3.2 Связь структурно-механических свойств и органолептической оценки показателей качества продукта
Методы оценки качества продуктов традиционно подразделяются на субъективные и объективные. К первой группе относятся социологические, экспертные и сенсорные методы. Вторая группа включает экспериментальные (измерительные) и расчетные методы. Такая классификация общепризнанна, но в значительной степени устарела. Современный уровень дегустационного анализа способен обеспечить объективность и надежность результатов.
Контроль качества продуктов питания, как правило, основан на сочетании органолептических и инструментальных (или других несенсорных) методов. Оценка качества продуктов пищевых производств может осуществляться двумя способами:
приборное измерение структурно-механических характеристик, выражаемых в определенных физических единицах;
сенсорная (органолептическая) оценка качества, т.е. субъективная чувственная оценка сопротивляемости, деформации и консистенции продукта.
При оценке качества приоритетными методами являются органолептические. Существует мнение, что инструментальное исследование обеспечивает достоверность и объективность результатов. Корреляцию между органолептическими и инструментальными показателями изучают для того, чтобы обосновать применение того или иного несенсорного метода, характеризующего цвет, вкус, запах или консистенцию продукта.
Развитие квалиметрии и психореологии позволило обосновать показатели качества продуктов и разработать некоторые математические принципы построения обобщенных показателей качества.
Шерманом была предложена классификация структурных характеристик продуктов, которая может быть использована для установления соотношения реологических характеристик продукта с органолептической оценкой (консистенцией). Характеристики разделены на три класса:
• первичные, связанные с аналитическими и геометрическими свойствами (содержание воздуха, влаги, жира и других компонентов; размер и форма частиц);
вторичные, связанные с основными реологическими свойствами (упругость, вязкость, адгезия);
третичные, связанные с механическими процессами измельчения и жевания продукта.
Третичные характеристики имеют термины, наиболее часто применяемые потребителями при оценке различных пищевых продуктов. Различают следующие разновидности третичных характеристик:
для твердых продуктов - рассыпчатые, хрупкие, порошкообразные, влажные, липкие, сухие, мягкие, твердые, пористые, нежные, грубые (шоколад, печенье, овощи, фрукты, мясо, сыр, хлеб, масло);
для полутвердых продуктов - тестообразные, крошащиеся, прилипающие, влажные, сухие, комковые, нежные (плавленый сыр, пасты, фарш, сливки, джем);
для жидких продуктов - жидкие, водянистые, густые, жирные, липкие (растаявшее мороженное, майонез, соусы, супы).
Установлено, что сенсорная оценка вязкости продукта может быть дана при напряжении сдвига, развиваемом при скорости сдвига до g' < 50 с-1. Зависимость сенсорной оценки продуктов y (установленной вязкости) от напряжения сдвига (возбудителя) gпри g' = 50 с -1 имеет вид:
y = K ge
где Ks и Пв - эмпирические коэффициенты.
В зависимости от вида продукта Пв находится в предела от 0,5 - 2,0.
Таким образом, по вискозиметрическим данным при определенной скорости сдвига можно прогнозировать адекватную реакцию человека при сенсорной оценке вязкости. Однако выводы, основанные на изучении только соотношений приборной и сенсорной оценок, не могут быть просто механически использованы для широких обобщений о качестве продукта. При этом должны быть учтены: значения коэффициентов корреляции; характеристики, измеряемые данным прибором, и условия опытов; однородность образцов продуктов, подвергнутых дегустации; методы расшифровки сенсорных оценок, таким образом для оценки качества каждого продукта необходимо проведение серии реологических измерений с параллельным дегустированием специалистами для выявления практических диапазонов связи измеряемых реологических характеристик с консистенцией продукта.
Сенсорные оценки можно также использовать для ориентировочных реодинамических расчётов.
Например, можно воспользоваться номографической таблицей нарастания вязкостных свойств, составленной на основании данных о значениях коэффициентов динамической вязкости различных пищевых продуктов (рис. 6).
Данной таблицей можно пользоваться для ориентировочной сенсорной оценки вязкостных свойств пищевого продукта без проведения измерений, а также для приближённого реодинамического расчёта перерабатывающих машин и аппаратов.
Предположительно рассматриваемый продукт располагается в столбце наименований, а в правой части определяется примерный диапазон его коэффициентов динамической вязкости. Далее проводится расчёт при минимальном и максимальном значении коэффициента. Результаты анализируются, оценивается их адекватность. Разумеется, более точные расчёты можно производить лишь после вискозиметрии рассматриваемого продукта.
Особое внимание исследователи уделяют изучению взаимосвязи между субъективными ощущениями и механическими параметрами консистенции, измеряемыми с помощью приборов. Очевидно, что машина не в состоянии оценить консистенцию так, как это воспринимает человек. Но, несомненно, существует достаточно четкая связь между инструментальными измерениями и ощущениями дегустатора. Эту корреляцию можно использовать для прогнозирования потребительской предпочтительности на основе механических параметров консистенции, что способствовало развитию нового направления — психофизики, или психореологии, рассматривающей математическую зависимость между физическими свойствами и ощущениями человека. Учёные стремятся к созданию стандартной номенклатуры и классификации терминов, которые могли бы послужить соединительным звеном между основными принципами реологии и бытовой терминологией.
Терминология консистенции наиболее обширна по сравнению с другими сенсорными свойствами продуктов. Несмотря на многочисленные попытки, до сих пор нет единого словаря терминов, определяющих консистенцию. Определённые трудности возникают также при переводе терминов на другой язык. Наиболее распространённый термин «консистенция» определяют как характерный признак продукта, воспринимаемый ощущениями, возникающими при возбуждении механических и осязательных рецепторов, как правило, в ротовой полости; а также при сопротивлении, которое оказывает продукт в попытке его деформировать.
Рисунок
6 - Номограмма
данных для ориентировочной оценки
вязкости пищевых масс
При оценке консистенции особое внимание следует уделять размерам образцов и их температуре, так как эти факторы оказывают существенное влияние на результаты анализа.
В таблице 1 приведена характеристика параметров консистенции (по К. Помпеи), определяемых физическими и сенсорными методами.
Таблица
1 - Характеристика
параметров консистенции (по К. Помпеи)
Параметр
Характеристика
параметров консистенции
с точки зрения
физики
с точки зрения
органолептики
Первостепенные
параметры
Твёрдость
Сцепление частиц
Вязкость (жидкости)
Эластичность
Клейкость
сила, необходимая
для достижения определенной деформации
степень деформации,
при которой не происходит разлома
скорость течения
на единицу силы
скорость, с которой
продукт принимает первоначальную
форму, когда устранен источник
деформации
усилие, необходимое
для противодействия силам сцепления
между поверхностью продукта и
материалом, с которым он может
соприкасаться
сила, необходимая
для откусывания зубами (для твердых
продуктов) или для отделения путем
прижатия языком к нёбу (для полутвердых)
степень деформации
зубами, не приводящая к разлому
сила, необходимая
для всасывания на язык жидкости с
ложки
степень, в которой
продукт принимает первоначальную
форму после сжатия зубами
усилие, необходимое
для отделения продукта, прилипшего
к тканям рта (чаще всего к нёбу и
зубам) при пережевывании
Второстепенные
параметры
Хрупкость
Пережевываем
ость
Вязкость
(полутвердого
продукта)
сила, при которой
материал крошится; продукт с высокой
степенью твердости и низкой степенью
сцепления между частицами
энергия, требуемая
для пережевывания
цельного продукта
до степени, позволяющей его проглотить;
продукт, обладающий твердостью,
сцеплением частиц и эластичностью
энергия, требуемая
для размалывания полутвердого
продукта до состояния,
пригодного для
проглатывания; продукт с низкой
степенью твердости и высокой степенью
сцепления частиц
сила, при которой
продукт крошится, трескается,
расслаивается
время, затраченное
на пережевывание образца с постоянной
скоростью пережевывания до тех пор,
пока продукт не станет годным для
глотания
плотность,
сохраняющаяся при пережевывании;
время, требуемое для размалывания
полутвердого продукта до состояния,
пригодного для глотания
Интенсивность проявления оцениваемых признаков обычно характеризуют полуколичественными терминами, например: «мало», «умеренно», «много». При решении точных задач разрабатывают шкалы с определённым числом уровней.
Проблема корреляции между объективными и субъективными измерениями — тема многих исследований. Бонд и Шерман установили, что методы приближения сенсорных оценок к результатам измерений, полученных на приборе, изменяются в зависимости от консистенции продукта. Например, при оценке деформации, вызванной давлением, определяют два основных показателя: величину прилагаемой силы и скорость ее приложения в целях нахождения связи между органолептической и объективной оценками. В большинстве случаев скорость приложения силы в органолептическом анализе выше, чем при измерении с помощью инструментов. Приводятся примеры графической взаимосвязи между дегустационными оценками параметров консистенции по шкалам А.С. Щесняк и др. и показателями, измеренными физическими методами.
И. Капсалис (США) изучал зависимость между гигроскопическим равновесием, текстурой сублимированных мясных продуктов, термодинамикой и механикой. Оценивались три органолептических показателя (жесткость параллельно волокнам, жесткость поперек волокон и выделение теплоты при дегидратации во рту) и три механических параметра (жесткость, когезионная способность и хрупкость) при различной относительной влажности на изотерме сорбции влаги при 20°С. В результате было установлено, что из всех переменных величин основное влияние на органолептические и механические показатели оказывает относительная влажность. Отмечена четкая корреляция между теплотой, образующейся во рту при пережевывании, и общей чистой теплотой адсорбции. Сенсорные и термодинамические величины были максимальными при нулевом значении относительной влажности и минимальными при наибольшем уровне относительной влажности изучаемых объектов.
А. Пирсон (Франция) предложил метод контроля структуры пищевых продуктов путем регистрации жевательных движений. Проводилась электромиографическая запись жевания и глотания, названная программой. Дегустатор откусывал последовательно равные по объему куски продукта, жевал и глотал. Перед опытом он должен был испытывать чувство голода. В опыте оценивались 15 видов различных по текстуре пищевых продуктов. Основным показателем, характеризующим связь между сенсорными и механическими признаками консистенции продуктов, служило число жевательных движений перед глотанием. Для жидких и полужидких продуктов этот показатель составил нулевое значение, для жестких продуктов — максимально 90 движений. Также определяли характер развиваемой силы и затрачиваемой работы при каждом жевательном движении от начала до конца пережевывания откушенной порции.
Наряду с основным показателем (числом жевательных движений) эти параметры служат дополнительными характеристиками геологической структуры, которую измеряли тремя механическими величинами: жесткостью, сухостью и делимостью продуктов.
Б. Драке (Швеция) исследовал корреляцию между звуками, раздающимися при раздавливании продуктов между зубами, и структурно-механическими свойствами продуктов, оцениваемыми сенсорным методом: твердостью и мягкостью, сухостью и сочностью, хрупкостью. С помощью магнитофона записывали достоверные и очищенные звуки. Установлено, что консистенция продуктов оказывает влияние на распределение амплитуды образующихся звуков по частотам в диапазоне слышимости.
В профильном анализе текстуры продукта К. Помпеи описывает следующий метод. На предварительном этапе группа экспертов работает коллективно. При этом решается вопрос, какие параметры играют роль при оценке качества конкретного продукта и вырабатывается единая терминология. Затем согласовывается карта для регистрации результатов. Можно использовать бланк, на который наносится несколько горизонтальных линий, на которых указываются соответствующие описательные термины.
Эксперты индивидуально оценивают интенсивность каждого параметра текстуры и регистрируют результаты, отмечая на линии соответствующее расстояние от указанных терминов. Ответы трансформируются в числовые значения последующей градуировкой шкалы. Результаты обрабатываются статистически отдельно для каждого параметра. Устанавливают уровень значимости ответов по отношению к образцам либо по отношению к отдельным экспертам. Затем строится профиль. Радиальные линии представляют собой шкалы со значениями 0 в центре и 30 в конце. Число линий равно числу исследуемых параметров. На линиях откладывают отрезки, соответствующие средним арифметическим значениям оценок интенсивности различных параметров. Соединив полученные точки, получают профиль текстуры.
Профильный метод имеет большие перспективы. Например, при разработке нового продукта может быть построен идеальный профиль, а затем, варьируя технологические режимы и набор компонентов, можно приблизить профиль получаемого продукта к идеальному профилю. С помощью этого метода удобно выявлять изменения, протекающие в продукте при замене составляющих в рецептуре или при уменьшении (увеличении) массовой доли какого-либо компонента. Метод может также успешно применяться при анализе изменений, происходящих в продукте под влиянием различных условий хранения, по сравнению с аналогом.
Для объективной характеристики окраски продуктов применяют спектрофотометрические и колориметрические методы исследования.
Вкусовые и ароматобразующие соединения анализируют методами, основанными на химических реакциях, в которых участвуют основные вещества или классы соединений, ответственные за определенное ощущение вкуса (соленого, сладкого, кислого, горького) или запаха. Измерение интенсивности и стойкости запаха, как свойств соединения, называется одориметрией.
Установление взаимосвязи между сенсорными и инструментальными исследованиями запаха представляет сложную, но увлекательную научную и практическую проблему. Новым направлением являются биосенсоры, основанные на использовании ферментов для обнаружения ничтожных количеств пахучих веществ, и нашедшие на Западе практическое применение для отбраковки некачественной продукции. Сенсорные методы установления интенсивности запаха ароматобразующих веществ основаны на непосредственных измерениях либо требуют применения специальных приборов. Сенсорный способ оценки интенсивности запаха пахучих веществ достаточно быстрый и точный, поэтому в промышленности он находит широкое применение при оценке запахов эссенций, концентратов, экстрактов и приправ. Такую оценку проводят методом разбавления растворов, обладающих запахом. Приготовляют водный, масляный, глицериновый растворы исследуемого ароматобразующего вещества определенных концентраций, а затем подвергают органолептической оценке запах этих растворов.
Определение корреляции между сенсорными (субъективными) и инструментальными (объективными) методами и показателями качества является единственным способом обоснования объективных методов анализа. Приборные методы часто бывают более легкими и быстрыми по выполнению и менее трудоемкими по сравнению с научно обоснованными органолептическими приемами. Взаимосвязь между сенсорными и инструментальными показателями позволяет решить вопрос о приемлемости того или иного несенсорного метода для оценки органолептических свойств продуктов. Однако дегустационный анализ является наиболее точным и надежным при решении вопросов сенсорного качества и потребительской предпочтительности продуктов питания