Przewidywanie wartości oceny sensorycznej ciasteczek metodą analizy wielowymiarowej
Wstęp
Czynniki odczuwane jako smakowitość pokarmu składają się z czynników powiązanych bezpośrednio z pokarmem (np. smak, zapach, tekstura) oraz czynników ludzkich (czynników fizjologicznych i psychologicznych, nawyków żywieniowych, czynników zewnętrznych), ale ponieważ tekstura może odpowiadać w dużej części za odczuwanie pokarmu jako smakowitego (w zależności od rodzaju pokarmu), analiza profilu tekstury stała się ważnym punktem badań produktów spożywczych. Metody badania tekstury mogą zostać podzielone na ocenę sensoryczną, w której ludzie oceniają swoje odczucia podczas konsumpcji pokarmu oraz badanie właściwości mechanicznych, w którym wykorzystuje się instrumenty pomiarowe do zbadania twardości i innych właściwości pokarmu.
Odczucia podczas konsumpcji pokarmu są normalnie oceniane drogą oceny sensorycznej jednakże trudność w uzyskiwaniu powtarzalnych wyników, związana z różnicami w indywidualnym funkcjonowaniu zmysłów pomiędzy różnymi osobami, stanem fizycznym tych osób oraz podobnymi czynnikami stanowią poważny problem przy wykorzystaniu tej metody. Z tego powodu wykonywane są pomiary na instrumentach pomiarowych, co pozwala zapewnić obiektywne wyniki. Jako przykład reprezentatywnych parametrów tekstury, rys. 1 przedstawia profil tekstury Aliny Szcześniak (1). Pomimo, że podstawowe odczucia podczas konsumpcji mogą być ocenione drogą analizy profilu tekstury, pomiar bardziej złożonych charakterystyk jest trudny. Dlatego w ramach tego eksperymentu na podstawie źródeł (2), (3) wykonano analizę wielowymiarową i przewidziano wartości oceny sensorycznej twardości, chrupkości oraz wilgotności dla różnych próbek ciasteczek. Sprawdzono również optymalną metodę oceny przez wykonanie testów trzema metodami (test ściskania, test przebicia oraz test zginania trójpunktowego).
| Twardość | H | Maksymalna siła (N) |
|---|---|---|
| Kruchość | B | Siła wymagana do złamania pożywienia w ustach (N) |
| Adhezyjność | A3 | Siła wymagana do oderwania pożywania przywartego do zębów, języka lub jamy ustnej (N) |
| Spoistość | A2/A1 | Stosunek pierwszego i drugiego obszaru obciążania (energia) |
| Sprężystość | T2/T1 | Stosunek czasu (przemieszczenia) do powrotu do wartości szczytowej |
| Gumowatość | H × A2/A1 | Twardość × Spoistość |
| Żujność | H × A2/A1 × T2/T1 | Twardość × Sprężystość × Spoistość |
Ocena sensoryczna
Jedenaście typów ciastek zostało wykorzystanych jako próbki testowe w ramach tego badania. W tabeli 1 zestawiono wyniki oceny sensorycznej. Ocena sensoryczna została wykonana z wykorzystaniem metody punktacji statystycznej (2). Ocena sensoryczna została przeprowadzona przez szesnastu uczestników, a dane przeanalizowano dla dziesięciu uczestników, po odrzuceniu wyników uzyskanych od sześciu uczestników, którzy wskazali 3 najwyższe i 3 najniższe wartości.
Rys. 2 Próbki (11 rodzajów ciasteczek)
Tabela 1 Wyniki oceny sensorycznej (wyniki statystyczne dla 10 środkowych uczestników)
Analiza Tekstury
Do wykonania pomiarów wykorzystano analizator tekstury Shimadzu EZ-Test. W ramach eksperymentu przeprowadzono testy ściskania, przebijania oraz zginania trójpunktowego. Tabela 2 zawiera dane konfiguracji urządzenia, a rys. 3 przedstawia układ pomiarowy dla każdego rodzaju testu.
| Analizator tekstury | EZ-Test |
|---|---|
| Czujnik siły | 100 N |
| Oprzyrządowanie testowe | Sonda cylindryczna Ø3 (test ściskania) Sonda stożkowa 30° (test przebijania) Przystawka do zginania trójpunktowego R2,5 mm (test zginania trójpunktowego) |
| Oprogramowanie | TRAPEZIUM™-X Texture |
Rys. 3 Układy pomiarowe (a) test ściskania, (b) test przebijania, (c) test zginania trójpunktowego
Rys. 4 Przykłady wyników testów ściskania (krzywych siła-odkształcenie). Wyniki dla próbki A (a), próbki C (b) oraz próbki D (c).
Prędkość testu podczas testów ściskania została ustalona na 10 mm/s. Rys. 4 przedstawia odpowiednie krzywe siła-odkształcenie. Ponieważ próbki nie były jednorodne, duże zmiany były widoczne dla każdej z próbek, ale ogólna tendencja była mimo wszystko widoczna dla każdego typu próbki. Na przykład próbka A wykazuje pewne zmiany siły wraz z przebiegiem testu, test próbki C przebiegał gładko z niewielkimi zmianami siły, zaś dla próbki D zaobserwowano duże wahania mierzonej siły.
Podobnie jak w teście ściskania, prędkość testu przebijania również została ustawiona na 10 mm/s. Rys. 5 przedstawia krzywe siła-odkształcenie dla próbek A, C oraz D, jako przykład wyników testu. Podobnie jak w teście ściskania tutaj również zaobserwowano znaczne wahania dla poszczególnych próbek, ale każda z próbek przejawiała pewną tendencję.
Rys. 5 Przykłady wyników testu przebijania (krzywe siła-odkształcenie). Wyniki dla próbki A (a), próbki C (b) oraz próbki D (c)
Rys. 6 Przykłady wyników testu zginania trójpunktowego (krzywe naprężenie-odkształcenie). Wyniki dla próbki A (a), próbki C (b) oraz próbki D (c)
Prędkość testu zginania trójpunktowego została ustawiona na 1 mm/s, a odległość pomiędzy podporami ustalano na ok. dwukrotność grubości badanej próbki. Rys. 6 pokazuje krzywe naprężenie-odkształcenie jako przykładowe dla testu zginania trójpunktowego. W ramach tego badania widoczne są próbki ze stosunkowo dobrą powtarzalnością uzyskiwanych wyników (jak np. próbka C), ale również próbki wykazujące duże wahania (jak np. próbki A i D) Jednakże również w tym przypadku widoczne są ogólne tendencje dla każdej z próbek.
W ramach analizy instrumentalnej zmierzono 6 wielkości (twardość, odkształcenie dla maksymalnej siły, początkowe nachylenie, energię, liczbę punktów wypukłych oraz grubość próbki), a następnie porównano je z oceną sensoryczną trzech wielkości. Dla przykładu rys. 7 przedstawia porównanie wyników testów tekstury dla testów ściskania, przebijania i zginania trójpunktowego oraz sensorycznej oceny twardości. Współczynniki korelacji dla trzech typów testów wynosiły: 0,77 (test ściskania), 0,52 (test przebijania) oraz 0,67 (test zginania trójpunktowego). Analizując powyższe rezultaty, twardość wg profilu tekstury Aliny Szcześniak wykazuje do pewnego stopnia korelację, ale w ramach tych testów wyniki nie zawsze są zgodne z wynikami oceny sensorycznej. Gdy wyniki testów tekstury porównano z innymi niż twardość wielkościami ocenionymi sensorycznie, współczynniki korelacji dla testu ściskania były bardzo wysokie. Z tego powodu, spośród wykorzystanych typów testów, wskazano test ściskania, jako metodę wykazującą największą zgodność z oceną sensoryczną.
Rys. 7 Przykłady porównania wyników twardości z analizy tekstury oraz oceny sensorycznej.
Twardość w testach ściskania (a), testach przebijania (b) oraz zginania trójpunktowego (c).
Ponieważ rezultaty opisane wcześniej wskazywały na test ściskania jako odpowiednią metodę testową, dalsza część badań została zawężona do testu ściskania. Jednakże nawet przy tym podejściu nie było możliwe otrzymanie silnej korelacji i współczynnika korelacji na poziomie 0,9 lub większym, gdy wielkości ocenione sensorycznie były porównywane z tylko jednym testem analizy. Ponadto, jak pokazano na rys. 8, trudno jest wskazać jakąkolwiek wielkość wyznaczaną w trakcie analizy tekstury, która wykazywałaby korelację z wilgotnością. Z tego powodu, wartości oceniane sensorycznie były przewidywane za pomocą regresji wielokrotnej. W ramach tej analizy, na podstawie jedenastu próbek wyznaczono równanie regresji przez wykorzystanie wartości charakterystycznych dla próbek od A do I, a następnie wielkości oceniane sensorycznie dla próbek J i K zostały oszacowane i porównane z rzeczywistościami wartościami z oceny sensorycznej.
Rys. 8 Porównanie odkształcenia przy maksymalnej sile oraz wilgotności.
Rys. 9 przedstawia wyniki analizy metodą regresji wielokrotnej. W tym wypadku twardość, odkształcenie przy maksymalnej sile, początkowe nachylenie, energia, liczba punktów wypukłych i grubość próbki zostały wybrane jako zmienne objaśniające (2), (3). Pomarańczowe punkty widoczne na rys. 9 wskazują wartości oszacowane dla próbek J i K, na podstawie równania regresji. Na rys. 9 widać, że uzyskana została do pewnego stopnia zgodność pomiędzy wartościami oszacowanymi (przewidzianymi), a wynikami oceny sensorycznej, sugerująca, że możliwe jest oszacowanie wartości uzyskanych drogą oceny sensorycznej.
Rys. 9 Wartości oceny sensorycznej przewidziane na drodze wielokrotnej regresji
(a) Twardość, (b) Chrupkość, (C) Wilgotność
Zakończenie
Wartości oceny sensorycznej jedenastu typów ciastek zostały przewidziane za pomocą analizatora tekstury Shimadzu EZ-Test. Spośród trzech typów metod testowych wykorzystanych w ramach niniejszego eksperymentu, uzyskane wyniki wskazują na test ściskania jako najbardziej odpowiednią metodę badania. Nawet, gdy korelacja z wartościami uzyskanymi podczas oceny sensorycznej nie może być uzyskana na podstawie wyników analizy tekstury wykonanego jedną metodą, jak było w przypadku chrupkości i wilgotności, zgrubne oszacowanie wartości uzyskanej drogą oceny sensorycznej było możliwe przez zastosowanie regresji wielokrotnej z wykorzystaniem rezultatów różnych testów tekstury w roli wartości objaśniających.
<Źródła>
- Yoshimasa Yamano, Evolving Research on Food Texture, Taste Science Research Institute (Social Corporation) (2011).
- Hideko Furukawa i Reiko Ueada, Measuring Deliciousness (c.d.), Saiwaishobo (2012).
- Shinya Nagasawa i Satoshi Kawae, Statistical Sensory Evaluation Method Possible with Excel, Union of Japenese Scientists and Engineers (2008).
Autorzy aplikacji: F. Yano, N. Koike
Oprócz badań samych artykułów spożywczych posiadamy również w ofercie szeroką gamę wyposażenia do badań opakowań, co pozwala na badania żywności oraz materiałów opakowaniowych na jednym urządzeniu.
Zapoznaj się z naszą pełną ofertą maszyn wytrzymałościowych >>
