(lǐng)域［14］。當(dāng)光垂直入射到組織表面時(shí)，由于光與組織的相互作用，組織表面出射的漫射光分布攜帶了大量的組織內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息，這些信息可以通過(guò)光在生物組織中的傳輸理論分析得到［15］。前人研究表明，當(dāng)光入射到各向異性介質(zhì)內(nèi)部時(shí)，光將趨向于沿著

8、纖維方向進(jìn)行傳播，所以反射出來(lái)的光線呈層層橢圓狀，其中橢圓長(zhǎng)短軸比值的平方可表示各向異性介質(zhì)中纖維取向程度的大?。?，16－17］。在前人相關(guān)理論和方法研究的基礎(chǔ)上，本研究通過(guò)對(duì)擠壓組織化蛋白纖維取向度光學(xué)評(píng)價(jià)方法的系列參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，旨在建立一種高水分?jǐn)D壓組織化蛋白纖維取向度光學(xué)評(píng)價(jià)方法，為高水分?jǐn)D壓組織化蛋白產(chǎn)品的研發(fā)和品質(zhì)評(píng)價(jià)提供方法基礎(chǔ)。1材料與方法11試驗(yàn)材料原料1#:100%低溫脫脂豆粕原料2#:100%大中國(guó)糧油學(xué)報(bào)2014

9、年第1期慮圖像中心飽和點(diǎn)尺寸、像素值和B值的穩(wěn)定性等因素，設(shè)定相機(jī)曝光時(shí)間150s比較合適。圖2不同曝光時(shí)間對(duì)應(yīng)圖像擬合橢圓B值的變化212光源入射角光源入射角分別為30、45、60和75時(shí)對(duì)應(yīng)圖像的纖維取向度分析結(jié)果如圖3所示?？梢钥闯觯庠慈肷浣遣煌?，得到圖像的B值差異較大。隨著橢圓擬合位置由圖像中心向外移動(dòng)，不同光源入射角下圖像的B值先急劇降低后趨于穩(wěn)定，轉(zhuǎn)折點(diǎn)位于橢圓短軸長(zhǎng)度300～400像素位置。當(dāng)擬合橢圓短軸長(zhǎng)度大于400像

10、素時(shí)，圖像B值由高到低的對(duì)應(yīng)的入射角度依次為45、75、30和60。綜合考慮不同入射角時(shí)B值的變異大小和操作方便性，選擇光源入射角為75。圖3不同光源入射角對(duì)應(yīng)圖像擬合橢圓B值的變化213拍攝背景拍攝背景分別為白色和黑色時(shí)對(duì)應(yīng)圖像的纖維取向度分析結(jié)果如圖4所示?？梢钥闯?，隨著橢圓擬合位置由圖像中心向外移動(dòng)，兩種拍攝背景下B值均先降低后趨于穩(wěn)定，且轉(zhuǎn)折點(diǎn)位于擬合橢圓短軸長(zhǎng)度為250～300像素位置。白色和黑色兩種拍攝背景下得到圖像的B值差

11、異不大，但是黑色背景條件下得到B值的變異小于白色背景條件，所以選擇黑色背景來(lái)拍攝圖像。圖4不同拍攝背景對(duì)應(yīng)圖像擬合橢圓B值的變化22樣品參數(shù)對(duì)纖維取向度的影響221樣品厚度擠壓組織化蛋白樣品厚度分別為2、4和6mm(即一層、二層、三層樣品)時(shí)對(duì)應(yīng)圖像的纖維取向度分析結(jié)果如圖5所示。可以看出，隨著橢圓擬合位置由圖像中心向外移動(dòng)，不同厚度樣品圖像的B值均先急劇降低后趨于穩(wěn)定，轉(zhuǎn)折點(diǎn)位于擬合橢圓短軸長(zhǎng)度為300～400像素位置。隨著樣品厚度增

12、加，圖像的B值略有降低，但差異不大?？紤]操作的方便性和B值的變異等因素，選擇樣品厚度2mm(即一層樣品)比較合適。圖5不同樣品厚度對(duì)應(yīng)圖像擬合橢圓B值的變化222樣品擠出到圖像采集的時(shí)間間隔將擠壓得到的高水分組織化蛋白樣品室溫分別晾置0、8、24h，測(cè)定樣品的含水率分別為55%、43%和27%。擠出到測(cè)定時(shí)間間隔不同的樣品對(duì)應(yīng)圖像的纖維取向度分析結(jié)果如圖6所示?？梢钥闯?，時(shí)間間隔不同，得到圖像的B值差異較大。隨著橢圓擬合位置由圖像中心向