آزمایشگاه پژوهشکده علوم و فناوری مواد غذایی عضو شبکه آزمایشگاهی کشور لبزنت LabsNet آماده ارائه خدمات دقیق و معتبر در زمینه ارزیابی خصوصیات بافتی مواد غذایی است. مشهد، میدان آزادی، پردیس دانشگاه، جهاددانشگاهی خراسان رضوی، تلفن ۰۵۱-۳۱۹۹۷۴۲۶
راهنمای جامع بافتسنجی مواد غذایی
بافتسنجی (Texture Analysis) چیست؟
بافتسنجی علمی است که به اندازهگیری عینی و کمی خصوصیات مکانیکی و فیزیکی یک ماده میپردازد. این خصوصیات همانهایی هستند که مصرفکننده به صورت حسی درک میکند: سختی، تردی، قابلیت جویدن، گسترشپذیری، پیوستگی و غیره. به جای تکیه صرف بر توصیفات ذهنی افراد، در بافتسنجی دستگاهی از آزمونهای مکانیکی کنترلشده برای اعمال نیرو به نمونه و ثبت پاسخ آن استفاده میشود.
دستگاه بافتسنج (Texture Analyzer) تکسچر آنالایزر یک ابزار دقیق است که یک پروب یا اتصال را به صورت عمودی حرکت داده و نمونه را به روشی کنترلشده تغییر شکل میدهد. این دستگاه مجهز به یک نیروسنج یا سلول بار (Load Cell) است که نیرو را اندازهگیری میکند. با حرکت پروب و اعمال نیرو (فشردن، نفوذ، برش، کشش)، دستگاه مقادیر نیرو، فاصله و زمان را ثبت کرده و نتایج را به صورت یک منحنی نیرو-جابجایی/زمان نمایش میدهد که قابل تفسیر و تحلیل است.
چرا بافتسنجی مهم است؟
بافت یکی از کلیدیترین ویژگیهای حسی مواد غذایی است که مستقیماً بر تجربه مصرفکننده تأثیر میگذارد. این آزمونها دادههای کمی دقیق و قابل تکرار را جایگزین ارزیابیهای حسی ذهنی و سلیقهای میکنند. طبق اصول رئولوژی، ما رفتار ماده در برابر نیروهای مختلف را میسنجیم و به دادههای عینی دست مییابیم. از بافت سنجی میتوان در موارد زیر استفاده کرد:
کنترل کیفیت
تضمین یکنواختی و ثبات محصول نهایی در تمامی بچهای تولیدی، کاهش ضایعات و حفظ اعتبار برند.
تحقیق و توسعه
بهینهسازی فرمولاسیون، توسعه محصولات جدید و درک ارتباط بین ساختار و عملکرد مواد اولیه.
تحلیل بازار و رقبا
بنچمارکینگ محصولات موجود در بازار، ایجاد مزیت رقابتی و پاسخگویی به ترجیحات مصرفکننده.
انواع روشهای رایج آزمون بافت مواد غذایی
اعمال نیروی فشاری به نمونه برای اندازهگیری ویژگیهایی مانند سختی، سفتی، الاستیسیته و مقاومت در برابر له شدن. پرابهای استوانهای مسطح (Platen) برای این آزمون رایج هستند.
استفاده از پروبهای نوکتیز، سوزنی، مخروطی یا کروی برای نفوذ به سطح نمونه. برای ارزیابی سختی سطح، نقطه تسلیم، رسیدگی میوهها و سفتی ژلها کاربرد دارد.
بریدن نمونه با تیغه یا سیم برای سنجش مقاومت در برابر برش. این آزمون شبیه عمل گاز زدن یا برش دادن با چاقو است و برای گوشت، سوسیس، پنیر، میوهها و کره استفاده میشود.
نمونه از دو طرف تکیهگاه داشته و از مرکز فشرده میشود تا شکسته شود. برای اندازهگیری شکنندگی، تردی و استحکام شکست بیسکویت، شکلات، چیپس و پاستای خشک ایدهآل است.
کشیدن نمونه از دو طرف تا نقطه پارگی. برای اندازهگیری استحکام کششی، قابلیت مالش پذیری، پخش یا گسترش (Extensibility) و کشسانی نودل، خمیر، پنیر رشتهای و بستهبندیها استفاده میشود.
عبور دادن نمونههای نیمهجامد یا ویسکوز از یک سوراخ یا اطراف یک پروب. برای سنجش ویسکوزیته، غلظت، قابلیت پمپاژ سسها، ماست، پوره میوه و خمیر دندان مناسب است.
استفاده از محفظه کرامر با چندین تیغه موازی که نمونه را همزمان تحت فشار، برش و اکستروژن قرار میدهد. برای نمونههای ناهمگن و دارای ذرات مانند غلات صبحانه، لوبیا، سس دارای تکههای غذا بسیار کاربردی است.
اعمال تنش ثابت به نمونه و اندازهگیری تغییر شکل (کرنش) آن در طول زمان. این آزمون برای بررسی رفتار ویسکوالاستیک و جریان مواد نرم مانند پنیر، ژلها و خمیرها استفاده میشود.
اعمال کرنش ثابت (تغییر شکل ثابت) به نمونه و اندازهگیری کاهش تنش در آن در طول زمان. برای تحلیل رفتار الاستیک و ویسکوز مواد، ارزیابی ماندگاری ویژگیهای بافتی و بهینهسازی فرمولاسیون کاربرد دارد.
آزمون پروفایل بافت یک آزمون دوچرخهای فشاری است که به طور ویژه برای شبیهسازی عمل جویدن در دهان طراحی شده است. در این آزمون، نمونه دو بار متوالی فشرده میشود و از روی منحنی حاصل، پارامترهای چندگانه و معنیداری استخراج میشوند که ارتباط قوی با درک حسی دارند.
پارامترهای رایج استخراجشده از بافتسنجی:
سختی (Hardness)
حداکثر نیروی ثبت شده در طول چرخه فشردهسازی اول. نشاندهنده مقاومت نمونه در برابر تغییر شکل است. واحد اندازهگیری: نیوتن
سفتی (Stiffness)
این پارامتر با محاسبه شیب بخش خطی اولیه منحنی نیرو-تغییر شکل اندازهگیری میشود. سفتی نشاندهنده مقاومت ماده در برابر تغییر شکل الاستیک است. واحد اندازهگیری: نیوتن بر میلیمتر
پیوستگی (Cohesiveness)
نسبت مساحت زیر منحنی چرخه دوم به چرخه اول. نشان میدهد ساختار داخلی نمونه چقدر انسجام دارد و در برابر تغییر شکل دوم مقاومت میکند. بدون واحد (نسبت)
فنریت (Springiness)
توانایی نمونه برای بازگشت به شکل اولیه پس از برداشته شدن نیرو. از فاصله زمانی بین پایان چرخه اول و شروع چرخه دوم محاسبه میشود. واحد اندازهگیری: میلیمتر
چسبندگی با چسبناکی (Adhesiveness)
کار (منفی) لازم برای جدا کردن پروب از سطح نمونه. نشاندهنده تمایل نمونه به چسبیدن به سطوح (مانند دندان یا کام) است. واحد اندازهگیری: میلیژول
صمغی بودن (Gumminess)
حاصلضرب سختی در پیوستگی (برای محصولات نیمهجامد). واحد اندازهگیری: نیوتن
انرژی یا قابلیت جویدن (Chewiness)
حاصلضرب صمغی بودن در فنریت (برای محصولات جامد). انرژی مورد نیاز برای جویدن نمونه تا قبل از قورت دادن را نشان میدهد. واحد اندازهگیری: میلیژول
خاصیت ارتجاعی (Resilience)
این پارامتر با اندازهگیری میزان انرژی بازیافتی نمونه پس از برداشته شدن نیرو محاسبه میشود. در این روش، نسبت انرژی بازیافتی در مرحله بازگشت به انرژی مصرف شده در مرحله فشردن اولیه محاسبه میگردد. بدون واحد (نسبت)
شکنندگی (Fracturability)
این ویژگی با اندازهگیری حداکثر نیروی ثبت شده در لحظه اولین شکست نمونه محاسبه میشود. در منحنی نیرو-زمان، این نقطه بهعنوان اولین قله قابلتشخیص قبل از کاهش ناگهانی نیرو شناسایی میشود. واحد اندازهگیری: نیوتن
چقرمگی (Toughness)
برای محاسبه این پارامتر، کل انرژی مصرف شده برای تغییر شکل و شکست نمونه اندازهگیری میشود. این کار با محاسبه مساحت کل زیر منحنی نیرو-جابهجایی از شروع آزمایش تا نقطه شکست کامل نمونه انجام میپذیرد. واحد اندازهگیری: میلیژول
آزمونهای رایج بافتسنجی برای گروههای مختلف مواد غذایی
در این بخش، روشهای استاندارد، نوع پراب یا اتصال مورد استفاده و پارامترهای کلیدی اندازهگیریشده برای هر دسته از مواد غذایی ارائه شده است. برای مشاهده جزئیات هر گروه، روی عنوان کلیک کنید.
نان و محصولات نانوایی
متد رایج: آزمون فشردن با استوانه استاندارد AACC (قطر ۳۶ یا ۲۱ میلیمتر)
پراب/اتصال: استوانه آلومینیومی استاندارد AACC، صفحه بزرگ
خصوصیات اندازهگیری شده: سفتی نان (Crumb Firmness)، کشسانی، حجم مخصوص، تازگی
استاندارد: AACC Method 74-09
کره و مارگارین
متد رایج: آزمون نفوذ مخروطی، آزمون برش سیمی، آزمون گسترشپذیری
پراب/اتصال: پروب مخروطی، سیم برش ۰.۳ میلیمتری (ISO 16305)، جیگ گسترشپذیری
خصوصیات اندازهگیری شده: سختی در دماهای مختلف، گسترشپذیری (Spreadability)، نقطه تسلیم، مقاومت برشی
پنیر
متد رایج: آزمون فشردن، آزمون برش، آزمون نفوذ کروی
پراب/اتصال: استوانههای قطر مختلف، تیغه برش وارنر براتزلر (Warner-Bratzler)، پروب کروی
خصوصیات اندازهگیری شده: سفتی، مقاومت برشی، کشسانی، قابلیت ذوم، رشتهای شدن
میوهها و سبزیجات
متد رایج: آزمون سوراخ کردن (Magness-Taylor)، آزمون فشردن، آزمون برش (فیبری)
پراب/اتصال: پروب سوزنی (۲-۷ میلیمتر)، صفحه، فک نگهدارنده Volodkevich، محفظه کرامر
خصوصیات اندازهگیری شده: سفتی بافت، رسیدگی، مقاومت پوست، مقاومت در برابر برش فیبرها، تردی
گوشت و سوسیس
متد رایج: آزمون برش (Warner-Bratzler)، آزمون نیمرخ بافت (TPA)، آزمون کشش
پراب/اتصال: تیغههای برش V شکل، صفحه، فک نگهدارنده
خصوصیات اندازهگیری شده: تردی (Tenderness)، سفتی، پیوستگی، قابلیت جویدن، استحکام پوسته سوسیس
غلات، حبوبات و محصولات صبحانه
متد رایج: آزمون برش فشاری با محفظه کرامر، آزمون خمش سهنقطهای
پراب/اتصال: محفظه کرامر استاندارد یا مینی کرامر، اتصال خمش سهنقطهای
خصوصیات اندازهگیری شده: مقاومت برشی کلی، شکنندگی، تردی، قابلیت جویدن (برای غلات پفدار)
پاستا و نودل
متد رایج: آزمون کشش (پخته شده)، آزمون خمش (خشک)
پراب/اتصال: فیکسچر کشش نودل، فیکسچر شکست اسپاگتی
خصوصیات اندازهگیری شده: استحکام کششی، ازدیاد طول تا پارگی، شکنندگی (خشک)، جویدگی (پخته)
مربا، ژله و محصولات میوهای
متد رایج: آزمون نفوذ چند سوزنی، آزمون اکستروژن
پراب/اتصال: پروب چند سوزنی، محفظه اکستروژن دوگانه
خصوصیات اندازهگیری شده: سختی کلی (با در نظر گرفتن تکههای میوه)، ویسکوزیته، پیوستگی، مقاومت در برابر جاری شدن
ژل، دسر و محصولات ژلاتینی
متد رایج: آزمون فشردن با استوانه یا کره، آزمون نفوذ، آزمون Bloom (برای ژلاتین)
پراب/اتصال: استوانه Bloom (قطر ۱۲.۷ میلیمتر)، پروب کروی، ظرف نمونه استاندارد Bloom
خصوصیات اندازهگیری شده: استحکام ژل (Bloom Strength)، سختی، کشسانی، نقطه شکست
سس و مایعات غلیظ
متد رایج: آزمون اکستروژن رو به جلو یا عقب، آزمون فشردن با صفحه
پراب/اتصال: محفظه اکستروژن عمومی، صفحههای اکستروژن، صفحه فشاری
خصوصیات اندازهگیری شده: ویسکوزیته ظاهری، مقاومت جریان، پیوستگی، غلظت، رفتار رئولوژیکی
تنقلات، چیپس و بیسکویت
متد رایج: آزمون خمش سهنقطهای، آزمون شکست (سوراخ کردن)
پراب/اتصال: اتصال خمش سهنقطهای، پروب کروی یا نیمهکروی، پایه نگهدارنده شکننده
خصوصیات اندازهگیری شده: شکنندگی، تردی، استحکام شکست، سختی
شیرینی و شکلات
متد رایج: آزمون خمش سهنقطهای، آزمون نفوذ، آزمون شکست
پراب/اتصال: اتصال خمش سهنقطهای، پروب سوزنی، تیغه لبه کند
خصوصیات اندازهگیری شده: سختی شکست، تردی، دمای استحکام تمپر (شکلات)، سفتی سطح
خمیر
متد رایج: آزمون کشش خمیر/گلوتن، آزمون نفوذ، آزمون پیوستگی
پراب/اتصال: فیکسچر کشش خمیر-گلوتن (Kieffer)، پروب استوانهای، فیکسچر پیوستگی خمیر
خصوصیات اندازهگیری شده: استحکام گلوتن، گسترشپذیری، ازدیاد طول، مقاومت، پیوستگی
انواع پراب و اتصالات رایج بافتسنج
انتخاب پراب یا اتصال مناسب، کلید دستیابی به دادههای معتبر و قابل تکرار است. در اینجا برخی از پرابهای پرکاربرد معرفی شدهاند.
